В 1960 году П. Медавару и Ф. Бернету за открытие и истолкование явления иммунологической толерантности была присуждена Нобелевская премия.

ГЛАВА 6. ИММУНОЛОГИЧЕСКАЯ ТОЛЕРАНТНОСТЬ

Естественная иммунологическая толерантность. Механизмы центральной и периферической толерантности. Роль негативной селекции и рецепторного редактирования в формировании центральной Т-клеточной и В-клеточной толерантности. Механизмы В-клеточной и Т-клеточной периферической толерантности. Индуцированная толерантность, условия индукции.

Иммунологическая толерантность – это индуцированная антигеном специфическая иммунологическая ареактивность по отношению к этому же антигену при сохранении нормального иммунного ответа на остальные антигены. Толерантность принципиально отличается от иммунодефицитных состояний, когда наблюдается снижение или отсутствие иммунного ответа на большинство антигенов, вызванное поражением иммунной системы в целом.

Явление иммунологической толерантности было открыто в 1953 году английским ученым П. Медаваром. Им было обнаружено длительное приживление трансплантата у мышей, которым в эмбриональном периоде вводили кроветворные клетки донорской линии. Ранее (1942, 1949 гг.) Ф. Бернет и Ф. Феннер обнаружили явление иммунологического паралича – специфическую утрату способности синтезировать антитела к полисахариду пневмококка после введения взрослым мышам большой дозы этого антигена. Эти авторы впервые предположили, что способность организма различать «свои» и «чужие» антигены является приобретенной и формируется в эмбриональном периоде. Неотвечаемость иммунной системы на «свои» антигены при сохранении способности к иммунному ответу на «чужие» была названа естественной толерантностью.

Благодаря работам П. Медавара и чешского ученого Р. Гашека было установлено, что иммунологическую толерантность можно вызвать искусственно к самым разнообразным антигенам (чужеродным клеткам, бактериям, чужеродным белкам и т.д.), если вводить их в организм в эмбриональном периоде или сразу после рождения. Например, было показано, что кролики, которым сразу после рождения вводили бычий сывороточный альбумин, не отвечали синтезом антител на последующее введение этого антигена.

Ф. Бернетом впервые было теоретически осмыслено явление толерантности. В созданной им клонально-селекционной теории объяснение этого феномена является одним из главнейших положений: в эмбриональном периоде элиминируются клоны лимфоцитов, способные реагировать с теми антигенами, которые в это время присутствовали в организме. Сохраняются только те клоны, которые могут реагировать с «чужими» антигенами. То есть, к «своим» антигенам формируется ареактивность – иммунологическая толерантность.

С этой точки зрения иммунологическая толерантность – это иммунологическая ареактивность, приобретенная в результате контакта с данным антигеном, специфическая в отношении этого антигена и обусловленная отсутствием клонов лимфоцитов, способных реагировать на него.

В 1960 году П. Медавару и Ф. Бернету за открытие и истолкование явления иммунологической толерантности была присуждена Нобелевская премия.

В настоящее время накопленные многочисленные экспериментальные данные и теоретические обобщения позволили уточнить механизмы формирования иммунологической толерантности, в результате чего современные представления об этом феномене могут быть изложены следующим образом.

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.

Полная иммунологическая толерантность к «своим» антигенам складывается, таким образом, из механизмов центральной и периферической толерантности. Она редко бывает абсолютной, чаще достигается такой уровень толерантности, при котором не возникает патологических последствий деятельности аутореактивных клонов.

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.

Таким образом, на периферию выходят в основном те клоны Т-лимфоцитов, ТКР которых не комплементарны или имеют низкую аффинность к собственным антигенам организма. Тем самым в значительной мере предотвращается возникновение аутоиммунных процессов и происходит формирование центральной Т-клеточной толерантности.

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 ко 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). 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. 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 является негативная селекция.

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. Так как в данном случае происходит изменение специфичности уже имеющегося у В-лимфоцита функционального ВКР, процесс и получил название рецепторного редактирования (receptor edition).

Рецепторное редактирование обеспечивает гибель в результате апоптоза большинства аутореактивных клонов В-лимфоцитов. Основным преимуществом этого механизма является его эффективность: по-видимому, более рентабельно для организма «перепрограммировать» аутореактивные В-лимфоциты, чем генерировать новые. Показано, что у мышей по крайней мере 25% зрелых В-лимфоцитов содержат реарранжированные гены легкой цепи иммуноглобулинов. Это означает, что эти клетки подверглись рецепторному редактированию в процессе своего развития.

Жизнеспособность В-лимфоцитов в процессе рецепторного редактирования поддерживается за счет пока еще мало изученных специальных сигналов, обеспечиваемых микроокружением костного мозга. Не встретившие в процессе дифференцировки в костном мозге соответствующего им антигена незрелые аутореактивные В-лимфоциты, вышедшие в кровь (транзиторные В-лимфоциты), при встрече с аутоантигенами на периферии, главным образом в селезенке, фильтрующей кровь, в отсутствие такой поддержки входят в состояние ареактивности и быстро подвергаются апоптозу. Таким образом и на периферии может осуществляться отрицательная селекция незрелых транзиторных В-клеток, в результате которой также происходит гибель аутореактивных клонов В-лимфоцитов.

Таким образом, центральная В-клеточная толерантность формируется главным образом в костном мозге, где преобладающим механизмом ее формирования является рецепторное редактирование. Показано также, что частично ее формирование продолжается в селезенке, но 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.