Раздел 10
РЕГУЛАЦИЯ НА ИМУННИЯ ОТГОВОР. ИМУННА ТОЛЕРАНТНОСТ
1. Регулация на имунния отговор
Като всяка реакция на организма и имунният отговор трябва да има подходяща сила и продължителност, за да не бъде вредата от него повече от ползата. Това изисква точна регулация с обратна връзка. В този раздел ще разгледаме факторите, които контролират имунният отговор.
1.1. Роля на антигена
Най-важният фактор, регулиращ имунния отговор, е самият антиген. Неговата поява индуцира образуване на специфични за него антитела и Т-лимфоцити. По-голямо количество антиген предизвиква по-силен имунен отговор. Щом дозата му се понижи, намалява производството на антитела и броят активни Т-лимфоцити, разпознаващи този антиген. С пълното изчезване на антигена имунният отговор отзвучава, защото губи биологичния си смисъл.
Механизмът, по който антигенът регулира отговора срещу самия себе си, ни е известен – свързване със специфичните рецептори на В- и Т-лимфоцитите. Това свързване е необходимо, за да се активира лимфоцитът, а по-късно – за да се поддържа активен. От всички имунокомпетентни клетки – участници в имунния отговор само една не подлежи на такава регулация: плазмоцитът, който е загубил мембранните си рецептори за антигена. Това обаче не е проблем, защото плазмоцитите живеят кратко.
1.2. Роля на антителата и другите ефектори
Хуморалният имунен отговор се потиска от вкарани отвън антитела от клас IgG, особено ако те разпознават същия антиген, срещу който имунната система реагира в момента. Това не е резултат от просто неутрализиране на антигена, защото не се получава при инжектиране на F(ab’)2 или IgM. По-скоро е регулация чрез обратна връзка – след като вече има голямо количество антитела от най-важния клас, уместно е по-нататъшното им производство да се намали. Обратната връзка се осъществява чрез Fc-рецептори за IgG на повърхността на В-лимфоцитите. Насищането на тези рецептори пречи на активацията на лимфоцита.
Изобщо производството на ефектори в имунната система се регулира чрез обратна връзка, за да не се натрупват те в твърде големи количества. Тези регулативни механизми са най-добре видими, когато даден клон клетки-ефектори се разрасне неконтролируемо поради злокачествена трансформация. Големият брой ракови клетки тогава потиска развитието на нормалните клетки от същата субпопулация и води до имунна недостатъчност. В раздел Строеж на имуноглобулините споменахме миеломата – рак на В-лимфоцитите, при който трансформираните клетки са диференцирани приблизително до ниво плазмоцит. Болните от миелома имат много малко нормални плазмоцити и съответно почти нямат в серума си имуноглобулини, ако не броим продукта на миеломните клетки. Затова тези пациенти страдат от недостатъчност на хуморалния имунитет и са податливи на инфекции, причинени от гноеродни бактерии. Болните от Т-клетъчни лимфоми, обратно, често имат недостатъчност на клетъчния имунитет и развиват инфекции, причинени от вируси и други вътреклетъчни патогени.
1.3. Роля на Т-лимфоцитите
Докато В-лимфоцитите могат да участват в имунния отговор само като ефектори, някои субпопулации Т-лимфоцити имат функцията да го контролират. Централната роля на Т-помощниците като регулатори и на хуморалния, и на клетъчния имунен отговор вече беше описана в предишни раздели. Тук ще разгледаме друг тип Т-лимфоцити, които досега пренебрегвахме. Те също имат регулаторна функция, но действат точно обратно на Т-помощниците.
Както знаем, имунният отговор понякога е по-силен или/и по-продължителен, отколкото е уместно. Такъв имунен отговор вече не е полезен и става реакция на свръхчувствителност. Нужни са контролни механизми за нейното предотвратяване или смекчаване. Един от тях е спонтанното затихване на имунния отговор след изчезването на антигена (вж. по-горе). Често обаче се налага да се потисне имунният отговор срещу антиген, който продължава да присъства. Затова в имунната система има специализирани клетки, които при нужда потискат (супресират) имунния отговор. Доскоро те бяха наричани Т-супресори и съкратено се означаваха с Ts, а неотдавна бяха прекръстени на регулаторни Т-клетки (Tr). В нашето обсъждане ще използваме старото име Т-супресори, защото то все още е по-популярно.
Т-супресорите носят на повърхността си CD4, т.е. по фенотипа си приличат на Т-помощниците. За разлика от помощниците обаче супресорите експресират рецептор за IL-2 дори когато не са активирани. Можем да си спомним, че активираните Т-помощници произвеждат както рецептор за IL-2, така и самия IL-2. Вероятно рецепторът за IL-2 на Т-супресорите им служи, за да ги ориентира къде има активирани Т-помощници, които може би ще трябва да бъдат супресирани.
Т-супресорите могат да потискат както Th1, така и Th2-клетките; още се изяснява дали Т-убийците пряко подлежат на супресия. Смята се, че Ts-клетката и нейният обект (Т-помощник) се срещат върху антиген-представяща клетка приблизително както видяхме в миналия раздел за Т-помощниците и Т-убийците, само че в този случай и супресорът, и потисканата Th-клетка разпознават антигена върху ІІ клас МНС. Супресираният лимфоцит не загива (поне не веднага), а преминава в неактивно състояние.
1.4. Роля на идиотипната мрежа
Обикновено разглеждаме имуноглобулините в ролята им на антитела, но като всички белтъци те могат да бъдат и антигени. Антигенните детерминанти на имуноглобулините биват различни видове според това къде са разположени и как са образувани. Така например детерминантите, които отличават един изотип от друг, се наричат изотипни. Разбира се, те са върху константните части на веригите. Други детерминанти, наречени идиотипни, са разположени върху вариабилните части на веригите и са различни при антителата с различна антигенна специфичност. Съвкупността от антитела с еднакви идиотипни детерминанти се нарича идиотип. Общо взето, всеки идиотип е продукт на отделен клон В-лимфоцити, макар че понякога различни клонове случайно имат обща идиотипна детерминанта. Т-клетъчните рецептори също имат идиотипни детерминанти по вариабилните части на своите вериги.
Съществува теория, за пръв път предложена от Йерне, че лимфоцитите образуват идиотипни мрежи с регулаторна функция. Според тази теория имунокомпетентните клетки, още преди да са срещнали антигена, се поддържат една друга в активно състояние благодарение на това, че антиген-специфичните рецептори на някои лимфоцити случайно разпознават идиотипни детерминанти по рецепторите на други лимфоцити. Така идиотиповете служат като заместители на антигените преди срещата с действителните антигени. След като проникне антиген и индуцира имунен отговор, анти-идиотипни антитела срещу антиген-специфичните антитела (и Т-клетъчни рецептори) участват в регулацията на имунния отговор.
Идиотипна мрежа, изглежда, наистина действа при
В-лимфоцитите, реагиращи срещу тимус-независими антигени. Тези клетки са отделна
субпопулация, ясно разграничена от по-многобройните тимус-зависими В-лимфоцити.
Тимус-независимите В-лимфоцити в онтогенезата възникват по-рано от останалите,
живеят дълго и запазват способността си да се делят. Те произвеждат IgM-антитела
със сравнително ограничено разнообразие, защото само рекомбинират V, D и J-фрагментите,
без да използват ензима TdT. Тези антитела разпознават (с не особено висок афинитет)
редица полизахариди и липополизахариди, които са съставки на бактериалните стени
и капсули. Интересно е обаче, че те могат да се образуват без какъвто и да е
предварителен контакт с бактерии. Откриват се в серума както на новородени,
които не са претърпели вътрематочна инфекция, така и на възрастни "безмикробни"
животни, извадени от матката малко преди раждането и отгледани в стерилна среда.
Такива антитела, синтезирани без видима антигенна стимулация, често се наричат
естествени. Подобни на тях антитела се съдържат и в нормалния възрастен организъм,
живеещ в нестерилна среда, но се откриват по-трудно, понеже се засенчват от
много по-голямото количество антитела срещу външни антигени. Освен това в този
случай е практически невъзможно да се докаже, че дадено антитяло е естествено,
а не е резултат от незабелязана антигенна стимулация.
Ако се изследва антигенната специфичност на естествените антитела, оказва се, че освен с гореспоменатите небелтъчни антигени те реагират и с други антигени, макар и с още по-ниско сродство. Особено интересно е, че те неочаквано често реагират помежду си, т.е. между тях лесно се откриват двойки идиотип – анти-идиотип. Вероятно произвеждащите ги В-лимфоцити са приспособени, вместо да бъдат стимулирани от Т-помощници, да се разпознават един друг със своите рецептори и да се стимулират взаимно. Ако впоследствие се появи външен тимус-независим антиген, той кара разпознаващите го В-лимфоцити да усилят производството на съответното антитяло. Взаимодействията идиотип – анти-идиотип обаче поддържат системата във форма през дългите периоди преди появата на външния антиген и след изчезването му.
Все още се спори доколко идиотипната мрежа действа при останалите имунокомпетентни клетки – тимус-зависимите В-лимфоцити и Т-лимфоцитите. Повечето данни сочат, че тези клетки се активират от антигена и са зависими от него. Ако идиотип – анти-идиотипните взаимодействия изобщо имат някаква роля за тях, тя трябва да е спомагателна. Наистина срещу антитяло, достигнало висок титър в хода на имунния отговор (или пречистено и инжектирано в друг организъм), се образуват забележимо количество анти-идиотипни антитела. Това е логично – няма причини да очакваме имунната система да бъде толерантна спрямо идиотипните детерминанти, дори те да са собствени. По-важно е, че не е доказана роля на така образуваните анти-идиотипни антитела в регулацията на имунния отговор. Такава роля и не би имала биологичен смисъл. Имунната система е еволюирала, за да се справя с антигените, а не да си намира сама занимание. Както се спомена по-горе, дори и при тимус-независимите В-лимфоцити, които вероятно наистина образуват идиотипна мрежа, тя отстъпва регулаторната си роля на антигена в момента, в който той се появи.
1.5. Роля на МНС-гените на имунния отговор
Когато на различни линии мишки се инжектира един и същ антиген и се сравни титърът на получените антитела, оказва се, че една линия произвежда голямо количество антитела, а друга – малко. Тези разлики не се дължат на някакво общо имунно превъзходство на едната линия над другата, защото ако опитът се повтори с друг антиген, може първата линия да реагира лошо, а втората – добре. Условията на средата не влияят на това дали дадена мишка реагира добре или лошо, от значение е само видът на антигена и генотипът на мишката. Изследователите, описали за пръв път това явление, заключават, че трябва да има конкретни гени, определящи добрия или лош имунен отговор срещу даден антиген, и ги наричат гени на имунния отговор, съкратено Ir-гени от англ. immune response.
Скоро става ясно, че гените на имунния отговор са скачени с МНС-локуса. А след още малко време се установява, че гените на имунния отговор всъщност са идентични с определени гени от МНС, по-точно с гените за ІІ клас на МНС.
За да се обясни защо способността на организма да реагира срещу определени антигени зависи от конкретното МНС, се предлагат два механизма. Първият се основава на допускането, че няма МНС-молекула, която да представя добре всички антигенни пептиди. Всеки вариант на МНС-ІІ има конкретна структура на своя жлеб, в която някои пептиди прилягат добре, а други – лошо. Ако организмът не притежава МНС-вариант, подходящ за дадения антигенен пептид, имунният отговор срещу този пептид ще бъде слаб.
Вторият възможен механизъм е, че дори антигенният пептид да се закрепя добре в жлеба на МНС-ІІ, възможно е така полученият комплекс да наподобява някакъв собствен антиген на организма. Тогава спрямо него ще се изгради имунна толерантност и съответно имунният отговор ще е слаб. Изглежда, в различните случаи могат да действат и двата механизма, така че някои примери за неефективен имунен отговор се дължат на дефект в антигенното представяне, а други – на имунна толерантност. (За да се направи разлика между двата механизма, трябва да се провери как ще реагира хетерозиготен организъм.)
Вече можем да си обясним защо МНС-гените включват десетки алели. Първо, поради този полиморфизъм индивидът най-често е хетерозиготен по всички МНС-гени и това повишава шанса му да има подходящ вариант на МНС за дадения антигенен пептид. Второ, когато в генофонда на популацията има десетки МНС-варианти, малко вероятно е да се появи патоген, срещу чиито антигени всички индивиди от тази популация да реагират лошо. Разнообразието в МНС-локуса отразява разнообразието от патогени, атакували вида през дългата му еволюционна история.
1.6. Роля на невро-ендокринната регулация
Като другите системи и имунната се регулира невро-ендокринно. Най-общо глюкокортикоидите и андрогените потискат имунния отговор, а естрогените, растежният хормон, тироксинът и инсулинът го усилват. Имуносупресивното действие на глюкокортикоидите е толкова силно, че те се използват за потискане на нежелан имунен отговор. Стресът засилва секрецията на глюкокортикоиди и други имуносупресивни хуморални фактори, затова стресираните организми са уязвими за инфекции.
2. Имунна толерантност
2.1. Понятие за имунна толерантност. Исторически опити
Имунна толерантност наричаме липсата на имунен отговор срещу съединение, което е достъпно за имунната система и има молекулните характеристики на антиген. (Тези характеристики са, първо, сравнително висока молекулна маса, и второ, наличие на белтъчна част или качества на Т-независим антиген.) Разбира се, за имунна толерантност говорим, когато същата имунна система работи нормално и реагира спрямо другите антигени. Липсата на имунен отговор при болни от SCID или СПИН се нарича другояче – имунна недостатъчност.
Ясно е, че за да бъде имунната система полезна за организма, тя трябва да бъде толерантна към собствените антигени. Наистина нормално имунната система не реагира срещу собствените тъкани. За съжаление често в учебната литература въпросът се разглежда недостатъчно ясно и обучаващите се остават с впечатлението, че имунокомпетентните клетки имат някаква изначална способност да различават свое от чуждо. В някои източници дори чуждият произход (или носителството на чужда наследствена информация) се включва в задължителната характеристика на всеки антиген редом с високата молекулна маса и белтъчен или въглехидратен състав. Възможно е неподготвеният читател да реши, че имунната система по някакъв начин разчита какви белтъци кодира собственият геном, изгражда имунна толерантност спрямо тях и запазва готовност за действие срещу всички останали.
В действителност, разбира се, няма механизъм, чрез който имунната система да чете генома. Доколкото изобщо съществува изначална способност да се различава свое от чуждо, тя е присъща на вродения имунитет, а не на придобития. Макрофагите и неутрофилите със своите доста примитивни рецептори могат да различат микробните клетки от собствените и да ги фагоцитират. Всъщност възможностите на вродения имунитет свършват именно там, където чуждото не може да се отличи от своето a priori само по общия си вид и молекулните си характеристики. Например вроденият имунитет не може да ни защити от бактериалните и змийските токсини, защото те са белтъци, достатъчно подобни по строеж на нашите собствени секреторни белтъци.
Имунната толерантност по определение се отнася до специфичния, придобития имунитет. Отделните имунокомпетентни лимфоцити обаче не могат да различават свое от чуждо по простата причина, че разпознават само един антиген – този, който се свързва от техния Ig- или TCR-рецептор. Явно толерантността към собствените антигени се дължи на обстановката, в която тези антигени се представят на лимфоцита, и на насочването му към определена съдба, ако той се окаже автореактивен.
Ако чисто умозрително се запитаме как би трябвало имунната система да се запознае с даден антиген, за да го приеме като собствен, вероятно бързо ще се сетим за една важна разлика между собствените и чуждите антигени. Повечето собствени антигени се образуват в организма още през зародишното развитие, а чуждите антигени нормално се появяват едва след раждането. Логично е да предположим, че имунната система приема за свои антигените, с което се е запознала през ембриогенезата, и атакува като чужди тези, които за пръв път са се появили в организма след раждането. Именно това е работната хипотеза на учените, които към 1950 – 1960 за пръв път изследват сериозно имунната толерантност.
Първите опити се основават на една особеност на телетата – двуяйчни близнаци. Техните плаценти често са твърде сближени и позволяват на развиващите се кръвоносни системи да си обменят клетки. Р. Оуен (Owen) изследва кръвногруповите фенотипове на телета и възрастни говеда – двуяйчни близнаци. Оказва се, че много от тях дори и във възрастно състояние съдържат кръвни клетки, носещи антигените на другия близнак. Изследователят заключава, че през пренаталното си развитие близнаците са обменили стволови клетки, които са се настанили трайно в кръвотворната тъкан на приемателя и са го превърнали в химера за цял живот. При това Оуен отбелязва, че говедата-химери приемат чуждите кръвни клетки като собствени и не развиват имунен отговор срещу тях.
Основавайки се на наблюденията на Оуен, Бърнет прави опит да създаде толерантност към грипния вирус, като го инжектира в оплодени кокоши яйца. Оказва се обаче, че излюпените от тези яйца пилета впоследствие образуват антитела срещу вируса. Този неочакван резултат, за известно време хвърлил съмнение върху вярната хипотеза, се дължи на неподходящо избрана опитна постановка, както ще видим малко по-долу.
П. Медавар (Medawar) се връща на телетата-близнаци. Той разменя кожни присадки между тях и установява, че животните, които носят кръвни клетки от близнака си, приемат и присадки от него. След това Медавар изкуствено създава химери, като инжектира мишлета in utero или веднага след раждането с лимфоидни клетки от друга миша линия. Когато пораснат, инжектираните мишки (но не и контролните) приемат кожни присадки от линията, с чиито клетки са били инжектирани, но не и от друга линия. По същото време независимо от Медавар подобни опити се правят от М. Хашек (Hasek). Той свързва кръвоносните системи на развиващи се кокоши зародиши и показва, че след излюпването всяко от двете пилета е толерантно към кръвни клетки и кожни присадки от другото.
Ако наистина за имунната система "свое" е това, с което се е запознала през развитието си, тя би трябвало не само да приема за собствени чуждите антигени, внесени в зародиша, а и да третира като чужди собствените антигени, ако те бъдат отстранени през някакъв етап от ембриогенезата. Е. Триплет (Triplett) проверява тази хипотеза върху жабешки зародиши. Той вади хипофизите им, култивира ги известно време, изчаквайки имунната система да се развие, след което връща на всеки индивид собствената му хипофиза. Присадките се отхвърлят – имунната система не е толерантна към тях, защото са й били показани твърде късно. Такава реакция на имунната система срещу собствени антигени, наблюдавана при експеримент или патология, се нарича автоимунитет.
И така, имунната система възприема като собствени тези антигени, с които се е запознала, преди да достигне функционална зрялост. Всъщност през целия живот на организма всеки отделен диференциращ се лимфоцит се проверява дали реагира срещу наличните в момента антигени, т.е. дали е автореактивен. Зародишният етап е специален само защото тогава всички лимфоцити са диференциращи се, зрели още няма. Ако организмът бъде лишен от зрелите си лимфоцити (например чрез облъчване с последващо присаждане на костен мозък), след това у него толерантност се създава толкова лесно, колкото и у зародиш.
Веднъж създадената толерантност, за да се поддържа, изисква непрекъснато присъствие на антигена във вътрешната среда. Ако той временно изчезне, през този период ще се развият имунокомпетентни клетки, които реагират срещу него и при евентуална повторна поява ще го отхвърлят. Именно това се е случило в опита на Бърнет – грипният вирус се е развил в зародишите, но инфекцията се е самоограничила. След известно време вирусът е изчезнал и пилетата са загубили толерантността си към него.
2.2. Механизми за създаване на имунна толерантност
Днес са известни три основни механизма за изграждане на имунна толерантност спрямо даден антиген:
1) Клонална делеция – предизвикване на апоптоза у всички лимфоцити, разпознаващи антигена, още докато те се диференцират в централните лимфоидни органи. Знаем, че както В-лимфоцитите в костния мозък, така и Т-лимфоцитите в тимуса преминават през отрицателна селекция. При нея автореактивните лимфоцити се елиминират и само тези, които не реагират силно срещу собствени антигени, се оставят да завършат диференцирането си. Чрез клонална делеция се създава толерантност към всички антигени, които се синтезират в централните лимфоидни органи или могат да стигнат дотам с кръвта и лимфата.
2) Клонална анергия – трайно потискане на функцията на лимфоцитите, разпознаващи антигена, при първата им среща с него. Има данни, че ако на зрял нестимулиран Т-лимфоцит антигенът за пръв път се представи без важния допълнителен сигнал В7, лимфоцитът не само не се активира, а и става завинаги неспособен да се активира, независимо как бъде стимулиран в бъдеще. Такива неподатливи на активация клетки се наричат анергични. Смята се, че чрез клонална анергия се създава Т-клетъчна толерантност към периферните собствени антигени, които се синтезират в различни тъкани извън тимуса и нормално не проникват в него. Все още се спори дали клоналната анергия действа и при В-лимфоцитите, но това всъщност не е толкова важно. Повечето антигени са тимус-зависими, така че ако Т-помощниците са толерантни, В-лимфоцитите също няма да реагират.
3) Т-супресия – потискане на функцията на зрели лимфоцити, разпознаващи антигена, от страна на Т-супресори (регулаторни Т-клетки). Толерантността, постигната по този начин, не е толкова пълна и надеждна, колкото създадената по първите два начина. Същевременно обаче измежду трите механизма Т-супресията е от най-голям практически интерес, защото само тя може да потисне зрели активирани лимфоцити. Затова създаването на толерантност у възрастен организъм е преди всичко въпрос на Т-супресия. Ако знаехме достатъчно за процеса, за да можем го контролираме, пациентите с присадени органи и болните от автоимунни болести щяха да имат много по-добра прогноза.
Естественото приложение на Т-супресивната толерантност in vivo е да спре евентуално развил се имунен отговор срещу собствени антигени, а също и срещу някои чужди антигени, към които толерантността е по-уместна (например обичайните съставки на храната). На пръв поглед изглежда изненадващо, че нормалната имунна система може да бъде толкова склонна към имунен отговор срещу собствените антигени, че да са нужни специални клетки, които да спират развиващата се автоимунна реакция. Ще разгледаме два примера за изясняване на въпроса.
Първо, ако отвън проникне антиген, наподобяващ даден собствен антиген, това може да наруши толерантността към собствения антиген. Някои автореактивни В-лимфицити, които дотогава са били безопасни поради липсата на съответен Т-помощник, могат да бъдат активирани от Т-помощници, специфични за чуждия антиген. Можем да оприличим В-клетъчните епитопи на хаптени, които сега са свързани с нов носител – чуждия антиген. Така, ако в мишка се инжектират еритроцити от плъх, някои от получените антитела освен с плъшите реагират и със собствените миши еритроцити. В нормална мишка Т-супресорите бързо възстановяват имунната толерантност, но ако мишката е лишена от Т-супресори, автоимунната реакция се развива, докато причини смърт.
Второ, към част от собствените антигени имунната система не изгражда толерантност, защото поради разположението им не може да се запознае с тях. Някои органи, на първо място мозъкът, окото и семенникът, са отделени от кръвообращението с бариери, трудно пропускливи за макромолекули и още повече за цели клетки. Нямайки достъп до тези т. нар. привилегировани места, имунната система не развива толерантност към антигените им. Ако бариерата бъде нарушена, например при нараняване, възниква опасност от автоимунна реакция срещу засегнатия орган. Нормално обаче този нежелан имунен отговор се поставя под контрол от регулаторните Т-клетки, преди да е нанесъл съществена вреда. Дълголетни организми като бозайниците неизбежно търпят травми през живота си и имунната им система е приспособена в такива случаи да реагира подходящо, а не да доразрушава пострадалия орган.
Основни източници
Стайтс Д.П., А.И. Тер, Т.Дж. Парслоу. Обща и клинична имунология. Национален център по заразни и паразитни болести, София, 1997. (Превод от: Stites D.P., A.I. Terr, T.G. Parslow (Eds.). Basic and Clinical Immunology. 8th Edition. Appleton & Lange, San Mateo.)
Golub E.S. Immunology, a synthesis. Sinauer Associates, Inc., 1987.
Kimball J.W. (2003). Regulatory T cells. [Online] http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/Treg.html
Roitt I. Essential Immunology. 8th Edition. Blackwell, Oxford, 1994.
URL
http://www.mayamarkov.com/biology/I10Control/I10Control.htm
Публикувано 2006
Copyright © Майя Маркова
Предишен
раздел
Основна страница
Следващ раздел