CC BY
196
ЯНВАРЬ ФЕВРАЛЬ 2006
1
том 1ХХХ711
ИЗДАНИЕ МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ТАТАРСТАНА И КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УК 612. 017. 1 + 612. 118. 22] - 097 - 092
ИММУННАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА - ОТ ЗАЩИТЫ К ПАТОЛОГИИ*
Заслуженный деятель науки РФ и РТ, проф. А.П. Цибулькин
кий антиген. Первым является гуморальный иммунный ответ, обеспечивающий образование специфических иммуноглобулинов. Второй отражает развитие клеточного иммунитета, реализуемого эффекторной активностью макрофагов и Т-лимфоцитов с цитотоксической активностью.
1. Общие принципы регуляции иммунного ответа на основе ТП11/та12 взаимодействия
С момента ранних оригинальных работ Т.И. Mosman и И.Ь. Coffeman [8] развитие двух типов иммунного ответа связывается с дихотомией CD4+ Т-клеточной популяции. Т-хелперы I типа отвечают за развитие преимущественно иммунных реакций гиперчувствительности замедленного типа с активацией мононуклерных фагоцитов. Т-хелперы II типа стимулируют включение в иммунный ответ специфических В-лим-фоцитов с последующей выработкой иммуноглобулинов. Результаты наших исследований [1-7, 10, 11] позволили сформировать модифицированные нами схемы поэтапного развития иммунных ответов с Тй или №2 преимущественными типами регуляции (рис. 1 и 2) . Так, в случае развития гуморального иммунного ответа в качестве
Иммунная система человека развивалась и совершенствовалась как многокомпонентный комплекс клеток и органов, предназначенный в первую очередь для защиты хозяина от многочисленных инфекционных агентов. Наличие среди них как внеклеточно, так и внутриклеточно размножающихся видов бактерий, паразитов и вирусов сформировало, по крайней мере, два типа иммунного ответа на специфичес-
* Актовая речь, произнесенная 26 мая 2005 г. на расширенном заседании ученого совета Казанской государственной медицинской академии. Исследования, представленные в материалах актовой речи, поддержаны грантами РФФИ и фонда НИОКР АН РТ.
© 1. "Казанский мед. ж.", № 1.
1
АГ
МС
ткптидьг
V
I
V
М ж
нч^ ■
тел
С> ^- -
е
13Е
АРС [ОС]
ТЬ2
1Ь-4
|дА
X
1дБ
Еое
Рис. 1. Схема участия №2 в формировании гуморального иммунитета.
Обозначения: АГ — антиген; Е1 — пептиды; АРС — клетки, представляющие АГ; МрЬ — макрофаг; а^эЬ — активированный макрофаг; ТЬ—Т-лимфопиты1 хелперы1; ЫК — естественные киллеры1; Т(па^е) — нестимулиро-ванный Т-лимфопит; СТL — Т-цитотоксический лимфоцит; DC — дендритная клетка; МС — тучная клетка; Вс — В-лимфопиты1; Еоs — эозинофилы1; МНС-11 — антигены гистосовмести-мости II класса; ТСЯ — рецептор Т-лимфопита; соЯ — корепепторы1; IL — интерлейкины1; ТЫГ-а — фактор некроза опухоли; 1Ш-д — интерферон д; 1д — иммуноглобулины; -— направление дифференпировки; -— направление воздействия.
Эти же обозначения на рис. 2.
антигенов выступают преимущественно внеклеточные бактериальные и паразитарные агенты, экзотоксины и большие группы белков и пептидов. Дендритные клетки, выполняющие функцию примирования не-стимулированных СБ4+ клеток, представляют пептидные компоненты специфического антигена на поверхности мембраны в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости МНС II класса при обязательном дополнительном взаимодействии корецепторных молекул. Последующие этапы пролиферации СБ4+ лимфоцитов и дифференцировки их через ТЬО в №2 тип лимфоцитов осуществляются при ре-гуляторном влиянии преимущественно Ит-4 и П-10.
Следующий этап ответа регулируется спектром цитокинов, выделяемых №2 клетками. Сюда входят прежде всего И-4, И-5 и П-10, обеспечивающие процесс специфической дифференцировки активированных В-лимфоцитов в антителообразую-щие клетки, которые продуцируют антитела классов !дС1., IgE и секреторного IgA. Кроме того, указанные цитокины стимулируют костномозговое образование эозино-филов и их выход на периферию. В комплексе эффекторных ответов формируются реакции гиперчувствительности немедленного типа. Как самостоятельно, так и с помощью комплементарной системы и эф-
фекторной функции таких клеток, как ней-трофильные и эозинофильные лейкоциты, иммунный ответ гуморального типа обеспечивает противоинфекционную защиту от внеклеточных бактериальных и паразитарных агентов, а также антитоксическй иммунитет. Формирование же клеточного иммунного ответа развертывается как средство специфической защиты от внутрикле-точно размножающихся инфекционных агентов (микобактерии, вирусы и др.) и реализуется прежде всего за счет образования активированных макрофагов и Т-лимфоци-тов с цитотоксическими свойствами. Анти-генпредставляющую функцию в этой ситуации выполняют преимущественно макрофаги, которые после фагоцитарной переработки экспонируют пептидные фрагменты инфекционных агентов на мембране в комплексе с МНС II класса с целью взаимодействия со специфическими структурами Т-лимфоцитарного клеточного рецептора «наивного» СБ4+ лимфоцита. В отличие от гуморального иммунитета, дифференци-ровка предварительно примированного СБ4+ лимфоцита до ТЫ регуляторной клетки происходит в условиях комплексного действия И-12 и !Ш-д, продуцирующихся клетками первой линии защиты, макрофагами и естественными киллерами.
Ключевыми цитокинами ТЫ-лимфоци-тов являются !Ъ-2, фактор некроза опухо-
Еис. 2. Схема участия ТШ в формировании клеточного иммунитета.
ли (ЮТа) и д-интерферон. Суммарное их действие реализуется в активации макрофагов, Т—лимфоцитов и ускоренной диффе-ренцировке клеток с цитотоксической активностью. Таким образом, лимфоциты с активностью ТЫ клеток выполняют функции регуляторов реакций клеточного типа, в том числе макрофагально обусловленных реакций гиперчувствительности замедленного типа. Комплекс эффекторных элементов клеточного иммунитета способен обеспечить противоинфекционную защиту от большого числа внутриклеточно размножающихся бактериальных, вирусных агентов и некоторых типов простейших.
Следовательно, конечный эффект реализации иммунного ответа определяется соотношением степени активации ТЫ и ТЫ. При этом необходимо учитывать, что ТЫ- и ТЫ--клетки обладают свойствами перекрестного антагонизма. Взаимоподавляющий эффект стимулируется комплексом вырабатываемых ими цитоки-нов. ТЫ-цитокины не только реализуют ТЫ активность, но и блокируют ТЫ функцию. И наоборот, ТЫ-цитокины способствуют ТЫ хелперной активности и одновременно ингибируют ТЫ активность.
II. Дисбаланс в системе ТМ./ТЬ2 как основа иммунопатологии
Несоразмерность активности эффектор-ных компонентов иммунных реакций и исходной агрессивности (а иногда и в соответствии с ней) инфицирующих агентов, а
также в случае дефектов в естественной системе «запрета» иммунного ответа на антигены собственных тканей, развивается противоположный защитному - повреждающий эффект иммунных реакций. Повреждение тканей, которое частично или полностью обусловлено действием самих механизмов иммунитета, призванных осуществлять защитную функцию, относится к разряду иммунопатологических реакций. Среди наиболее важных механизмов иммунопатологии находятся и сугубо протектив-ные эффекторные проявления клеточного иммунитета. Их избыточная выраженность или смещение направления действия с патогенов на собственные ткани служат основой часто тяжелых заболеваний человека. Гиперпродукция цитокинов клеточного иммунного ответа, в особенности фактора некроза опухоли, образуемого активированными макрофагами, с последующим развитием цитокинемии, является основой развития таких опасных для жизни состояний, как токсический шок и геморрагический некроз. Местная же гиперпродукция цито-кинов данного ряда обеспечивает развитие локальных некротических проявлений реакции гиперчувствительности замедленного типа (в качестве примера можно привести феномен Коха).
Интенсивные реакции клеточного иммунитета, направленные против не только инфицирующих агентов, но и аутоантиге-нов, способны вызвать хроническое воспаление, интенсивно разрушающее собственные ткани. Такой патогенез вероятен для
тм,
0 IL-L0 |
©
Th2
©
оагоцитои
! 1 Ч
1L-2 г
Э
I ВЁ1 Я °
ЯШI■ ■ -"■■' Г - ■
" .--1 TSTHI | —
МрЪ
©
• •
LiMph
'1 МО
ВОСПАЛЕНИЕ
РАЗРУШЕНИЕ КЛЕТОК
Рис. 3. Активация макрофагов под влиянием №1 цитокинов.
Обозначения: А — внутриклеточное разрушение объектов фагоцитоза; В — повреждение окружаюлих тканей; С — антагонизм ТМ и Т2 клеток; — рецептор к ^-2; 1Ш-д-Я — рецептор к 1Ш-д; N0 — оксид азота.
ревматоидного артрита (РА), саркоидоза и болезни Крона. Во всех случаях в качестве основного эффектора выступает фагоцитирующая клетка, обыгчно это активированным макрофаг (МФ) . Возможно, ведущие механизмы локальных и системных поражений у больных РА связаны: с преимущественным развитием иммунного ответа ТЫ типа с последующей активацией макрофагов. Это предположение основано на том, что макрофаги способны: не только фагоцитировать и внутриклеточно разрушать инфицирующие агенты1 и другие объекты фагоцитоза, но и секретировать многочисленные субстанции. Среди них имеется большой спектр лизосомальных ферментов, в том числе глюкуронидаза и лизоцим, оксид азота и группа цитокинов (Т№-а; 1Ь-1 и другие) . Кроме того, на поверхности мембраны макрофагов при их стимуляции образуются высокоактивные кислородные ра-дикалы1 (рис.3) .
Иммуногистология синовиальной ткани на ранних сроках РА представляет классическую картину развития реакции гиперчувствительности замедленного типа. Обнаружено, что уровень инфильтрации синовиальной ткани макрофагами находится в прямой связи с активностью заболевания и рентгенологическими признаками поражения суставов. Возможность обнаружения активированных макрофагов в костном мозге и периферической крови больных РА позволяет выдвинуть гипотезу о первично
макрэфагатнозатсимэй природе поражений в патогенезе заболевания.
Проанализировав сложные и не всегда однозначные принципы функционирования отдельных звеньев иммунной системы человека, мы1 провели комплексные клини-ко-лабораторные исследования механизмов изменения эффекторной активности макрофагов у больных РА. С целью решения вопроса о соотношении противоинфек-ционнык (защитнык) и иммунопатологических (повреждающих) потенций у акти-вированнык макрофагов больнык РА, мы обследовали 106 женщин: 43 из них быгли больны с достоверным по критериям АРА ревматоидным артритом, 63 - условно здоровы, с наследственностью, не отягощенной аутоиммунными заболеваниями. Исследования проводились в сравнимых по возрасту группах.
Моноцитарно-макрофагальную популяцию клеток периферической крови выделяли общепринятым методом в градиенте плотности фиколлагипака с последующим их отделением с помощью адгезии. Поглотительную и переваривающую функции МФ крови исследовали радиоизотопным методом в динамике в течение суток. Объектом фагоцитоза (ОФ) служил Staphylococcus aureus, выращенный на средах с добавлением смеси аминокислот, ме-ченнык С14, и опсонизированным пулом нативных сывороток IV группы крови. Измеряли суммарную радиоактивность метки, связанной с МФ, а также внутриклеточ-
ную радиоактивность метки после обработки МФ трипсином для удаления белков, находящихся на поверхности мембраны. Переваривающую способность МФ оценивали по уровню разрушения патогена до пептидов.
Оценка суммарных показателей за весь период наблюдения выывила максимальную переваривающую способность МФ именно у больных: она составляла 1451,76±33,02 имп/мин при средней величине 1318,25±25,67 имп/мин в группе здоровых добровольцев. Однако динамика собственно фагоцитоза с внутриклеточным расположением разрушаемых бактерий оказалась далекой от ожидаемой у активи-рованнык макрофагов больнык РА. Результаты исследования указали на резкое снижение поглощения бактериальных клеток макрофагами больных в первые 2 часа фагоцитоза. Своеобразная реабилитация активности МФ больных наблюдалась через 4 часа от начала исследования, хотя активацию поглощения микробных агентов МФ больных РА через 4 часа после контакта с бактериальной культурой трудно назвать оптимальной с точки зрения противоин-фекционной защиты.
В качестве реального подхода к решению вопроса о несоответствии общей активации макрофагального фагоцитоза у боль-нык РА с явно сниженным поглощением бактериальных клеток в первые часы мы предположили возможность стимуляции переваривания ОФ на этих сроках за счет активации разрушения микробов преимущественно на внешней стороне мембраны МФ больнык. Возможность такого механизма у МФ связана с выйросом лизосо-мальных ферментов не только в полость фа-госомы в цитоплазме клеток, но и путем экзоцитоза их содержимого в окружающую среду. Данный вариант разрушения инфицирующих агентов может считаться физиологическим только до определенной степени выраженности, особенно на ранних сроках взаимодействия в системе ОФ-мак-рофаг.
С целью проверки данного предположения мы исследовали уровень экзоцитоза одного из лизосомальных ферментов МФ -глюкуронидазы. Интенсивность внеклеточного выброса лизосомальной глюкуронида-зы из МФ оценивали по флюоресценции
продукта гидролиза ферментом флюоресцирующего аналога субстрата - МУФ-b-глюкуронида (Sigma, USA) в процессе взаимодействия клеток с ОФ в динамике в течение первых 30 минут. Как оказалось, интенсивность освобождения макрофа-гальнык лизосомальных ферментов у больнык РА превышала таковую в контрольной группе. Уже с первой минуты эксперимента разница в активности лизосомальной глюкуронидазы, поступающей в окружающую среду из МФ больнык, была в 8-10 раз выше, нежели у здоровых добровольцев на сроке в 0,5 минуты исследования. В динамике фагоцитоза во всек обследованнык группак разница в уровне выброса лизосо-мальнык ферментов снижалась. Однако и в конечной точке исследования (через 30 минут) у больнык РА сохранялось почти 2-кратное превышение данного показателя по сравнению с уровнем экзоцитоза в культуре МФ здоровык добровольцев. Полученные результаты: убедительно свидетель-ствовали о значительной стимуляции функциональной активности МФ больных РА. И если физиологический уровень выйроса МФ здоровык людей лизосомальнык энзимов и цитокинов является только одной из форм борьбы с инфицирующими агентами без повреждения окружающих тканей, то у больнык РА экзоцитоз энзимов как ранняя стадия защиты настолько стимулирован, что может быть одновременно патогенетическим фактором разрушения не только микробных агентов, но и собственных тканей хозяина.
В рамках заявленной темы, а именно взаимоотношений между противоинфекци-онной резистентностью и тканевыми поражениями на фоне активации МФ больнык РА, мы определяли также частоту инфекционных заболеваний в течение последнего года наблюдения. Выраженность инфекционного синдрома оценивали в процентах. В группе здоровык людей инфекционным синдром выявлялся в 28,1% случаев. Среди заболеваний инфекционной природы наблюдались преимущественно обострения хронических форм бронхита, тонзиллита, поражения ЛОР-органов. При клинико-анамнестическом обследовании больных РА частота инфекционного синдрома у них составляла лишь 15,6%. Многие больные сами отмечали, что с появлением клиничес-
ки выраженных проявлений РА они стали реже болеть острыми воспалительными заболеваниями .
Анализ медицинских документов и тщательный сбор анамнеза позволили нам рассчитать частоту инфекционного синдрома в группе больных до развития РА. Она составляла 79,7%. До дебюта РА хронические инфекции протекали с частыми обострениями. Кроме того, отмечался повышенный процент случаев острых респираторно-ви-русных инфекций, гнойного отита, инфекций мочевыводящих путей.
Таким образом, как показали наши исследования, манифестация РА всегда связана с выраженной активацией эффектор-ной функции МФ с одновременной стимуляцией противомикробной защиты и снижением уровня проявления инфекционного синдрома.
На противоположном полюсе (№2 типа) ответа иммунной системы стоят, с одной стороны, противоинфекционная защита кишечника и слизистых дыхательных путей, а с другой - высокая частота развития аллергических заболеваний. Как отчетливо видно на схеме развития иммунного ответа №2 типа, эффекторные механизмы, стимулируемые комплексом цитокинов (Иг-4, Иг-5, 1Ь-10), обеспечивают звенья 1дЕ опосредованной защиты со стимуляцией образования и активацией функции как тучных клеток, так и эозинофилов. Данные механизмы как часть гуморального №2 опосредованного иммунитета обеспечивают эффективную защиту от гельминтов с одновременным увеличением склонности к атопической патологии, хотя и здесь существует опасность упро-щения ситуации. Далеко не во всех случаях преобладания Т]]2-фенотипа отмечается развитие атопической патологии. Кроме того, следует учесть, что вклад иммунологических сдвигов в патогенез атопических заболеваний, в том числе бронхиальной астмы (БА), наиболее существенен на начальных стадиях процесса, до этапа развития выраженного местного воспалительного ответа.
С целью получения обобщающих результатов, характеризующих аллергическую патологию атопического генеза, мы обследовали две группы пациентов - с атопической БА (52 чел.) и поллинозом (39) . При этом у больных БА наблюдалось толь-
ко легкое персистирующее течение заболевания. Уровни цитокинов 1Ь-4, 1Ь-6, 11-10, ]Х-12 и 1Ш-д нами определялись в крови пациентов и у здоровых добровольцев на основе иммуноферментного метода. Анализ полученных данных свидетельствовал о достоверно выраженном изменении уровня секреции только двух цитокинов из всей группы. Концентрация цитокина 1Ь-4 в периферической крови пациентов с атопичес-кими аллергическими заболеваниями была увеличена более чем в 2 раза. Вторым ци-токином с достоверно возросшей концентрацией был 1Ь-6 - цитокин с провоспали-тельной направленностью действия. Чрезвычайно важно, что однонаправленные и часто сопоставимые изменения в концентрации указанных цитокинов отмечены нами в обеих группах пациентов с атопи-ческими заболеваниями - у больных как БА, так и поллинозом. С учетом короткого периода жизни цитокинов и в большинстве случаев паракринных механизмов их влияния на клетки-мишени следует помнить, что не все варианты изменения синтеза цитокинов могут быть зафиксированы при анализе образцов периферической крови. В то же время обнаружение достоверных различий в их концентрациях свидетельствует о сформировавшихся устойчивых изменениях цитокинового статуса обследованных. Кроме того, у пациентов обеих групп было выявлено в среднем 2-кратное увеличение сывороточного уровня общего 1дЕ с сопутствующей эозинофилией.
Таким образом, полученные закономерности изменений цитокинового статуса и уровня реагинов у обследованных в целом одинаковы и связаны с однотипным №2 опосредованным механизмом развития процесса атопического генеза. Наши представления о соотношении выраженности сдвигов Тй/ТЬ2 клеточной активности при различных типах иммунопатологии прол-люстрированы на рис. 4.
Выраженные антагонистические взаимодействия между №1 и №2 неоднократно описаны в литературе. Ведущие цитокины, определяющие развитие эффекторных механизмов соответствующих Т-хелперных лимфоцитов, одновременно оказывают тормозящее влияние на формирование противоположного типа иммунного ответа. Поскольку одной из эффекторных функций
А -1 Thl I-^-1 TM I- ™
ñg ¡
СУА
Рис. 4. Варианты соотношения Th1/Th2 клеточной активности гри патологии.
Обозначения: А — здоровый человек; В — ато™-ческий фенотип; С — аутоиммунным / провоспали-тельный вариант; СУА — средний уровень активности.
ТЬ2-регулируемого иммунного ответа является формирование аллергического фенотипа с IgE опосредованными реакциями гиперчувствительности немедленного типа, то неудивительно, что нас интересовали характер и частота одновременной встречаемости антагонистично регулируемых органных аутоиммунных и аллергических заболеваний. Решая подобную задачу, мы проанализировали частоту развития классических форм аллергических заболеваний у больных РА. Наличие у обследованнык аллергической патологии (крапивница, ато-пический дерматит, поллиноз) оценивалось на основании сбора подробного анамнеза и исследования медицинской документации. Результаты были достаточно убедительными, частота аллергических реакций и заболеваний у больных РА оказалась сниженной по сравнению с таковой у здоровык добровольцев. Неясно почему, но наибольшее число подтверждений существования антагонистических взаимоотношений между ревматоидным артритом и атопической патологией описано исследователями Европейских стран. Так, M. Rundwaleit et al. [9], обследовав 1628 жителей Берлина, на основе протокола опроса ISAAC обнаружили диагностически значимые проявления атопической патологии у 13,1% больных РА при 20,7% в контрольной группе. Вместе с тем наличие аллергической патологии час-
то снижало тяжесть клинических проявлений РА.
Таким образом, несмотря на определенную схематичность представлений о Th1/ ТМ-зависимых формах регуляции клеточного и гуморального иммунных ответов, иногда противоречивость данных о цито-киновых профилях, важность основных закономерностей дихотомии Т-клеток-хел-перов остается общепризнанной. Развитие же заболеваний, связанных с избыточной активацией одного из путей дифференци-ровки, является непосредственным продолжением защитной функции иммунной системы.
Выражаю искренннюю признательность всем коллегам и сотрудникам творческих коллективов f с которыми выполнялись отдельные фрагменты данной работы. Исследования ревматоидного артрита проводились сов!местно со старшим научным сотрудником ЦЛИЛ КГМА, канд. мед. наук М.И. Арлеев-ской и ведущим научным сотрудником лаборатории клеточной стенки Казанского института биохимии и биофизики РАНf канд. биол. наук А.И. Заботиным, а разделы по исследованиям патологии атопическо-го генеза - совместно с докт. мед. наукг доцентом кафедры клинической иммунологии и аллергологии КГМУ О.В. Скороходкиной.
ЛИТ Е РАТУРА
1. Арлеевская М.И. f Шлкина Л.П. f Цибулькин А.П. // Тер. арх. - 2005. - H .5 - С. 26 -29.
2. Цибулькин А.П., Скороходкина О.В. // Иммунология. - 2002. - H 5. - С. 271 - 274.
3. Цибулькин А..П., Скороходкина О.В. f Ци-булькина В.Л. // Экспер. клин. фармакол. - 2004. -H 5. - С. 31- 33.
4. Цибулькин А.П., Скороходкина О.В. f Муста-финИ.Г. f Цибулькина В.Л. // Иммунология. - 2004. -H 2. - С. 94-97 .
5. Цибулькин А.П. f Скороходкина О.В. f Цибулькин Л.А. // Казанский мед. ж. - 2005. - H 2 - С.87-91.
6. PrleevskayaM.I, KallullllnaD.G, TsybulklnAIP. // Rus. J. Immunol. - 2002. - Vol.7 - H1 - P. 69-72.
7. PrleevskayaM.I. Zabotln A.I. Khallulllna D.G, Tsybulkln A.P. // Bul. Exper. Biol. Med. - 2004. - H 2. - S. 150 -151.
S. Mosmann T.R, Coffman R.L. // Annu. Rev. Immunol. - 1989. - V.7. - P.145 -173.
9. Rundwalelt MI., Pnderman B, Alten R. et al. // Ann. Rheum. Dis. - 2002. -Vol.61. -H 11.- P. 968- 974.
10. Tsyblkm P.P, Prleevskaya M. I. r Khallullllna D.G. et al. // J. Allergy Clin. Immunol. - 2003. - Vol. III -H 2 - S. 317.
11. Tsybulklna V.N., Skorochodklna O.V., Tsybulkln A.P. // J. Allergy Clin. Immunol. - 2003. - Vol. III -H 2 - S. 308.
