РЕФЕРАТ
"Імунологічна толерантність"
2009
Введення
Імунологічна толерантність - це стан ареактивності відносно того чи іншого антигену; її індукує попередній контакт з цим антигеном. Активно функціонують механізми толератності необхідні для попередження запальних реакцій у відповідь на багато нешкідливі антигени, які потрапляють в організм з повітрям і їжею і діють на слизову оболонку дихальних шляхів і шлунково-кишкового тракту. Проте найбільш важлива толерантність до власних антигенів організму, вона запобігає імунну відповідь проти власних тканин. Тим часом можливість такої відповіді існує, оскільки імунна система продукує найрізноманітніші Антигенспецифічність рецептори, у тому числі здатні реагувати з аутоантігенам. Тому клітини, що мають подібні рецептори, повинні бути функціонально чи фізично елімінувати.
Здатність організму запобігати розвитку імунних реакцій, спрямованих проти власних антигенів, не є генетично запрограмованої, а розвивається в онтогенезі. Так, гомозиготні тварини гістосовместі-мих ліній А і Б взаємно відривають шкірні трансплантати іншої лінії, тоді як їх гібриди F1 сприймають трансплантати як А, так і Б. Відторгнення трансплантатів обох типів знову проявляється у гомозигот покоління F2. Таким чином, властивість розрізняти «своє / несвоє» купується в онтогенезі: всі епітопи, закодовані в ДНК організму, повинні бути імунологічно визначені як «свої», всі інші - як «не-свої».
Однак здатність відрізняти власні антигени від чужорідних визначається не тільки структурою їх молекул як таких. Поряд зі структурними особливостями епітопів важливе значення мають і інші фактори:
• стадія диференціювання лімфоцита при його першому контакті зі специфічним епітопів;
• ділянка організму, де відбувається цей контакт;
• природа клітин, презентірующіе епітопи і
• число лімфоцитів, які реагують на дані епітопи.
Історія відкриття
Незабаром після того як була виявлена специфічність антитіл, стало ясно, що повинні існувати якісь механізми, що запобігають утворення аутоантитіл. Ще на початку XX століття Ерліх запропонував термін «страх самоотруєння», припускаючи необхідність існування регулюючого механізму, який перешкоджає продукції аутоантитіл. У 1938 р. Трауб індукував специфічну толерантність, ввівши ембріонам мишей вірус лімфоцитарного хоріоменінгіту, викликає довічну інфекцію. На відміну від нормальних мишей дорослі особини, заражені in utero, не продукували нейтралізуючих антитіл при повторному введенні вірусу. У 1945 р. Оуен повідомив про експеримент, поставленому самою природою, - неідентичних телятах-близнюках, в крові кожного з яких були виявлені клітини, які мають і «свої», і «не-свої» антигени. Ці телята в ембріональний період мали загальний плацентарний кровотік, в результаті чого був можливий обмін гемопоетичними клітинами. У тварин виникла довічна толерантність: в дорослому стані вони не давали гуморальної відповіді на введення еритроцитів партнера по ембріональному парабіозу. Грунтуючись на цьому спостереженні, Поверне і Феннер постулювали, що вирішальним фактором у формуванні імунореактивності та придбанні здатності розпізнавати чужорідні антигени служить вік тварин в момент першого контакту з антигеном. Така гіпотеза здавалася логічною, оскільки з більшістю власних антигенів імунна система стикається зазвичай до народження і лише пізніше починає взаємодіяти з чужорідними антигенами.
Експериментальне підтвердження ця гіпотеза отримала в 1953 р., коли Медавар і його колеги индуцировали у мишей толерантність до алогенної шкірному трансплантату шляхом введення алогенних клітин новонародженим особинам. Подібна толерантність легко з'ясовна з позицій клонально-селекційної теорії Бернета, згідно з якою даний іммуноціт за участю антигену проходить відбір, після чого ділиться, даючи клон дочірніх клітин тієї ж специфічності. Один з постулатів цієї теорії свідчить, що при контакті з тими чи іншими антигенами після народження специфічні до них клони лімфоцитів активуються, тоді як при контакті до народження відбувається делеція специфічних до даних антигенів клонів. З теорії випливає, що весь репертуар специфичностей повинен бути створений до народження, однак насправді диференціювання лімфоцитів триває ще довгий час після народження. Таким чином, ключовим фактором, що визначає иммунореактивность, є не стадія розвитку організму, а ступінь зрілості лімфоцита в той момент, коли він зустрічається з антигеном. Таке припущення було висловлено у 1959 р. Ледербергом в його модифікованої трактуванні клонально-селекційної теорії: незрілі лімфоцити, що контактують з антигеном, піддаються клональною делеції, а зрілі активуються. В даний час імунокомпетентності новонародженого організму - твердо встановлений факт. Індукувати толерантність до певних антигенів до народження вдається просто з тієї причини, що імунні реакції у новонароджених та дорослих можуть бути функціонально різними. У зв'язку з цим індукцію толерантності у новонароджених можна розглядати як один з перших прикладів «імунної відхилення» такого типу.
Основоположними відкриттями 1960-х рр.. стали імунологічна компетентність лімфоцитів, провідна роль тимусу у розвитку імунної системи й існування двох взаємодіючих субпопуляцій лімфоцитів - Т-і В-клітин. Саме ці відкриття послужили основою для великих досліджень по з'ясуванню клітинних механізмів «толерогенеза».
Експериментальна індукція толерантності
Отримання трансгенних тварин відкрило можливість вивчення толерантності до автентичних, власних антигенів
До останнього часу єдиною експериментальною моделлю толерантності служила штучно індукована толерантність: тваринам вводили антигени або чужорідні клітини, а потім простежували долю реагують Т-або В-клітин, усіляким чином варіюючи умови. Залишалося, однак, неясним, в якій мірі ця модель відтворює стан природної толерантності до власних антигенів.
Тепер, завдяки розробці методів отримання трансгенних тварин стало можливим вивчати толерантність до «свого» прямим шляхом. Ці методи дозволяють вводити мишам з відомою генетичною основою специфічний ген і аналізувати вплив даного гена на розвиток імунної системи. Крім того, якщо вводиться ген з'єднати з тканиноспецифічною промотором, експресію гена можна обмежити специфічними для даного промотора клітинами. Імунна система реагує на білковий продукт «трансгена», по суті, як на справжній власний антиген, і все що відбуваються при цьому процеси можна вивчати in vivo, виключивши травмуючі втручання та запальні реакції, супутні пересадки чужорідних клітин або тканин. Крім того, тварини батьківської і трансгенної ліній ідеально підходять для постановки контрольних експериментів і перенесення лімфоцитів, бо вони є конгеннимі, тобто розрізняються лише по одному локусу. Вдається навіть вивести таких трансгенних мишей, у яких усе Т-або В-клітини експресують лише єдиний антигенний рецептор. Завдяки такому підвищенню частоти Антигенспецифічність клітин-попередників аналіз механізмів толерантності істотно полегшується. І нарешті, використання методів спрямованого мутагенезу дозволяє імунологам видаляти специфічні гени, щоб дослідити роль їх продуктів в індукції імунологічної толерантності.
Існують три можливі шляхи, за допомогою яких не допускається реакція аутореактивних лімфоцитів на власні антигени.
• клональная делеція: фізичне видалення клітин з репертуару на тій чи іншій стадії їх життєвого циклу.
е клональная анергія: придушення самого механізму імунної відповіді.
• Супресія: придушення клітинної активності в результаті взаємодії з іншими клітинами, зокрема продукують цитокіни-інгібітори, або з ідіотіпспеціфічнимі лімфоцитами, що розпізнають антігенспе-цифічні рецептор аутореактивних клітин.
Який із зазначених механізмів буде діяти в тому чи іншому випадку, залежить від ряду чинників: 1) стадії диференціювання аутореактивних лімфоцитів, 2) афінності їх рецепторів до аутоантігенам, 3) природи антигену, 4) його концентрації, 5) розподілу його в тканинах і 6 ) характеру його експресії, а також 7) від наявності костімулірующіх сигналів. Існує загальне правило: якщо костімуляція відсутня, імунна система швидше за все «не помітить» даний антиген.
Центральна тимическим толерантність до аутоантігенам
У тимусі відбувається формування Т-клітин із клітин-попередників з еше неперестроеннимі генами Т-клітинних рецепторів. У процесі розвитку лімфоцитів в тимусі ці гени піддаються перебудові, після чого Т-клітини починають експресувати ТКР, здатні розпізнавати продукти деградації антигенів або пептиди в зв'язує їх порожнини міг молекул МНС - антигенів, кодованих генами I головного комплексу гістосумісності організму.
У тимусі відбувається відбір Т-клітин з рецепторами, здатними зв'язувати антигени в комплексі з молекулами МНС, і делеція клітин, високоавідних до власних антигенів
Висока швидкість проліферації тимоцитів поєднується з їх масовою загибеллю: переважна більшість так званих двічі позитивних тимоцитів гине в тимусі. До причин цього ставляться аберантних перебудова генів ТКР, негативна селекція і нездатність клітин пройти позитивний відбір. Умовою позитивної селекції є помірна ступінь авідності Т-клітин до поліморфним областям молекул МНС, асоційованих з пептидами; такі клітини виживають. Вони зв'язуються з молекулами МНС на поверхні епітеліальних клітин коркової зони, і це зв'язування імовірно захищає Т-клітини від запрограмованої загибелі. Позитивна селекція забезпечує формування зрілих Т-клітин, здатних розпізнавати лише ті пептиди, які утримуються в спеціальній порожнини власних молекул МНС. Цей феномен обмеженості розпізнавання називають рестрикцій по МНС. Однак позитивна селекція не запобігає диференціювання Т-клітин, які несуть рецептори з високою аффінність і до власних пептидів, і до молекул МНС. Тому, щоб змусити «мовчати» такі високоау-тореактівние клітини, повинен існувати той чи інший шлях негативної селекції.
Механізми позитивної та негативної селекції
Оскільки і позитивна, і негативна селекція пов'язані з розпізнаванням власних пептидів в асоціації з власними молекулами МНС, виникає питання, яким чином сигнали, що передаються одним і тим же ТКР, обумовлюють або той, або інший процес. Для пояснення цього запропоновано дві теорії.
• Відповідно до так званої кількісної теорії, у разі незначного числа комплексів пептид-молекула МНС індукується позитивна селекція, тоді як при високому їх числі - негативна.
• Основне положення «якісної» теорії полягає в тому, що, впливаючи на один і той же Т-клітинний рецептор, різні комплекси пептид-молекула МНС індукують сигнали різного типу, викликаючи або позитивну, або негативну селекцію.
На користь кількісної теорії говорять результати дослідів на мишах трансгенних, експрес-ючий ТКР до основного білка мієліну - ауто-антигену мієлінової оболонки, що оточує аксони. У мишей одній з ліній природний пептидний епітопи, розпізнаваний специфічними до цього білку Т-клітинами, зв'язується відповідної молекулою МНС класу II але з дуже низькою афінності. Внаслідок цього специфічні до даного епітопи Т-клітини уникають негативної селекції в тимусі. Однак, якщо трансгенним мишам, які мають той же самий ТКР, ввести високоафінними аналог цього пептиду, відбувається негативна селекція незрілих тимоцитів - апоптотичних загибель. Очевидно, долю клітин - загибель або виживання - визначає число комплексів пептид-молекула МНС, презентировать розвиваються Т-клітин. Власні епітопи, формують більш стабільні комплекси з білками МНС, з більшою ймовірністю індукують негативну селекцію.
Якісна теорія була запропонована для пояснення результатів, отриманих у дослідах з органними культурами тимуса. Як показали ці експерименти, пептидні епітопи, змінені за амінокислотним залишкам, які забезпечують взаємодію з Т-клітинним рецептором, - ТКР-антагоністи - викликають більш виражену позитивну селекцію, ніж вихідний епітопи. Однак ці дві теорії не є взаємовиключними. Розроблені до теперішнього часу методи дозволяють вимірювати аффінность зв'язування очищених молекул ТКР з очищеними молекулами МНС, навантаженими пептидними агоністами або антагоністами. За допомогою цих методів встановлено, що з тими комплексами пептид-антагоніст-молекула МНС, які індукують позитивну селекцію в органних культурах тимуса, ТКР утворює нестабільне з'єднання. Той же самий ТКР відносно стабільно зв'язується з комплексом агоніст-молекула МНС, і в тих же експериментальних умовах це веде до негативної селекції. Отримані результати зближують кількісну та якісну теорії і відповідають кінетичної моделі, згідно з якою індукція процесів позитивної чи негативної селекції визначається швидкістю дисоціації ТКР від комплексу пептид-молекула МНС. На обшую авідність взаємодії Т-клітин з антиген-презентіруюшімі клітинами в тимусі впливають такі фактори:
• число комплексів пептид-МНС; воно залежить від афінності епітопів до відповідної молекулі МНС;
• число молекул ТКР та відповідних корецепторних молекул, експресуються Т-кліть-кою, і
• аффінность специфічного ТКР до ліганду.
Позитивна селекція і коммітірованіе Т-клітин відбуваються на певній стадії їх розвитку
У зв'язку з чим тимоцити в процесі свого розвитку втрачають одну з корецепторних молекул і стають або CD4 + -, або С08 +-клітинами? Позитивною селекції піддаються лише ті незрілі тимоцити, які мають ТКР відповідної специфічності і поки ще екс-прессіруют обидва корецептора. Позитивно відібрані тимоцити диференціюються в так звані моноположітельние клітини, CD4 + або CD8 +. При коммітірованіі в той чи інший тип клітин вибірково припиняється синтез інший корецепторной молекули. У миші таке виборче прекрашения синтезу відбувається, коли клітини, що несуть обидва корецептора, отримують сигнали, необхідні для позитивної селекції.
Час і місце негативної селекції залежать від різноманітних факторів
У число таких факторів входять: доступність власних антигенів для розвиваються Т-клітин, поєднана авідність ТКР і допоміжних молекул до комплексу власний антиген МНС-власний пептид і природа клітин, відповідальних за поділу. Негативна селекція не вимагає участі спеціалізованих АПК; в звичайних умовах це функція дендритних клітин тимуса чи макрофагів, які локалізовані переважно в області переходу корковою зони в мозкову; вони несуть на своїй поверхні велика кількість молекул МНС класів I і II, забезпечуючи тим самим зв'язування Т- клітин, що мають високу авідність до власних пептидів. У негативній селекції можуть також брати участь деякі епітеліальні клітини мозкової і кіркової зон. Поділу здатні викликати і самі тімоніти.
У негативній селекції бере участь спеціальний сигнал загибелі
Існує ряд механізмів апоптотичній загибелі зрілих лімфоцитів. Сигнали, що індукують апоптоз, можуть передаватися через Fas, CTLA-4 або рецептори ФНП. Процес негативної селекції двічі позитивних тимоцитів унікальний тим, що не залежить ні від одного з цих процесів.
Периферична, або посттіміческая, толерантність до власних антигенів
Як правило, деякі потенційно аутореактівние Т-лімфоцити не гинуть в тимусі і надходять в пул периферичних лімфоцитів. Таким чином, у крові здорових індивідів можуть з'явитися аутореактівние Т-клітини, здатні реагувати з пептидами власних тка-неспецифічних антигенів, зокрема основного білка мієліну. Уникнути лелеціі в тимусі Т-лімфоцити можуть по ряду причин:
• в тимусі можуть експресуватися не всі антигени організму;
• не всі епітопи власних антигенів володіють достатньою афінності для формування стабільних комплексів пепто-молекула МНС, яке становить умова Т-клітин-точної лелеціі;
• не всі ТКР пов'язують свої ліганди з достатньою для лелеціі Т-клітин афінності.
Для запобігання аутоагресивної дії уникли делеції Т-лімфоцитів існує чотири механізми:
"Імунологічна толерантність"
2009
Введення
Імунологічна толерантність - це стан ареактивності відносно того чи іншого антигену; її індукує попередній контакт з цим антигеном. Активно функціонують механізми толератності необхідні для попередження запальних реакцій у відповідь на багато нешкідливі антигени, які потрапляють в організм з повітрям і їжею і діють на слизову оболонку дихальних шляхів і шлунково-кишкового тракту. Проте найбільш важлива толерантність до власних антигенів організму, вона запобігає імунну відповідь проти власних тканин. Тим часом можливість такої відповіді існує, оскільки імунна система продукує найрізноманітніші Антигенспецифічність рецептори, у тому числі здатні реагувати з аутоантігенам. Тому клітини, що мають подібні рецептори, повинні бути функціонально чи фізично елімінувати.
Здатність організму запобігати розвитку імунних реакцій, спрямованих проти власних антигенів, не є генетично запрограмованої, а розвивається в онтогенезі. Так, гомозиготні тварини гістосовместі-мих ліній А і Б взаємно відривають шкірні трансплантати іншої лінії, тоді як їх гібриди F1 сприймають трансплантати як А, так і Б. Відторгнення трансплантатів обох типів знову проявляється у гомозигот покоління F2. Таким чином, властивість розрізняти «своє / несвоє» купується в онтогенезі: всі епітопи, закодовані в ДНК організму, повинні бути імунологічно визначені як «свої», всі інші - як «не-свої».
Однак здатність відрізняти власні антигени від чужорідних визначається не тільки структурою їх молекул як таких. Поряд зі структурними особливостями епітопів важливе значення мають і інші фактори:
• стадія диференціювання лімфоцита при його першому контакті зі специфічним епітопів;
• ділянка організму, де відбувається цей контакт;
• природа клітин, презентірующіе епітопи і
• число лімфоцитів, які реагують на дані епітопи.
Історія відкриття
Незабаром після того як була виявлена специфічність антитіл, стало ясно, що повинні існувати якісь механізми, що запобігають утворення аутоантитіл. Ще на початку XX століття Ерліх запропонував термін «страх самоотруєння», припускаючи необхідність існування регулюючого механізму, який перешкоджає продукції аутоантитіл. У 1938 р. Трауб індукував специфічну толерантність, ввівши ембріонам мишей вірус лімфоцитарного хоріоменінгіту, викликає довічну інфекцію. На відміну від нормальних мишей дорослі особини, заражені in utero, не продукували нейтралізуючих антитіл при повторному введенні вірусу. У 1945 р. Оуен повідомив про експеримент, поставленому самою природою, - неідентичних телятах-близнюках, в крові кожного з яких були виявлені клітини, які мають і «свої», і «не-свої» антигени. Ці телята в ембріональний період мали загальний плацентарний кровотік, в результаті чого був можливий обмін гемопоетичними клітинами. У тварин виникла довічна толерантність: в дорослому стані вони не давали гуморальної відповіді на введення еритроцитів партнера по ембріональному парабіозу. Грунтуючись на цьому спостереженні, Поверне і Феннер постулювали, що вирішальним фактором у формуванні імунореактивності та придбанні здатності розпізнавати чужорідні антигени служить вік тварин в момент першого контакту з антигеном. Така гіпотеза здавалася логічною, оскільки з більшістю власних антигенів імунна система стикається зазвичай до народження і лише пізніше починає взаємодіяти з чужорідними антигенами.
Експериментальне підтвердження ця гіпотеза отримала в 1953 р., коли Медавар і його колеги индуцировали у мишей толерантність до алогенної шкірному трансплантату шляхом введення алогенних клітин новонародженим особинам. Подібна толерантність легко з'ясовна з позицій клонально-селекційної теорії Бернета, згідно з якою даний іммуноціт за участю антигену проходить відбір, після чого ділиться, даючи клон дочірніх клітин тієї ж специфічності. Один з постулатів цієї теорії свідчить, що при контакті з тими чи іншими антигенами після народження специфічні до них клони лімфоцитів активуються, тоді як при контакті до народження відбувається делеція специфічних до даних антигенів клонів. З теорії випливає, що весь репертуар специфичностей повинен бути створений до народження, однак насправді диференціювання лімфоцитів триває ще довгий час після народження. Таким чином, ключовим фактором, що визначає иммунореактивность, є не стадія розвитку організму, а ступінь зрілості лімфоцита в той момент, коли він зустрічається з антигеном. Таке припущення було висловлено у 1959 р. Ледербергом в його модифікованої трактуванні клонально-селекційної теорії: незрілі лімфоцити, що контактують з антигеном, піддаються клональною делеції, а зрілі активуються. В даний час імунокомпетентності новонародженого організму - твердо встановлений факт. Індукувати толерантність до певних антигенів до народження вдається просто з тієї причини, що імунні реакції у новонароджених та дорослих можуть бути функціонально різними. У зв'язку з цим індукцію толерантності у новонароджених можна розглядати як один з перших прикладів «імунної відхилення» такого типу.
Основоположними відкриттями 1960-х рр.. стали імунологічна компетентність лімфоцитів, провідна роль тимусу у розвитку імунної системи й існування двох взаємодіючих субпопуляцій лімфоцитів - Т-і В-клітин. Саме ці відкриття послужили основою для великих досліджень по з'ясуванню клітинних механізмів «толерогенеза».
Експериментальна індукція толерантності
Отримання трансгенних тварин відкрило можливість вивчення толерантності до автентичних, власних антигенів
До останнього часу єдиною експериментальною моделлю толерантності служила штучно індукована толерантність: тваринам вводили антигени або чужорідні клітини, а потім простежували долю реагують Т-або В-клітин, усіляким чином варіюючи умови. Залишалося, однак, неясним, в якій мірі ця модель відтворює стан природної толерантності до власних антигенів.
Тепер, завдяки розробці методів отримання трансгенних тварин стало можливим вивчати толерантність до «свого» прямим шляхом. Ці методи дозволяють вводити мишам з відомою генетичною основою специфічний ген і аналізувати вплив даного гена на розвиток імунної системи. Крім того, якщо вводиться ген з'єднати з тканиноспецифічною промотором, експресію гена можна обмежити специфічними для даного промотора клітинами. Імунна система реагує на білковий продукт «трансгена», по суті, як на справжній власний антиген, і все що відбуваються при цьому процеси можна вивчати in vivo, виключивши травмуючі втручання та запальні реакції, супутні пересадки чужорідних клітин або тканин. Крім того, тварини батьківської і трансгенної ліній ідеально підходять для постановки контрольних експериментів і перенесення лімфоцитів, бо вони є конгеннимі, тобто розрізняються лише по одному локусу. Вдається навіть вивести таких трансгенних мишей, у яких усе Т-або В-клітини експресують лише єдиний антигенний рецептор. Завдяки такому підвищенню частоти Антигенспецифічність клітин-попередників аналіз механізмів толерантності істотно полегшується. І нарешті, використання методів спрямованого мутагенезу дозволяє імунологам видаляти специфічні гени, щоб дослідити роль їх продуктів в індукції імунологічної толерантності.
Існують три можливі шляхи, за допомогою яких не допускається реакція аутореактивних лімфоцитів на власні антигени.
• клональная делеція: фізичне видалення клітин з репертуару на тій чи іншій стадії їх життєвого циклу.
е клональная анергія: придушення самого механізму імунної відповіді.
• Супресія: придушення клітинної активності в результаті взаємодії з іншими клітинами, зокрема продукують цитокіни-інгібітори, або з ідіотіпспеціфічнимі лімфоцитами, що розпізнають антігенспе-цифічні рецептор аутореактивних клітин.
Який із зазначених механізмів буде діяти в тому чи іншому випадку, залежить від ряду чинників: 1) стадії диференціювання аутореактивних лімфоцитів, 2) афінності їх рецепторів до аутоантігенам, 3) природи антигену, 4) його концентрації, 5) розподілу його в тканинах і 6 ) характеру його експресії, а також 7) від наявності костімулірующіх сигналів. Існує загальне правило: якщо костімуляція відсутня, імунна система швидше за все «не помітить» даний антиген.
Центральна тимическим толерантність до аутоантігенам
У тимусі відбувається формування Т-клітин із клітин-попередників з еше неперестроеннимі генами Т-клітинних рецепторів. У процесі розвитку лімфоцитів в тимусі ці гени піддаються перебудові, після чого Т-клітини починають експресувати ТКР, здатні розпізнавати продукти деградації антигенів або пептиди в зв'язує їх порожнини міг молекул МНС - антигенів, кодованих генами I головного комплексу гістосумісності організму.
У тимусі відбувається відбір Т-клітин з рецепторами, здатними зв'язувати антигени в комплексі з молекулами МНС, і делеція клітин, високоавідних до власних антигенів
Висока швидкість проліферації тимоцитів поєднується з їх масовою загибеллю: переважна більшість так званих двічі позитивних тимоцитів гине в тимусі. До причин цього ставляться аберантних перебудова генів ТКР, негативна селекція і нездатність клітин пройти позитивний відбір. Умовою позитивної селекції є помірна ступінь авідності Т-клітин до поліморфним областям молекул МНС, асоційованих з пептидами; такі клітини виживають. Вони зв'язуються з молекулами МНС на поверхні епітеліальних клітин коркової зони, і це зв'язування імовірно захищає Т-клітини від запрограмованої загибелі. Позитивна селекція забезпечує формування зрілих Т-клітин, здатних розпізнавати лише ті пептиди, які утримуються в спеціальній порожнини власних молекул МНС. Цей феномен обмеженості розпізнавання називають рестрикцій по МНС. Однак позитивна селекція не запобігає диференціювання Т-клітин, які несуть рецептори з високою аффінність і до власних пептидів, і до молекул МНС. Тому, щоб змусити «мовчати» такі високоау-тореактівние клітини, повинен існувати той чи інший шлях негативної селекції.
Механізми позитивної та негативної селекції
Оскільки і позитивна, і негативна селекція пов'язані з розпізнаванням власних пептидів в асоціації з власними молекулами МНС, виникає питання, яким чином сигнали, що передаються одним і тим же ТКР, обумовлюють або той, або інший процес. Для пояснення цього запропоновано дві теорії.
• Відповідно до так званої кількісної теорії, у разі незначного числа комплексів пептид-молекула МНС індукується позитивна селекція, тоді як при високому їх числі - негативна.
• Основне положення «якісної» теорії полягає в тому, що, впливаючи на один і той же Т-клітинний рецептор, різні комплекси пептид-молекула МНС індукують сигнали різного типу, викликаючи або позитивну, або негативну селекцію.
На користь кількісної теорії говорять результати дослідів на мишах трансгенних, експрес-ючий ТКР до основного білка мієліну - ауто-антигену мієлінової оболонки, що оточує аксони. У мишей одній з ліній природний пептидний епітопи, розпізнаваний специфічними до цього білку Т-клітинами, зв'язується відповідної молекулою МНС класу II але з дуже низькою афінності. Внаслідок цього специфічні до даного епітопи Т-клітини уникають негативної селекції в тимусі. Однак, якщо трансгенним мишам, які мають той же самий ТКР, ввести високоафінними аналог цього пептиду, відбувається негативна селекція незрілих тимоцитів - апоптотичних загибель. Очевидно, долю клітин - загибель або виживання - визначає число комплексів пептид-молекула МНС, презентировать розвиваються Т-клітин. Власні епітопи, формують більш стабільні комплекси з білками МНС, з більшою ймовірністю індукують негативну селекцію.
Якісна теорія була запропонована для пояснення результатів, отриманих у дослідах з органними культурами тимуса. Як показали ці експерименти, пептидні епітопи, змінені за амінокислотним залишкам, які забезпечують взаємодію з Т-клітинним рецептором, - ТКР-антагоністи - викликають більш виражену позитивну селекцію, ніж вихідний епітопи. Однак ці дві теорії не є взаємовиключними. Розроблені до теперішнього часу методи дозволяють вимірювати аффінность зв'язування очищених молекул ТКР з очищеними молекулами МНС, навантаженими пептидними агоністами або антагоністами. За допомогою цих методів встановлено, що з тими комплексами пептид-антагоніст-молекула МНС, які індукують позитивну селекцію в органних культурах тимуса, ТКР утворює нестабільне з'єднання. Той же самий ТКР відносно стабільно зв'язується з комплексом агоніст-молекула МНС, і в тих же експериментальних умовах це веде до негативної селекції. Отримані результати зближують кількісну та якісну теорії і відповідають кінетичної моделі, згідно з якою індукція процесів позитивної чи негативної селекції визначається швидкістю дисоціації ТКР від комплексу пептид-молекула МНС. На обшую авідність взаємодії Т-клітин з антиген-презентіруюшімі клітинами в тимусі впливають такі фактори:
• число комплексів пептид-МНС; воно залежить від афінності епітопів до відповідної молекулі МНС;
• число молекул ТКР та відповідних корецепторних молекул, експресуються Т-кліть-кою, і
• аффінность специфічного ТКР до ліганду.
Позитивна селекція і коммітірованіе Т-клітин відбуваються на певній стадії їх розвитку
У зв'язку з чим тимоцити в процесі свого розвитку втрачають одну з корецепторних молекул і стають або CD4 + -, або С08 +-клітинами? Позитивною селекції піддаються лише ті незрілі тимоцити, які мають ТКР відповідної специфічності і поки ще екс-прессіруют обидва корецептора. Позитивно відібрані тимоцити диференціюються в так звані моноположітельние клітини, CD4 + або CD8 +. При коммітірованіі в той чи інший тип клітин вибірково припиняється синтез інший корецепторной молекули. У миші таке виборче прекрашения синтезу відбувається, коли клітини, що несуть обидва корецептора, отримують сигнали, необхідні для позитивної селекції.
Час і місце негативної селекції залежать від різноманітних факторів
У число таких факторів входять: доступність власних антигенів для розвиваються Т-клітин, поєднана авідність ТКР і допоміжних молекул до комплексу власний антиген МНС-власний пептид і природа клітин, відповідальних за поділу. Негативна селекція не вимагає участі спеціалізованих АПК; в звичайних умовах це функція дендритних клітин тимуса чи макрофагів, які локалізовані переважно в області переходу корковою зони в мозкову; вони несуть на своїй поверхні велика кількість молекул МНС класів I і II, забезпечуючи тим самим зв'язування Т- клітин, що мають високу авідність до власних пептидів. У негативній селекції можуть також брати участь деякі епітеліальні клітини мозкової і кіркової зон. Поділу здатні викликати і самі тімоніти.
У негативній селекції бере участь спеціальний сигнал загибелі
Існує ряд механізмів апоптотичній загибелі зрілих лімфоцитів. Сигнали, що індукують апоптоз, можуть передаватися через Fas, CTLA-4 або рецептори ФНП. Процес негативної селекції двічі позитивних тимоцитів унікальний тим, що не залежить ні від одного з цих процесів.
Периферична, або посттіміческая, толерантність до власних антигенів
Як правило, деякі потенційно аутореактівние Т-лімфоцити не гинуть в тимусі і надходять в пул периферичних лімфоцитів. Таким чином, у крові здорових індивідів можуть з'явитися аутореактівние Т-клітини, здатні реагувати з пептидами власних тка-неспецифічних антигенів, зокрема основного білка мієліну. Уникнути лелеціі в тимусі Т-лімфоцити можуть по ряду причин:
• в тимусі можуть експресуватися не всі антигени організму;
• не всі епітопи власних антигенів володіють достатньою афінності для формування стабільних комплексів пепто-молекула МНС, яке становить умова Т-клітин-точної лелеціі;
• не всі ТКР пов'язують свої ліганди з достатньою для лелеціі Т-клітин афінності.
Для запобігання аутоагресивної дії уникли делеції Т-лімфоцитів існує чотири механізми:
• «ігнорування» Т-клітинами антигенів власних тканин організму;
• енергія Т-клітин;
• загибель Т-клітин;
• імунне відхилення або імуносупресія
Потенційно аутореактівние клітини можуть «ігнорувати» власні антигени
Цей феномен являє собою пасивну форму толерантності до аутоантігенам і спостерігається в наступних випадках:
• якщо аутореактівние Т-лімфоцити не можуть проникнути через ендотеліальний бар'єр, що відокремлює клітини з відповідними аутоантігенам;
• якщо активація аутореактивних Т-клітин, які проникли через цей бар'єр, не може відбутись через одну з наступних причин:
а) недостатнє для розпізнавання кількість аутоантигена;
б) недостатність або відсутність експресії молекул МНС на тканинних клітинах, несучи цей аутоантигену;
в) недостатнє для ефективної імунної реакції число Т-клітин;
г) відсутність костімуляціі при презентації антигену.
Костімуляція Т-лімфоцитів полягає в тому, що клітина на додаток до сигналу, індукованому через ТКР, отримує другий сигнал. Цей додатковий сигнал підсилює проліферацію і стимулює ефекторні функції Т-клітин, наприклад продукцію цитокінів і літичну активність. Костімуляцію можуть опосередковувати різні поверхневі молекули Т-клітин, однак основна роль в цьому процесі належить взаємодії В7-CD28/CTLA-4. Молекула CD28 експресувати на клітинній поверхні, тоді як CTLA-4 початково локалізована всередині клітини, і її обмежена експресія на поверхні клітини залежить від з'єднання ТКР з лігандом. Експресія В7 на поверхні АПК необхідна для презентації багатьох антигенів. У відсутність костімуляціі презентація антигенів, наприклад клітинами підшлункової залози, може призвести або до «ігнорування» аутоантигенов, або до розвитку анергії, в залежності від природи антигену і авідності взаємодії.
Анергія як механізм периферичної толерантності
Клітини можуть стати неотвечаюшімі, отримавши опосередкований ТКР сигнал. Придушення їх функції може відбуватися за рахунок зниження експресії ТКР і корецепторних молекул. Це зниження виникає внаслідок активування Т-клітин і в умовах постійної стимуляції веде до анергії. Анергією називають такий стан клітин, при якому вони зберігають життєздатність, але не можуть здійснювати деякі функції у відповідь на оптимальну стимуляцію, опосередковану як Антигенспецифічність рецептором, так і іншими необхідними для активації рецепторами. Анергії Т-лімфоцитів можна легко індукувати in vitro, стимулюючи клітини через їх ТКР у відсутність костімуляціі. Той же результат дає застосування пептидів-антагоністів у присутності сигналу 2. Анергія, що виникає через відсутність костімуліруюшего сигналу, оборотна; її вдається усунути, стимулюючи Т-клітини за допомогою ІЛ-2. Мабуть, подібний стан можна відтворити in vivo введенням потужних суперантігенов. Проте значення анергії як механізму периферичної толерантності до власних антигенів не можна вважати безперечним. Така форма регуляції занадто ненадійна, щоб забезпечити стійку толерантність до власних антигенів, так як завжди існує небезпека її скасування під впливом цитокінів, зокрема ІЛ-2. При подібній регулювання було б неминучим виникнення аутоімунних реакцій в результаті випадкового запалення або в ході імунної відповіді на інфекцію. Не виключено, що в багатьох випадках прояву толерантності in vivo, приписувані розвитку анергії, насправді відображають стан паралічу лімфоцитів, що передує їх запрограмованої загибелі. Активацію Т-клітин, що веде до зниження експресії рецепторів, анергії і, можливо, загибелі, слід розглядати як безперервний процес, результат якого залежить від сили і тривалості антигенного стимулу.
Периферичний механізм клітинної загибелі
Для підтримки толерантності до власних антигенів та гомеостазу імунної системи важливе значення має делеція Т-клітин поза тимуса, коли після активації антигеном більшість Т-клітин гине в результаті апоптозу. Цей механізм служить для контролю аутоімунних реакцій і підтримки оптимального пулу лім-фоідних клітин.
Периферичну поділу Т-клітин ініціює взаємодію або антигену Fas з його лігандом, або ФНП з рецептором ФНП. Подальша ланцюг передачі сигналів активує ІЛ-ф-конвертіруюшіе ферментоподобние протеази, які опосередковує запрограмовану клітинну загибель. У людини і миші зустрічається генетично обумовлена недостатність Fas або ліганда Fas, і в обох випадках виникає лімфопроліферативних захворювання. Після активації Т-лімфоцитів антигеном підвищується експресія FasL на клітинній поверхні. Зв'язування ліганда в мембрани носвязанной або розчинній формі з Fas може служити «сигналом загибелі» довколишнім Т-кліть-кам, викликаючи процес, названий «братовбивством». У деяких тканинах система Fas служить для захисту від небажаних імунних реакцій. Так, тканини яєчка і сітківки конститутивно експрессіруютліганд Fas, який оберігає їх від дії активованих Т-лімфоцитів.
Молекула CTLA-4 також грає важливу роль як негативний регулятор. У позбавлених CTLA-4 мишей розвивається лімфопроліферативних розлад, що нагадує порушення у мишей з недостатністю Fas, і виникає поширений аутоімунний процес. Після активації Т-лімфоцитів антигеном підвищується експресія CTLA-4 на їх поверхні. Зв'язування цієї молекули з лігандом блокує СБ28-залежну продукцію ІЛ-2, експресію рецептора ІЛ-2 і продовження циклу поділу активованих Т-лімфоцитів. Одночасне зв'язування ТКР і CTLA-4 викликає загибель клітин, якій можна запобігти додаванням ІЛ-2. Таким чином, костімуляція допомогою В7 може мати двоякий результат:
• зв'язування з CD28 веде до синтезу ІЛ-2, експресії рецептора ІЛ-2 і продовження розподілу активованих Т-клітин;
• зв'язування з CTLA-4 блокує СБ28-зави-незалежними реакції, зупиняє клітинний цикл розподілу і викликає загибель клітин, пригнічуючи синтез ІЛ-2.
Отже, ефект костімуляціі, опосередковуваного молекулами В7 на поверхні АПК, визначається тонко збалансованим співвідношенням експресії мембранозв'язаних молекул CD28 і CTLA-4 на поверхні Т-клітин. Дослідження на позбавлених CTLA-4 мишах показують, що негативна сигналізація за допомогою CTLA-4 - це активно діючий механізм контролю щодо аутореактивних Т-лімфоцитів.
Імунне відхилення
Периферична толерантність до антигенів може бути «заразливою», коли експериментально індукована толерантність до одного антигену Підтримується толерантність або пригнічує імунну відповідь на інше антиген, поки обидва антигени структурно чи фізично пов'язані. Це вказує на механізм толерантності, відмінний від «ігнорування» антигену і клітинної загибелі. Одне із запропонованих для даної форми толерантності пояснень передбачає існування двох популяцій Т-лімфоцитів, які продукують різні цитокіни. Відомо, що багато запальні аутоімунні захворювання викликаються Txl-клітинами, які утворюють цитокіни Іфу і ФНОа. Цитокіни, що продукуються Тх2-лімфоцитами, - ІЛ-4, ІЛ-5, ІЛ-6 та ІЛ-10 - підтримують антитіло-освіта. Однак поряд з цим синтезовані Тх2-клітинами цитокіни, зокрема ІЛ-10, надають важливий додатковий ефект придушення ефекторних функцій макрофагів, включаючи презентацію антигену Тх1-лімфоцитів-там і нестимульований Т-клітин. Таким чином, Тх2-клітини здатні пригнічувати запальні реакції. У свою чергу секретується Тх1-лім-фоцитів Іфу може запобігати диферен-ренціровку Тхо-клітин у Тх2-лімфоцити. Такий механізм імунного відхилення запропоновано більше 30 років тому для пояснення того, як тварина може відповідати на один і той самий антиген реакціями двох зовсім різних типів. Якщо морських свинок пріміровать антигеном, використовуючи як ад'юванта галун, у них продукується велика кількість антитіл IgGl, проте ГЗТ не виникає. При введенні того ж антигену, але в повному ад'юванта Фрейнда, розвивається сильна реакція ГЗТ. Згодом було висловлено припущення про те, що здатність антигену викликати або «гуморальний», або «клітинний» імунну відповідь відображає активацію ним одного з двох, функціонально антагоністичних один одному, механізмів імунної системи. В описаних вище експериментах спостерігалася, безсумнівно, форма імунного відхилення, обумовлена виборчої індукцією Тх2-, але не Txl-клітин. Феномен імунного відхилення поширюється і на власні антигени, оскільки розвиток таких захворювань, як діабет і запальний процес у кишечнику, що викликаються Txl-клітинами, може бути виключений стимульований антигеном Тх2-лім-фоцитів.
Т-клітинна толерантність залежить від генотипу організму
Для вивчення генетичної природи толерантності експериментально отриманих трансгенних мишей, у яких острівцевих клітини підшлункової залози експрессировалі вірусний антиген, гемаглютинін вірусу грипу, а Т-клітини - ТКР, специфічний до цього антигену, схрещували з мишами, що відрізняються за генами не-МНС, тобто . по генетичній основі. У мишей одній лінії Т-клітини, реактивні по відношенню до ГА, продукували великі кількості ІЛ-4 і Іфу; ознак запального процесу в підшлунковій залозі в цих мишей не було. ГА-реактивні Т-лімфоцити мишей іншої лінії продукували лише цитокіни, властиві Txl-клітинам, і були здатні інфільтрована острівці підшлункової залози, викликаючи діабет. Очевидно, що імунне відхилення тут контролювали гени, складові генетичну основу; багато хто з цих генів спільно регулюють чутливість до аутоімунному захворювання.
Толерантність В-клітин до власних антигенів
Продукція високоаффінних IgG залежить від Т-клітин. Тому, а також маючи на увазі, що поріг чутливості Т-клітин до індукції толерантності нижче, ніж у В-клітин, найпростіше припустити, що ареактівность По-лімфоцитів-тов по відношенню до власних антигенів визначається відсутністю Т-клітинної допомоги.
У деяких умовах толерантність В-клітин повинна бути індукована прямим впливом антигену
Клітини деяких мікробів містять перекривання стнореагіруюшіе антигени, у складі яких є як чужорідні епітопи, стимулюючі Т-клітини, так і інші епітопи, подібні з власними епітопи організму і здатні стимулювати В-клітини. Такі антигени можуть викликати сильний гуморальну відповідь проти аутоантитіл. Крім того, на відміну від ТКР іммуноглобуліновие рецептори зрілих, стимульованих антигеном В-клітин можуть змінюватися в результаті гіпермутірованія і в підсумку набувати реактивність щодо власних антигенів. Таким чином, толерантність В-клітин може виникати як під час їх розвитку, так і після антигенної стимуляції у вторинних лімфоїдних тканинах.
Аутореактівние В-клітини можуть делетіроваться або ставати енергійними в залежності від афінності В-клітинного рецептора і природи антигену
Індукція толерантності до власних антигенів нам може приводити або до діленні клітин, або до їх анергії. Це залежить від афінності антигенних рецепторів В-клітин і природи відповідного антигену, зокрема від того, чи є він інтегральним білком клітинної мембрани або являє собою розчинний, що циркулює, в основному мономерний білок. Доля аутореактивних В-клітин простежено в експериментах на трансгенних тварин.
Контакт аутореактивних В-клітин з мембранозв'язаних аутоантігенам, здатними з високою аффінність пов'язувати В-клітинні Ig-рецептори, дає наступний результат. У кістковому мозку число незрілих аутореактивних По-лім-фоцитів не зменшується, незважаючи на придушення експресії IgM-рецепторів після зв'язування з мембранозв'язаних власними антигенами. Таким чином, незрілі В-клітини менш чутливі до делетірующему дії аутоантигенов, ніж Т-клітини на ранніх стадіях диференціювання. Тим не менше ці В-клітини мають коротку тривалість життя і, можна сказати, приречені на загибель звичайно ще до надходження в периферичні лімфоїдні тканини.
У периферичних лімфоїдних тканинах, де аутореактівние В-лімфоцити можуть бути присутніми у великій кількості, вони не делетіруются, піддаючись впливу розчинних антигенів, а переходять у стан анергії. Такий ефект виникає тільки за умови, що концентрація антигену перевищує певний критичний рівень. Анергія пов'язана зі зниженням експресії IgM-, але не IgD-pe-цепторов. Ефект анергії супроводжується припиненням дозрівання В-клітин у мантії фолікулів селезінки і різким зниженням числа В-клітин, що мають високий рівень експресії поверхневого IgM, в крайовій зоні. Таким чином, на відміну від В-клітин, які піддаються клональною делеції, енергійні В-лімфоцити мігрують у периферичні лімфоїдні органи, але не здатні взаємодіяти в них з відповідними Тх-клітинами, що непрямо обумовлена відсутністю експресії IgM. Крім того, час напівжиття енергійних В-клітин становить лише кілька діб, тоді як у нормальних периферичних В-лімфоцитів воно дорівнює кільком тижням. Розвиток анергії, ймовірно, не обумовлено активністю Т-клітин-супресорів або антіідіотіпіческіе В-клітин, оскільки в дослідженнях на трансгенних тварин впливу подібних факторів не виявлено.
Анергія В-клітин - оборотний стан. Так, енергійні В-клітини можуть реагувати на антігеннезавісімие, опосередковувані CD40 сигнали, що надходять від Тх-клітин, при цьому на поверхні енергійних В-лімфоцитів за рахунок IgD-рецепторів може створюватися фізіологічна концентрація антигену для презентації Тх-лімфоцитів. Разом з тим при енергії порушена здатність до підвищення експресії молекул В7 з клітинної поверхні після зв'язування антигенного рецептор. Недостатня костімулірующая активність цих клітин може відновлюватися під впливом цитокінів або рззлічних поліклональних активаторів. Крім того, хронічна активація Т-клітин, викликана інфекційними агентами, може призводити до активації сусідніх В-клітин, опосередковуваного молекулами CD40 і цітокінзмі.
Вторинна перебудова генів імуноглобулінів
У більшості В-клітин по завершенні продуктивної перебудови генів імуноглобулінів подальшої їх перебудови не відбувається. Однак у мишей, що несуть штучно перебудовані трансгени, потенційно аутореактівние В-клітини уникають делеції або стану енергії завдяки тому, що піддаються вторинної перебудові генів імуноглобулінів. Така зміна специфічності рецепторів може служити одним з механізмів виживання В-клітин при постійному соматичному мутирование.
Толерантність, штучно викликана in vitro
Толерантність В-і Т-клітин можна легко індукувати in vitro
Антигени, здатні перехресно пов'язувати іммуноглобуліновие рецептори В-клітин, але не володіють мітогенних властивостями, можуть викликати толерантність В-клітин. Щоб зробити толерантними зрілі В-лімфоцити, необхідно використовувати високі концентрації антигену, однак на незрілі В-клітини антиген надає толерогенное дію і при низькій концентрзціі. Перехресне зв'язування іммуноглобулінових В-клітинних рецепторів можна отримати, за допомогою моноклональних антитіл знті-IgM. Застосування таких антитіл у високих концентраціях викликає клонльную делеція пре-В-клітин, запобігаючи їх подальшу диференціювання у В-клітини, які несуть мембрзносвя-ззнние IgM. Якщо ж використовувати невисокі концентрації антитіл, пре-В-клітини диференціюються в морфологічно нормальні В-лімфоцити з нормальним числом іммуноглобулінових рецепторів, однак переходять при цьому в стан глибокої енергії. Таким чином, і функцію В-клітин, і їх число можна модулювати, впливаючи на іммуноглобуліновие рецептори в критичний період, коли вони починають з'являтися на рп-Я вірності клітин.
Т-клітини людини експресують білки МНС класу II і можуть взаємно презентировать один одному антигенні пептиди. У результаті або розвиваються толерантність, обумовлена зниженням експресії рецепторів, і енергія, або відбувається активація, в залежності від природи Т-клітин та антигену. Дослідження, проведені в клонах Т-клітин миші, показали, що активація в відсутність костімулірующіх сигналів неминуче призводить до розвитку енергії. Презентація пептидних антигенів АПК на хімічно фіксованих АПК або на штучних мембранах, що містять білки МНС клзссз II, визивзет енергію, кек це відбувається у випадку активації Т-клітин антитіла »проти ТКР, іммобілізовзннимі на пластиковій поверхні. Мабуть, одне лише зв'язування ТКР без супутньої костімуляціі. веде до анергії.
Ефект антигену - клональне абортування В-клітин, делеція зрілих В-клітин або енергія - залежить від його валентності та перехресного зв'язування
Результат взаємодії В-клітини з антигеном залежить від ряду чинників: валентності антигену, концентрації антигену, афінності рецепторів до відповідних епітопів і стану зрілості клітини. На одному кінці спектра можливих ефектів знаходиться клональная делеція менш зрілих клітин, найбільш ймовірна для клітин, які несуть високоафінні рецептори, а також зустрічаючих високо-антигени або антигени, присутні у високій концентрації. Протилежний кінець спектру - це відсутність ефекту при малій концентрації антигену і низькою афінності. Клональная енергія займає серед можливих ефектів проміжне становище.
• клональне абортування: полівалентний антиген у відповідній концентрації може викликати делеція незрілих В-клітин, перешкоджаючи їх подальшої диференціювання: пре-В-клітин властива висока ступінь «толерабельності».
• клональная делеція: дуже сильні негативні сигнали можуть викликати усунення зрілих В-клітин.
• клональная анергія: при проміжних концентраціях полівалентного антигену В-клітини диференціюються в морфологічно нормальні клітини з нормальним числом іммуноглобулінових рецепторів, однак при цьому переходять у стан глибокої анергії.
• клональне «ігнорування»: антиген не буде робити будь-якого впливу на В-клітини, якщо його концентрація занадто мала або ж аффінность антигенного рецептора надто низька; це пасивна форма імунологічної толерантності.
• Блокада антітелообразующіх клітин: надлишок Т-незалежного антигену блокує секрецію антитіл АОК; останні мають низьку толерабельностью.
Другий період підвищеної чутливості клітин до індукції толерантності тимчасово існує при формуванні В-клітинної імунологічної пам'яті
Вторинні В-клітини високочутливі до толерогенному дії епітопів полівалентних антигенів за відсутності Т-клітинної допомоги. Існування такої стадії підвищеної чутливості до індукції толерантності, ймовірно, забезпечує елімінацію тих знову виникаючих В-клітин пам'яті, які придбали аутореактивного.
Індукція толерантності як можливий засіб терапії
Подальше вивчення механізмів толерантності необхідно для розвитку цілого ряду напрямів прикладних досліджень. Воно допоможе У пошуку способів посилення толерантності до чужорідних трансплантатом і відновлення порушених імунних функцій при стану! гіперчутливості та аутоімунітету. З метою можливого застосування в медицині були (випробувані різні шляхи створення мистецтв кої толерантності у тварин. Певний успіх досягнуто в трансплантації, пов'язаної з химеризмом, при використанні імуносупресивних агентів. Успішним виявився і застосування в дослідах з пересадки чужорідний органів і тканин моноклональних антитіл анти-1 CD4 і анти-С08, що не викликають елімінації клітин. Мають відбутися клінічні випробування розробленого на тваринах способу створення толерантності шляхом аплікації антигену спрямованої дії на слизову оболонку або застосування пептидів-антагоністів.
Важливо також знайти спосіб активації Т-клітин, «не помічають» деякі антигени, що-) б стимулювати активний імунний відвів проти цих антигенів. Це дозволило б огpaнічівать зростання пухлин, які можуть експресувати свої власні, унікальні, пухлиноспецифічних антигени.
• енергія Т-клітин;
• загибель Т-клітин;
• імунне відхилення або імуносупресія
Потенційно аутореактівние клітини можуть «ігнорувати» власні антигени
Цей феномен являє собою пасивну форму толерантності до аутоантігенам і спостерігається в наступних випадках:
• якщо аутореактівние Т-лімфоцити не можуть проникнути через ендотеліальний бар'єр, що відокремлює клітини з відповідними аутоантігенам;
• якщо активація аутореактивних Т-клітин, які проникли через цей бар'єр, не може відбутись через одну з наступних причин:
а) недостатнє для розпізнавання кількість аутоантигена;
б) недостатність або відсутність експресії молекул МНС на тканинних клітинах, несучи цей аутоантигену;
в) недостатнє для ефективної імунної реакції число Т-клітин;
г) відсутність костімуляціі при презентації антигену.
Костімуляція Т-лімфоцитів полягає в тому, що клітина на додаток до сигналу, індукованому через ТКР, отримує другий сигнал. Цей додатковий сигнал підсилює проліферацію і стимулює ефекторні функції Т-клітин, наприклад продукцію цитокінів і літичну активність. Костімуляцію можуть опосередковувати різні поверхневі молекули Т-клітин, однак основна роль в цьому процесі належить взаємодії В7-CD28/CTLA-4. Молекула CD28 експресувати на клітинній поверхні, тоді як CTLA-4 початково локалізована всередині клітини, і її обмежена експресія на поверхні клітини залежить від з'єднання ТКР з лігандом. Експресія В7 на поверхні АПК необхідна для презентації багатьох антигенів. У відсутність костімуляціі презентація антигенів, наприклад клітинами підшлункової залози, може призвести або до «ігнорування» аутоантигенов, або до розвитку анергії, в залежності від природи антигену і авідності взаємодії.
Анергія як механізм периферичної толерантності
Клітини можуть стати неотвечаюшімі, отримавши опосередкований ТКР сигнал. Придушення їх функції може відбуватися за рахунок зниження експресії ТКР і корецепторних молекул. Це зниження виникає внаслідок активування Т-клітин і в умовах постійної стимуляції веде до анергії. Анергією називають такий стан клітин, при якому вони зберігають життєздатність, але не можуть здійснювати деякі функції у відповідь на оптимальну стимуляцію, опосередковану як Антигенспецифічність рецептором, так і іншими необхідними для активації рецепторами. Анергії Т-лімфоцитів можна легко індукувати in vitro, стимулюючи клітини через їх ТКР у відсутність костімуляціі. Той же результат дає застосування пептидів-антагоністів у присутності сигналу 2. Анергія, що виникає через відсутність костімуліруюшего сигналу, оборотна; її вдається усунути, стимулюючи Т-клітини за допомогою ІЛ-2. Мабуть, подібний стан можна відтворити in vivo введенням потужних суперантігенов. Проте значення анергії як механізму периферичної толерантності до власних антигенів не можна вважати безперечним. Така форма регуляції занадто ненадійна, щоб забезпечити стійку толерантність до власних антигенів, так як завжди існує небезпека її скасування під впливом цитокінів, зокрема ІЛ-2. При подібній регулювання було б неминучим виникнення аутоімунних реакцій в результаті випадкового запалення або в ході імунної відповіді на інфекцію. Не виключено, що в багатьох випадках прояву толерантності in vivo, приписувані розвитку анергії, насправді відображають стан паралічу лімфоцитів, що передує їх запрограмованої загибелі. Активацію Т-клітин, що веде до зниження експресії рецепторів, анергії і, можливо, загибелі, слід розглядати як безперервний процес, результат якого залежить від сили і тривалості антигенного стимулу.
Периферичний механізм клітинної загибелі
Для підтримки толерантності до власних антигенів та гомеостазу імунної системи важливе значення має делеція Т-клітин поза тимуса, коли після активації антигеном більшість Т-клітин гине в результаті апоптозу. Цей механізм служить для контролю аутоімунних реакцій і підтримки оптимального пулу лім-фоідних клітин.
Периферичну поділу Т-клітин ініціює взаємодію або антигену Fas з його лігандом, або ФНП з рецептором ФНП. Подальша ланцюг передачі сигналів активує ІЛ-ф-конвертіруюшіе ферментоподобние протеази, які опосередковує запрограмовану клітинну загибель. У людини і миші зустрічається генетично обумовлена недостатність Fas або ліганда Fas, і в обох випадках виникає лімфопроліферативних захворювання. Після активації Т-лімфоцитів антигеном підвищується експресія FasL на клітинній поверхні. Зв'язування ліганда в мембрани носвязанной або розчинній формі з Fas може служити «сигналом загибелі» довколишнім Т-кліть-кам, викликаючи процес, названий «братовбивством». У деяких тканинах система Fas служить для захисту від небажаних імунних реакцій. Так, тканини яєчка і сітківки конститутивно експрессіруютліганд Fas, який оберігає їх від дії активованих Т-лімфоцитів.
Молекула CTLA-4 також грає важливу роль як негативний регулятор. У позбавлених CTLA-4 мишей розвивається лімфопроліферативних розлад, що нагадує порушення у мишей з недостатністю Fas, і виникає поширений аутоімунний процес. Після активації Т-лімфоцитів антигеном підвищується експресія CTLA-4 на їх поверхні. Зв'язування цієї молекули з лігандом блокує СБ28-залежну продукцію ІЛ-2, експресію рецептора ІЛ-2 і продовження циклу поділу активованих Т-лімфоцитів. Одночасне зв'язування ТКР і CTLA-4 викликає загибель клітин, якій можна запобігти додаванням ІЛ-2. Таким чином, костімуляція допомогою В7 може мати двоякий результат:
• зв'язування з CD28 веде до синтезу ІЛ-2, експресії рецептора ІЛ-2 і продовження розподілу активованих Т-клітин;
• зв'язування з CTLA-4 блокує СБ28-зави-незалежними реакції, зупиняє клітинний цикл розподілу і викликає загибель клітин, пригнічуючи синтез ІЛ-2.
Отже, ефект костімуляціі, опосередковуваного молекулами В7 на поверхні АПК, визначається тонко збалансованим співвідношенням експресії мембранозв'язаних молекул CD28 і CTLA-4 на поверхні Т-клітин. Дослідження на позбавлених CTLA-4 мишах показують, що негативна сигналізація за допомогою CTLA-4 - це активно діючий механізм контролю щодо аутореактивних Т-лімфоцитів.
Імунне відхилення
Периферична толерантність до антигенів може бути «заразливою», коли експериментально індукована толерантність до одного антигену Підтримується толерантність або пригнічує імунну відповідь на інше антиген, поки обидва антигени структурно чи фізично пов'язані. Це вказує на механізм толерантності, відмінний від «ігнорування» антигену і клітинної загибелі. Одне із запропонованих для даної форми толерантності пояснень передбачає існування двох популяцій Т-лімфоцитів, які продукують різні цитокіни. Відомо, що багато запальні аутоімунні захворювання викликаються Txl-клітинами, які утворюють цитокіни Іфу і ФНОа. Цитокіни, що продукуються Тх2-лімфоцитами, - ІЛ-4, ІЛ-5, ІЛ-6 та ІЛ-10 - підтримують антитіло-освіта. Однак поряд з цим синтезовані Тх2-клітинами цитокіни, зокрема ІЛ-10, надають важливий додатковий ефект придушення ефекторних функцій макрофагів, включаючи презентацію антигену Тх1-лімфоцитів-там і нестимульований Т-клітин. Таким чином, Тх2-клітини здатні пригнічувати запальні реакції. У свою чергу секретується Тх1-лім-фоцитів Іфу може запобігати диферен-ренціровку Тхо-клітин у Тх2-лімфоцити. Такий механізм імунного відхилення запропоновано більше 30 років тому для пояснення того, як тварина може відповідати на один і той самий антиген реакціями двох зовсім різних типів. Якщо морських свинок пріміровать антигеном, використовуючи як ад'юванта галун, у них продукується велика кількість антитіл IgGl, проте ГЗТ не виникає. При введенні того ж антигену, але в повному ад'юванта Фрейнда, розвивається сильна реакція ГЗТ. Згодом було висловлено припущення про те, що здатність антигену викликати або «гуморальний», або «клітинний» імунну відповідь відображає активацію ним одного з двох, функціонально антагоністичних один одному, механізмів імунної системи. В описаних вище експериментах спостерігалася, безсумнівно, форма імунного відхилення, обумовлена виборчої індукцією Тх2-, але не Txl-клітин. Феномен імунного відхилення поширюється і на власні антигени, оскільки розвиток таких захворювань, як діабет і запальний процес у кишечнику, що викликаються Txl-клітинами, може бути виключений стимульований антигеном Тх2-лім-фоцитів.
Т-клітинна толерантність залежить від генотипу організму
Для вивчення генетичної природи толерантності експериментально отриманих трансгенних мишей, у яких острівцевих клітини підшлункової залози експрессировалі вірусний антиген, гемаглютинін вірусу грипу, а Т-клітини - ТКР, специфічний до цього антигену, схрещували з мишами, що відрізняються за генами не-МНС, тобто . по генетичній основі. У мишей одній лінії Т-клітини, реактивні по відношенню до ГА, продукували великі кількості ІЛ-4 і Іфу; ознак запального процесу в підшлунковій залозі в цих мишей не було. ГА-реактивні Т-лімфоцити мишей іншої лінії продукували лише цитокіни, властиві Txl-клітинам, і були здатні інфільтрована острівці підшлункової залози, викликаючи діабет. Очевидно, що імунне відхилення тут контролювали гени, складові генетичну основу; багато хто з цих генів спільно регулюють чутливість до аутоімунному захворювання.
Толерантність В-клітин до власних антигенів
Продукція високоаффінних IgG залежить від Т-клітин. Тому, а також маючи на увазі, що поріг чутливості Т-клітин до індукції толерантності нижче, ніж у В-клітин, найпростіше припустити, що ареактівность По-лімфоцитів-тов по відношенню до власних антигенів визначається відсутністю Т-клітинної допомоги.
У деяких умовах толерантність В-клітин повинна бути індукована прямим впливом антигену
Клітини деяких мікробів містять перекривання стнореагіруюшіе антигени, у складі яких є як чужорідні епітопи, стимулюючі Т-клітини, так і інші епітопи, подібні з власними епітопи організму і здатні стимулювати В-клітини. Такі антигени можуть викликати сильний гуморальну відповідь проти аутоантитіл. Крім того, на відміну від ТКР іммуноглобуліновие рецептори зрілих, стимульованих антигеном В-клітин можуть змінюватися в результаті гіпермутірованія і в підсумку набувати реактивність щодо власних антигенів. Таким чином, толерантність В-клітин може виникати як під час їх розвитку, так і після антигенної стимуляції у вторинних лімфоїдних тканинах.
Аутореактівние В-клітини можуть делетіроваться або ставати енергійними в залежності від афінності В-клітинного рецептора і природи антигену
Індукція толерантності до власних антигенів нам може приводити або до діленні клітин, або до їх анергії. Це залежить від афінності антигенних рецепторів В-клітин і природи відповідного антигену, зокрема від того, чи є він інтегральним білком клітинної мембрани або являє собою розчинний, що циркулює, в основному мономерний білок. Доля аутореактивних В-клітин простежено в експериментах на трансгенних тварин.
Контакт аутореактивних В-клітин з мембранозв'язаних аутоантігенам, здатними з високою аффінність пов'язувати В-клітинні Ig-рецептори, дає наступний результат. У кістковому мозку число незрілих аутореактивних По-лім-фоцитів не зменшується, незважаючи на придушення експресії IgM-рецепторів після зв'язування з мембранозв'язаних власними антигенами. Таким чином, незрілі В-клітини менш чутливі до делетірующему дії аутоантигенов, ніж Т-клітини на ранніх стадіях диференціювання. Тим не менше ці В-клітини мають коротку тривалість життя і, можна сказати, приречені на загибель звичайно ще до надходження в периферичні лімфоїдні тканини.
У периферичних лімфоїдних тканинах, де аутореактівние В-лімфоцити можуть бути присутніми у великій кількості, вони не делетіруются, піддаючись впливу розчинних антигенів, а переходять у стан анергії. Такий ефект виникає тільки за умови, що концентрація антигену перевищує певний критичний рівень. Анергія пов'язана зі зниженням експресії IgM-, але не IgD-pe-цепторов. Ефект анергії супроводжується припиненням дозрівання В-клітин у мантії фолікулів селезінки і різким зниженням числа В-клітин, що мають високий рівень експресії поверхневого IgM, в крайовій зоні. Таким чином, на відміну від В-клітин, які піддаються клональною делеції, енергійні В-лімфоцити мігрують у периферичні лімфоїдні органи, але не здатні взаємодіяти в них з відповідними Тх-клітинами, що непрямо обумовлена відсутністю експресії IgM. Крім того, час напівжиття енергійних В-клітин становить лише кілька діб, тоді як у нормальних периферичних В-лімфоцитів воно дорівнює кільком тижням. Розвиток анергії, ймовірно, не обумовлено активністю Т-клітин-супресорів або антіідіотіпіческіе В-клітин, оскільки в дослідженнях на трансгенних тварин впливу подібних факторів не виявлено.
Анергія В-клітин - оборотний стан. Так, енергійні В-клітини можуть реагувати на антігеннезавісімие, опосередковувані CD40 сигнали, що надходять від Тх-клітин, при цьому на поверхні енергійних В-лімфоцитів за рахунок IgD-рецепторів може створюватися фізіологічна концентрація антигену для презентації Тх-лімфоцитів. Разом з тим при енергії порушена здатність до підвищення експресії молекул В7 з клітинної поверхні після зв'язування антигенного рецептор. Недостатня костімулірующая активність цих клітин може відновлюватися під впливом цитокінів або рззлічних поліклональних активаторів. Крім того, хронічна активація Т-клітин, викликана інфекційними агентами, може призводити до активації сусідніх В-клітин, опосередковуваного молекулами CD40 і цітокінзмі.
Вторинна перебудова генів імуноглобулінів
У більшості В-клітин по завершенні продуктивної перебудови генів імуноглобулінів подальшої їх перебудови не відбувається. Однак у мишей, що несуть штучно перебудовані трансгени, потенційно аутореактівние В-клітини уникають делеції або стану енергії завдяки тому, що піддаються вторинної перебудові генів імуноглобулінів. Така зміна специфічності рецепторів може служити одним з механізмів виживання В-клітин при постійному соматичному мутирование.
Толерантність, штучно викликана in vitro
Толерантність В-і Т-клітин можна легко індукувати in vitro
Антигени, здатні перехресно пов'язувати іммуноглобуліновие рецептори В-клітин, але не володіють мітогенних властивостями, можуть викликати толерантність В-клітин. Щоб зробити толерантними зрілі В-лімфоцити, необхідно використовувати високі концентрації антигену, однак на незрілі В-клітини антиген надає толерогенное дію і при низькій концентрзціі. Перехресне зв'язування іммуноглобулінових В-клітинних рецепторів можна отримати, за допомогою моноклональних антитіл знті-IgM. Застосування таких антитіл у високих концентраціях викликає клонльную делеція пре-В-клітин, запобігаючи їх подальшу диференціювання у В-клітини, які несуть мембрзносвя-ззнние IgM. Якщо ж використовувати невисокі концентрації антитіл, пре-В-клітини диференціюються в морфологічно нормальні В-лімфоцити з нормальним числом іммуноглобулінових рецепторів, однак переходять при цьому в стан глибокої енергії. Таким чином, і функцію В-клітин, і їх число можна модулювати, впливаючи на іммуноглобуліновие рецептори в критичний період, коли вони починають з'являтися на рп-Я вірності клітин.
Т-клітини людини експресують білки МНС класу II і можуть взаємно презентировать один одному антигенні пептиди. У результаті або розвиваються толерантність, обумовлена зниженням експресії рецепторів, і енергія, або відбувається активація, в залежності від природи Т-клітин та антигену. Дослідження, проведені в клонах Т-клітин миші, показали, що активація в відсутність костімулірующіх сигналів неминуче призводить до розвитку енергії. Презентація пептидних антигенів АПК на хімічно фіксованих АПК або на штучних мембранах, що містять білки МНС клзссз II, визивзет енергію, кек це відбувається у випадку активації Т-клітин антитіла »проти ТКР, іммобілізовзннимі на пластиковій поверхні. Мабуть, одне лише зв'язування ТКР без супутньої костімуляціі. веде до анергії.
Ефект антигену - клональне абортування В-клітин, делеція зрілих В-клітин або енергія - залежить від його валентності та перехресного зв'язування
Результат взаємодії В-клітини з антигеном залежить від ряду чинників: валентності антигену, концентрації антигену, афінності рецепторів до відповідних епітопів і стану зрілості клітини. На одному кінці спектра можливих ефектів знаходиться клональная делеція менш зрілих клітин, найбільш ймовірна для клітин, які несуть високоафінні рецептори, а також зустрічаючих високо-антигени або антигени, присутні у високій концентрації. Протилежний кінець спектру - це відсутність ефекту при малій концентрації антигену і низькою афінності. Клональная енергія займає серед можливих ефектів проміжне становище.
• клональне абортування: полівалентний антиген у відповідній концентрації може викликати делеція незрілих В-клітин, перешкоджаючи їх подальшої диференціювання: пре-В-клітин властива висока ступінь «толерабельності».
• клональная делеція: дуже сильні негативні сигнали можуть викликати усунення зрілих В-клітин.
• клональная анергія: при проміжних концентраціях полівалентного антигену В-клітини диференціюються в морфологічно нормальні клітини з нормальним числом іммуноглобулінових рецепторів, однак при цьому переходять у стан глибокої анергії.
• клональне «ігнорування»: антиген не буде робити будь-якого впливу на В-клітини, якщо його концентрація занадто мала або ж аффінность антигенного рецептора надто низька; це пасивна форма імунологічної толерантності.
• Блокада антітелообразующіх клітин: надлишок Т-незалежного антигену блокує секрецію антитіл АОК; останні мають низьку толерабельностью.
Другий період підвищеної чутливості клітин до індукції толерантності тимчасово існує при формуванні В-клітинної імунологічної пам'яті
Вторинні В-клітини високочутливі до толерогенному дії епітопів полівалентних антигенів за відсутності Т-клітинної допомоги. Існування такої стадії підвищеної чутливості до індукції толерантності, ймовірно, забезпечує елімінацію тих знову виникаючих В-клітин пам'яті, які придбали аутореактивного.
Індукція толерантності як можливий засіб терапії
Подальше вивчення механізмів толерантності необхідно для розвитку цілого ряду напрямів прикладних досліджень. Воно допоможе У пошуку способів посилення толерантності до чужорідних трансплантатом і відновлення порушених імунних функцій при стану! гіперчутливості та аутоімунітету. З метою можливого застосування в медицині були (випробувані різні шляхи створення мистецтв кої толерантності у тварин. Певний успіх досягнуто в трансплантації, пов'язаної з химеризмом, при використанні імуносупресивних агентів. Успішним виявився і застосування в дослідах з пересадки чужорідний органів і тканин моноклональних антитіл анти-1 CD4 і анти-С08, що не викликають елімінації клітин. Мають відбутися клінічні випробування розробленого на тваринах способу створення толерантності шляхом аплікації антигену спрямованої дії на слизову оболонку або застосування пептидів-антагоністів.
Важливо також знайти спосіб активації Т-клітин, «не помічають» деякі антигени, що-) б стимулювати активний імунний відвів проти цих антигенів. Це дозволило б огpaнічівать зростання пухлин, які можуть експресувати свої власні, унікальні, пухлиноспецифічних антигени.