CC BY
476
УДК 611.4::612.67+615
С.В. Демьяненко1, В.А. Чистяков1, А.С. Водопьянов2, А.Б. Брень3
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТИМУСЗАВИСИМОГО ЗВЕНА
ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Центральная научно-исследовательская лаборатория Ростовского государственного медицинского университета Федеральное государственное учреждение здравоохранения Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Научно-исследовательский институт биологии Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный Федеральный
университет»
Изменения иммунной системы играют одну из главных ролей в старении организма и росте частных возрастных заболеваний. В процессе нормального старения и в большей степени патологического старения наиболее сильно изменяется тимусзависимое звено иммунной системы, включающее в себя как сам тимус, так и популяции развивающихся в нем Т-клеток. В обзоре рассмотрены как феноменология старения тимуса, так и периферических лимфоцитов, современные представления о генетическом контроле этих процессов. Обсуждаются основные подходы к коррекции возрастной дисрегуляции иммунной системы.
Ключевые слова: старение, иммунитет, тимус, Т-лимфоциты, терапия.
S.V. Dem'yanenko1, V.A. Chistyakov1, A.S. Vodop'yanov2, A.B. Bren3
AGE CHANGES THYMUS-DEPENDENT PART OF IMMUNE SYSTEM
Rostov State Medical University, Central Research Laboratory 2Rostov-on-Don Anti-Plague Research Institute 3Research Institute of Biology, Southern Federal University
Changes of immune system play one of the leading roles in organism aging and in development of particular age diseases. In the course of normal aging and in the most cases of pathological aging the thymus-dependent part of immune system including both thymus itself and populations of T-cells developing in it changes most of all. Phenomenology of thymus and peripheral lymphocyte aging and modern views on the genetic control of these processes are given in the review. The basic approaches towards correction of immune system age dysregulation are discussed.
Key words: aging, immunity, thymus, T-lymphocytes, therapy.
Многолетний опыт геронтологии свидетельствует о том, что частота заболеваний как у людей, так и у животных закономерно увеличивается с возрастом. Ведущие болезни, в первую очередь сердечнососудистые, онкологические, могут рассматриваться как болезни старения. Прогрессирующий рост смертности стареющих особей реализуется через отдельные заболевания, развитие которых координируется группой системных факторов [1]. Изменения иммунной системы (ИС) играют одну из главных ролей в старении организма и росте частных возрастных заболеваний [2]. Старение ИС связано с ослаблением резистентности к инфекциям, повышением риска злокачественных новообразований, аутоиммунных процессов. Для разных элементов иммунной системы характерны значительные различия в развитии феноменов, связанных со старением. Периферические лимфоидные органы, такие как селезенка и лимфатические узлы, с возрастом не претерпевают закономерных изменений в размерах. Возраст не вызывает каких-либо заметных поражений костного мозга. В норме пул гемато-поэтических стволовых клеток (ГПСК) достаточен для обеспечения гомеостаза стареющего организма даже после большой кровопотери или химиотерапии. Однако их активность снижается с каждым клеточным делением [3]. В процессе нормального старения и в большей степени патологического старения наиболее сильно изменяется тимусзависимое звено иммунной системы [4, 5], включающее в себя как сам тимус, так и популяции развивающихся в нем Т-клеток, выполняющих ключевые функции клеточного иммунитета.
Возрастные изменения тимуса
Последствия инволюции тимуса являются одной из причин старческой патологии и определяют продолжительность жизни человека [6, 7].
Тимус начинает функционировать у шестинедельного эмбриона человека, к рождению его масса достигает 10—15 г, к началу полового созревания — 30—40 г. Далее происходит постепенная инволюция тимуса с утратой от 3% до 5% активной ткани ежегодно и продолжается до среднего возраста, в дальнейшем наблюдается замедление инволюции органа до 1% в год. При экстраполяции этих данных можно сказать, что потеря всего количества ретикулоэпителиальной ткани тимуса и тимоци-тов может произойти у человека в возрасте 105— 120 лет [8, 9].
Необходимо различать «острую» и «хроническую» инволюцию тимуса. Временная инволюция тимуса отмечается в течение беременности с полным восстановлением клеточной микросреды в конце кормления грудью [10]. Интересно то, что введение гонадотропин-релизинг гормона (GhRh) беременным крысам заметно уменьшало вызванную беременностью инволюцию тимуса, повышая количество тимоцитов, однако механизм подобного явления пока неизвестен [11]. Подобная не прогрессивная инволюция происходит во время смены сезонов у животных (т.е. сезонная инволюция).
В эксперименте на крысах было показано, что для тимуса характерен высокий уровень регенера-
ции после неблагоприятных экзогенных воздействий, таких как стресс, в первую очередь зависящий от количества функционально адекватных предшественников Т-лимфоцитов и, особенно, эпителиоретикулоцитов [7].
Результаты по трансплантации тимуса свидетельствуют о том, что возрастная физиологическая инволюция тимуса — генетически запрограммированный процесс. Причем стимулы для обеспечения пролиферации клеток тимуса и их дифференцирования генетически детерминированы в пределах органа [6]. У мышей был обнаружен так называемый klotho ген, который кодирует белок, задерживающий атрофию тимуса [12]. Этот мембранный белок имеет сходную аминокислотную последовательность с ферментом 6-глюкозидазой. Дефект экспрессии klotho гена сокращал продолжительность жизни мышей до 8-9 недель с признаками значительной атрофии тимуса. Кроме того, было показано, что возрастная инволюция тимуса у мышей регулируется относительно небольшим количеством генов, локализованных в хромосоме 9. Анализ тимуса мышей разного возраста с использованием ДНК-микрочипов показал, что из 17000 исследованных генов изменение экспрессии 788 генов было связано с возрастной инволюцией органа (экспрессия 418 генов увеличивалась, а экспрессия 370 снижалась) [13]. Уровень экспрессии этих генов коррелирует с размером атрофии [14].
В процессе старения тимуса инволютивные изменения развиваются гетерохронно и затрагивают как паренхиму, так и микроокружение железы (тучные клетки, макрофаги, дендритные клетки, эндотелий капилляров). Основные из них сводятся к следующему: гетерохроматизация и появление внутриядерных включений, гипоплазия и деструкция митохондрий, эндоплазматического ретикулу-ма, рибосом, пластинчатого комплекса. В процессе старения в тимусе прежде всего отмечается резкое уменьшение числа Т-лимфоцитов и эпителиальных клеток тимуса - ТЕС (thymic epithelial cell).
Наблюдения за изменением морфофункцио-нальной активности тимуса самок крыс Wistar в течение 2-х лет их жизни показали, что наиболее динамичные возрастные изменения происходят в коре тимуса в 5—12 месяцы жизни животных, что указывает на относительную независимость этих процессов от продукции половых гормонов, в то время как медуллярные (мозговые) области тимуса претерпевали незначительные возрастные изменения [15]. Морфометрические исследования выявили отрицательную корреляцию между объемом коры тимуса, мозговой области и возрастом животных и положительную связь между объемом соединительной ткани в тимусе и возрастом. Изменения в структуре эпителиальной сети в медуллярной области тимуса предшествовали более выраженным изменениям в коре тимуса. Уменьшение лимфо-эпителиального компартмента с возрастом и у самок, и у самцов крыс [16] компенсировалось ростом соединительной и жировой тканей, при этом вес органа у старых животных значимо не изменялся. Этот процесс запускается после 12 месяцев жизни крыс и соответствует таковому у человека [8].
Первыми структурами, отвечающими на сигналы, ответственные за инволюцию тимуса, являются митотически активные субкапсулярные, субсептальные или периваскулярные эпителиальные клетки тимуса - s-TEC (subcapsular, subseptal, perivascular thymic epithelial cell), которые обеспечивают контакт с кровеносными сосудами и соединительной тканью. При рождении тимус преимущественно состоит из подкапсулярных клеток, что обеспечивает тимопоэз и TCR (T-cell receptor) селекцию. В процессе старения тимус начинает терять s-TEC, что заканчивается повышением объема периваскулярного пространства. В дальнейшем эти области заполняются адипоцитами, фибробла-стами и другими лимфоидными клетками [14].
Морфометрический анализ тимуса самок крыс Wistar показывает, что объем соединительной ткани в компартментах тимуса почти удваивается между 18 и 24 месяцами жизни животных относительно показателей молодых животных в возрасте 5-12 месяцев, когда не наблюдается значительных изменений. Существующие данные свидетельствуют о том, что:
1) в течение жизни самок крыс морфологические изменения в тимусе развиваются в ответ на процессы, связанные с созреванием и старением, в то время как их кинетика типична для разных областей органа, для субпопуляций ТЕС и возрастных периодов жизни животных;
2) первыми клетками, которые отвечают на
сигналы, ответственными за инволюцию органа, являются митотически активные s-TEC, непосредственно контактирующие с кровеносными сосудами и соединительной тканью. Наиболее выраженные изменения в тимусных компартментах и в организации эпителиоцитов происходят в первые 5 месяцев жизни животных [15].
В этот же период наблюдается рост уровня экспрессии факторов транскрипции в тимоцитах и в ТЕС тимуса мышей [17]. Некоторые авторы полагают, что сдвиги в последующий период жизни (между 5-12 месяцами) представляют собой структурную и функциональную адаптацию ТЕС в ответ на дефекты, возникающие на молекулярном уровне в предыдущий период жизни и накапливающиеся в течение остального периода жизни [18]. Причем у самок крыс период между 5 и 12 месяцами жизни является критическим для прогрессивной инволюции органа, которая наблюдается между 12 и 24 месяцем жизни животных [15].
Существенные возрастные изменения также наблюдаются в популяции Т-лимфоцитов. Исследования показывают, что в тимусе молодых и старых мышей нет значительных отличий в количестве зрелых Т-клеток и субпопуляций лимфоцитов, прошедших положительную селекцию (DP). Однако в тимусе старых животных наблюдаются значительные изменения в соотношении подтипов Т-клеток, подвергающихся негативной селекции [19, 20].
Мозговая область
Корковая область
Подкагтсулярная зона
Рисунок 1. Изменения функций и параметров иммунной системы при старении организма.
DISC (death-inducing signaling complex) - сигнальный комплекс, индуцирующий клеточную смерть; NF-kB (nuclear factor кВ) - ядерный фактор каппа В; NF-AT (nuclear factor of activated T cells) - ядерный фактор активированных Т-клеток; MAPK (mitogen-activated protein kinase) - митоген активируемая протеинкиназа; PKC (protein kinase C) - протеинкиназа С, TCR (T cell receptor) - Т-клеточный рецептор.
У старых мышей отмечается рост процента клеток на стадии DN1, что предполагает существование возраст-зависимого блока в процессе тимопоэза, т.е. отсроченного наступления и/или отсутствия перехода в следующую DN2 стадию. Введение IL-7 стимулировало у старых животных наступление стадии DN2, однако блокировало наступление стадии DN4 [20].
Периваскулярные области в медуллярном слое тимуса представляют собой области соединительной ткани, которая формирует пути для лимфо-идных клеток, покидающих тимус (тимоциты, В-лимфоциты, плазмоциты) и/или мигрирующих в тимус [21].
У людей в возрасте 20—40 лет уровень мито-тической активности в корковом веществе тимуса не превышает 1%, а в мозговом составляет всего 0,2%. [22]. Снижение содержания в тимусе лим-фоидных клеток является следствием изменений, происходящих в строме — эпителиоретикулоциты утрачивают способность привлекать клетки-предшественники, поддерживать их дифференцировку, а также пролиферацию в процессе положительной селекции [23]. После 50 лет в тимусе возрастает, достигая более 6%, доля плазмоцитов, особенно в мозговом веществе. Роль этих клеток в тимусе пока неясна. Наличие плазмоцитов в тимусе может свидетельствовать о том, что либо в нем содержится популяция В-лимфоцитов, устойчивая к действию тимозина, либо о наличии (или временном возникновении) в тимусе микрозон с условиями, аналогичными таковым в среде лимфатических узлов, за счет имеющихся в тимусе ретикулярных элементов [21]. Однако, чаще всего, присутствие плазмоци-тов в паренхиме тимуса расценивается как признак нарушения гематотимусного барьера. Тимус людей пожилого возраста (56—74 года) представляет собой практически полностью замещенные жировой тканью дольки.
Тимус находится под постоянным влиянием ней-роэндокринной системы. Существует мнение, что возрастная инволюция вилочковой железы протекает на фоне прогрессивного увеличения продукции гонадотропин-рилизинг и половых гормонов, а также секреции цитокинов клетками микроокружения тимоцитов, угнетающих их функцию; сопровождается увеличением количества фибробластов. Показано, что тестостерон ингибирует развитие Т-лимфоцитов, играя заметную роль в возрастной атрофии тимуса и возможно апоптозе тимоцитов [24]. Хирургическая или химическая гонадоэктомия снижает темпы инволюции тимуса и восстанавливает функциональную активность лимфоцитов после гематопоэтического стресса. Исследования на трансгенных мышах с нарушением экспрессии андрогенов в гематопоэтическом или стромальном компартментах тимуса показали прямое действие стероидов на клетки тимуса и их ответственность за тимусную дегенерацию [25]. Введение тестостерона вызывает апоптоз CD4+CD8+ тимоцитов в моделях in vitro и in vivo, стимулируя выброс TNF-a (tumor necrosis factor-a) [26].
Механизмы влияния эстрогенов на тимусную дегенерацию намного сложнее. Овариоэктомия мы-
шей и крыс способствует росту размеров тимуса, хотя и в меньшей степени, чем при кастрации самцов. При этом гормональный ответ после оварио-эктомии сложнее, чем при кастрации самцов, т.к. удаление яичников вызывает не только снижение уровня эстрогенов, но и содержания в крови про-лактина, прогестерона и дегидроэпиандростерона, которые обладают иммуномодуляторным действием. Кроме того, существует половой диморфизм в распределении лимфоцитов, прошедших положительную селекцию (ЬР) [24].
Известно, что в тимусе широко представлен симпатический отдел вегетативной нервной системы. Катехоламины, выделяемые нервными окончаниями, действуют на пролиферацию и диффе-ренцировку иммунокомпетентных клеток через специфические мембранные рецепторы. С другой стороны, установлено влияние пептидов тимуса на секреторную функцию гипоталамуса, гипофиза, надпочечников, на адаптивные возможности нервной системы [27]. Причем показано, что тимус старых животных способен поддерживать норадреналинергическую ^А) иннервацию, несмотря на инволюцию органа, хотя во вторичных лимфоидных органах крыс, таких как селезенка и лимфатические узлы, наблюдается снижение NA-ергической иннервации [28].
Эти данные свидетельствуют о том, что хро-нобиологические параметры функционирования иммунной и нейроэндокринной систем тесно взаимосвязаны, что имеет большое значение в регуляции иммунного статуса и иммунных реакций на организменном уровне.
Однако ряд авторов предполагают, что основной причиной дисфункции тимуса при старении является изменение сигнальных путей в клетках соединительной ткани [29-31].
Существуют противоречивые данные относительно потери клеточности вилочковой железы с возрастом у грызунов. Есть сообщения о том, что количество эпителиоцитов не изменяется с возрастом у крыс и мышей, в то время как другие наблюдают значительные сдвиги [32].
Таким образом, можно выделить несколько гипотетических причин, вызывающих возрастную ин -волюцию тимуса:
1. Нарушение миграции предшественников Т-лимфоцитов в тимус;
2. Перестройки TCR;
3. Потеря клеток в тимусе;
4. Сдвиги в уровнях циркулирующих и/или внутритимусных гормонов, цитокинов и/или факторов роста.
Первая гипотеза не подтверждается, поскольку показано, что если и есть дефекты в костномозговых клетках-предшественниках, связанные с частичной потерей активности при репликативном стрессе, то они не определяют возрастную дисфункцию тимуса [3, 33, 34].
Относительно второй гипотезы действительно было обнаружено, что старение тимуса связано с проблемами в экспрессии TCR-b цепи [35-37]. Однако исследования Lаcorаzzа еГ а1. (1999) показали, что принудительная экспрессия TCR не предот-
вращает возрастное снижение количества тимоци-тов. В то же время некоторые особенности положительной или отрицательной селекции Т-клеток могут служить стимулом для инволюции тимуса при старении [38].
Многочисленные исследования посвящены возрастным изменениям в содержании медиаторных соединений в тимусе. Показано, что в процессе тимусной инволюции идет повышение экспрессии генов, ответственных за синтез некоторых медиаторов, в то время как экспрессия других подобных генов резко снижается с возрастом.
Некоторые гормоны, например тимический сывороточный фактор, вообще не обнаруживаются в плазме людей старше 60 лет [39]. Введение IL-7, агонистов гормона роста, стимулятора секреции гормона роста (GHS) и IGF-1 (insulin-like growth factor 1) способствовало тимопоэзу и стимулировало восстановление клеточности тимуса на фоне низкой токсичности. Однако они не были способны полностью восстановить массу и функции железы. Возможно, это было связано с тем, что препараты вводили в течение всего 1-2 недель. Как показывают исследования, взрослые люди средних лет - наиболее вероятные кандидаты для проведения подобной терапии и, возможно, именно у них таким способом удастся получить более выраженный результат [13].
Пусковой механизм возрастной инволюции тимуса неизвестен. Однако манипуляции, направленные на профилактику инволюции тимуса, включая вставку трансгена полного Т-лимфоцитарного рецептора или Fas (член семейства рецепторов TNF на поверхности лимфоцитов), также как введение гормонов тимуса, трансплантация ткани тимуса, использование экстратимусных факторов, таких как цинк, мелатонин, IL-7, тиреоидные гормоны, иногда в некоторых моделях на животных были эффективны [40, 41].
Возрастные изменения популяции периферических Т-лимфоцитов
У взрослых людей общий пул Т-лимфоцитов составляет 2-3х10" клеток. Ежедневно у здоровых людей должно восстанавливаться до 1% клеток от общего Т-лимфоцитарного пула, при этом 0,10-0,60% приходится на наивные Т-лимфоциты и 0,87-3,14% на Т-лимфоцитарные клетки памяти [39, 42], а учитывая частоту циркуляции CD4+ и CD8+ Т-клеток у здоровых людей получается, что взрослые индивидуумы должны производить 2-3х109 новых Т-клеток каждый день, при этом основным источником новых Т-клеток является тимус. Но возрастная инволюция тимуса сопровождается снижением образования Т-лимфоцитов [18], при этом продукция новых клеток на грамм тимопоэтической ткани относительно постоянна [36, 43]. В процессе апоптоза происходит клональ-ная селекция тимоцитов, что предотвращает появление в организме аутореактивных Т-лимфоцитов. Во время развития популяции лимфоцитов около 80—95% клеток погибает в результате апоптоза в силу разных причин: неправильная реаранжировка генов, экспрессия рецепторов к аутоантигенам или
отсутствие стимуляции. Ослабление или усиление темпов запрограммированной гибели вызывает изменение гомеостаза, индуцирует патологические изменения в иммунной системе и способствует развитию различных патологических состояний в стареющем организме.
Влияние возраста на численность Т-клеток отчетливо ослабевает по мере возрастания срока после их эмиграции из тимуса. В наибольшей степени с возрастом снижается численность недавних мигрантов из тимуса, которые определяют по наличию в них «Т-рецепторных эксцизионных колец» (Т-cell receptor excision circles, TREC), формирующихся в процессе реаранжировки генов Т-клеточного рецептора (TCR) [36, 44]. Данные об изменении численности недавних мигрантов из тимуса рассматриваются как показатель его функции. TREC-частоты резко снижаются у людей с потерей до 95% с 20 до 60 лет жизни [45, 46], что свидетельствует о значительном сокращении тимо-поэза в зрелом ворасте. Если молодые индивидуумы способны производить адекватное количество Т-лимфоцитов, организм людей старше 40 лет из-за редукции функции тимуса производит меньшее количество наивных Т-лимфоцитов, чем это необходимо [36]. Логично было предполагать, что ИС стареющих людей должна обладать альтернативным компенсаторным механизмом, обеспечивающим поддержку Т-лимфоцитарного пула. Тем более, что некоторые исследования указывают на то, что инволюция тимуса и потеря тимусного пула Т-лимфоцитов не отражается на общем количестве периферических Т-лимфоцитов у пожилых людей [47, 48]. Как было показано, количество периферических Т-лимфоцитов в стареющем организме регулируется мощным гомеостатическим компенсаторным процессом, который вызывает периферическую тимус-независимую экспансию зрелых Т-лимфоцитов за счет автопролиферации пост-тимусных клеток. Как и у соматических клеток, пролиферативный потенциал Т-лимфоцитов ограничен. Однако точно неизвестно количество клеточных циклов Т-лимфоцитов, поскольку они способны осуществлять ап-регуляцию (up-regulation) теломеразы, что способствует продлению их жизни [49, 9]. У старых субъектов обнаружен Т-лимфоцитарный лимфопоэз, за счет которого происходит некоторое повышение количества наивных Т-лимфоцитов в периферической крови [50, 51]. Но поскольку Т-лимфоциты имеют все-таки конечную репликативную продолжительность жизни, длительная пролиферация этих клеток с возрастом, как полагают, ведет к накоплению репликативно-стареющих Т-лимфоцитов, обладающих сниженной способностью к ответу на новый антиген или активирующие стимулы, что заканчивается ограничением функций Т-клеточных рецепторов (TCR, T-cell receptor) [47, 48, 6]. Запускающаяся программа клеточного старения Т-лимфоцитов характеризуется тремя особенностями:
1) изменение функций, например, гиперпродукция провоспалительных цитокинов;
2) укорачивание теломерной последовательности, и в конечном итоге, невозможность деления;
3) резистентность к апоптозу.
И iMciiL'ii ин к суФпопуляцнях Т-клеток
Инекшншня тимуса
Увеличенt СШ+ cviTpsxcup " ы\ регулятприы* Т-клеток
Продукции антител
Колличествеяная сгсиифитность Иэртнп Аффииость
Повышен ИС уривни &]ГГОШНПЛ
Сокращение решр [уарл В-.ТНМфй1111ГПВ
У И сличит t' T-kJKTOK нами П Умевыпе пне "наивны Т-клеток
CDK+CD2S" Циточегалив1трус-спсцифическнх Т-клеток Сокращение теломер
Т-впеток с иягнбирующнм кншернне клетки ЛСКТИНО-подобным рецептором суосснснсгвп <Ii I
1 ]uM£,[uit:Hiie содержания хздестериив Окислительный стресс
Рентиклннно стармошно клики I
Cfihtkchhc количества Т-лнмфоинтов Запел некие иммунного пространств»
Изменения в прудушни цктокиноа (IL-2)
I
NF-kB МАРК 1'К.С NF-AT
Фосфатазы
■ TCR/IL2-R/C D2 R-е игнали н г
Сигналы! а н ■1Л»iфирна
Лнпнзные глоты
LMSC
Е-клегкн (C-FL1F)
<1'D4 более чувствительны (Fas)
CDS--1- более pcitKTCtmibi (FasL)
C'lill-KtllHe ПрПЛИффаТПЫШГЙ ответа
Повышение космрниычнниСти к проauoнютичсскнм сигналам
Рисунок 2. Изменения функций и параметров иммунной системы при старении организма.
DISC (death-inducing signaling complex) - сигнальный комплекс, индуцирующий клеточную смерть; NF-kB (nuclear factor кВ) - ядерный фактор каппа В; NF-AT (nuclear factor of activated T cells) - ядерный фактор активированных Т-клеток; MAPK (mitogen-activated protein kinase) - митоген активируемая протеинкиназа; PKC (protein kinase C) - протеинкиназа С, TCR (T cell receptor) - Т-клеточный рецептор.
Уменьшение общей численности периферических Т-лимфоцитов и их содержания в циркулирующей крови регистрируется на поздних этапах старения (в частности у столетних людей [52]. С возрастом в большей степени снижается численность СЬ4+, чем СЬ8+ клеток, как у людей [53, 54], так и у животных, в частности мышей [55]. Снижение содержания СЬ4+ и при повышенном уровне СЬ8+ клеток является одним из компонентов комплекса изменений, наличие которых у людей в возрасте 86—92 лет сопряжено с повышением риска смерти в ближайшие 2 года [56].
Первым рецептором, участвующим в активации Т-лимфоцитов, является антиген специфический рецептор TCR, через который происходит передача «первого сигнала». Но для активации Т-лимфоцитов этого недостаточно, необходимо формирование второго сигнала, поставляемого поверхностными ко-рецепторами [57]. Функционально наиболее важным из ко-рецепторов является СЬ28 - белок, относящийся к суперсемейству иммуноглобулинов [58]. Молекула СЬ28 имеет прямое отношение к последствиям презентации антигена: в отсутствие СЬ28 она оказывается неэффективной, и Т-клетки подвергаются анергии. Активация лимфоцита через СЬ28 очень важна для повторной экспрессии TCR, для стабилизации и пополнения липидных плотов Т-клеток в «иммунологическом синапсе», для стимуляции фосфоинозитид-3 киназного пути передачи сиг-
налов (PI3K) [59]. Кроме того, синергичная активация TCR и CD28 способствует продукции IL-2, IL-4, IL-5, TNF и GMCSF (gramilocyte macrophage colony-stimulating factor) через активацию NF-kB (nuclear factor-kappaB) [60]. Причем для активации наивных Т-лимфоцитов необходима большая ко-стимуляция, чем для клеток памяти. Рецептор CD28 также ответственен за активацию клеточного обмена веществ лимфоцитов, белков, липидов и углеводов [61]. Активация Т-лимфоцитов через CD28 защищает клетки от AICD (activation-induced cell death) [62].
Признанным изменением, регистрируемым в Т-клеточной популяции с возрастом, является накопление клеток, на мембране которых отсутствует ко-стимулирующая молекула CD28 [63]. Это явление наблюдается преимущественно в субпопуляции наивных и Т-лимфоцитов памяти CD8+ [64] и в меньшей степени у CD4+. В настоящее время CD8+CD28- клетки рассматриваются как супрес-сорные Т-лимфоциты.
Рост CD4+CD28- и CD8+CD28- Т-клеток наблюдается при некоторых хронических и аутоиммунных заболеваниях, связанных с патологическим старением организма [65, 66]. Эти Т-лимфоциты имеют более короткие теломеры, чем CD28+, однако CD4+CD28- и некоторые клетки CD8+CD28-резистентны к апоптозу и обладают отсроченной прогрессией клеточного цикла. Механизм потери CD28 стал более понятен, установлено, что
утрата рецептора коррелирует с потерей CD28-специфического инициаторного комплекса, который включает в себя ядерные белки, такие как ну-клеолин и hnRNP-D [67].
В кровотоке старых людей определяются CD4+CD8+, практически отсутствующие у молодых. Вероятнее всего, они формируются как результат ко-экспрессии молекулы CD4 на CD8+ клетках, которую удается воспроизвести in vitro. Отмечено также увеличение с возрастом содержания в крови NKT (CD3+CD56+) клеток [52], что иногда рассматривается как компенсаторная реакция на ослабление Т-лимфопоэза в тимусе. Кроме того, стареющие CD4 и CD8 Т-лимфоциты приобретают экспрессию многих генов, характерных для NK-клеток [68].
С возрастом число не успевших проконтакти-ровать с антигеном, так называемых «наивных» Т-лимфоцитов (CD3+CD45RA+) снижается быстрее, чем Т-клеток памяти (CD3+CD45R0+). В ходе нормального старения численность Т-клеток памяти практически не изменяется [55]. Наивные Т-клетки постоянно возобновляются за счет созревания в тимусе, тогда как количество Т-клеток памяти поддерживается за счет их повторных контактов с антигенами. В обеих фракциях в большей степени страдает субпопуляция CD4+ клеток; в результате в наибольшей степени снижается уровень CD4+CD45RA+ клеток.
В лимфоидной ткани CD57 экспрессируется покоящимися NK-клетками, субпопуляцией Т-клеток и некоторыми патологическими В-клетками. Предполагается, что экспрессия CD57 на CD4 и CD8 Т-лимфоцитах общий основной маркер их проли-феративной неустойчивости, поскольку коррелирует с дефектами в производстве IL-2 и укорачиванием длины теломер [54]. CD8+CD57+ Т-лимфоциты найдены в периферической крови людей с хронической активацией иммунной системы и с заболеваниями, связанными с иммунодефицитами: СПИД, цитомегаловирусная инфекция, гематологические формы рака и аутоиммунные заболевания и особенно после трансплантации гематопоэтических стволовых клеток (до 50% всех Т-лимфоцитов) [69]. Физический и эмоциональный стресс повышают экспрессию CD57 на Т-лимфоцитах периферической крови, что частично объясняет повышение восприимчивости после стресса к вирусным инфекциям [70, 71]. У новорожденных не найдены лимфоциты CD8+CD57+, у взрослых людей присутствует от 15% до 20% лимфоцитов, несущих данный маркер. Причем с возрастом экспрессия CD57 связана с серопозитивностью к цетомегало-вирусу [71].
Общепризнанным является ослабление функциональной активности Т-клеток и их способности реагировать на стимуляцию, в том числе антигенную. Суммируя данные литературы можно сказать, что оно заключается, прежде всего, в ослаблении различных проявлений ответа на активирующие воздействия: экспрессии молекул активации (раннего маркера активации CD69 [72], СD25-a-цепи рецептора для IL-2 [73], костимулирующей молекулы CDl45, или CD40L [74], а также в подавлении
выработки IL-2 [52, 72], пролиферации, образования цитотоксических Т-лимфоцитов [75], индукции хелперной активности в отношении В-клеток [74].
Некоторые авторы суммируют возраст-зависимые иммунные факторы риска в IRP (immune-risk phenotype) [76, 77].
Активация является результатом формирования так называемого иммунного синапса между анти-ген-представляющими клетками (АРС, antigen-preseting cell) и Т-лимфоцитом через липидные плоты (lipid rafts). Липидные плоты — это мембранные микрообласти, обеспечивающие транс-дукцию сигнала в Т-лимфоцит [78]. Они главным образом состоят их холестерина, сфинголипидов и сигнальных молекул. Их сращение (lipid rafting) крайне важно для трансдукции сигнала. Во время этого процесса молекула Lck (lymphocete-specific protein tyrosine kinase) автофосфорили-руется, активируя другую тирозинкиназу ZAP-70 (zeta-chain-associated protein kinase 70), что приводит к образованию трансдукторной молекулярной сигнальной платформы LAT (linker of activated T-cell). Из этой точки происходит активация других путей передачи сигнала, таких как PKC (protein kinase C), MAPKs (mitogen activated protein kinases) и PI3K (phosphoinositide-3-kinase) [79]. Почти все молекулы, входящие в сигнальные каскады Т-лимфоцитов, активация которых опосредована TCR или IL-2, изменяются при старении организма [64]. С возрастом регистрируется ослабление фосфорилирования тирозина (и, следовательно, активации) тирозинкиназ, участвующих в передаче активационного сигнала, снижение продукции вторичных посредников, а также транслокации РКС в мембране. Снижается активация промежуточных звеньев в RAf-Ras-MAP-киназном пути передачи сигналов и особенно конечного продукта каскада, протеинкиназы ERK2. Как результат, ослабляется экспрессия ранних факторов активации Т-клеток — c-myc, c-fos и c-jun. Прямым следствием этих изменений является ослабление формирования транскрипционных факторов NF-AT и АР-1, коррелирующее с угнетением секреции IL-2. Оба названных транскрипционных белка являются ключевыми факторами активации Т-клеток. Иной механизм лежит в основе нарушения формирования еще одного важного транскрипционного белка — фактора NF-кВ. Его активация происходит в результате расщепления в протеасомах ингибиру-ющего компонента 1кВ. При старении ослабляется активность протеасом, и сохраняющийся фактор IkB препятствует формированию белка NF-кВ. Поскольку эти факторы играют значительную роль в экспрессии генов, участвующих в иммунных реакциях, снижение их активности в Т-лимфоцитах вызывает возрастные изменения в продукции цито-кинов, главным образом IL-2 и TNF-a [80].
Ослабление активации Т-клеток в процессе старения связано с изменением молекулярных механизмов запуска активационных сигналов. Стимуляция в обход Т-клеточного рецептора ослабляется в меньшей степени, чем реакция на стимуляцию через комплекс TCR-CD3 [72], также как и экспрессия мембранных маркеров ранней активации
Т-лимфоцитов CD69 и CD71. Таким образом, возрастные изменения характерны преимущественно для «проксимальных» звеньев передачи сигнала, включающих компоненты комплекса TCR-CD3 и связанные с ними тирозинкиназы.
Состав и функциональная активность липидных плотов крайне важны для активации Т-лимфоцитов [81]. Холестерин — основной стабилизирующий компонент этих мембранных структур, его почти 2-х кратное увеличение в крови пожилых людей обусловливает снижение текучести и повышение твердости мембран Т-лимфоцитов [82], а, следовательно, уменьшение возможности рекрутирования молекул, необходимых для передачи сигналов, таких как Lck и LAT. Последнее ведет к снижению уровня агрегации и изменениям в формировании иммунного синапса. Было показано, что у CD4+ Т-лимфоцитов старых мышей нарушение активации связано с дефицитом формирования иммунного синапса в процессе стимуляции антиген-представляющими клетками. CD4+ Т-лимфоциты старых мышей имеют необычно высокий уровень экспрессии гликопротеина муцинового типа CD43 (сиалофорин), особенно Т-лимфоциты, которые в молодом возрасте его не экспрессируют вообще [83]. Есть экспериментальные данные, учазываю-щие на то, что переход из состояния покоя в состояние активации Т-лимфоцитов определяет баланс между тирозинкиназами и фосфатазами [84]. Однако данных об участии фосфатаз в активации Т-лимфоцитов в стареющем организме не достаточно.
С возрастом страдают и последующие этапы внутриклеточной передачи активационного сигнала. Так, ослабляется «кальциевый ответ» — всплеск концентрации Са++ в цитоплазме в ответ на стимуляцию через TCR: осцилляции уровня Са++ становятся более редкими, слабыми и широкими [85].
Почти все рассмотренные нарушения выражены в наивных Т-клетках сильнее, чем в клетках памяти, и в CD4+ клетках сильнее, чем в CD8+ клетках.
При старении происходит нарушение процессов пролиферации или апоптоза, связанные с реализацией ответа Т-лимфоцитов на действие цитокинов. Наблюдается нарушение передачи сигнала от рецепторов для цитокинов и в частности IL-2, которая осуществляется с участием протеинкиназ семейства Jak (Janus kinase) и транскрипционных факторов семейства STAT (signal transducer and activator of transcription), при этом модуляция содержания холестерина в плазматической мембране лимфоцитов не достаточна для восстановления трансдукции сигнала с помощью LAK-STAT-сигнального пути. Более слабая экспрессия циклинзависимой киназы cdkl (сус1т dependent kinase 1), ответственной за вступление Т-лимфоцитов в клеточный цикл, способствует ослаблению пролиферативной реакции, следующей за активацией Т-клеток [86].
Как указывалось выше, старение сопряжено с усилением спонтанного и активационного апоп-тоза Т-клеток, причем с возрастом повышается чувствительность к активационному апоптозу прежде всего наивных (CD45RA+) перифериче-
ских Т-клеток. Причинами усиления апоптоза Т-клеток с возрастом являются, прежде всего, реакция клеток на окислительный стресс, нарушение функций митохондрий [87], усиление Fas/ CD95-рецепторных апоптотических сигналов и Fas-лиганда в стимулированных Т-лимфоцитах, при этом ограничение калорийности питания не снижало повышенную экспрессию Fas/Fas-L и фрагментацию ДНК Т-клеток старых мышей [88]. Усилению апоптоза способствует связанное с возрастом нарастание экспрессии адапторного белка FADD (Fas-Associated protein with Death Domain), проапоптотического белка Bax и ослабление экспрессии антиапоптотического фактора Bcl-2, а также усиленная активация инициаторной рецептор-ной каспазы 8 и эффекторной каспазы 3 [88, 85]. Нормальное функционирование рецептора CD28 защищает Т-лимфоциты от апоптоза, предотвращает сверхрегуляцию лиганда CD95 (FasL), увеличивая экспрессию антиапоптотических c-FLIP белков (FLICE-inhibitory protein) и BcL-xL (B-cell lymphoma-extra large) [89]. В ходе нормального старения наблюдается прогрессирующая неустойчивость между апоптозом CD4+ и CD8+ субпопуляций Т-лимфоцитов. Считается, что нарушение именно Fas-опосредованного апоптоза — одна из главных причин аккумуляции стареющих CD8+ Т-лимфоцитов у старых мышей.
Сведения по влиянию старения на выработку цитокинов Т-клетками крайне противоречивы. Единодушным является мнение об ослаблении в процессе старения ИС экспрессии гена IL-2 и выработки этого цитокина при активации Т-клеток, как человека, так и животных [80]. Имеются также сообщения как об ослаблении экспрессии а-цепи рецептора, так и о сохранности экспрессии всех трех полипептидных цепей (а, ß и у) рецептора для IL-2 при старении. Показано, что число Т-клеток, отвечающих на IL-2 после активации, с возрастом снижается, что приводит к накоплению слабо дифференцированных Т-хелперов (Th1 и Th2) [90]. При этом усиление выработки IL-4 и ослабление продукции INFy Т-хелперами смещает баланс последних в пользу ^2-клеток [91].
Терапия, направленная на восстановление
возрастной дисрегуляции иммунной системы
1. Можно выделить три основные цели иммун-нопротекции при старении:
2. Уменьшение острого или хронического антигенного давления с сопутствующим восстановлений субпопуляций Т-лимфоцитов.
3. Восстановление иммунного гомеостаза тимуса для повышения выхода наивных Т-клеток.
Поддержание и повышение функциональной активности оставшихся интактных Т-лимфоцитов.
Выход скорости тимусной атрофии за естественные видовые пределы с последующим клеточным иммунодефицитом может быть связан с белковым голоданием, недостаточным количеством микрону-триентов (витаминов и антиоксидантов), а также с наличием бактериальных, вирусных и грибковых заболеваний, гематологическим стрессом, вызван-
ным химио- и лучевой терапией, трансплантацией, значительной потерей крови. Такие микронутри-енты, как витамин Е, цинк, железо, медь, селен, представляют значительный интерес в плане профилактики старения ИС [92].
Показана способность витамина Е восстанавливать сниженную реакцию Th1, уменьшать синтез простагландина Е2, уровень перекисного окисления липидов и повышать активность NKT у пожилых людей [93].
Данные по иммуномодулирующему эффекту витамина D достаточно противоречивы. Предполагается, что витамин D (1,25 (OH)2D3) может участвовать во взаимодействии между антиген-пред-ставляющими клетками и Т-лимфоцитами, тем самым модулируя активацию Т-лимфоцитов. Однако длительная терапия остеопороза с использованием витамина D способствовала развитию хронических заболеваний и аутоиммунных нарушений через снижение иммунотолерантности лимфоцитов у пожилых людей. Подобный эффект препарата может быть связан со сверхрегуляцией иммуно-компетентных клеток, участвующих в супрессии аутореактивных Т-лимфоцитов [94].
Модуляция уровня лептина (пептидного гормона адипоцитов) восстанавливает аппетит и изменяет реакции Th1 и Th2 субпопуляций лимфоцитов у старых людей и животных. Было показано, что содержание лептина повышается с возрастом, причем у мужчин в большей степени, чем у женщин. Подобная «гиперлептимия» может быть связана у пожилых субъектов с анорексией и недостатком белка в организме, что может способствовать повышению восприимчивости к инфекциям за счет снижения реакции Th1 субпопуляции лимфоцитов и повышения активности Th2 [95].
Конъюгированная линолевая кислота и ее изомеры обладает антиканцерогенным, антиатеро-генным и антидиабетическими свойствами, показана ее способность повышать пролиферацию Т-лимфоцитов и снижать секрецию провоспали-тельных цитокинов [96].
Несомненный интерес представляют данные о замедлении инволюции тимуса крыс при введении митохондриально направленного антиоксиданта SkQ1 (10-(6'-пластохинонил) децилтрифенил фос-фония) [97, 98]. Это вещество представляет собой молекулярную конструкцию из органического ли-пофильного катиона трифенилфосфония и пласто-хинона, объединенных углеводородным линкером. Положительные заряд молекулы SkQ1 обеспечивает ее накопление в единственных отрицательно заряженных клеточных компартментах — митохондриях. Концентрируясь во внутренней мембране митохондрий, SkQ1 восстанавливает окисленные молекулы кардиолипина (в данном случае работает его пластохинонная часть), а затем сам восстанавливается, реагируя с комплексами I и II дыхательной цепи митохондрий. Таким образом формируется дополнительный защитный механизм, снижающий чувствительность клеток к самым различным окислительным индукторам апоптоза .
Авторы работы [99] исследовали влияние продолжительного (максимальный срок с 1,5 до 14 ме-
сяцев) введения SkQ1 в дозе 250 нмоль/кг в день самцам крыс Wistar и инбредной линии OXYS. Для последних характерен ряд патологических проявлений, предположительно связанных с повышенным уровнем свободнорадикального окисления. В том числе крысы OXYS отличаются меньшей продолжительностью жизни и более высокой скоростью инволюции тимуса. Эксперименты показали, что исследованный препарат замедляет естественную инволюцию тимуса как нормальных, так и ускоренно стареющих крыс. Снижалось уменьшение веса и объема всего органа, коры и медулы, а также количества CD3+, CD4+,CD8+ клеток. Препарат был более эффективен для крыс OXYS. Авторы работы предполагают, что именно задержка инволюции тимуса ответственна за повышение устойчивости лабораторных грызунов к инфекционным заболеваниям, наблюдаемой при пролонгированном приеме SkQ1. Теоретическое значение данной работы состоит в подтверждении в экспериментах in vivo участия в инволюции тимуса апоптоза, вызванного активными формами кислорода.
Начиная с 80-х годов в связи с нормализацией функции иммунной системы, интенсивно изучаются активные липиды, такие как АЛ 721. В модели in vivo показано повышение функциональной активности NK в клетках селезенки старых мышей [100]. Не так давно начались исследования высокоплотного липопротеина (HDL (high-density lipoprotein)) для модуляции функций Т-лимфоцитов. Этот липопротеин способен извлекать накопленный холестерин из липидных плотов, что повышает трансдукцию сигнала, идущего через TCR [101]. Предварительные результаты исследований in vitro показали, что HDL повышает продукцию IL-2 Т-лимфоцитами. Однако подобные дополнения необходимы только при наличии дефицита, который сопутствует развитию патологии.
Сообщалось, что низкие дозы IL-2 эффективны для повышения гуморального иммунитета к антигенам вируса гриппа у пожилых людей, без серьезных проявлений токсичности [102]. Но, к сожалению, только некоторые исследования подтверждают подобный эффект цитокина.
Известно, что уровень IL-7 снижается в тимусе с возрастом, что способствует снижению тимусно-го выхода наивных клеток [103]. Экзогенное введение IL-7 способствовало омоложению тимусных клеток у старых мышей. Исследования в рамках первой фазы клинических испытаний биологических эффектов IL-7 показали, что цитокин способен избирательно действовать на периферические Т-лимфоциты, мобилизуя недавних тимусных мигрантов из лимфоидных тканей в кровоток, при отсутствии значительного эффекта на тимопоэз и размер тимуса [104, 105].
Гормональная модуляция иммунной системы способна внести вклад в регуляцию функциональной активности различных звеньев иммунитета. Существование нейро-эндокринно-иммунной сети позволяет предполагать, что гормональная терапия может оказаться полезной у пожилых людей.
Формирование тимуса и его функционирование находится под физиологическим контролем не-
скольких факторов роста, включая гормон роста (GH, growth hormone), инсулин-подобный фактор роста 1 (IGF-1, insulin-like growth factor 1) и фактор роста фибробластов 7 (FGF-7, fibroblast growth factor 7). GH синтезируется несколькими типами клеток, включая тимоциты и ТЕС, которые также экспрессируют соответствующие рецепторы (GHR). GH действует аутокринным образом, стимулируя рост, пролиферацию и образование цитоскелета клеток. Первичным медиатором биологического действия GH является IGF-1. Терапевтическое введение GH в качестве иммуностимулятора способствовало увеличению клеточности тимуса и росту количества недавних тимусных мигрантов. Инъекции GH ВИЧ-инфицированным взрослым больным людям увеличивали массу тимуса и повышали количество CD4+ Т-лимфоцитов в крови по сравнению с больными, получавшими только антиретровирусную терапию [106]. Потенциальное использование IGF-1 в качестве терапевтического средства для стимулирования тимопоэза было предложено на основании нескольких независимых наблюдений. Показано, что трансгенные молодые мыши с повышенной экспрессией IGF-1 обладают гиперклеточным тимусом [107], при нейтрализации IGF-1 и его рецепторов в органных культурах тимуса наблюдается блокирование созревания ти-моцитов [108]. Кроме того, введение рекомбинант-ного IGF-1 мышам стимулирует пролиферативную экспансию тимоцитов, что приводит к повышению недавних CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов, а также корковых и мозговых TEC [109]. IGF-1 полностью не восстанавливал клеточность тимуса у стареющих грызунов, при этом сочетанное введение рекомби-нантного IGF-1 или GH и клеток костного мозга молодых животных было более эффективно, чем в случае использования одного вида терапии [110]. Однако потенциальные токсические эффекты GH и IGF-1, включая толерантность к глюкозе, отек, артралгию, ограничивают их использование в качестве иммунномодуляторов. FGF-7 играет важную роль в коррекции возрастных изменений тимуса и репарации повреждения тимуса после облучения у грызунов [111], но биологический эффект экзогенного FGF-7 на воссоздание клеточного иммунитета у человека не был установлен [112].
Хирургическая или химическая гонадоэктомия снижает возрастную инволюцию тимуса и способствует восстановлению функций лимфоцитов после трансплантации ГПСК и химиотерапии. Исследования на трансгенных мышах с ограниченной экспрессией андрогенов в гематопоэтическом или стромальном компартментах тимуса показали ответственность стероидов за тимусную дегенерацию. Тестостерон вызывает апоптоз тимоцитов, прошедших положительную селекцию (CD4+CD8+) в моделях in vitro и in vivo, а ведение эстрогена овариоэктомизированным женщинам приводит к возникновению хронических заболеваний, связанных с нарушением в В-лимфопоэзе. Сокращение половых стероидов является ценным методом повышения иммунной функции в случае трансплантации стволовых клеток. Агонисты релизинг-факто-ра лютеинизирующего гормона (LHRH, luteinizing
hormone-releasing hormone), вызывающие торможение действия сывороточных эстрогена и тестостерона, могут использоваться для управления Т-клеточным иммунитетом при ВИЧ-инфекции и аутоиммунных заболеваниях. Использование Flutamide (антагониста рецепторов андрогенов) оказалось эффективным в модели ожоговой травмы у мышей, снижая риск развития сепсиса [24].
В настоящее время интенсивно развивается терапия, направленная на восстановление длины теломер периферических Т-лимфоцитов, что позволило бы восстановить их пролиферативную активность. Однако вмешательства в ген теломера-зы опасны в связи с возможностью возникновения рака. Более безопасным может быть стратегия, направленная на репрессию TRF1 (telomere binding protein). Существуют данные о попытках использовать для этой цели растительный гликозид — вербаскозид, обладающий выраженным антиок-сидантным действием [113]. Однако показано, что ГПСК трансгенных мышей со сверх-экспрессией теломеразы не могут быть последовательно трансплантированы чаще, чем клетки дикого типа, что свидетельствует о других механизмах, вовлеченных в регуляцию старения ГПСК и является достаточно сильным аргументом против прямой роли теломеразы в их старении [114]. Кроме того, в парабиотических исследованиях на молодых и старых мышах с общей кровеносной системой наблюдалась реактивация мышечных стволовых клеток и клеток-предшественников печени старых животных неизвестным внешним фактором, содержащимся в сыворотке молодых животных
[115].
Интенсивно исследуется возможность использования криогенной консервации аутогенных Т-лимфоцитов для хранения, последующего их размножения in vitro и введения пожилым людям. Авторы работы [116] 1х1010 Т-клеток, полученных из 20 мл периферической крови в молодом возрасте, хранили в жидком азоте. Потом активированные Т-лимфоциты размножали in vitro 5001000 кратно и вводили этим же людям в более поздней жизни при наличии патологий, связанных с дисфункцией иммунной системы. Однако дальнейшие наблюдения показали, что подобная иммунотерапия активированными Т-лимфоцитами приводит к развитию аутоиммунных процессов.
Использование стволовых клеток восстанавливает функции тимуса и его способность к продукции наивных клеток только частично. Опыт трансплантаций ГПСК показал, что последовательную трансплантацию клеток можно проводить ограниченное число раз. Кроме того, наблюдается повышение вероятности возникновения хронического заболевания с каждой повторной трансплантацией. Проблема состоит в том, что на сегодняшний день неизвестно, какими факторами - внешними или внутренними - в большей степени регулируется процесс старения стволовых клеток. Известно, что ГПСК связаны с клетками стромы, которые обеспечивают не только их структурную поддержку, но и медиацию цитокинами, профиль которых в значительной степени подвержен возрастным изменени-
ям. Причем экспериментально доказано, что сразу после трансплантации возраст микросреды играет более значимую роль в поддержании количества и активности клеток, чем собственно возраст стволовых клеток. Так, повышение количества остеобластов в нише стволовых клеток приводит к росту количества ГПСК, что свидетельствует о важной роли микросреды в контроле самовозобновления и дифференцировке последних. Однако исследования на грызунах указывают на несомненную значимость внутренних процессов регуляции программы старения ГПСК. Все большее количество данных свидетельствуют о важной роли модификаций ги-стонов, определяющих структуру хроматина и транскрипцию тех или иных генов в процессе старения ГПСК. Предложена модель, описывающая регуляцию программы старения ГПСК через эпигенетическую модификацию гистонов и изменение транскрипции генов [117].
Таким образом, рассмотренные терапевтические вмешательства имеют только частичный эффект, восстанавливая не все утраченные с возрастом функции тимусзависимого звена иммунной системы, при этом сверх-воздействие непредсказуемо и даже вредно. Возрастная иммуннокоррекция в настоящее время связана с характером и причинами тех заболеваний, которые возникают у пациента в ходе так называемого «патологического старения» (senescence). Тем более, что в принципе разработка единой схемы иммуннокоррекции, которая бы одинаково подходила всем, невозможна.
Прогресс в понимании возрастных изменений внутриклеточных путей передачи сигналов и эпигенетических процессов, проходящих с момента «рождения» клетки и до ее смерти, будет способствовать развитию методов управления дифферен-цировкой и функциональной активностью стволовых и соматических клеток и создания на этой основе эффективных антивозрастных терапий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fulop T., Larbi A., HiroKawa K. et al. Immunosupportive therapies in aging. Clin. Intervent. In Aging. 2007; 2 (1): 33-54.
2. Meyer K.C. Aging. Proc. Am. Thorac. Soc. 2005; 2 (5): 433-439.
3. Waterstrat A., van Zant G. Effect aging on hematopoietic stem and progenitor cell. Curr. Opin. In Immun. 2009; 21 (4): 408413.
4. Effros R.B. Ageing and the immune system. Novartis Found. Symp. 2001; 235: 130-139.
5. Vasto S., Malavolta M., Pawelec G. Age and immunity. Immun. Ageing. 2006; Feb 24;3:2.
6. Bodey B., Bodey B. Jr., Siegel S.E., Kaiser H.E. Involution of the mammalian thymus, one of the leading regulators of aging. In Vivo. 1997; 11 (5): 421-440.
7. Domínguez-Gerpe L., Rey-Méndez M. Evolution of the thymus size in response to physiological and random events throughout life. Microsc. Res. Tech. 2003; 62 (6): 464-476.
8. George A.J., Ritter M.A. Thymic involution with ageing: obsolescence or good housekeeping? Immunol. Today. 1996; 17 (6): 267-272.
9. Weyand C.M., Fulbright J.W., Goronzy J.J. Immunosenescence, autoimmunity, and rheumatoid arthritis. Exp. Gerontol. 2003; 38: 833-841.
10. Kendall M.D., Clarke A.G. The thymus in the mouse changes its activity during pregnancy: a study of the microenvironment. J. Anat. 2000; Oct.197. Pt 3: 393-411.
11. Dixit V.D., Sridaran R., Edmonsond M.A. et al. Gonadotropin-releasing hormone attenuates pregnancy-associated thymic involution and modulates the expression of antiproliferative gene product prohibitin. Endocrinology. 2003; 144 (4): 1496-505.
12. Kuro-o M., Matsumura Y., Aizawa H. et al. Mutation of the mouse klotho gene leads to a syndrome resembling ageing. Nature. 1997; 390 (6655): 45-51.
13. Taub D.D., Longo D.L. Insights into thymic aging and regeneration. Immunol. Rev. 2005; 205: 72-93.
14. Hsu H.C., Zhang H.G., Li L. et al. Age-related thymic involution in C57BL/6J x DBA/2J recombinant-inbred mice maps to mouse chromosomes 9 and 10. Genes Immun. 2003; 4 (6): 402-410.
15. Brelinska R., Malendowicz L.K., Malinska A. et al. Characteristics of age-related changes in rat thymus: morphometric analysis and epithelial cell network in various thymic compartments. Biogerontology. 2008; 9 (2): 93-108.
16. Pesic V., Radojevic K., Kosec D. et al. Peripubertal orchidectomy transitorily affects age-associated thymic involution in rats. Braz. J. Med. Biol. Res. 2007; 40 (11): 1481-1493.
17. Ortman C.L., Dittmar K.A., Witte P.L., Le P.T. Molecular characterization of the mouse involuted thymus: aberrations in expression of transcription regulators in thymocyte and epithelial compartments. Int. Immunol. 2002; 14 (7): 813-822.
18. Goronzy J.J., Weyand C.M. T cell development and receptor diversity during aging. Curr. Opin. Immunol. 2005; 17 (5): 468475.
19. Thoman M.L. The pattern of T lymphocyte differentiation is altered during thymic involution. Mech. Ageing Dev. 1995; 82 (2-3): 155-170.
20. Phillips J.A., Brondstetter T.I., English C.A. et al. IL-7 gene therapy in aging restores early thymopoiesis without reversing involution. J. Immunol. 2004; 173 (8): 4867-4874.
21. Flores K.G., Li J., Hale L.P. В cells in epithelial and perivascular compartments of human adult thymus. Hum. Pathol. 2001; 32 (9): 926-934.
22. Ерофеева Л.М. Возрастные изменения цитоархитектоники тимуса человека// Кшшчна анатомiя та оперативна шрур^. 2006; 5 (2): 29-30.
23. Ярилин А.А. Возрастные изменения тимуса и Т-лимфоцитов. Иммунология. 2003; 2: 117-128.
24. Hince M., Sakkal S., Vlahos K. et al. The role of sex steroids and gonadectomy in the control of thymic involution. Cell Immunol. 2008; 252 (1-2): 122-138.
25. Olsen N.J, Olson G., Viselli S.M. et al. Androgen receptors in thymic epithelium modulate thymus size and thymocyte development. Endocrinology. 2001; 142 (3): 1278-1283.
26. Guevara Patino J.A., Marino M.W., Ivanov V.N., Nikolich-Zugich J. Sex steroids induce apoptosis of CD8+CD4+ doublepositive thymocytes via TNF-alpha. Eur. J. Immunol. 2000; 30: 25862592.
27. Leposavic G., Pilipovic I., Radojevic K. et al. Catecholamines as immunomodulators: a role for adrenoceptor-mediated mechanisms in fine tuning of T-cell development. Auton. Neurosci. 2008; 144 (1-2): 1-12.
28. Madden K.S., Thyagarajan S., Felten D.L. Alterations in sympathetic noradrenergic innervation in lymphoid organs with age. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1998; 840: 262-268.
29. Revest J.M., Suniara R.K., Kerr K. et al. Development of the thymus requires signaling through the fibroblast growth factor receptor R2-IIIb. J. Immunol. 2001; 167 (4): 1954-1961.
30. Erickson M., Morkowski S., Lehar S. et al. Regulation of thymic epithelium by keratinocyte growth factor. Blood. 2002; 100 (9): 3269-3278.
31. Lee H.W., Kim S.M., Shim N.R. et al Expression of nerve growth factor is upregulated in the rat thymic epithelial cells during thymus regeneration following acute thymic involution. Regul. Pept. 2007; 141 (1-3): 86-95.
32. Brelinska R. Thymic epithelial cells in agedependent involution. Microsc. Res. Tech. 2003; 62 (6): 488-500.
33. Mackall C.L., Punt J.A., Morgan P. et al. Thymic function in young/old chimeras: substantial thymic T cell regenerative capacity despite irreversible ageassociated thymic involution. Eur. J. Immunol. 1998; 28: 1886-1893.
34. Kamminga L., Haan G. Cellular memory and hematopoietic stem cell aging. Stem Cell. 2006; 24 (5): 1143-1149.
35. Aspinall R., Andrew D. Thymic involution in aging. J. Clin. Immunol. 2000; 20 (4): 250-256.
36. Haynes B.F., Markert M.L., Sempowski G.D. et al. The role of the thymus in immune reconstitution in aging, bone marrow transplantation, and HIV-1 infection. Annu. Rev. Immunol. 2000; 18: 529-560.
37. Longo D.L. Immunology of aging. In: Paul W.E., ed. Fundamental Immunology, 5th edn. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins. 2003: 1043-1075.
38. Lacorazza H.D., Guevara Patino J.A., Weksler M.E. et al. Failure of rearranged TCR transgenes to prevent age-associated thymic involution. J. Immunol. 1999; 163 (8): 4262-4268.
39. Lamberts S.W., van den Beld A.W., van der Lely A.J. The endocrinology of aging. Science. 1997; 278 (5337): 419-424.
40. Virts E.L., Phillips J.A., Thoman M.L. A novel approach to thymic rejuvenation in the aged. Rejuvenation Res. 2006; 9 (1): 134-142.
41. McCune J.M., Hanley M.B., Cesar D. et al. Factors influencing T-cell turnover in HIV-1-seropositive patients. J. Clin. Invest. 2000; 105 (5): R1-R8.
42. Neese R.A., Misell L.M., Turner S. et al. Measurement in vivo of proliferation rates of slow turnover cells by 2H2O labeling of the deoxyribose moiety of DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99 (24): 15345-15350.
43. Jameson S.C. Maintaining the norm: T-cell homeostasis. Nat. Rev. Immunol. 2002; 2 (8): 547-556.
44. Ye P., Kirschner D.E. Reevaluation of T cell receptor excision circles as a measure of human recent thymic emigrants. J. Immunol. 2002; 168 (10): 4968-4979.
45. McFarland R.D., Douek D.C., Koup R.A., Picker, L.J. Identification of a human recent thymic emigrant phenotype. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000; 97 (8): 4215-4220.
46. Koetz K., Bryl E., Spickschen K. et al. T cell homeostasis in patients with rheumatoid arthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000; 97 (16): 9203-9208.
47. Berzins S.P., Uldrich A.P., Sutherland J.S. et al. Thymic regeneration: teaching an old immune system new tricks. Trends Mol. Med. 2002; 8 (10): 469-476.
48. Mackall C.L., Bare C.V., Granger L.A. et al. Thymic-independent T cell regeneration occurs via antigen driven expansion of peripheral T cells resulting in a repertoire that is limited to diversity and prone to skewing. J. Immunol. 1996; 156 (12): 4609-4616.
49. Kaszubowska L. Telomere shortening and ageing of the immune system. J. Physiol. Pharmacol. 2008; 59. Suppl 9: 169-186.
50. Pfister G., Weiskopf D., Lazuardi L. et al. Naive T cells in the elderly: are they still there? Ann. N. Y. Acad. Sci. 2006; 1067: 152157.
51. Hale J.S., Boursalian T.E., Turk G.L., Fink P.J. Thymic output in aged mice. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2006; 103 (22): 84478452.
52. Miyaji C., Watanabe H., Toma H. et al. Functional alteration of granulocytes, NK cells, and natural killer T cells in centenarians. Hum. Immunol. 2000; 61 (9): 908-916.
53. Linton P.J. Dorshkind K. Age-related changes in lymphocyte development and function. Nature Immun. 2004; 5 (2): 133-139.
54. Focosi D., Bestagno M., Burrone O., Petrini M. CD57+ T lymphocytes and functional immune deficiency. J. of Leukocyte Biol. 2010; 87: 107-116.
55. Chen J., Flurkey K., Harrison D.E. A reduced peripheral blood CD4(+) lymphocyte proportion is a consistent ageing phenotype. Mech. Ageing Dev. 2002; 123 (2-3): 145-153.
56. Larbi A., Franceschi C., Mazzatti D. et al. Aging of the immune system as a prognostic factor for human longevity. Physiology (Bethesda). 2008; 23: 64-74.
57. Nel A.E., Slaughter N. T cell activation through the antigen receptor. Part 2: role of signaling cascades in T cell differentiation, anergy, immune senescence, and development of immunotherapy. J. Allergy Clin. Immunol. 2002; 109 (6): 901-915.
58. Riley J.L., June C.H. The CD28 family: a T cell rheostat for therapeutic control of T cell activation. Blood. 2005; 105 (1): 13-21.
59. Tavano R., Gri G., Molon B. et al. CD28 and lipid rafts coordinate recruitment of Lck to the immunological synapse of human T lymphocytes. J. Immunol. 2004; 173 (9): 5392-5397.
60. Wang D., Matsumoto R., You Y. et al. CD3/CD28 costimulationinduced NF-kappaB activation is mediated by recruitment of protein kinase C-theta, Bcl10, and IkappaB kinase beta to the immunological synapse through CARMA1. Mol. Cell Biol. 2004; 24 (1): 164-171.
61. Song J, Lei FT, Xiong X, Haque R. Intracellular signals of T cell costimulation. Cell Mol. Immunol. 2008; 5 (4): 239-247.
62. Borthwick N.J., Lowdell M., Salmon M. et al. Loss of CD28 expression on CD8(+) T cells is induced by IL-2 receptor gamma chain signaling cytokines and type I IFN, and increases susceptibility to activationinduced apoptosis. Int. Immunol. 2000; 12 (7): 1005-1013.
63. Arosa F.A. CD8+CD28- T cells: certainties and uncertainties of a prevalent human T-cell subset. Immunol. Cell Biol. 2002; 80 (1): 1-13.
64. Larbi A., Dupuis G., Khalil A. et al. Differential role of lipid rafts in the functions of CD4+ and CD8+ human T lymphocytes with aging. Cell Signal. 2006; 18 (7): 1017-1030.
65. Moosig F., Csernok E., Wang G., Gross W.L. Costimulatory molecules in Wegener's granulomatosis (WG): lack of expression of CD28 and preferential up-regulation of its ligands B7-1 (CD80) and B7-2 (CD86) on T cells. Clin. Exp. Immunol. 1998; 114 (1): 113-118.
66. Markovic-Plese S., Cortese I., Wandinger K.P. et al. CD4+CD28-costimulation-independent T cells in multiple sclerosis. J. Clin. Invest. 2001; 108 (8): 1185-1194.
67. Vallejo A.N. CD28 extinction in human T cells: altered functions and the program of T-cell senescence. Immunol. Rev. 2005; 205: 158-169.
68. Young N.T., Uhrberg M. KIR expression shapes cytotoxic repertoires: a developmental program of survival. Trends Immunol. 2002; 23 (2): 71-75.
69. Autran B., Leblond V., Sadat-Sowti B. et al. A soluble factor released by CD8+CD57+ lymphocytes from bone marrow transplanted patients inhibits cell-mediated cytolysis. Blood. 1991; 77 (10): 2237-2241.
70. Simpson R. J., Florida-James G., Cosgrove C. et al. High-intensity exercise elicits the mobilization of senescent T-lymphocytes into the peripheral blood compartment in human subjects. J. Appl. Physiol. 2007; 103 (1): 396-401.
71. Sansoni P., Vescovini R., Fagnoni F. The immune system in extreme longevity. Exp. Gerontol. 2008; 43 (2): 61-65.
72. Schindowski K., Fröhlich L., Maurer K. et al. Age-related impairment of human T lymphocytes' activation: specific differences between CD4(+) and CD8(+) subsets. Mech. Ageing Dev. 2002; 123 (4): 375-390.
73. Ginn-Pease M.E., Whisler R.L. Alterations in the expression of interleukin-2R subunits by activated T cells from elderly humans are uncoupled from aberrancies in G1/S progression. J. Interferon Cytokine Res. 2001; 21 (7): 515-521.
74. Fernández-Gutiérrez B., Jover J.A., De Miguel S. et al. Early lymphocyte activation in elderly humans: impaired T and T-dependent B cell responses. Exp. Gerontol. 1999; 34 (2): 217-229.
75. Miller R.A. Effect of aging on T lymphocyte activation. Vaccine. 2000; 18 (16): 1654-1660.
76. Tarazona R., DelaRosa O., Alonso C. et al. Increased expression of NK cell markers on T lymphocytes in aging and chronic activation of the immune system reflects the accumulation of effector/senescent T cells. Mech. Ageing Dev. 2000; 121 (1-3): 77-88.
77. Pawelec G., Ferguson F., Wikby A. The SENIEUR protocol after 16 years. Mech. Ageing Dev. 2001; 122 (2): 132-134.
78. Simons K., Ikonen E. How cells handle cholesterol. Science. 2000; 290 (5497): 1721-1726.
79. Kabouridis P.S. Lipid rafts in T cell receptor signaling. Mol. Membr. Biol. 2006; 23 (1): 49-57.
80. Fulop T., Larbi A., Dupuis G., Pawelec G. Perturbations of TCR signal transduction pathways with ageing - a biochemical paradigm for the ageing immune system. Arthritis Res. Ther. 2003; 5 (6): 290-302.
81. Owen D.M., Oddos S., Kumar S. High plasma membrane lipid order imaged at the immunological synapse periphery in live T cells. Mol. Membr. Biol. 2010; 27 (4-6): 178-189.
82. Larbi A., Douziech N., Dupuis G. et al. Age-associated alterations in the recruitment of signal transduction proteins to lipid rafts in human T lymphocytes. J. Leuk Biol. 2004; 75 (2): 373-381.
83. Garcia G.G., Miller R.A. Age-related defects in CD4+ T cell activation reversed by glycoprotein endopeptidase. Eur. J. Immunol. 2003; 33 (12): 3464-3472.
84. Hamerman J.A., Lanier L.L. Inhibition of immune responses by ITAM-bearing receptors. Sci. STKE. 2006; 320 : re1.
85. Gupta S. Molecular mechanisms of apoptosis in the cells of the immune system in human aging. Immunol. Rev. 2005; 205: 114129.
86. Fülöp T. Jr., Douziech N., Goulet A.C. et al. Cyclodextrin modulation of T lymphocyte signal transduction with aging. Mech. Ageing. Dev. 2001; 122 (13): 1413-1430.
87. Pollack M., Leeuwenburgh C. Apoptosis and aging: role of the mitochondria. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2001; 56 (11): 475-482.
88. Pahlavani M.A., Vargas D.A. Aging but not dietary restriction alters the activation-induced apoptosis in rat T cells. FEBS Lett. 2001; 491 (1-2): 114-118.
89. Hsu H.C., Scott D.K, Mountz J.D. Impaired apoptosis and immune senescence - cause or effect? Immunol. Rev. 2005; 205: 130-146.
90. Haynes L., Maue A.C. Effects of aging on T cell function. Curr. Opin. Immunol. 2009; 21 (4): 414-417.
91. Rink L., Cakman I., Kirchner H. Altered cytokine production in the elderly. Mech. Ageing Dev. 1998; 102 (2-3): 199-209.
92. Savino W., Dardenne M. Nutritional imbalances and infections affect the thymus: consequences on T-cell-mediated immune responses. Proc. Nutr. Soc. 2010; 69 (4): 636-643.
93. Meydani S.N., Han S.N., Wu D. Vitamin E and immune response in the aged: molecular mechanisms and clinical implications. Immunol. Rev. 2005; 205: 269-284.
94. Hewison M., Freeman L., Hughes S.V. et al. Differential regulation ofvitamin D receptor and its ligand in human monocyte-derived dendritic cells. J. Immunol. 2003; 170 (11): 5382-5390.
95. Di Francesco V., Zamboni M., Zoico E., et al. Unbalanced serum leptin and ghrelin dynamics prolong postprandial satiety and inhibit hunger in healthy elderly: another reason for the "anorexia of aging". Am. J. Clin. Nutr. 2006; 83 (5): 1149-1152.
96. Churruca I., Fernandez-Quintela A., Portillo M.P. Conjugated linoleic acid isomers: differences in metabolism and biological effects. Biofactors. 2009; 35 (1): 105-111.
97. Скулачев В.П. Попытка биохимиков атаковать проблему старения: «Мегапроект» по проникающим ионам. Первые итоги и перспективы. Биохимия. 2007; 72 (12): 1572 - 1586.
98. Скулачев В.П. Как отменить программу старения организ-
ма? Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Менделеева). 2009; Т. LIII (3): 125-140.
99. Obukhova L.A., Skulachev V.P., Kolosova N.G. et al. Mitochondria-targeted antioxidant SkQ1 inhibits age-dependent. Aging. 2009; 1 (4): 389-401.
100. Provinciali M., Fabris N., Pieri C. Improvement of natural killer cell activity by in vitro active lipids (AL 721) administration in old mice. Mech. Ageing Dev. 1990; 52 (2-3): 245-254.
101. Duffy D., Rader D.J. Drugs in development: targeting high-density lipoprotein metabolism and reverse cholesterol transport. Curr. Opin. Cardiol. 2005; 20 (4): 301-306.
102. Provinciali M., Di Stefano G., Colombo M. et al. Adjuvant effect of low-dose interleukin-2 on antibody response to influenza virus vaccination in healthy elderly subjects. Mech. Ageing Dev. 1994; 77 (2): 75-82.
103. Aspinall R. T cell development, ageing and Interleukin-7. Mech. Ageing Dev. 2006; 127 (6): 572-578.
104. Rosenberg S.A., Sportès C., Ahmadzadeh M. et al. IL-7 administration to humans leads to expansion of CD8+ and CD4+ cells but a relative decrease of CD4+ T-regulatory cells. J. Immunother. 2006; 29 (3): 313-319.
105. Sportès C., Hakim F.T., Memon S.A. et al.Administration of rhIL-7 in humans increases in vivo TCR repertoire diversity by preferential expansion of naive T cell subsets. J. Exp. Med. 2008; 205 (7): 1701-1714.
106. Napolitano L.A., Schmidt D., Gotway M.B. et al. Growth hormone enhances thymic function in HIV-1-infected adults. J. Clin. Invest. 2008; 118 (3): 1085-1098.
107. Kooijman R., van Buul-Offers S.C., Scholtens L.E. et al. T cell development in insulin-like growth factor-II transgenic mice. J. Immunol. 1995; 154 (11): 5736-5745.
108. Kecha O., Brilot F., Martens H. et al. Involvement of insulinlike growth factors in early T cell development: a study using fetal thymic organ cultures. Endocrinology. 2000; 141 (3): 1209-1217.
109. Chu Y.W., Schmitz S., Choudhury B. et al. Exogenous insulinlike growth factor 1 enhances thymopoiesis predominantly through thymic epithelial cell expansion. Blood. 2008; 112 (70: 2836-2846.
110. French R.A., Broussard S.R., Meier W.A. et al. Age-associated loss of bone marrow hematopoietic cells is reversed by GH and accompanies thymic reconstitution. Endocrinology. 2002; 143 (2): 690-699.
111. Min D., Panoskaltsis-Mortari A., Kuro-O M. et al. Sustained thymopoiesis and improvement in functional immunity induced by exogenous KGF administration in murine models of aging. Blood. 2007; 109 (6): 2529-2537.
112. Langner S., Staber P., Schub N. et al. Palifermin reduces incidence and severity of oral mucositis in allogeneic stem-cell transplant recipients. Bone Marrow. Transplant. 2008; 42 (4): 275-279.
113. Zhang F., Jia Z., Deng Z. et al. In vitro modulation of telomerase activity, telomere length and cell cycle in MKN45 cells by verbascoside. Planta Med. 2002; 68 (2): 115-118.
114. Allsopp R.C., Morin G.B., Horner J.W. et al. Effect of TERT over-expression on the long-term transplantation capacity of hematopoietic stem cells. Nat. Med. 2003; 9 (40): 369-371.
115. Conboy I.M., Conboy M.J., Wagers A.J. et al. Rejuvenation of aged progenitor cells by exposure to a young systemic environment. Nature. 2005; 433 (7027); 760 -764.
116. Yamaguchi T., Bamba K., Kitayama A. et al. Long-term intravenous administration of activated autologous lymphocytes for cancer patients does not induce antinuclear antibody and rheumatoid factor. Anticancer Res. 2004; 24 (4): 2423-2429.
117. Kamminga L.M., de Haan G. Cellular memory and hematopoietic stem cell aging. Stem Cells. 2006; 24 (5): 11431149.
