Posted by & filed under Вестник КазНМУ, Иммунология, Русский.

В обзоре представлены механизмы центральной и периферической толерантности. Описаны механизмы негативной селекции, клональной делеции аутореактивных Т-лимфоцитов с помощью рецепторного редактирования; рассмотрена роль ингибиторных рецепторов и Fas-киллинга в механизмах периферической толерантности, а также описаны дефекты белка FoxP3, контролирующего программирование функциональных свойств Трег. лимфоцитов.

 

Для индукции адаптивного иммунного ответа против антигена его молекула должна быть распознана лимфоцитами как чужеродная. Противоположностью этой способности распознавать и элиминировать «чужое» является специфическая неотвечаемость к «своим» антигенам, называемая иммунологической толерантностью. В последнее десятилетие исследователями достигнут существенный прогресс в изучении механизмов толерантности, а также в установлении причин, приводящих к ее срыву и возникновению аутоиммунных заболеваний, от которых страдает около 3% населения развитых стран [12].

Существует два основных пути формирования естественной толерантности. Первый обеспечивается программой развития лимфоцитов, в ходе реализации которой аутореактивные клоны лимфоцитов элиминируются. Механизмы, обеспечивающие реализацию этой программы, ответственны за формирование центральной толерантности, которая называется так потому, что она формируется в центральных органах адаптивной иммунной системы – тимусе и костном мозге, где происходит развитие Т- и В-лимфоцитов.

Второй путь осуществляется с помощью механизмов, которые работают в периферических лимфоидных органах и предотвращают или ограничивают активацию аутореактивных лимфоцитов, которые не были элиминированы механизмами центральной толерантности. Эти механизмы обеспечивают формирование периферической толерантности.

 

Механизмы центральной иммунологической толерантности

Центральная иммунологическая толерантность является ведущим механизмом естественной толерантности. Принято разделять центральную      Т-клеточную толерантность и центральную В-клеточную толерантность.

Ведущим механизмом центральной Т-клеточной толерантности является процесс негативной селекции. Развитие тимоцитов проходит через ряд стадий, в процессе которых незрелые клетки сначала подвергаются положительной селекции в коре тимуса, в результате которой выживают лишь те тимоциты, антигенраспознающие Т-клеточные рецепторы которых (ТКР) комплементарны белкам МНС собственного организма. На следующем этапе дифференцировки происходит негативная селекция. Клоны Т-лимфоцитов, прошедшие положительную селекцию и рестриктированные по белкам МНС, которые имеют ТКР, высокоаффинные к комплексам «собственный пептид-белок МНС» на поверхности дендритных клеток (ДК) и клеток эпителия тимуса, погибают в результате апоптоза (негативная селекция) или на них индуцируется экспрессия белка FoхP3 – регулятора транскрипции, и они дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты. Эти клетки выходят на периферию, где играют важную роль в механизмах периферической толерантности, оказывая супрессорное действие на аутореактивные клоны Т-лимфоцитов той же специфичности. Считается, что высокий уровень аффинности ТКР к собственным антигенам способствует преобладанию негативной селекции над развитием Трег. лимфоцитов [11,18,19,20].

Долгое время считалось, что центральная Т-клеточная толерантность ограничена только теми собственными белками, которые экспрессированы в тимусе, и поэтому исключается ее формирование по многим белкам, которые экспрессируются только в специализированных периферических тканях. Недавно установлено, однако, что негативная селекция приводит к формированию центральной Т-клеточной толерантности не только к тем собственным белкам организма, которые экспрессируются на поверхности тимусных ДК и медуллярных эпителиальных клеток, но и к многим органоспецифическим белкам, которые хотя и содержатся только в определенных тканях, однако тоже экспрессируются на АПК тимуса. Показано, что для экспрессии антигенов многих эндокринных тканей требуется наличие регулятора транскрипции – ядерного белка Aire (аутоиммунный регулятор) [1,5]. Редкий генетический дефект этого белка вызывает у человека аутоиммунное заболевание, известное как «аутоиммунная полиэндокринопатия – кандидозы – эктодермальная дистрофия» (APECED), которое называется также «Аутоиммунный полиэндокринный синдром I типа». Было установлено, что это заболевание обусловлено единичным аутосомным мутантным локусом и наследуется по рецессивному типу. Показано, что виновный ген APECED кодирует белок Aire. Этот белок экспрессируется в первую очередь в тимусе, поджелудочной железе и надпочечниках. Он регулирует представление аутоантигенов периферических тканей на ДК и медуллярных эпителиальных клетках тимуса.  Недавно были созданы мыши, дефицитные по Aire, у них развивались мультиорганные аутоиммунные заболевания [1,5,12,17]. Конкретные детали механизма регуляции белком Aire экспрессии собственных антигенных пептидов в тимусе пока мало понятны, и в настоящее время этот механизм интенсивно изучается.

Клональная делеция аутореактивных Т-лимфоцитов осуществляется также с помощью другого механизма – рецепторного редактирования. В его основе лежит реарранжировка фрагментов, образующих функциональные гены, кодирующие вариабельные домены ТКР, высокоаффинные к собственным пептидам организма. Она происходит в незрелых  Т-лимфоцитах мезенхимы тимуса при распознавании этих пептидов на поверхности АПК. Если образующийся в результате генетической реарранжировки (рецепторного редактирования) ТКР утрачивает специфичность к собственному пептиду, то такой клон Т-лимфоцитов выживает. Если аффинность ТКР вследствие рецепторного редактирования существенно не изменяется, клетка вступает в апоптоз и погибает. Рецепторное редактирование нечасто происходит в тимусе, и преобладающим механизмом центральной Т-клеточной толерантности все же является негативная селекция [9,11,16].

Центральная В-клеточная толерантность также формируется за счет клональной делеции аутореактивных клонов незрелых В-лимфоцитов в костном мозге. Главным механизмом в данном случае является рецепторное редактирование, а роль негативной селекции, в отличие от центральной  Т-клеточной толерантности, второстепенна.

Рецепторное редактирование аутореактивных В-клеток – это процесс, при котором незрелые В-лимфоциты, экспрессирующие антигенраспознающие рецепторы (ВКР), высокоаффинные к собственным антигенам организма, контактируя с этими антигенами (если они присутствуют в костном мозге), получают от ВКР сильный сигнал и прекращают дифференцировку, оставаясь в костном мозге. Под действием ряда стимулов в клетке начинается реарранжировка генов, кодирующих синтез вариабельных доменов молекулы иммуноглобулина, в первую очередь вариабельных доменов легкой цепи (VL-доменов). Это приводит к изменению специфичности антигенсвязывающего центра иммуноглобулина, что снижает аффинность ВКР к данному антигену ниже критического порогового уровня, ведущего к возможности возникновения аутоиммунного процесса. Однако если в течение 1-2 дней этого не произойдет, то В-лимфоцит вступает в апоптоз и погибает. Процесс рецепторного редактирования, таким образом, по своему механизму является скорее молекулярной селекцией, чем клеточной [9,10,11,14,16]. Так как в данном случае происходит изменение специфичности уже имеющегося у  В-лимфоцита функционального ВКР, процесс и получил название рецепторного редактирования (receptor edition). Показано также, что частично формирование центральной толерантности продолжается в селезенке, и в этом случае рецепторное редактирование не имеет места, а В-клеточная толерантность незрелых транзиторных В-клеток формируется с помощью механизма негативной селекции. Для формирования центральной В-клеточной толерантности необходимо, чтобы собственные антигены были доступны для взаимодействия с аутореактивными В-лимфоцитами в костном мозге либо в селезенке. Поэтому считается, что собственные антигены, которые сильно рестриктированы по тканям, не могут эффективно индуцировать центральную В-клеточную толерантность. Для предотвращения продукции антител, направленных против таких антигенов, важны механизмы периферической В-клеточной толерантности [5,16].

Механизмы периферической толерантности

В многочисленных экспериментах на мышах было показано, что центральная толерантность не является идеальным процессом и не обеспечивает полной элиминации всех аутореактивных лимфоцитов из-за того, что, во-первых, не все собственные антигены экспрессируются в центральных органах адаптивной иммунной системы и, во-вторых, существует пороговый уровень аффинности к собственным антигенам, при превышении которого запускаются процессы клональной делеции. Это позволяет некоторым клонам с более низкой аффинностью к аутоантигенам избежать апоптоза и выжить. Процесс, называемый периферической толерантностью, инактивирует эти клетки на периферии, что приводит к их гибели или неспособности отвечать на собственные антигены [9,12,15].

Периферическую толерантность также иногда подразделяют на Т-клеточную и В-клеточную. Ряд механизмов периферической толерантности является общим для Т- и В-лимфоцитов, однако некоторые из них присущи только одному из этих типов клеток. Механизмы периферической толерантности можно подразделить на две категории: механизмы, обусловленные отсутствием костимулирующих сигналов и приводящие к анергии (неотвечаемости на антигенные стимулы) аутореактивных В- и Т-лимфоцитов; и супрессорный механизм подавления аутоиммунного ответа, осуществляемый регуляторными Т-лимфоцитами [5].

Отсутствие костимулирующих сигналов

В основе механизмов, относящихся к первой категории, лежит принцип, что одной антигенной стимуляции через ТКР или ВКР зрелых Т- и В-лимфоцитов недостаточно для индукции адаптивного иммунного ответа. Лимфоциты должны получить дополнительные, костимулирующие сигналы, обеспечиваемые АПК, принадлежащими к системе врожденного иммунитета. Для аутореактивных лимфоцитов такая активация в отсутствие костимуляции обычно бывает абортивной, и лимфоциты либо погибают вследствие апоптоза, либо переходят в состояние анергии [5,12].

В-лимфоциты становятся анергичными когда они контактируют с антигеном, не получая костимулирующего сигнала от Т-хелперов. Клональная анергия В-клеток, возникает, когда зрелые В-лимфоциты распознают растворимый антиген с помощью ВКР в фолликулах периферических лимфоидных органов и, активированные этим распознаванием, мигрируют к границе фолликула и Т-клеточной зоны, куда также могут мигрировать Т-хелперы после их первоначальной активации антигенпредставляющими ДК. Т-хелперы с помощью цитокинов и костимулирующих молекул (взаимодействие CD40/CD40L) обеспечивают В-лимфоцитам необходимый костимулирующий сигнал. В отсутствие этого сигнала активированные В-лимфоциты входят в состояние анергии, из которого их активация становится весьма затруднительной. Анергичные В-лимфоциты достаточно быстро вступают в апоптоз и погибают. Таким образом предотвращается синтез антител против собственных антигенов [9,10,12].

Клональная анергия Т-лимфоцитов также возникает, когда активированная через ТКР клетка не получает необходимого костимулирующего сигнала (он обеспечивается взаимодействием белка CD28 на поверхности аутореактивного Т-лимфоцита с костимулирующей молекулой В7 на АПК). Для находящихся на периферии аутореактивных    лимфоцитов собственные антигены организма практически всегда доступны благодаря рециркуляции. Контакт с ними может вызвать активацию этих клеток. Однако если в месте локализации этих антигенов нет инфекции или деструкции тканей, то распознавшие антиген Т-лимфоциты не получают достаточного костимулирующего сигнала, так как контактируют с ДК, созревшими в отсутствие инфекции или воспаления. Такие ДК представляют на своей поверхности аутоантиген в комплексе с белками МНС, но с низким уровнем экспрессии В7 и без секреции цитокинов, поддерживающих развитие активированных Т-лимфоцитов. В результате такие ДК индуцируют абортивную активацию аутореактивных Т-лимфоцитов, в процессе которой кратковременная пролиферация клона сменяется снижением его численности за счет апоптоза. Небольшая часть аутореактивных Т-клеток переходит в состояние анергии и становится рефрактерной к последующей активации. Такова судьба большинства аутореактивных Т-лимфоцитов.

Однако существует вероятность, что некоторые из них могут попасть в лимфоузел, дренирующий участок, где уже имеются инфекция или воспаление. В этом лимфоузле находятся ДК, созревшие в условиях контакта с патогенами (и поэтому экспрессирующие большее количество костимулирующих молекул В7-1 или В7-2), которые мигрировали в лимфоузел. На поверхности этих ДК содержатся комплексы пептидов с белками МНС, в состав которых входят антигенные пептиды как из инфекционного агента, так и из собственных молекул клеточных фрагментов, также находящихся в очаге инфекции. Наивные рециркулирующие аутореактивные Т-лимфоциты, распознавшие эти собственные пептиды, представленные ДК в ассоциации с индуцированными инфекцией костимуляторами В7, активируются, пролиферируют, дифференцируются в эффекторные клетки и начинают атаку против собственных нормальных антигенов организма. Подавить такой процесс могут полноценно функционирующие Трег лимфоциты, роль которых в механизмах периферической толерантности будет рассмотрена ниже [2,3].

 

Роль Fas-киллинга в механизмах толерантности

Из уже изложенного видно, что гибель аутореактивных анергичных лимфоцитов в результате апоптоза играет важную роль в сохранении периферической толерантности. Экспрессия белка Fas на В-лимфоцитах индуцирует их апоптоз, так как Fas представляет собой рецептор для белков семейства TNF, содержащий домен смерти. По сравнению с нормальными     В-лимфоцитами анергичные клетки более чувствительны к Fas-киллингу, потому что у них передача сигнала через ВКР сильно ослаблена (а сильный сигнал через ВКР может предотвратить Fas-индуцированный апоптоз В-лимфоцитов, взаимодействующих с Т-хелперами). [3,9,17].

Важную роль Fas-киллинга в механизмах периферической толерантности доказывает факт развития системных аутоиммунных заболеваний у мышей с природными мутациями в Fas-рецепторе или в Fas-лиганде. Активированные через ТКР аутореактивные Т-лимфоциты экспрессируют повышенные уровни Fas и FasL. И у В-, и у Т-лимфоцитов взаимодействие Fas-FasL индуцирует быстрый апоптоз с последующей гибелью клеток, так как анергичные В- и Т-клетки со слабым сигналом от ВКР/ТКР весьма чувствительны к Fas-киллингу. У мышей, несущих инактивирующие мутации в генах Fas и FasL, не работает механизм Fas-киллинга, и у них в раннем возрасте развиваются аутоиммунные заболевания. Аналогичное заболевание встречается и у людей, это – аутоиммунный лимфопролиферативный синдром. У больных обнаружена мутация гена Fas. Подобно мышам с аналогичным генетическим дефектом, у них тяжелый аутоиммунный процесс поражает многие органы, наблюдается интенсивная пролиферация В-лимфоцитов в периферических лимфоидных органах (лимофаденопатия), идет интенсивный синтез аутоантител, включая антитела к антигенам ядер. Это заболевание получило название «Аутоиммунный лимфопролиферативный синдром» [5,9,12,17].

Понимание того, что сигнал от взаимодействия CD28/В7 обеспечивает необходимый костимулирующий сигнал для активации Т-лимфоцитов, привело к детальному изучению механизмов костимуляции и к открытию существования ингибиторных рецепторов на Т-клетках, таких как CTLA-4 и РD-1, которые, как выяснилось, также участвуют в механизмах периферической Т-клеточной толерантности.

Роль ингибиторных рецепторов в периферической толерантности

CTLA-4, подобно CD28, связывается с В7, но вместо активационного сигнала передает Т-лимфоциту ингибирующий сигнал, который подавляет его активацию. Экспрессия CTLA-4 индуцируется позже, чем экспрессия CD28 (взаимодействие которого с CD28 индуцирует Т-клеточный ответ). Это обеспечивает торможение и завершение иммунного ответа. Роль молекулы CTLA-4 была выяснена, когда были получены мыши, лишенные гена, кодирующего этот рецептор. У таких мышей развивалась массивная пролиферация Т-лимфоцитов и возникали, аутоиммунные заболевания, что доказывало важную роль этой молекулы в сохранении периферической толерантности [9,12,17].

Экспрессия ингибиторного рецептора РD-1 (Programmed death-1 – Рецептор программируемой смерти — 1) индуцируется на поверхности  Т-лимфоцитов при их дифференцировке в эффекторные клетки. Один из лигандов этого рецептора (PD-1L) экспрессируется на стромальных клетках во многих тканях. Контакт указанных рецепторов на активированных Т-лимфоцитах с соответствующими лигандами подавляет активацию этих клеток и индуцирует их апоптоз. Точная природа этого механизма пока недостаточно изучена, но в экспериментах с мышами с мутантной формой PD-1 было показано, что у этих животных повышается частота аутоиммунных заболеваний [5,12].

Супрессорный механизм периферической толерантности

Ключевым механизмом периферической толерантности является супрессорная толерантность, осуществляемая регуляторными       CD4+Т-лимфоцитами. Эти клетки имеют фенотип CD4+25+FoxP3+ и обладают супрессорной активностью по отношению к эффекторным Т-лимфоцитам той же специфичности (Тх1, CD8+ цитотоксическим лимфоцитам), а также по отношению к ДК, которые осуществляют представление антигенов и активацию Т-клеток, распознающих этот антиген. Одной из важнейших функций Трег. лимфоцитов является участие в формировании периферической толерантности путем супрессии работы аутореактивных клонов Т-лимфоцитов. Важными маркерами и эффекторными молекулами Трег. лимфоцитов являются белок CD25 (представляющий собой α-цепь рецептора для ИЛ-2), а также фактор транскрипции FoxP3, регулирующий транскрипцию генов, ответственных за дифференцировку Т-лимфоцитов и синтез ими цитокинов [15,18]. Существует как минимум два механизма супрессии, осуществляемой Трег. лимфоцитами: прямой, при непосредственном контакте между этими клетками и эффекторными  Т-лимфоцитами той же специфичности; и дистанционный, который осуществляется на расстоянии с помощью цитокинов (ИЛ-10, TGF-β, ИЛ-35 и др.). При прямом механизме супрессии Трег. лимфоциты, взаимодействуя с эффекторными Т-лимфоцитами, выделяют гранзим В, вызывающий апоптоз этих клеток [2,4,8,13].

Установлено, что дефекты белка FoxP3, контролирующего программирование функциональных свойств Трег. лимфоцитов, приводит к возникновению (как у человека, так и у мышей) тяжелого аутоиммунного заболевания, характеризующегося воспалительным поражением многих органов. У человека FoxP3 кодируется генами, локализованными в Х-хромосоме, и генетический дефект этого белка вызывает заболевание, которое называется «Иммунодисрегуляция, полиэндокринопатия, энтеропатия, Х-связанный синдром» — IPEX. У мышей дефицит FoxP3 вызывает очень похожее тяжелое аутоиммунное заболевание, которое может быть излечено простым переносом нормального функционального FoxP3 гена в часть CD4+ Т-клеток. Это доказывает, что именно отсутствие Трег. лимфоцитов является причиной такой тяжелой утраты толерантности [9,12,17].

Считается, что активированные аутореактивные Т-лимфоциты становятся резистентными к действию Трег. лимфоцитов после получения сигнала от ДК, которые были активированы через Толл-подобные рецепторы (TLR) и начали продукцию провоспалительных цитокинов, в первую очередь ИЛ-6, а также с помощью мембраносвязанного члена семейства TNF называемого CITR-лиганд (его экспрессия индуцируется на ДК, в результате стимуляции через TLR). То есть, супрессорная функция Трег. лимфоцитов блокируется в результате распознавания инфекции ДК. С одной стороны, такая активация ДК способствует индукции адаптивного иммунного ответа специфичными к патогену клонами Т-лимфоцитов, но с другой – она индуцирует срыв толерантности к антигенам тканей, находящихся в очаге инфекции, так как ослабляется деятельность Трег. лимфоцитов, подавляющих активацию аутореактивных Т-лимфоцитов той же специфичности [3,5,17].

Детальное изучение механизмов периферической толерантности, обеспечиваемой Трег. лимфоцитами, может иметь клиническое применение, так как способы повышения супрессорной активности этих клеток могут быть использованы для лечения аутоиммунных и аллергических заболеваний.

Литература

  1. Anderson M.S. et al. The cellular mechanisms of Aire control of T-cell tolerance. Immunity, 2005, 23: 227.
  2. Belkaid J., Rose B.T. Natural regulatory T-cells in infections disease. Nat. Immunol. 2005, 6: 353.
  3. Benoist C., Matis D. Autoimmunity provoked by infection. Nat. Immunol. 2001, 2: 797.
  4. Von Boehmer H. Mechanisms of suppression by suppressor T-cells. Nat. Immunol. 2005, 6: 338.
  5. DeFranco A., Locksley R.M., Robertson M. Immunity. The immune response in infectious and inflammatory disease. London, 2007, Ch. 12: 208-299.
  6. Feldmann M. et al. Anti-TNF-α therapy of rheumatoid arthritis: What have we learned? Ann. Rev. Immunol. 2001, 19: 163.
  7. Feldmann M. et al. Design of effective immunotherapy for human autoimmunity. Nature, 2005, 435: 612.
  8. O’Garra A. et al. CD4+ T-cells subsets in autoimmunity. Curr. Opt. in Immunol. 1997, 9: 872.
  9. Goodnow C.C. et al. Cellular and genetic mechanisms of self tolerance and autoimmunity. Nature, 2005, 435: 530.
  10. Hardy R.R. et al. B-cell developmental pathways. Ann. Rev. Immunol. 2001, 19: 595.
  11. Hogquist K.A. et al. Central tolerance: learning self-control in the thymus. Nat. Rev. Immunol. 2005, 5: 772.
  12. Kindt T. J., Goldsby R.A., Osborne B.A. Autoimmunity and tolerance, in “Kuby Immunology”, N.J. 2007, Ch.16: 401-420.
  13. Li M.O. TGF-β-regulation of immune response. Ann. Rev. Immunol. 2006, 24: 99.
  14. Mattias P., Rolink A.G. Transcriptional networks in developing and mature B-cells. Nat. Rev. Immunol. 2001, 19: 595.
  15. Paust S. et al. Regulatory T-cells and autoimmunity. Immunol. Rev. 2005, 204: 195.
  16. Pelanda R. Torres R.M. Receptor editing for better or for worse. Curr. Opt. Immunol. 2006, 18: 184.
  17. Rioux J.D., Abbas A.K. Paths to understanding the genetic basis of autoimmune disease. Nature, 2005, 435: 584.
  18. Sakagushi S. Naturally arising FoxP3-expressing CD4+25+ regulatory T-cells in immunological tolerance. Nat. Immunol. 2005, 6: 345.
  19. Siggs O.M. et al. The why and how of thymocyte negative selection. Curr. Opt. Immunol. 2006, 18: 175.
  20. Starr T.K. et al. Positive and negative selection of T-cells. Ann. Rev. Immunol. 2003, 21: 139.
  21. УДК: 612.017.11:616-036

 

Төзімділіктің орталық және шеткері механизмдеріне кәзіргі көзкарас

С.В. Кожанова, Б.Б. Бижигитова, Г.Т. Балпанова

 Шолуда төзімділіктің орталық және шеткері механизмдері берілген. Теріс сұрыпталу, аутореактивті Т-лимфоциттердің рецепторлық іріктелу механизмі көмегімен клонды делециясы қарастырылған. Шеткері төзімділік механизмдерінде тежегіш рецепторлар мен Fas-киллингтің қызметі көрсетілген. Сонымен қатар, Треттегіш лимфоциттердің функционалдық қасиеттерінің бағдарлауын бақылайтын  FoxP3 нәруызының жетіспеушілігі бейнеленген.

 

The modern view on mechanisms of central and peripheral tolerance

Kozhanova S.V., Bizhigitova B.B., Balpanova G.T.

The mechanisms of central and peripheral tolerance are presented in this review. The role of negative selection, autoreactive T-lymphocytes of klonal deletion by receptor editing, inhibitory receptors and Fas-killing in the mechanisms of peripheral tolerance are examined too. The defects in protein FoxP3, controlling programming of the functional properties of Tregulatory lymphocytes are described.

Современные представления о механизмах центральной и периферической толерантности

С.В. Кожанова, Б.Б. Бижигитова, Г.Т. Балпанова

Казахский Национальный медицинский университет имени С.Д. Асфендиярова

Поисковые слова:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *