Вопрос 22. Генетические основы иммунного ответа

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ. Главный комплекс гистосовместимости (МНС) своим названием «обязан» тому обстоятельству, что именно в этом кластере генов со­держится информация о белках, ответственных за реакцию оттор­жения чужеродного трансплантата. Сегодня кажется само собой ра­зумеющимся, что отторжение аллотрансплантата является одной из функций иммунной системы. Однако это не в большей степени очевидно, чем представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Было потрачено немало усилий на то, что­бы доказать иммунологическую природу реакции отторжения. Пио­нерские работы в этом направлении были выполнены П. Медаваром (Р. Medawar) в годы второй мировой войны. В этих исследованиях было убедительно показано, что отторжение чужеродного трансплан­тата кожи подчиняется правилам иммунологической специфичности. Впоследствии аналогичные результаты были получены при трансплан­тации других тканей, а также опухолей. В отношении последних была показана зависимость реакции отторжения от генетических факторов, что привело генетика Дж. Снелла (G. Snell) к идее созда­ния конгенных линий мышей, т. е. линий, генетически идентичны» по всем, кроме одного, локусам. На коллекции конгенных лини» мышей были разработаны методы, с помощью которых удалось идентифицировать локус, ответственный за отторжение чужеродных тканей. В дальнейшем было показано, что этот локус представляет собой комплекс многих тесно сцепленных между собой генов, каж­дый из которых имеет множество аллельных вариантов.

 

Главный комплекс гистосовместимости расположен в хромосоме 17 мыши и в хромосоме 6 человека. Генетическая карта этого ком­плекса представлена на рис. 14.

 

Рис. 14. Генетическая карта главного комплекса гистосовместимости человека.

 

Молекулы МНС I класса. Эти молекулы представляют собой мембранные гликопротеины, состоящие из одной полипептидной -цепи с молекулярной массой 45 000. Роль -субъединицы выполняет нековалентно связанная с а-цепью молекула 2-микроглобулина с молекулярной массой 12000 (рис. 15). Структурный ген 2-микроглобулина локализуется вне МНС, в другой хромосоме (у мыши в хромосоме 2). Структурные исследования молекул I класса показали, что а-цепь состоит из трех внеклеточных доменов, гидрофобного трансмембранного участка и короткой цитоплазматической части. Существует множество аллельных вариантов гена, кодирующего а-цепь молекулы I класса, тогда как аллельный полиморфизм у 2-микроглобулина проявляется лишь в очень слабой степени. В ре­зультате различия между отдельными индивидуумами одного и того же биологического вида, обнаруживаемые при изучении антигенов МНС I класса, почти исключительно зависят от полиморфизма -цепи. У мышей и человека выявлено три локуса, кодирующих высокополиморфные а-цепи молекул МНС I класса. У человека они получили название HLA-A, HLA-B и HLA-C.

 

Рис. 15. Строение молекул антигенов главного комплекса гистосовмсстимости I и II классов.

^ Молекулы МНС II класса. Эти молекулы также являются мем­бранными гликопротеинами и состоят из двух гомологичных полипептидных цепей с молекулярной массой соответственно 33 000— 35 000 (тяжелая -цепь) и 27 000—29 000 (легкая -цепь). Каждая цепь включает два внеклеточных домена, имеющих ограниченную гомологию с соответствующими доменами -цепи молекул I клас­са, молекул иммуноглобулинов и 2-микроглобулинов (см. рис. 15). У человека выявлено три локуса, кодирующих антигены II класса: HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR.

Так же как и у молекул МНС I класса, для антигенов II класса су­ществует множество аллельных вариантов.

^ Другие продукты генов МНС. Эти молекулы принято также на­зывать белками МНС III класса. Среди них важно отметить три ком­понента системы комплемента: белки С2 и С4, фактор В.

Тканевая несовместимость

гистонесовместимость, невозможность совместного существования клеток и тканей, принадлежащих генетически различным особям и различающихся антигенами (См. Антигены). Благодаря существующему в природе генетическому разнообразию клетки и ткани любых двух особей различаются по множеству антигенов тканевой совместимости (называемых также антигенами гистосовместимости, трансплантационными антигенами, изо- или аллоантигенами). В эволюционном ряду Т. н., основанная на иммунологических реакциях, встречается впервые у низших позвоночных — миног и миксин. [В примитивной форме в виде разнообразных биохимических реакций, направленных на поддержание постоянства внутренней среды (Гомеостаза), «несовместимость» генетически разнородных организмов наблюдается даже у одноклеточных.] Все позвоночные животные имеют развитую систему иммунологического распознавания и устранения чужеродных антигенов. При пересадке органа или ткани (трансплантации (См. Трансплантация)) через короткий срок после приживления происходит отторжение трансплантата, повреждаемого лимфоцитами и цитотоксичными Антителами организма-хозяина (реципиента). Если иммунная система реципиента повреждена специальными препаратами — иммуно-депрессантами, то лимфоциты донора, содержащиеся в трансплантате (например, в пересаживаемом костном мозге), атакуют и повреждают ткани хозяина. Явление Т. н. можно наблюдать в условиях эксперимента вне организма, например лимфоциты, полученные от разных людей, при совместном культивировании взаимно активируют друг друга к превращению в лимфобласты и к делению.

У человека судьба трансплантата определяется различиями по 3 основным системам аллоантигенов: антигенам групп крови (См. Группы крови) ABO, групповым антигенам Р и лейкоцитарным антигенам HL-A (первые буквы англ. human leucocyte antigen — лейкоцитарные антигены человека). Чем меньше антигенные различия между донором и реципиентом по этим системам, тем легче добиться длительного приживления трансплантата и иммунологической толерантности (См. Толерантность). Наибольшие трудности подбора совместимых органов и тканей связаны с системой HL-A, включающей не менее 60 разных аллоантигенов. Аллоантигены HL-A представляют собой Гликопротеиды (молекулярная масса свыше 200000), встроенные в мембраны всех клеток организма и находящиеся в растворённом виде в плазме крови. Молекула аллоантигена образована 2 полипептидными цепями, которые связаны с углеводной частью; аллоантигены различаются только аминокислотной последовательностью длинной полипептидной цепи (молекулярная масса около 30 000). Короткая полипептидная цепь (молекулярная масса около 10000), сходная у разных аллоантигенов, представляет собой молекулу β2-микроглобулина, который встречается в плазме и в свободном виде (аминокислотная последовательность Pz- микроглобулина повторяет последовательности постоянных участков лёгкой и тяжёлой цепей иммуноглобулинов (См. Иммуноглобулины)). Многокомпонентность системы HL-A приводит к тому, что даже прямые родственники (кроме однояйцевых близнецов) могут различаться по набору аллоантигенов. Уже известно свыше 9 тыс. различных таких наборов. Биологическое значение различий по системам гистосовместимости ещё полностью не выяснено. Полагают, что столь сложная система поверхностных клеточных антигенов в сочетании с чрезвычайно чувствительной реакцией иммунной системы на чужеродные аллоантигены служит механизмом устранения злокачественных клеток собственного организма, появляющихся в результате Мутации. По мнению австралийского иммунолога Ф. Бёрнета, не будь этого механизма защиты, рак превратился бы в инфекционное заболевание, передающееся от человека к человеку. Аллоантигенные различия между супругами, между сперматозоидом и яйцеклеткой, между плодом и материнским организмом могут быть важным фактором естественного отбора (См. Естественный отбор). Слияние сперматозоида с яйцеклеткой происходит, по-видимому, не случайно, а яйцеклетка «выбирает» более «совместимый» сперматозоид, что создаёт селективные преимущества для определённых наборов HL-A. Во время беременности иммунная система матери отвечает образованием антител на аллоантигены плода, унаследованные от отца; в плаценте же имеет место нечто подобное слабой реакции трансплантата против хозяина, что, однако, как правило, не приводит к аборту. Установлено также, что ряд заболеваний, в патогенезе которых имеет значение наследственность (лейкозы, лимфогранулематоз, красная волчанка, псориаз и аллергические заболевания), значительно чаще встречаются у лиц с определёнными наборами HL-A. Образование аллоантигенов HL-A кодируется аллелями (См. Аллели) трёх локусов, расположенных в 6-й хромосоме.

Лабораторное определение аллоантигенов системы HL-A (типирование тканей) осуществляется при помощи наборов моноспецифических, соответствующим образом очищенных аллоиммунных сывороток. Их готовят из сывороток крови много рожавших женщин, больных, которым часто переливали кровь, или добровольцев, которым пересаживали кожу или вводили донорские лимфоциты. Содержащиеся в типирующих сыворотках антитела к HL-A дают серологическую реакции с типируемыми лимфоцитами, что позволяет судить о наличии или отсутствии на их поверхности соответствующих аллоантигенов.

Совместимы только генетически однородные ткани, например ткани однояйцевых близнецов. Чтобы сделать совместимыми ткани генетически различающихся особей, нужно каким-то образом вмешаться в выражение генов гистосовместимости, вызвать подавление (репрессию) одних генов и компенсировать деятельность недостающих генов, а это остаётся пока невыполнимой задачей. При разведении лабораторных животных путём близкородственного скрещивания (брат — сестра, дети — родители) сравнительно легко можно вывести линии генетически сходных, а потому и совместимых особей. В трансплантационной иммунологии преодоление Т. н. достигается подавлением иммунного ответа реципиента и созданием иммунологической толерантности. Это не устраняет несовместимости как таковой, но обеспечивает сосуществование генетически разнородных тканей. Особые надежды возлагаются на создание иммунологической толерантности путём введения реципиенту небольших доз очищенных антигенов гистосовместимости в сочетании с иммунодепрессантами. У человека и ряда лабораторных животных (мыши) существует генетическая, структурная и функциональная взаимосвязь между Т. н. и способностью к иммунологическому ответу.

Главный комплекс гистосовместимости (MHC): введение

Главный комплекс гистосовместимости - это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа. Главный комплекс гистосовместимости человека получил название HLA. HLA был открыт в 1952 г. при изучении антигенов лейкоцитов. Антигены HLA представляют собой гликопротеиды, находящиеся на поверхности клеток и кодируемые группой тесно сцепленных генов 6-й хромосомы. Антигены HLA играют важнейшую роль в регуляции иммунного ответа на чужеродные антигены и сами являются сильными антигенами.

Антигены HLA подразделяются на антигены класса I и антигены класса II. Антигены HLA класса I необходимы для распознавания трансформированных клеток цитотоксическими Т-лимфоцитами.

Важнейшая функция антигенов HLA класса II - обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.

Способность Т-лимфоцитов распознавать чужеродные антигены только в комплексе с антигенами HLA называют ограничением по HLA. Определение антигенов HLA классов I и II имеет большое значение в клинической иммунологии и используется, например, при подборе пар донор-реципиент перед трансплантацией органов.

Открытие MHC произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей. Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (MHC) (англ. major histocompatibility complex).

Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с ТКР.

MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.

Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Следует отметить, что хотя молекулы MHC и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.

Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.

Существуют еще и молекулы MHC класса III, но молекулы MHC класса I и молекулы MHC класса II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.

 

Вопрос 23. Иммунологическая память - это способность иммунной системы отвечать более быстро и эффективно на антиген (патоген), с которым у организма был предварительный контакт.

Такая память обеспечивается предсуществующими антигенспецифическими клонами как В-клеток, так и Т-клеток, которые функционально более активны в результате прошедшей первичной адаптации к определенному антигену.

Пока неясно, устанавливается ли память в результате формирования долгоживущих специализированных клеток памяти или же память отражает собой процесс рестимуляции лимфоцитов постоянно присутствующим антигеном, попавшим в организм при первичной иммунизации.

Супрессия иммунного ответа

Супрессия иммунного ответа в норме развивается по мере элиминации причинного Аг из организма. Элиминация Аг означает устранение исходного причинного фактора активации лимфоцитов через TCR и BCR, в результате новые (неиммунные) лимфоциты становится «нечем» активировать.

Терминально дифференцированные лимфоциты имеют ограниченное время жизни и погибают по механизму апоптоза, «отработав свою программу. Это — феномен индуцированной активацией клеточной смерти. В таких лимфоцитах снижается экспрессия антиапоптозных генов, защищающих лимфоцит от апоптоза на время иммуногенеза, но экспрессируются индуцирующие апоптоз Рц, а именно: молекула Fas (CD95), Рц для глюкокортикоидных гормонов, Рц для TNFa. Следовательно, глюкокортикоидные гормоны, TNFa и FasL в определённое время от начала развития иммунного ответа становятся факторами физиологической иммуносупрессии. Механизмы торможения. Известно несколько конкретных механизмов торможения активности лимфоцитов.

Т-лимфоциты-регуляторы. В первую очередь это Т-лимфоциты-регуляторы (Т.), т.е. CD4+ Т-лимфоциты, продуцирующие значительные количества иммуносупрессорных цитокинов - ИЛ-10 и ТФРР1. о ИЛ-4 и ИЛ-13, продуцируемые тучными клетками, CD4-/ CD8- Т-лимфоцитами, а также дифференцированными Th2, ингибируют дифференцировку Thl из ThO. о ИФНу — продукт дифференцированных Thl — ингибирует дифференцировку Th2 из ThO. о AT класса G (IgG), достигнув определённых концентраций в жидких средах организма, через специальный ингибирующий Рц FcyRIIB, экспрессированный на дифференцированных В-лимфоцитах, подавляют биосинтез иммуноглобулинов в данном лимфоците и его прогрессию в плазмоцит.В клинической практике это явление используют для профилактики резус-конфликта: если резус-отрицательной женщине ввести антирезус-антитела до того, как эритроциты плода успеют попасть в кровь матери, то иммунный ответ матери на резус-антиген будет подавлен.

Ингибирующие рецепторы

- На В-лимфоцитах есть ещё один ингибирующий Рц — CD22. Это димерная молекула, экспрессирующаяся только на зрелых В-лимфоцитах.

- На Т-лимфоцитах ингибирующими Рц являются CTLA-4 (лиганды В7.1 и В7.2) и на некоторых ЦТЛ — KIR-Рц (лиганды — молекулы MHC-I). На некоторых Т-лимфоцитах выявляют FcyRIIB, несущий в цитоплазматическом участке ингибиторные ITIМ - последовательности.

«Аутокиллеры». В нужное время созревают и в определённых местах в организме функционируют особые Т-лимфоциты-киллеры с признаками NK, на которых экспрессировано много Fas-лиганда. Связывая Рц Fas на активированных Т-лимфоцитах, эти «аутокиллеры» индуцируют апоптоз активированных Т-лимфоцитов. Таких «аутокиллеров» много в печени. Вероятно, их природная роль — ликвидировать приносимые с кровью воротной вены лимфоциты, активированные в тканях кишки пищевыми Аг.

Печень как иммуносупрессорный орган. В печени локализована большая часть всех NK организма, причём преобладает одна из двух больших субпопуляций NK, а именно CD56много/CD16-, тогда как в крови и красной пульпе селезёнки преобладают NK с фенотипом CD56мало/CD16+. На NK печени экспрессировано много Fas-лиганда, а на клетках эндотелия синусоидов печени — особого лектина, называемого галектин-1, который, возможно, также является индуктором апоптоза активированных лимфоцитов. Не исключено, это объясняет тот факт, что чужеродные трансплантаты печени не отторгаются.

Т-супрессоры. Два типа лимфоцитов (если не все) в условиях внешней стимуляции системы начинают в какой-то момент времени в больших количествах продуцировать цитокины, ингибирующие пролиферацию или функциональную активность других клеток, участвующих в иммунном ответе.В таком состоянии их можно называть Т-супрессорами (хотя этот термин и считается устаревшим).

- Первый тип таких лимфоцитов — CD4+ Th3, продуцирующие много ТФРВ1.

- Второй тип «супрессоров» называют Т-регуляторами типа 1 (Trl) — это Т-лимфоциты (вероятно, субпопуляция CD4), развивающиеся в присутствии ИЛ-10 и продуцирующие его же в больших количествах. ИЛ-10 значительно снижает активность макрофагов, в том числе продукцию макрофагами ИЛ-12, без которого тормозится развитие CD4+ Th1 и, следовательно, развивается супрессия иммунного ответаTh 1 -типа.

Thl-лимфоциты могут убивать В-лимфоциты, активированные на тот же Аг через взаимодействие FasL—Fas. Супрессия лейкоцитов — исполнителей деструктивной фазы иммунного ответа — достигается теми же двумя путями, что и в случае лимфоцитов: апоптозом по мере «изношенности» и подавлением их активности при взаимодействии определённых Рц с определёнными лигандами. Самые короткоживущие лейкоциты — нейтрофилы. Они погибают физиологическим апоптозом через 4—12 ч после выхода из костного мозга в циркуляцию. В очагах воспаления в тканях нейтрофилы погибают ещё быстрее.

Эозинофилы и базофилы погибают вскоре после дегрануляциио Другие клетки, особенно тканевые макрофаги, живут несколь ко дольше. Поэтому для них (по крайней мере, макрофагов и тучных клеток) предусмотрены биологические механизмы подавления активности. Но после активной деструктивной работы погибают и они, а их места занимают свежие одноимённые клетки, пришедшие из костного мозга через кровь: в случае макрофагов — это моноциты, в случае тучных клеток — предшественники тучных клеток. Известны следующие факторы и механизмы подавления активности лейкоцитов. ИЛ-10, продуцируемый дифференцированными иммунными CD4+ Т-лимфоцитами, ингибирует активность макрофагов. о HJI-4/STAT6 индуцирует в макрофагах биосинтез антагониста Рц для ИЛ-1.

Ингибирующие рецепторы. На тучных клетках выявлено по крайней мере 3 ингибирующих Рц. Один из них — gp49Bl,лиганд неизвестен (возможно MHC-I-подобные молекулы). Второй — уже известный по В-лимфоцитам FcyRIIB, лигандом для которого являются иммунные комплексы Аг с IgG. Третий — MAFA (Mast cell-Associated Function Antigen). Лиганд для MAFA неизвестен, но этот Рц конститутивно ассоциирован в мембране клетки с FcеRI — высокоаффинным активирующим Рц для IgE.

 

Вопрос 24.