Врожденный иммунитет:на стыке наук

Врожденный иммунитет:
на стыке наук
С.А. НЕДОСПАСОВ
Институт Молекулярной Биологии им.
В.А. Энгельгардта РАН
Институт Физико-химической биологии им.
А.Н. Белозерского МГУ

Скопление фагоцитов в личинке морской звезды вокруг занозы

Защищает все виды живых существ, в то время как адаптивный иммунитет есть только у высших позвоночных.
Является и главной системой (сенсором) распознавания «чужого» (например, заражения патогенами), и первой линией защиты.
Кодируется относительно небольшим числом генов, которые не могут увеличивать разнообразия рецепторов с помощью соматических перестроек (как это происходит в адаптивном иммунитете).
Из-за ограниченности числа генов рецепторы (сенсоры) распознают не индивидуальный патоген, а целые классы патогенов.
Важные факты
про врожденный иммунитет

Чарльз Дженуэй (1943-2003) и Руслан Меджитов

TLR4
ЛПС,
Г-бактерии
MD-2
TLR семейство и его лиганды у человека и мыши
Флагелин
TLR5
TLR2
TLR1
Липопептиды
TLR2
TLR6
ЛТК, Г+ бактерии, грибки, микоплазма
TLR 7
ssRNA
dsRNA
TLR 3
TLR 9
CpG DNA
Эндосома
Адаптерные белки (MyD88, Trif)
Профилин
TLR11
Сигнальные киназы
Все бактерии

Парадокс эволюции TLR семейства
Грибки
Г+ бактерии
Pelle
Tube
MyD88
DD
DD
DD
NF-κB /DIF
I-κB/
CACTUS
?
Защитные
пептиды
Сенсоры микробов
Spaetzle
Toll
Toll9
Toll3
18W
Toll4
Toll6
Toll8
Toll5
Toll7

1. Принципиально разные стратегии распознавания:
во врожденном - рецептор узнает инвариантные химические структуры целого класса патогенов
в адаптивном – генерируется набор рецепторов со случайной специфичностью, которые потом отбираются.
2. За каждую из двух ветвей иммунитета, в первом приближении, отвечают разные виды клеток иммунной системы (иммуноцитов).
Клетки адаптивного иммунитета - Т и В лимфоциты (а также NKT клетки).
Клетки врожденного иммунитета – макрофаги (наши главные фагоциты!), нейтрофилы, дендритные клетки, NK-клетки.
Дополнительные факты
про врожденный иммунитет

Липид А E.coli
Липид А Rhodobacter Sphaeroides
Патогенный
Непатогенный
Структура TLR4-связывающих фрагментов ЛПС («липиды А») различных Г- бактерий

ERITORAN – синтетический аналог непатогенного липида А LPS R. sphaeroides. Является мощным антагонистом TLR4-MD-2; находится в III фазе клинических испытаний при тяжелом сепсисе
Структура комплекса LPS-MD-2-TLR4
Kim et al, Cell 130, 906–917, 2007

Углеводный скелет (генциобиоза)
Липидная часть
Полиглицерофосфатный эфир
Структура липотейхоевых кислот из клеточных стенок Г+ бактерий – лигандов TLR1/2
O
O
O
H
O
H
O
O
H
O
H
H
O
O
P
O
O
O
R
2
O
O
R
4
O
O
R
3
O
O
P
O
O
O
H
O
R
1
n
O
H
C
1
4
-
C
1
9
a
l
k
y
l
s
n
=
4
5
-
5
0

Локализация главных сенсоров и рецепторов врожденного иммунитета: TLRs и NLRs
Один из результатов активации NLR рецепторов – продукция ИЛ-1, который сам запускает каскад, подобный TLR
Механизм, позволяющий
избежать узнавания своей ДНК
и РНК, - компартментализация

Неприродные химические соединения могут распознаваться рецепторами врожденного иммунитета, являясь их активаторами (агонистами) или блокаторами (антагонистами).
Осмысленные манипуляции с системой врожденного иммунитета будут иметь возрастающее практическое значение для медицины.
Значительная часть рекламируемых иммуностимуляторов относятся к природным или неприродным лигандам рецепторов врожденного иммунитета. Применять их надо с большой осторожностью и умом (главное, чтобы не вредили).
Дополнительные соображения
про врожденный иммунитет

Ligand
TLR (PRR)
NFκB
TNF
TNFR
NFκB
JNK
Caspases
Рецепторы врожденного иммунитета активируют Фактор Некроза Опухолей
(один из иммуномодуляторных цитокинов)

Лиганды, рецепторы и адапторы ФНО - тримеры
TNF3
LTα3
TNFR1
LTα3
TNFR1
TNFR1
TRAF3
TNFR1
TNFR1
TNFR1
TNFR1
TNFR1
LTα
TRAF
TRAF
TRAF

Гранулемы образуются вокруг клеток, зараженных бактериями, инкапсулируя их в составе стабильной структуры. В состав гранулем входят макрофаги, Т клетки и клетки стромы.
Вокруг «ядра» гранулемы, образованного зараженными макрофагами, находится слой незараженных макрофагов и T клеток.
ФНО, продуцируемый Т клетками, необходим для активации макрофагов, а также – неизвестным образом – для поддержания целостности гранулем.
Блокировка ФНО в ходе терапии может разрушить гранулемы, позволяя микобактериям выйти из зараженных клеток и начать размножаться.
Adapted from S.Ehlers
Ann Rheum Dis 2003;62:37
Одна из физиологических функций ФНО – защита от бактерий
(в т.ч. от M. tuberculosis) через образование гранулем

Macrophage-derived TNF acts as a costimulus for T cells.
T cell–derived TNF primes macrophages for mycobactericidal activity.
Macrophage and T cell–derived TNF, together with IFN-g and chemokines, induces recruitment and organized accumulation of mononuclear cells into highly structured granulomas. TNF and IFN-g also regulate excessive inflammation by inducing apoptosis of T cells.
Anti-TNF therapy results in granuloma breakdown and dissemination of mycobacteria.
Adapted from S.Ehlers
Ann Rheum Dis 2003;62:37
Одна из физиологических функций ФНО – защита от бактерий
(в т.ч. от M. tuberculosis) через образование гранулем
Egen et al
Immunity 2008

Удивительно высокая подвижность Т клеток во внешних слоях гранулем

Панель мышей с кондиционной инактивацией гена ФНО
Мышь с модифицированным геном ФНО
loxP
X
Мыши к кондиционным нокаутом
X
=
Трансгенные мыши,
обеспечивающие контролируемую
делецию гена ФНО
CD4-Cre
=
X
CD19-Cre
Mx-Cre
=
MLys-Cre
=
Макрофаги и нейтрофилы
X
loxP
TNF
Индуцибельная делеция

iTNF+
Макрофаги и нейтрофилы – главные источники системного ФНО
Survival, %
0
20
40
60
80
100
0
5
20
Hours
40
WT, iTNF-, T-TNF, B-TNF
TNF KO, MN-TNF, iTNF+
0
1
2
3
4
5
MN-TNF
B-TNF, T-TNF
TNF KO
ФНО, ng/ml
Концентрация ФНО в крови после инъекции ЛПС
Токсичность к ЛПС/D-gal
(модель острого септического шока)
WT, iTNF-

ФНО критическим образом нужен для защиты
от туберкулеза, причем его источники –
как макрофаги, так и Т лимфоциты.
0
20
40
60
80
100
0
Дни после заражения
Выживаемость, %
WT
T-TNF KO
MN-TNF KO
20
40
60
80
100
TNF KO

Блокировка ФНО: лекарства*
*Примерная стоимость курса лечения в Европе – 15 тыс Евро в год

Блокировка ФНО (индуцибельная делеция гена) замедляет развитие экспериментального артрита
WT
i-TNF +
polyIC
TNF KO
0
0.25
0.5
0.75
Change in paw thickness, mm

Блокировка ФНО с помощью индуцибельной делеции гена или с помощью блокаторов в «гуманизованных» мышах разрушает врожденную защиту против бактерий
Доза бактерий Listeriа 2x104 cfu /мышь, внутривенно
0
20
40
60
80
100
0
2
4
6
8
Дни после заражения
Выживаемость, %
iTNF + polyIC
TNF KO
iTNF (naïve)
HumTNF Tg (musTNF/LT)Δ/Δ
+ Remicade
HumTNF Tg (musTNF/LT)Δ/+
+ Remicade

Баланс «полезных» и «вредных» свойств ФНО
Что произойдет при системном блокировании
ФНО у больных (препараты Infliximab, Etanercept)?
- Инфекции (ТБ), лимфомы