Механизмы иммунологической толерантности и иммунопатологии

Благодарю за внимание!

Иммунологическая толерантность (терпимость)
1- активное состояние иммунной системы, которое характеризуется неотвечаемостью на антигены
(требуется предварительный контакт с антигеном - это форма проявления иммунного ответа, антиген-специфично )
2- неспособность иммунной системы отвечать на антигены
(возникает в результате врожденных или приобретенных грубых дефектов в системе иммунитета, антиген-неспецифична)

Иммунологическая толерантность
формируется
естественными и искусственными путями.
Естественные пути:
Физиологические:
-терпимость к своим молекулам поддерживается
в течение всей жизни путем центральной и периферической толерантности
-толерантность иммунной системы матери по отношению к антигенам плода

Пример физиологической
толерантности.
Толерантность матери к плоду

Клеточный микрохимеризм мать-ребенок

История идей
в изучении толерантности

Американский генетик R.OWEN, впервые описавший в 1945 году эритроцитарный мозаицизм
у дизиготных телят-двоен (химеризм)

1960

Активно приобретенная толерантность
Billingham RE, Brent L, Medawar P. Nature,1953;172:603-6
Взята самка СВА на 15—16-й день беременности. Под наркозом у мыши по средней линии был вскрыт живот. Тонкой иглой прокололи стенку матки и каждому эмбриону ввели по 10 миллиграммов клеточной взвеси, приготовленной из селезенки и почек мыши линии А. Эти клетки были жизнеспособными и теоретически должны были прижиться в эмбрионе. Через четыре дня, в нормальный срок, мышь родила пять мышат. Выглядели они совершенно нормально.
Через восемь недель мыши, как им положено, стали взрослыми и весили по 21 грамму. Каждой из них пересадили лоскуты кожи от мышей линии А, т.е. ткань той же природы, той же антигенной структуры, что и клетки, введенные эмбрионам. У двух подопытных мышат трансплантаты погибли. У трех других пересаженная кожа чувствовала себя прекрасно. Кожа приросла, будто собственная ткань. Ее чуждое происхождение выдавал только цвет: на сером фоне шерсти мышей СВА ярко выделялся белый лоскут. Типичная для мышей А белая шерсть была нормальной густоты и жесткости.
Через 50 дней одной из этих трех мышей снова пересадили кожу той же линии А. С этого дня она стала носителем двух чужеродных лоскутов кожи.
...Открыто нечто новое, ранее не известное науке.
Открыто явление, противоположное иммунитету-толерантность

Активно приобретенная толерантность
к чужим клеткам при неонатальном введении живых клеток (рис из А.А.Ярилин,2010)

Виды толерантности

Виды иммунологической толерантности
Антигеспецифическая
Естественная Индуцированная
Антиген-неспецифическая
Врожденная Индуцированная

Антигеспецифическая
Естественная
Толерантность к молекулам своего организма (аутотолерантность)
Формирование толерантности к своим молекулам в процессе эмбриогенеза (аутотолерантность)
Толерантность матери к антигенам плода при беременности
Изоляция антигена в слабоваскуляризированных тканях (хрящи)
Изоляция антигена в иммунопривилегированных тканях (яичко, мозг, глаз)

Антиген-специфическая
индуцированная толерантность
Введение антигена в эмбрион или в первые сутки после рождения (эксперименты, врожденные и внутригоспитальные инфекции)
Опухолевый рост
Персистенция инфекции (герпес, цитомегаловирус)
Введение высокой или низкой доз антигена
Оральное введение антигена
Ведение антигена в слабо-васкуляризированные и иммунопривилегированные ткани (яичко, мозг, глаз, хрящ , влагалище прямых мышц живота и др. )
Пересадка трансплантата, близкого к реципиенту по антигенам гистосовместимости
Антигенная мимикрия

Антигеннеспецифическая иммунологическая врожденная толерантность
Обусловлена неспособностью к иммунному ответу при:
Грубых генетических дефектах в иммунной системе (аплазия тимуса, тяжелый комбинированный иммунодефицит, мутации в гене AIRE)

Сбой толерантности при генетических нарушениях

Мутация в гамма-цепи гена
рецептора ИЛ-2 приводит к тяжелому комбинированному иммунодефициту

Антигеннеспецифическая индуцированная толерантность
Супрессивные воздействия на иммунную систему
Инфекционные
Радиационные
Токсические
Лекарственные и др.
Удаление лимфоидных органов
(селезенки, лимфатических узлов)

Индукции
специфической аутотолерантности предшествует контакт с антигеном
Запоминание «своих» молекул в эмбриональном периоде
Центральная толерантность – удаление аутореактивных Тимоцитов в тимусе и В- клеток в костном мозге путем отрицательной селекции
Периферическая толерантность - удаление или подавление аутореактивных Т- и В- клеток в тканях и во вторичных лимфоидных органах путем анергии при неполной презентации антигена, супрессии регуляторными Т-клетками, толерогенной активности дендритных клеток
Толерантность к антигенами патогенов, сходными с молекулами хозяина (антигенная мимикрия)

Клеточный ответ Толерантность Гуморальный ответ

Механизмы аутотолерантности Т-клеток
Центральный
Удаление аутореактивных клонов (гены AIRE – аутоиммунные регуляторы)
Периферический
«Иммунологическая привилегия» органов
Анергия Т-клеток
Регуляция (супрессия) гуморального и клеточного ответа

Центральная аутотолерантность

Двойное распознавание антигена
Антиген-
презенти-
рующая
клетка
(МНС)
Антиген-
специфичный
рецептор Т клетки (ТСR)

Негативная селекция аутореактивных В и Т клеток

Позитивная селекция для тимоцитов, несущих рецепторы, способные к связыванию собственных молекул гистосовместимости (молекул MHC),
которая обозначается как ограничение по MHC.
Тимоциты,прошедшие позитивную селекцию, претерпевают негативную селекцию, а остальные - удаляются в тимусе путем апоптоза.
2. Негативная селекция элиминирует тимоциты, несущие высокоаффинный рецептор только к собственным молекулам MHC или к собственным антигенам организма, презентируемых своими молекулами MHC. В результате удаляются потенциально опасные Т клетки.
Тимоциты, прошедшие обе селекции (2% !):
Распознают молекулы МНС
Толерантны к аутоантигенам
Активны по отношению к чужеродным иммуногенам
Селекционные процессы в тимусе

Механизмы селекции
Т-лимфоцитов в тимусе

Роль гена Aire(АутоИммунного РЕгулятора) в продукции аутоантигенов для негативной селекции, создающей центральную толерантность

Селекция В-лимфоцитов в костном мозге

Редактирование аутореактивного рецептора В-клеток (ВСR IgM)

Гомеостатическая толерантность

Естественная регуляторная Т-клетка созревает в тимусе

Центральное и периферическое происхождение регуляторных
Т-клеток

Регуляторные Т-клетки подавляют иммунный ответ на разных стадиях

Сокращение числа эффекторных Т-клеток на 90-95% после удаления патогена
происходит по следующим причинам:
Большое число оставшихся эффекторов мешает развитию первичного иммунного ответа на новые антигены.
Персистенция активированных эффекторных клеток в большом количестве имеет отрицательный эффект, поскольку они способны секретировать токсические цитокины и повреждать нормальные ткани.
Оставшиеся Т-клетки эффекторы могут активироваться антигеннезависимым путем (сопутствующая активация)

Периферическая аутотолерантность

К периферической толерантности
Незаметность антигенов для иммунной системы.
Она проявляется по отношению к некоторым антигенам, расположенным в слабо кровоснабжающихся тканях, например, в хрящах, суставных поверхностях , хрусталике. Еще более существенно, что в этих тканях почти не встречаются антигенпредставляющие клетки, необходимые для процессирования пептидов и их презентации CD4+ T клеткам при наличии молекул МНС II класса и потому не создается необходимых условий для возникновения аутореактивных Т клеток.

Разделение аутореактивных циркулирующих Т-лимфоцитов и аутоантигенов
Для предотвращения доступа антигенпредставляющих клеток к достаточно большим количествам своих антигенов, в тканях происходит быстрое удаление продуктов распада ткани под влиянием антител, системы комплемента и фагоцитоза .
Это также достигается киллингом свих клеток путем апоптоза, что предупреждает высвобождение антигена из погибших клеток.
Поэтому дефекты комплемента и/или фагоцитоза ассоциируются с развитием аутоиммунных реакций против внутриклеточных компонентов .
Интересно, что аутоантитела класса IgM при невысоких титрах участвуют в удалении клеточных осколков

Для активации Т-клеток нужен двойной сигнал

Поддержание толерантности к аутоантигенам на периферии

Толерантность в привилегированных зонах- яичке и глазном яблоке
Для предотвращения воспаления и последующей аутоиммунной реакции в яичке и глазном яблоке на клетках экспрессируются лиганды для рецепторов к апоптозу TNF.
Если активированные- провоспалительные лимфоциты проникают через гисто-гематический барьер,то они погибают путем апоптоза,провзаимодействовав с лигандом.

В-клеточная толерантность
В-клеточная толерантность выражена в меньшей степени, чем толерантность Т-клеток в связи с отсутствием эквивалента тимуса при развитии В-лимфоцитов. В-клеточная толерантность в основном проявляется на периферийном, а не на центральном уровне, а продукция аутоантител ограничивается, главным образом, из-за недостатка помощи со стороны Т-лимфоцитов, не реагирующих с собственным антигеном. Образование В-клеток происходит постоянно в костном мозге из предшественников, причем многие из В-клеток исходно являются аутореактивными.
Одним из регуляторных механизмов, сдерживающих аутоиммунитет, заключается в том, что недавно возникшие В-клетки при взаимодействии с собственными антигенами, но в отсутствие помощи со стороны Т-хелперов, подвергается апоптозу или, оставаясь живой, она становится анергичной по отношению к этому антигену.
Другим механизмом является активная супрессия Т-клетками, которая заставляет аутореактивные В-лимфоциты оставаться толерантными.

Оральная толерантность

Иммунная система кишечника

Оральная толерантность при лечении аллергии

ИММУННЫЕ МЕХАНИЗМЫ
РАЗВИТИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Клеточный
ответ
Гуморальный
ответ

Анафилактическая
гиперчувствитель-ность немедленного типа (ГНТ)
В 1963 г. Кумбс и Джелл предложили классификацию гиперчувствительности, согласно которой иммунные механизмы развития патологических процессов укладывались в 4 типа
Антитело-зависимая цитотоксичность
Иммунокомплексная гиперчувствительность
Клеточная гиперчувствитель-ность замедленного типа (ГЗТ)

АБЗИМ - АНТИТЕЛО С ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИТОТОКСИЧЕСКОГО
ПОТЕНЦИАЛА ДНК-АБЗИМОВ

ИММУНОПАТОЛОГИЯ ПРИ
САХАРНОМ ДИАБЕТЕ

К механизму развития рассеянного склероза
Figure 4. The Multiple Sclerosis Plaque.
Within a postcapillary venule, various adhesion molecules interact with mononuclear cells (T cells, B cells, and macrophages) at the endothelial surface. Matrix metalloproteinases (MMPs) digest basement-membrane type IV collagen and fibronectin, which facilitate the migration of these proteins into the central nervous system. B cells entering the area elaborate immunoglobulins. T cells are capable of releasing a series of inflammatory and antiinflammatory cytokines and chemokines. Interleukin-12 and interleukin-23 are released from microglia and can provoke T cells to release interferon- (IFN- ) and interleukin-17, respectively. Macrophages engulf myelin internodes, exposing axonal surfaces and releasing injury effector agents such as nitric oxide (NO), oxygen free radicals (O2), and glutamate. Calcium entry can provoke a series of deleterious processes, resulting in further damage to the axon and, eventually, transection and neurodegeneration. At the edge of the plaque, microglia are aligned at the perimeter. At this fine line between the multiple sclerosis plaque and the surrounding normal tissue are rows of recruited oligodendrocyte-precursor cells (OPCs) that are capable of entering the plaque zone and potentially mediating repair processes. In the lower right portion of the figure, an astrocyte with a CXC chemokine ligand (CXCL) is interacting with an OPC with a CXC chemokine receptor (CXCR). Other oligodendrite-precursor cells are converted into oligodendrocytes. Nogo denotes neurite outgrowth inhibitor, LINGO-1 leucine-rich–repeat and immunoglobulin-domain–containing Nogo receptor–interacting protein 4, MCP monocyte chemoattractant protein, and CCR2 chemokine receptor 2.

Эктопическая лимфоидная ткань
У части пациентов с аутоиммунными болезнями в мишеневом органе эктопически развивается организованная лимфоидная структура.
В них находят сеть из фолликулярных дендритных клеток, а также Т-хелперов, которые вовлекают В-клетки в хронический аутоиммунный ответ.

Инфекция и аутоиммунитет
Аутоиммунные болезни связаны с вирусными инфекциями, которые часто предшествуют возникновению воспаления в мишеневом органе. Для объяснения механизмов ассоциации аутоиммунитета и вирусной инфекции используют несколько гипотез:
Молекулярной мимикрии,
Сопутствующая (bystander) активация
Вирусная персистенция

Молекулярная мимикрия между белками
патогенных микробов и хозяина.

К механизмам развития иммунопатологических процессов (1/3)
К настоящему времени открыты новые механизмы
индукции и развития иммунопатологических процессов
1.Цитотоксическое действие Т-клеток
2. Провоспалительная активность Тh1 и Тh17
3. Сопутствующая (Bystander) активация
4. Программируемая клеточная смерть (апоптоз и аутофагия)
5. Срыв центральной и периферической толерантности к аутоантигенам
6. Участие Т- и В-клеток памяти
7. Ослабление супрессорной роли Т-регуляторных клеток
8. Дефекты генов, контролирующих презентацию аутоантигенов в
тимусе и костном мозге
9. Участие молекул адгезии в процессах миграции клеток и развитии воспаления
10. Презентация аутоантигенов антигенпрезентирующими клетками

К механизмам развития иммунопатологических процессов (2/3)
11. Антигенная мимикрия между молекулами патогенов и хозяина
12. Индукция «цитокинового шторма»
13. Роль патогенов в индукции аутоиммунизации
14. Участие цитокинов, рецепторов к ним и антагонистов
15. Сбой в сигнальных путях
16. Роль паттерн–распознающих рецепторов
17. Гормональные влияния
18. Снижение активности тимических эпителиальных клеток с возрастом
19. Формирование эктопической лимфоидной ткани в пораженном органе
20. Иммунотоксическое действие лекарственных средств (цитокины, цитокиновые антагонисты, моноклональные антитела и др.)

К механизмам развития иммунопатологических процессов (3/3)
21. Лимфопролиферативные заболевания
22. Злокачественные новообразования
23. Антиммунные воздействия патогенов
24. Локальная продукция токсичных радикалов кислорода и оксида азота
25. Недостаточность регуляторных белков, подавляющих активацию комплемента на поверхности собственных клеток: MCP (мембранный кофакторный белок) и DAF (фактор, ускоряющий распад комплемента)
26. Нарушения контроля над Т-регуляторными клетами (CD4+ CD25+ Treg ) со стороны Толл-подобных рецепторов (TLR)

Формирование аутореактивных
Т-клеток памяти при вирусной инфекции.
Срыв толерантности к аутоантигенам при ослаблении Т-регуляторных клеток

Аутоиммунные болезни как следствие вакцинации

Т-клетки памяти формируются в начале ответа и после его завершения

Миграция Т-клеток памяти:
центральной и эффекторов

Роль Т-клеток памяти в прогрессии или рецидиве аутоиммунных болезней
Несколько работ свидетельствует о роли Т-клеток памяти в прогрессии или рецидиве аутоиммунных болезней.
В селезенке мышей, больных T1D или EAE содержатся аутореактивные Т-клетки памяти, поскольку перенос от них клеток селезенки генетически чувствительным животным вызывал у них патологию (Santamaria, 2001; Rossini et al., 2004).
Известно, что для гомеостатической экспансии Т-клеток памяти вовлечены цитокины, такие как IL-7 и IL-15, рецепторы к которым имеют общую γ-цепь Введение антител против γ-цепи мышам NOD эффективно уменьшала размеры популяции Т-клеток памяти и подавляла перенос болезни , что свидетельствует о вкладе размножения Т-клеток памяти в прогрессирование T1D (Demirci et al., 2003).

Роль Т-клеток памяти в прогрессии или рецидиве аутоиммунных болезней (продолжение)
Изолированные T-клетки памяти с фенотипом CD4+CCR4+CD44high могут переносить инсулит NOD.scid мышам в течение недели после инъекции, что подтверждает их патогенный потенциал . В то же время, блокада макрофаг-зависимого хемокина (MDC) - лиганда для хемокинового рецептора на Т-клетках памяти CCR4, подавляет развитие инсулинзависимого сахарного диабета у NOD мышей (Kim et al., 2002).
В модели с множественным склерозом также получены данные о вероятном участии аутореактивных Т-клеток в прогрессировании аутоиммунной болезни (Muraro et al., 2005).

Роль Т-клеток памяти в прогрессии или рецидиве аутоиммунных болезней (продолжение)
Т- клетки памяти имеют повышенную функциональную авидность для лигандов, по сравнению с их наивными предшественниками потому, что антигенсвязывающий участок TCR конформационно гибок и потенциально неоднороден. Поэтому развивается большая популяция Т-клеток памяти в ответ на инфекционные агенты, что теоретически несет риск индукции аутоиммунитета.

Имеются экспериментальные доказательстива, поддерживающие гипотезу о чрезпеченочной циркуляции кишечных лимфоцитов памяти, возникших при воспалении в слизистой кишечника (Grant et al., 2002).
Активированные интестинальные лимфоциты экспрессируют специфичный для кишки хоминг-рецептор интегрин α4β7, который связывается с адгезионной молекулой MAdCAM-1 (coreceptor mucosal addressin cell adhesion molecule-1), специфичной для кишки. Но, эндотелиальные клетки печени при склерозирующем холангите экспрессируют аберрантный MAdCAM-1, к которому присоединяются лимфоциты , специфичные для кишечника.
Итак, не микроорганизмы или их продукты запускают иммунное воспаление в печени при склерозирующем холангите , а Т-клетки памяти, активированные в кишке и способные к перекрестной реактивности микроб/свое. Этот процесс возникает в толстой кишке и потому склерозирующий холангит ассоциируется с язвенным колитом и болезнью Крона.
По- видимому, наличием долгоживущих Т-клеток памяти можно обяснить, почему болезннь может возникнуть через долгий период после колонэктомии и почему колонэктомия не влияет на течение склерозирующего холангита.

Фиброз вокруг желчного протока при склерозирующем холангите

Интегрины α4β7 Т лимфоцитов соединяются
с адгезивными адрессинами слизистой MAdCAM-1

Формирование провоспалительных
Т клеток памяти с молекулами хоминга

МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ Т-КЛЕТОК ПАМЯТИ В БЛЯШКЕ ПРИ ПСОРИАЗЕ АЛЕФАЦЕПТОМ
New England Journal of Medicine Volume 345:248-255 July 26, 2001 Number 4

Увидел – расскажи другу!

Peripheral Mechanisms of the Induction of Tolerance.
T cells that are physically separated from their specific antigen — for example, by the blood–brain barrier — cannot become activated, a circumstance referred to as immunologic ignorance. T cells that express the Fas (CD95) molecule on their surface can receive their signals from cells that express Fas ligand and undergo apoptosis, a process known as deletion. One example of inhibition is as follows: CD152 binds CD80 on antigen-presenting cells, thereby inhibiting the activation of T cells. Regulatory T cells can inhibit, or suppress, other T cells, most likely through the production of inhibitory cytokines such as interleukin-10 and transforming growth factor (TGF- ). Периферические механизмы индукции толерантности

Медицинский Уотергейт-1974
Доктор Вильям Саммерлин был руководителем клиники кожных болезней в Стэнфордском университете в Калифорнии.
Результаты его опытов были потрясающими.
У белых мышей приживались, лоскуты кожи от черных. На лоскутах росла черная шерсть.
Профессор Гуд поручает двум аспирантам проверить опыты Саммерлина. Приживления нет. Черные лоскуты кожи отторгаются.
Сэр Питер Медавар — английский ученый, получивший Нобелевскую премию за работы по трансплантации тканей, тоже попытался воспроизвести опыты Саммерлина. Он заявил: «Я бросил эту работу, разочаровавшись, в ней».