Friendly Fire

Иммунная система – это вооруженные силы организма. Как полагается любой милитаристической организации, у нее есть определенные сферы влияния и инструменты их реализации. «На войне все средства хороши» — должно быть, именно так рассуждала госпожа Эволюция, оттачивая в филогенезе свой смертоносный арсенал: радикальные группировки кислорода и не знающее пощады перекисное окисление липидов, взрывоопасные лизосомы, оперативные интерфероны, отряд специального назначения «Иммуноглобулины» – и других бывалых вояк. Война никогда не меняется – бесчисленные и кровопролитные баталии продолжаются изо дня в день, по всем фронтам: на коже, на видимых и не видимых слизистых оболочках и даже, казалось бы, в таких мирных районах, как кровеносное русло и стерильные органы. А все потому, что враг не дремлет и руководствуется все тем же «на войне все средства хороши». Даже сейчас, пока Вы читаете эту высокопарную аннотацию, отряды противоопухолевого иммунитета выискивают малигнизированных ублюдков чтобы их уничтожить.

Но где-то среди бескрайних сплетений клеток и океанов межклеточных пространств есть особые места… Места, куда агенты иммунной системы входят, не выламывая двери ногой, а деликатно постучавшись и спросив разрешения. Места, о существовании которых (как считалось ранее и каким бы невероятным это ни казалось) вездесущие агенты не знают вообще. Эти таинственные места – иммунологически привилегированные органы.

В любой сфере знаний для полного погружения и всестороннего ее изучения принято начинать с ретроспективного взгляда на объект исследования. Это особенно важно, когда речь идет о вещах, в природе которых заложено свойство исключительности. Феномен иммунной привилегии как раз к таковым и относится. История этого вопроса достаточно запутанная.

Итак, около 140 лет назад, в недалеких 1870-ых (в соответствии с исторической справкой J. Niederkorn), было впервые замечено, что трансплантаты, пересаженные на кожу, довольно резко отвергались иммунной системой, но хорошо приживались при их пересадке в определенные места, например, в головной мозг или переднюю камеру глаза [1]. По-видимому, именно тогда в умах ученых мужей возникла мысль о том, что иммунная система неравнодушна к разным органам и тканям в разной степени, и некоторые из них пользуются иммунологической привилегией.

Спустя долгие годы молчания, исследование феномена было возобновлено. В 1945 году J. Owen в своей работе описал устойчивый химеризм (т.е. сосуществование в одном организме генетически разнородных клеток) – эритроциты гетерозиготных телят-близнецов со срощенной в эмбриональном периоде пуповиной. Именно тогда было дано начало изучению вопроса иммунологической толерантности к чужеродным антигенам. В 1953 году Р. R. Billinham, L. Brent и P. Medawar проводили эксперименты по индукции иммунологической толерантности. Ход эксперимента отражен в Рис. 1. Описанное в нем явление «терпимости» к чужеродным антигенам как раз таки характеризовало иммунологическую толерантность. Примерно в то же время M. Hasek получил аналогичные результаты. Временной интервал, в который существует возможность индуцировать иммунологическую толерантность, связывали со сроком созревания иммунной системы. По этой же причине, по предположению небезызвестного иммунолога П. Эрлиха (P. Ehrlich), отсутствует иммунная реакция и на собственные антигены – он называл это «horror autotoxicus» (боязнь самоотравления) [2].

Рис. 1. Эксперимент по индукции иммунологической толерантности.
Источник: Иммунология — Ярилин А.А. — Учебник

Возвращаясь к вопросу о иммунологической привилегированности, изначально предполагалось, что такой особенностью обладают только определенные ткани, а точнее – ткани головного мозга и глаза. Это объяснялось наличием уже в то время известных гистогематических барьеров, причем в данном случае речь идет о гематоэнцефалическом и гематоофтальмическом барьерах. Феномен выживания плода, антигены которого являются чужеродными материнскому организму, также можно объяснить наличием барьера, на этот раз гематоплацентарного. Однако со временем стали появляться данные о том, что понятие привилегированности можно распространить и на такие органы и ткани как яички [3], печень [4], волосяные фолликулы [5], щитовидную и поджелудочную железы, лимфатические узлы, кожу и даже слизистую оболочку кишечника [6]. Таким образом, все запутались и начали подозревать, что концепция гистогематических барьеров не может объяснить всей природы феномена.

Сэр Питер Медавар подлил масло сомнения в огонь, экспериментально продемонстрировав, что аллогенные трансплантаты, вживленные в переднюю камеру глаза, а затем в кожу, не вызывают отторжения [7]. Относительно современные исследования также подтверждают несостоятельность этой гипотезы. Так, предполагалось, что через гематоофтальмический барьер могут проходить только молекулы строго определенного размера, однако в ходе наблюдения за циркуляцией клеток красного костного мозга обнаружилось, что они могут присутствовать в сетчатке [8]; при этом существует ряд особенностей такого гостеприимства, отображенный на Рис. 2, – активированным T-лимфоцитам требуется несколько часов для прохождения барьера, для молодых клеток миелоидного ряда двери всегда открыты, а активированные макрофаги не могут пройти вообще [9]. Таким образом, все запутались еще больше.

Рис. 2. Трансэндотелиальная миграция моноцитов в воспаленную сетчатку. Молодые клетки красного костного мозга (a) и in vitro культивированные макрофаги (b). Источник: Mucosal Immunol. 2008 Sep;1(5):372-81. doi: 10.1038/mi.2008.27. Epub 2008 Jul 2.

Концепции иммунологической толерантности и иммунологической привилегии на протяжении более чем половины века развивались самостоятельно, но параллельно. Впервые об иммунологической толерантности заговорили в контексте понятия адаптивного иммунитета: было логичным предположить, что не все антигены запускают иммунный ответ и присутствует некая степень иммуногенности, т.к. иначе проблему дискриминации «аутоантиген – чужеродный антиген» объяснить нельзя; теперь понятие толерантности формирует современные догмы иммунологии. Иммунную привилегию же начали рассматривать сравнительно недавно как интересный курьез, относящийся к специфичным тканям организма, затрагивающий, однако, основную иммунологическую догму [7].

Вопрос сводится к следующему: иммунная привилегия – это отдельный феномен или просто еще одна форма иммунологической толерантности? Толерантность по сути – это ареактивность к аутоантигенам. Однако привилегию уже не так просто охарактеризовать в силу того, что она рассматривается исключительно как тканеспецифический феномен, в большей мере основанный на игнорировании иммунной системой этих тканей. Таким образом, толерантность реализуется в основном через системные механизмы, а привилегия – через локальные, хотя на деле все не так однозначно.

И, наконец, самый важный вопрос – зачем? К чему Эволюции понадобилось создавать такую сложную концепцию иммунологической привилегированности, когда существует универсальная и эффективная толерантность? Ответ кроется в том, что классические иммунно-привилегированные органы – головной мозг, глаз и яички, позволяющие нам думать, лицезреть и любить (казалось бы, что может быть важнее?), являются очень сложными и хрупкими структурами, грубое повреждение которых никогда не сопровождается полным восстановлением функций. И именно это обуславливает необходимость их защиты от чрезмерно агрессивной воспалительной реакции, сопутствующей иммунным процессам и нередко повреждающей органы сильнее патогенов. Органам-привередам, перечисленным выше, такое повреждение в особенной мере нежелательно, поэтому они получают свой исключительный статус привилегированности и, как следствие, некоторые гарантии безопасности.

Настало время самой тяжеловесной части повествования. Речь пойдет непосредственно о клеточных и молекулярных механизмах реализации описываемых иммунологических феноменов. У них имеется ряд общих черт, поэтому имеет смысл начать с более универсального и обширного феномена аутотолерантности.

В настоящее время выделяют активные и пассивные механизмы формирования аутотолерантности [2, 10]. К активным механизмам относятся: элиминация аутоспецифичных клонов (центрального действия), редактирование генов аутоспецифичных рецепторов, индукция анергии аутоспецифичных клонов и деятельность регуляторных T-клеток (периферического действия). Пассивный механизм – игнорирование аутоантигенов, обусловленное их низкой концентрацией. Краткое изложение представлено в Табл. 1.

Элиминация клонов реализуется по механизму отрицательной селекции. Особенно подробно изучена отрицательная селекция T-лимфоцитов. Она осуществляется в тимусе и поэтому относится к механизмам центрального действия. Тимоциты (дифференцирующиеся в тимусе T-лимфоциты) проходят этап селекции на стадии CD4+ CD8+, для которой характерен низкий уровень экспрессии антиапоптотических факторов (Bcl-2, Bcl-XL), т.е. в это время клетки высокочувствительны к апоптозу. Селекцию осуществляют клетки медуллярного и коркового эпителия тимуса и дендритные клетки. Ключевое событие селекции — распознавание TCR молекулы MHC (major histocompatibility complex), несущей пептидный фрагмент аутоантигенов. Если рецептор тимоцита обладает высоким сродством к антигенному эпитопу, то он получает сигнал, приводящий к его апоптозу. В результате из популяции T-лимфоцитов элиминируются клоны клеток, распознающих аутоантигены. Особую проблему составляет наличие в тимусе различных органоспецифических антигенов нелимфоидных органов – с этим связана работа гена AIRE (Autoimmune Regulator), ответственного за экспрессию этих антигенов в эпителиальных клетках мозгового слоя тимуса. Забегая вперед, необходимо заметить, что для иммунологически привилегированных органов (по крайней мере, для сетчатки) также есть гены-регуляторы – например, IRBP (interphotoreceptor retinal-binding protein) [11]. Отрицательной селекции подвергаются и B-лимфоциты. Ее проходят в костном мозге и частично в периферическом отделе иммунной системы незрелые B-клетки фенотипа IgM+IgD-, при этом антигены презентируют стромальные клетки. Аутоспецифические B-клетки погибают вследствие апоптоза.

Табл.1. Активные механизмы аутотолерантности

Редактирование гена ?-цепи TCR происходит в случае, если на периферии был распознан аутоантиген. Вновь экспрессируются гены RAG и осуществляется повторная перестройка гена TRAV, обычно приводящая к утрате аутоспецифичности у TCR.

Анергия («неотвечаемость») индуцируется в том случае, если T-клетки смогли обойти бдительность центральных механизмов отрицательной селекции тимуса. Условием ее формирования является отсутствие костимуляции при распознавании T-клеткой аутоантигена. Это соответствует ситуации, когда антиген представляется T-лимфоциту непрофессиональной АПК (антигенпрезентирующая клетка), лишенной костимулирующих молекул CD80 и CD86, способных осуществить дополнительную сигнализацию через молекулу CD28. Если T-лимфоцит распознает антиген на АПК в отсутствие костимуляции, полноценный активирующий сигнал не формируется, и клетка подвергается анергии. Это явление специфично — анергии подвергаются отдельные клоны T-лимфоцитов. Индукция анергии B-лимфоцитов более проблематична. Однако в соответствии с закономерностями иммунного ответа для предотвращения активации клонов B-лимфоцитов бывает достаточно элиминации или индукции анергии клонов T-клеток той же специфичности.

Деятельность регуляторных T-клеток наравне с процессами анергии формируют периферическую толерантность. Это наиболее уникальный механизм, т.к. обусловленная им толерантность может быть перенесена (!) сингенным реципиентам. Еще в 70-е годы было постулировано наличие в иммунной системе особой разновидности супрессорных Т-лимфоцитов, «запрещающих» реакцию на собственные антигены. Такие клетки назвали вето-клетками. Реальность их существования была показана только в 1990-е годы, когда были описаны естественные регуляторные Т-клетки. Особенность развития этих клеток состоит в том, что они в значительной степени избегают отрицательной селекции. Порог сродства к аутоантигену, обеспечивающий запуск летального сигнала, для этих клеток выше, чем для всех остальных Т-лимфоцитов. В связи с этим некоторые CD4+ Т-клетки, специфичные к аутоантигенам, не подвергаются апоптозу и дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты. Они эмигрируют на периферию и препятствуют активации аутоспецифических эффекторных Т-лимфоцитов, если таковые избежали элиминации и анергии на других этапах индукции толерантности. Таким образом, аутоспецифичность регуляторных Т-клеток не только не перерастает в аутоагрессию, но, наоборот, служит условием ее предотвращения.

Игнорирование – пассивный механизм иммунологической толерантности. Суть этого явления в том, что антиген не может вызвать реакцию иммунной системы, если его концентрация в организме ниже пороговой (порог различен для разных молекул). Наличие такого порога важно и для формирования аутотолерантности, и для индукции иммунного ответа. Обычно аутотолерантность не формируется по отношению к молекулам, присутствующим в организме в очень низких концентрациях, однако при этом иммунный ответ также не развивается.

Концепция привилегированности из своего изначального вида прошла через множество переосмыслений и различных гипотез. Каждый иммунопривилегированный орган имеет свои уникальные особенности и однозначно можно сказать только одно – этот феномен относителен и контекстно-обусловлен.

Первоначально природу иммунологической привилегии однозначно связывали с наличием гематотканевого барьера и отсутствием лимфатического дренажа, т.е. с изоляцией органа от иммунной системы в связи выключением афферентного звена иммунных процессов. Позже эта теория попала в немилость, т.к. выяснилось, что изоляция не является абсолютной, и в обеспечении иммунологической привилегированности участвуют другие механизмы, в том числе активные. Итак, к составляющим иммунологической привилегии относятся изоляция, иммуносупрессия и иммунорегуляция [2].  Краткое изложение представлено в Табл. 2.

Табл. 2. Механизмы иммунологической привилегии

Изоляция включает в себя наличие тканевого барьера, образованного в разных случаях эндотелиальными, мезотелиальными или эпителиальными клетками. Иногда барьер достаточно труднопроницаем. Например, в камеры глаза не проникают даже красители с молекулярной массой порядка 350 Да. Другая сторона изоляции — отсутствие лимфатического оттока. Таким образом, в иммунную систему не поступает информация об антигенах, присутствующих в привилегированных зонах. Тщательный анализ показал, что, несмотря на реальное наличие барьера, изоляция никогда не бывает полной, и в популяции Т-лимфоцитов присутствуют клетки, не только способные распознавать антигены, характерные для изолированных органов, но и пролиферировать в ответ на это распознавание [8, 9].

Иммуносупрессия обеспечивается локальными иммуносупрессорными факторами, среди которых прежде всего следует назвать цитокины, гормоны и нейропептиды. Также в иммунопривилегированных тканях обычно активны белки контроля системы комплемента, ответственные за быструю инактивацию компонентов комплемента. За годы исследований было описано множество факторов, ассоциированных с локальной экспрессией иммунной привилегии, они наглядно представлены в Табл. 3 [7]. Среди клеточных факторов иммуносупрессии наиболее важно наличие в привилегированных органах достаточно большого числа естественных регуляторных Т-клеток. Иммуносупрессия обусловлена также низким содержанием АПК, экспрессирующих молекулы MHC-II.

Табл. 3. Факторы локальной иммуносупрессии

Наиболее своеобразное проявление активной формы изоляции иммунопривилегированных органов — экспрессия на клетках тканевых барьеров молекул, передающих сигналы к развитию апоптоза, — FasL и TRAIL [12]. Fas-лиганд индуцирует апоптоз через связывание с Fas-рецептором CD95, который присутствует на большинстве активированных лимфоцитов, включая эффекторные Т-клетки. Аналогичным действием обладает TRAIL, передающий летальный сигнал через рецептор DR5. Таким образом, даже если в силу проницаемости барьеров происходит сенсибилизация иммунной системы против антигенов изолированного органа, и образовавшиеся цитотоксические Т-клетки мигрируют в этот орган, в момент преодоления тканевого барьера они получают сигнал через FasL или TRAIL и подвергаются апоптозу. Также удивительная особенность Fas-FasL-взаимодействия заключается в том, что помимо описанной функции она может запускать процесс воспаления [13]. Этот дуализм хорошо вписывается в идею иммунной привилегированности, характеризуя всю ее амбивалентность.

Иммунорегуляция обеспечивает дополнительный, системный, уровень защиты, состоящий в ограничении иммунного ответа при возникновении условий для его развития. Такую ситуацию можно смоделировать, инъецируя чужеродный антиген, например, в переднюю камеру глаза. При этом развивается «усеченная» форма иммунного ответа, состоящая в заведомо ослабленной гиперчувствительности замедленного типа, формировании антител, не связывающих комплемент (IgG2, IgG4, IgA), и образовании адаптивных регуляторных Т-клеток. При этом в организме системная иммунологическая толерантность к антигенам иммунопривилегированных органов отсутствует (прежде всего благодаря изолированности органа от иммунной системы). С этим и связана опасность развития аутоиммунных процессов, рассматриваемая как «плата» за привилегии. Для развития аутоиммунных процессов необходимо сочетание нарушения тканевого барьера с развитием локального воспаления, порождающее активацию клеток врожденного иммунитета, включая АПК, молекулами, несущими PAMP. Такая активация приводит к усилению экспрессии молекул MHC-II, костимулирующих молекул и к секреции цитокинов, направляющих иммунный ответ по Th1- и Th17-зависимым путям.

Один из наиболее известных феноменов иммунологической привилегированности носит название ACAID (anterior chamber-associated immune deviation). Его суть заключается в том, что при вживлении антигенного материала (трансплантата) в переднюю камеру глаза, запускается системный иммунный ответ, в результате которого возникает иммунная «девиация», т.е. некоторое отклонение от нормального иммунного ответа, характеризующееся угнетением Т-клеточного иммунитета и продуцированием антител, которые не запускают систему комплемента. Также происходит миграция специализированных АПК из глаза в тимус и селезенку и повышается количество регуляторных, ??- и NK- T-клеток. Существует исследование, в котором показано, что ACAID уменьшает тяжесть воспаления в экспериментальной модели бронхиальной астмы [14].

От теории к практике – актуальные исследования в области офтальмологии показывают, что для некоторых заболеваний глаза требуются новые стандарты лечения. Краткое изложение представлено на Рис. 3.

Рис. 3. Новый взгляд на степень вовлеченности иммунитета в некоторые заболевания глаза. Источник: Frontiers in Immunology http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fimmu.2012.00296/abstract

Эти заболевания по этиологии являются мультифакториальными, а их проявления могут быть весьма вариабельными. Глаукома – медленно прогрессирующее заболевание, характеризующееся потерей ганглиозных клеток и повреждением оптического нерва. Патологические процессы заднего увеита, – атрофия сетчатки и гибель нейронов, вызваны запуском аутоиммунного воспаления (которое может быть вызвано, в том числе, и механической травмой глаза), а макулодистрофия представлена друзами оптического диска (сухая форма) и неоваскуляризацией хориоидеи (экссудативная форма). Традиционно считается, что иммунная привилегия исключает иммунную активность в глазе при любых обстоятельствах, однако исследования, опубликованные в «Frontiers in Immunology», предполагают, что избирательная стимуляция иммунитета глаза в большей мере оказывает благоприятное влияние на эти заболевания, нежели классическая системная иммуносупрессия [15].

Иммунопривилегированный статус ЦНС (или по меньшей мере иммуноуникальный) был установлен сравнительно давно благодаря экспериментам все того же небезызвестного Медавара. В своих исследованиях он вживлял опухолевые или эмбриональные ткани в головной мозг и при этом отмечал, что степень повреждения гетерогенных тканей иммунной системой при данной локализации значительно ниже, нежели в других областях организма – например, грудной клетке или коже.

В настоящее время ЦНС бесспорно имеет статус иммунопривилегированного органа – она изолирована от бдительности иммунной системы благодаря гематоэнцефалическому барьеру, в ней имеется дефицит профессиональных АПК и очень слабо выражена экспрессия MHC I и II классов.

Но куда более интересным является вопрос непосредственного взаимодействия ЦНС, ЦСЖ (цереброспинальная жидкость) и лимфатической системы. Наличие взаимосвязи между ЦСЖ и ИСЖ (интерстициальная жидкость) в головном мозге было установлено в 80-ых годах прошлого века, благодаря исследованиям господ M.L. Rennels и H.F. Cserr. Более поздние исследования расширили эту теоретическую модель, введя термин «глимфатическая система» («glymphatic system»), значение которой представлялось в обеспечении обмена между ЦСЖ и ИСЖ в каналах, образованных стенками вен и отростками астроцитов. Но это объясняло возможность оттока из ЦНС макромолекул, но не иммунных клеток. И только совсем недавно (в июле 2015) в «Nature» были опубликованы результаты сенсационного исследования [16], которое обнаружило функциональные лимфатические сосуды, дренирующие твердую мозговую оболочку и сообщающиеся с глубокими шейными лимфатическим узлами (Рис. 4).

Рис. 4. Отток макромолекул и клеток иммунной системы через дренирующую систему лимфатических сосудов менингеальной оболочки.
Источник: журнал Cell http://www.cell.com/trends/immunology/pdf/S1471-4906(15)00198-2.pdf

Помимо этого, важно отметить путь сообщения ЦСЖ с кровотоком: это происходит между арахноидальной и мягкой оболочками через арахноидальные грануляции, расположенные в верхнем сагиттальном и поперечном синусах, или посредством лимфатической системы слизистой оболочки носа, через решетчатую пластинку, расположенную под обонятельными луковицами [17]. Этот процесс представлен на Рис. 5.

Рис. 5. Пути оттока цереброспинальной жидкости.
Источник: журнал Cell http://www.cell.com/trends/immunology/pdf/S1471-4906(15)00198-2.pdf

Клиническая значимость этих открытий важна для исследований новых методов лечения рассеянного склероза, инфекционных энцефалитов и таких хронических вирусных инфекций как цитомегаловирус, полиомавирус, Herpes simplex virus и Toxoplasma gondii. В настоящее время активно проводятся подобные исследования.

История открытия иммунопривилегированного статуса яичек не блещет оригинальностью – тенденция имплантировать иммуногенный материал в орган и наблюдать, что из этого выйдет, коснулась и их. Так, в один прекрасный день 1983 года господа Head, Neaves и Billingham имплантировали кожный трансплантат в яички [18]. Результаты оказались вполне ожидаемыми – иммунная система практически не замечала вживляемый материал. Таким незамысловатым образом были пополнены таинственные ряды иммунопривилегированных органов.

Существуют следующие механизмы, которые лежат в основе иммунной привилегии яичек: гематотестикулярный барьер, особенности гистоцитоархитектоники, функциональные возможности представляющих ткань клеток и особенности транспорта половых клеток. Первые два компонента защиты не требуют особых объяснений, поэтому подробнее остановимся на оставшихся механизмах [19].

Как известно, ткань яичек имеет уникальную структуру, представленную семенными канальцами, отвечающими за сперматогенез, и интерстициальным пространством, обеспечивающим стероидогенез. Схематично структура яичка представлена на Рис. 6.

В семенных канальцах клетки Сертоли и миоидные клетки секретируют вещество, образующее базальную мембрану сперматогенного эпителия. Помимо этого, клетки Сертоли обладают иммуносупрессорными свойствами и фагоцитируют погибшие во время сперматогенеза клетки; в случае нарушения этой функции, в ткани индуцируется процесс воспаления [20]. Мужские гоноциты, в свою очередь, секретируют ряд цитокинов, включающих IL-1? и TNF-? и даже регулируют иммунный ответ посредством сложной FasL-Fas-системы [21].

Интерстициальное пространство представлено весьма большим разнообразием иммунокомпетентных клеток: около 20% всех клеток интерстиция – макрофаги, 10% — дендритные клетки, лимфоциты (в большинстве представлены T-клетками CD8+, регуляторными T-клетками и NK-клетками) и наиболее значимая часть иммунной популяции приходится на тучные клетки, которые ответственны за секрецию сериновой протеиназы, запускающей пролиферацию фибробластов и синтез ими коллагена, а также являющихся посредниками T-регуляторных клеток. Немаловажную роль играют и клетки Лейдига – они способны регулировать количество макрофагов и лимфоцитов, а синтезируемые ими андрогены обладают иммуносупрессорным эффектом.

Рис. 6. Тестикулярная структура: семенные канальцы и интерстициальное пространство с иммунокомпетентными клетками внутри (макрофаги, дендритные клетки, лимфоциты)
Источник: журнал Nature http://www.nature.com/cmi/journal/v11/n5/full/cmi201438a.html

Также важно отметить интересную особенность миграции мужских гоноцитов через плотные соединения клеток Сертоли [22], что отражено на Рис. 7. Эти структуры являются частью гематотестикулярного барьера и предоставляют иммунную привилегию для мейотических и постмейотических клеток. Гоноциты способны проходить через эти плотные соединения без угрозы нарушения их целостности, а завершение их перехода через гематотестикулярный барьер осуществляется путем растворения старых плотных соединений. При этом белок клаудин 3 (CLDN3) временно встраивается в структуру нового плотного соединения, в последствии замещаясь клаудином 11 (CLDN11).

Рис. 7. Визуализация плотных соединений клеток Сертоли при помощи конфокальной микроскопии Источник: журнал Science http://science.sciencemag.org/content/early/2012/09/19/science.1219969.abstract

Самое время кричать «Cherchez la femme!», ведь сейчас речь пойдет о женщинах. И детях. Необходимость в особом иммунологическом статусе матки и плаценты продиктована тем обстоятельством, что плод является генетически, а, следовательно, и иммунологически чужеродным организмом. И так как конечная цель оплодотворения отнюдь не иммунная война, а вынашивание новой жизни, Эволюции пришлось создать особые условия мирного сосуществования матери и антигенного чужестранца. Эти условия реализуются через уникальные, но вписывающиеся в известные иммунологические закономерности механизмы.

Иммунологические взаимоотношения матери и плода осуществляются на основе [2,23]:

• особенности экспрессии антигенов гистосовместимости в трофобласте;
• клеток врожденного иммунитета в плаценте;
• особой дифференцировки T-клеток;
• контроля гуморального иммунитета.

Также любопытно отметить данные о зависимости размера плаценты от степени генетических различий между матерью и плодом. При развитии сингенного плода плацента имеет минимальный объем, по мере усиления различий по генам гистосовместимости ее размер увеличивается, а при предварительной иммунизации самки антигенами полового партнера размер плаценты плода превышает нормальный.

Особенность экспрессии антигенов состоит в том, что трофобласт не экспрессирует молекулы MHC. Отсутствие в нем молекул MHC-II не вызывает удивления, поскольку их тканевое распределение ограничено, однако молекулы MHC-I экспресируются всеми ядросодержащими клетками организма, и их отсутствие на клетках трофобласта привлекает особое внимание.

Молекулы MHC-I — HLA-A и HLA-B отсутствуют на клетках внешней оболочки, однако молекулы HLA-C на клетках трофобласта экспрессируются, но биологический смысл этого «исключения из правила» пока неясен. Показано, что экспрессия молекул MHC-I на клетках трофобласта блокирована настолько надежно, что не индуцируется даже при действии интерферонов. В то же время на клетках цитотрофобласта, особенно ворсинчатого, выявлены «неклассические» молекулы MHC-I, относимые к подклассу Ib — HLA-E и HLA-G, в меньшей степени — HLA-F. Для этих молекул характерен ограниченный полиморфизм и, по-видимому, они не участвуют в презентации антигенов. Зато их распознают ингибиторные молекулы NK-клеток, ??Т-клеток и некоторых других лимфоцитов. Распознавание обусловливает генерацию сигналов, блокирующих цитолитическую активность лимфоцитов и способность секретировать IFN?, при этом усиливая секрецию TGF?.

Тем не менее, есть многочисленные свидетельства того, что до иммунной системы матери доходят иммуногенные сигналы от плода, о чем свидетельствует накопление в сыворотке рожавших женщин антител против HLA и других антигенов плодов, причем уровень и разнообразие этих антител возрастает с увеличением числа беременностей. Это обусловливает необходимость рассмотрения состояния различных звеньев иммунной системы матери, а также околоплодных оболочек — как материнских, так и плодных. Нет сомнений, что некоторые особенности иммунологической реактивности матери обусловлены эндокринными перестройками — прогестерон, хорионический гонадоторопин и другие гормоны, уровень которых повышается при беременности, способствуют сдерживанию реакций, направленных на отторжение плода, однако эффект гормонов явно недостаточен для сохранения беременности MHC-несовместимым плодом, и большинство факторов сдерживания формируется в процессе морфогенеза плаценты.

Клетки врожденного иммунитета плаценты представлены макрофагами (10-20% лейкоцитов децидуальной оболочки) с пониженной активностью провоспалительных цитокинов и дендритными клетками с преобладанием DC2-типа, ответственного за анергию T-лимфоцитов. Дендритные клетки и макрофаги плаценты активно поглощают клетки неворсинчатого трофобласта, подвергающиеся апоптозу, что рассматривают как этап индукции иммунологической толерантности к антигенам плода, унаследованным от отца. Также АПК плаценты (прежде всего дендритные) посредством повышения уровня индолил-2,3-дезоксигеназы создают микроокружение, характерное для участков локальной иммуносупрессии. Содержание NK-клеток в децидуальной оболочке достигает 20–30% от числа клеток костномозгового происхождения. Практически всю популяцию образуют NK-клетки фенотипа CD56bright CD16- — клетки с таким фенотипом активно секретируют цитокины, прежде всего IFN?, но обладают ограниченной цитолитической активностью.

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

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

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

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

Механизмы, подражающие иммунной привилегии, могут касаться и вполне «обычных» тканей, на которых присутствует большое количество чужеродных антигенов – например, слизистые оболочки ЖКТ или воздухоносных путей. Впервые речь об этом феномене зашла при описании паралича Фельтена – устойчивой блокады образования специфических антител в ответ на введение per os высокой дозы пневмококкового полисахарида. Природа пищевой толерантности стала понятной только после открытия механизмов муконазального иммунитета.

При любом пути поступления антигенного материала через слизистую он захватывается АПК, прежде всего дендритными. Они преимущественно и определяют реакцию иммунной системы на макромолекулы, поступающие в организм через тканевые барьеры. Варианты реакции схематично представлены на Рис.  8. Решающим моментом является наличие или отсутствие в их составе PAMP. Как известно, к этой группе антигенов относят молекулы или их фрагменты, по которым организм при помощи паттернраспознающих рецепторов опознает потенциально опасные микроорганизмы (TLR, NOD и др.).

Рис. 8. Выбор между активацией или анергией T-клеток слизистой оболочки кишечника при поступлении антигенов, несущих образы патогенности PAMP или лишенные их

Если в поступающих через слизистый барьер молекулах PAMP отсутствуют, события развиваются по сценарию, обусловленному анергией клеток врожденного иммунитета и, как следствие, отсутствием воспалительной реакции. В дополнение к этому, начинается секреция иммуносупрессорных факторов – простагландина E2 макрофагами и TGF? и TSLP эпителиальными клетками. Дендритные клетки вместо иммуногенного IL-12 начинают секретировать IL-10 – цитокин, подавляющий клеточный иммунный ответ, хотя и способствующий развитию гуморального иммунного ответа. Эти механизмы чрезвычайно важны для поддержания толерантности к антигенам пищи и симбиотических микроорганизмов. Последние экспрессируют PAMP, однако, вероятно, их набор отличается от такового у патогенов, в результате чего при взаимодействии с клетками иммунной системы преобладающими оказываются толерогенные эффекты.

Если через слизистые оболочки поступают патогены или их PAMP-содержащие продукты, клетки реагируют на такие антигены на ином фоне, формируемом клетками врожденного иммунитета. Распознавание PAMP макрофагами приводит к их активации, секреции провоспалительных цитокинов и хемокинов. Это влечет за собой эмиграцию лейкоцитов из кровотока и другие проявления воспалительной реакции. Эпителиальные клетки реагируют сходным образом и становятся дополнительным источником IL-1? и других провоспалительных цитокинов. Выработка супрессорных факторов макрофагами и эпителиальными клетками, наоборот, ослабляется.

Аналогичный выбор между индукцией анергии и активацией клеток иммунной системы с последующим иммунным ответом в меньшем объеме осуществляется в слизистой оболочке дыхательных путей при поступлении аэроантигенов. При стимуляции лимфоидной ткани респираторного тракта в отсутствие воспалительного фона индуцируется анергия Т-клеток и системная иммунологическая толерантность к аэрогенным антигенам.

Печень также в определенном роде считается иммунопривилегированным органом. В связи с этим объяснялся особый успех при пересадке печени [24]. Локус иммунной привилегированности печени – малоизвестное пространство Диссе [25]. Подобный иммунный статус реализуется через хорошо знакомые механизмы – Fas-FasL-взаимодействие, TRAIL, секрецию TGF?, IL-10 и других супрессорных медиаторов. Помимо этого, дендритные клетки печеночного происхождения проявляют толерогенные свойства и способны вызывать определенную девиацию в активности дендритных клеток костного мозга. Альтернативный механизм осуществляется с помощью фермента индоламиноксидазы, катализирующего превращение триптофана в кинунерин и оказывающего воздействие на Т-регуляторные клетки. Также существует гипотеза, что продолжительно воздействующие эндотоксины флоры ЖКТ заставляют печень продуцировать толерогенные цитокины, поверхностные молекулы АПК и ингибиторную костимуляцию.

Осталось обсудить последнюю, особенно важную тему иммунной девиации в результате роста новообразований или хронического воспаления.

Доподлинно известно, что одной из целей иммунной системы является контроль опухолевого роста, и ответственность за эту деятельность несет противоопухолевый иммунитет. Однако, судя по онкологической статистике, он справляется со своей задачей весьма посредственно. Это связано с ответными действиями, которые предпринимает опухолевая ткань во время своего развития – подавление уровня экспрессии антигенов MHC-I и чувствительности рецепторов Fas, что нарушает Fas-FasL-взаимодействие [26], приводя к понижению апоптической активности активированных лимфоцитов. Слабая реактивность противоопухолевого иммунитета также во многом обусловлена высоким уровнем T-регуляторных клеток. T-регуляторные клетки некоторых опухолей секретируют такие молекулы как галектин-1 или TGF? [27]. Даже дренирующий опухоль лимфоузел может быть вовлечен в этот процесс, генерируя антиген-специфичные к опухоли T-регуляторные клетки [28].

Непростой загадкой для исследователей воспалительных заболеваний является вопрос о том, как развивается и персистирует хроническая инфекция. Исследования кожи, инфицированной Leishmania, показали, что эти паразиты «манипулируют» иммунным ответом благодаря секреции медиаторов, изменяющих функции макрофагов и дендритных клеток. В очаге инфекции были найдены натуральные CD4+ CD25+ T-регуляторные клетки, опосредованные через секрецию IL-10. Подобные методы находятся на вооружении и у других инфекций – например, Herpes simplex индуцирует CD8+ регуляторные T-клетки в тройничном узле после инфицирования эпителия роговицы.

Итак, мы рассмотрели все известные тонкости непростых взаимоотношений иммунной системы и иммунопривилегированных органов. Начиная с примитивной теории гистогематических барьеров, концепция иммунной привилегии обрастала новыми деталями и становилась сложнее – активные механизмы иммуносупрессии и иммунорегуляции существенно расширили понимание феномена. В определенный момент ряды иммунологически привилегированных органов расширились настолько, что говорить об их уникальности стало немного неловко. Некоторые из них действительно обладают особыми и неповторимыми свойствами, однако в большинстве своем иммунологическая привилегия реализуется за счет нескольких общих механизмов, при чем у кого-то их больше, а у кого-то меньше. В связи с этим стоит отметить, что феномен не стоит рассматривать как дискретную величину, наоборот же – его характеризует некая динамичность и непрерывность, от сложных переплетений различных механизмов (в т.ч. уникальных) до нескольких универсальных и «банальных», если позволите.

В ходе ответа на вопрос, является ли сама концепция необходимой, были проведены терминологические и фактические границы с понятием иммунологической толерантности. Биологический смысл этого явления безусловно дает ему право на уникальное и гордое существование в виде отдельного параграфа в иммунологической литературе. Результаты исследований в данной области обнажили важнейшие клинические проблемы, связанные с аутоиммунными, инфекционными и онкологическими заболеваниями, а дальнейшее изучение этого феномена может существенно улучшить понимание патологических процессов, лежащих в их основе.

Автор: wmwsmz

Изображения: wmwsmz и Антон Осипенко

Редакция: Deepest Depths, Зенфира Махмудова, Алексей Дорохов, Бровламих Мантис

1. Niederkorn, J. Y. See no evil, hear no evil, do no evil: the lessons of immune privilege. Nat. Immunol. 7, 354 – 359 (2006).
2. Ярилин А.А. Иммунология: учебник. – М: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 749 с.
3. Fijak, M. & Meinhardt, A. The testis in immune privilege. Immunol. Rev. 213, 66 – 81 (2006).
4. Crispe, I. N., Giannandrea, M., Klein, I., John, B., Sampson, B. & Wuensch, S. Cellular and molecular mechanisms of liver tolerance. Immunol. Rev. 213, 101 – 118 (2006).
5. Paus, R., Ito, N., Takigawa, M. & Ito, T. The hair follicle and immune privilege. J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 8 , 188 – 194 (2003).
6. Iweala, O. I. & Nagler, C. R. Immune privilege in the gut: the establishment and maintenance of non-responsiveness to dietary antigens and commensal flora. Immunol. Rev. 213, 82 – 100 (2006).
7. Forrester JV, Xu H, Lambe T, Cornall R. Immune privilege or privileged immunity? Mucosal Immunol. 1(5): 372-81 (2008).
8. Xu, H., Chen, M., Mayer, E. J., Forrester, J. V. & Dick, A. D. Turnover of resident retinal microglia in the normal adult mouse. Glia 55, 1189 – 1198 (2007).
9. Xu, H. et al. Differentiation to the CCR2+ infl ammatory phenotype in vivo is a constitutive, time-limited property of blood monocytes and is independent of local infl ammatory mediators. J. Immunol. 175, 6915 – 6923 (2005).
10. Singh, N. J. & Schwartz, R. H. Primer: mechanisms of immunologic tolerance. Nat. Clin. Pract. 2, 44 – 52 (2006).
11. DeVoss, J. et al. Spontaneous autoimmunity prevented by thymic expression of a single self-antigen. J. Exp. Med. 203, 2727 – 2735 (2006).
12. Ferguson, T. A. & Griffi th, T. S. The role of Fas ligand and TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) in the ocular immune response. Chem. Immunol. Allergy 92, 140 – 154 (2007).
13. Gregory, M. S., Repp, A. C., Holhbaum, A. M., Saff, R. R., Marshak-Rothstein, A. & Ksander, B. R. Membrane Fas ligand activates innate immunity and terminates ocular immune privilege. J. Immunol. 169, 2727 – 2735 (2002).
14. Katagiri, K., Zhang-Hoover, J., Mo, J. S., Stein-Streilein, J. & Streilein, J. W. Using tolerance induced via the anterior chamber of the eye to inhibit Th2-dependent pulmonary pathology . J. Immunol. 169, 84 – 89 (2002).
15. Benhar I., London A., Schwartz M. The privileged immunity of immune privileged organs: the case of the eye. Frontiers in Immunology. 3: 296 (2012).
16. Louveau, A. et al. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature 523, 337–341 (2015).
17. Louveau A., Tajie H. Harris, J. Kipnis. Revisiting the Mechanisms of CNS Immune Privilege. Trend in Immunology 36 (10), 569-77 (2015).
18. Head JR, Neaves WB, Billingham RE. Immune privilege in the testis. I. Basic parameters of allograft survival. Transplantation 1983; 36: 423–431.
19. Zhao S., Zhu W., Xue S., Han D. Testicular defense systems: immune privilege and innate immunity. Nature: Cellular & Immunology, 11, 428-437 (2014).
20. Zhang X, Wang T, Deng T, Xiong W, Lui P, Li N et al. Damaged spermatogenic cells induce inflammatory gene expression in mouse Sertoli cells through the activation of Toll-like receptors 2 and 4. Mol Cell Endocrinol, 365: 162–173 (2013).
21. D’Alessio A, Riccioli A, Lauretti P, Padula F, Muciaccia B, de Cesaris P et al. Testicular FasL is expressed by sperm cells. Proc Natl Acad Sci USA, 98: 3316–3321 (2001).
22. Smith B. E., Braun R.E. Germ cell migration across Sertoli cell tight junctions. Science, 338 (6108): 798-802 (2012).
23.  Hunt J.S. Stranger in a strange land. Immunological Reviews, 213: 36-47 (2006).
24. Crispe, I. N., Giannandrea, M., Klein, I., John, B., Sampson, B. & Wuensch, S. Cellular and molecular mechanisms of liver tolerance. Immunol. Rev. 213, 101 – 118 (2006).
25. Geerts, A. History, heterogeneity, developmental biology, and functions of quiescent hepatic stellate cells. Semin. Liver Dis. 21, 311 – 335 (2001).
26.  Minas, V. et al. Intratumoral CRH modulates immuno-escape of ovarian cancer cells through FasL regulation. Br. J. Cancer 97, 637 – 645 (2007).
27. Wahl, S. M., Wen, J. & Moutsopoulos, N. TGF-beta: a mobile purveyor ofimmune privilege. Immunol. Rev. 213, 213 – 227 (2006).
28. Munn, D. H. & Mellor, A. L. The tumor-draining lymph node as an immune-privileged site. Immunol. Rev. 213, 146 – 158 (2006).

Также были использованы:

1. Пальцев М.А., Аничков Н.М. Патологическая анатомия: Учебник. В 2 т. Т1. – М.: Медицина, 2000.
2. Иммунология [Электронный ресурс] / KhanAcademyRussian – : Youtube, LLC. – Режим доступа: https://www.youtube.com/playlist?list=PLxGo9dxQkqWBD47mFtw5oVnP9XU5ln5bm, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус.
3. Материалы Википедии.

Источник: medach.pro

Комментарии: