Апоптоз как компонент эффекторных иммунных механизмов

В явной форме роль апоптоза в гибели клеток–мишеней при реализации иммунных механизмов проявляется при осуществлении цитотоксического действия (киллинга) лимфоцитов — как естественных киллеров, так и цитотоксических T–лимфоцитов [238]. В реализации цитолиза, осуществляемого обоими типами клеток, основную роль играет перфорин–зависимый механизм (для NK он является единственным). В микрополость, образующуюся в зоне контакта эффекторов и мишеней, клетка-киллер выделяет молекулы двух типов — перфорин и гранзим В. Перфорин, имеющий гидрофобные домены, встраивается (подобно фактору C9 системы комплемента) в мембрану клетки–мишени, образуя пору диаметром в среднем 16 нм. Через эту пору в клетку–мишень проникает гранзим В. В клетке–мишени эта протеаза расщепляет и активирует исполнительные (эффекторные) каспазы, в основном каспазу 3. В результате происходит расщепление белков мишеней эффекторных каспаз и реализуется апоптоз.

Помимо рассмотренного механизма в индукции апоптоза клеток–мишеней цитотоксическими T–лимфоцитами (но не естественными киллерами) играет роль рецепторный механизм включения апоптоза. Клетки–мишени, особенно опухолевые, могут экспрессировать Fas–Рц (CD95) и Рц для TNF (TNFRI), а цитотоксические T–лимфоциты экспрессируют Fas–лиганд (CD187), секретируют TNFa и b [214]. Взаимодействие соответствующих пар молекул обусловливает дополнительную сигнализацию, способствующую апоптозу клеток–мишеней.

Заключая раздел главы по характеристике апоптоза и его роли в развитии и функционировании иммунной системы, следует отметить, что апоптоз многократно проявляется в различных формах этих процессов. Его проявления можно разделить на две группы в зависимости от вовлечения в процесс апоптоза основных групп клеток иммунной системы.

В развитии и при выполнении функций как лимфоидных, так и миелоидных клеток можно выделить по меньшей мере 3 процесса, в реализации которых апоптозу принадлежит ключевая роль:

1) гомеостатический контроль численности популяции — как на определённых стадиях развития, так и на уровне зрелой функционирующей популяции;

2) элиминация эффекторных клеток в период «свертывания» иммунного ответа;

3) удаление старых клеток.

Для лимфоидных клеток, иммунологическая функция которых связана с их клонированностью на основе различной специфичности антигенраспознающих Рц, можно назвать ещё 4 процесса, осуществляемых при ведущей роли апоптоза:

1) контроль правильности перестройки генов иммунорецепторов, сборки и экспрессии Рц на поверхности клеток;

2) селекция клонов: выбраковка ненужных и опасных клонов лимфоцитов;

3) контроль правильности сочетания Рц и корецептора при дифференцировке субпопуляций T–лимфоцитов в тимусе;

4) созревание аффинности иммуноглобулиновых Рц B–клеток в зародышевых центрах.

Кроме этого апоптоз используется в качестве инструмента осуществления цитотоксического эффекта в отношении клеток–мишеней T–лимфоцитами и естественными киллерами.

В подавляющем большинстве случаев при реализации названных процессов используется пассивная форма апоптоза — апоптоз по умолчанию. В этом случае апоптозу подвергаются клетки, которым «не хватило» факторов выживания. Так при гомеостатических процессах гибнут клетки, которым не досталось цитокина, при контроле правильности построения антигенраспознающего Рц, а также положительной селекции — клетки, не получившие сигнала от лиганда, имитирующего Аг, при созревании аффинности АТ — клетки, не выдержавшие конкуренции за Аг. Во всех этих случаях ведущими факторами в механизме апоптоза являются митохондриальные белки семейства Вс1–2. Митохондриальный механизм апоптоза преобладает и при отрицательной селекции, несмотря на её активный характер (высокоаффинное взаимодействие с лигандом через антигенраспознающий Рц).

Активный апоптоз рецепторного типа является основой элиминации клеток иммунной системы при завершении иммунного ответа (активационного апоптоза). В этом случае источником сигналов к развитию апоптоза служат преимущественно T–клетки, экспрессирующие Fas–лиганд и продуцирующие TNFa; последний продуцируют также активированные макрофаги и другие клетки. Активный характер имеет также апоптоз, используемый киллерными клетками для осуществления своей эффекторной функции.

Затруднительно сказать, что случилось бы с иммунной системой при полном блокаде апоптоза. Дело в том, что механизмы реализации апоптоза имеют избыточное оснащение: различные факторы часто обеспечивают выполнение одного и того же этапа данного процесса. В связи с этим выключение соответствующих генов часто не приводят к информативным результатам. А в тех случаях, когда удаётся полностью подавить развитие апоптоза по митохондриальному механизму, гибель наступает в процессе эмбриогенеза, поскольку апоптоз задействован на самых различных этапах развития организма. Более чёткая информация имеется относительно последствий выключения компонентов рецепторного пути развития апоптоза. Как показывают данные изучения мышей с генетическим нокаутом, а также людей с мутациями соответствующих генов, отключение рецепторного апоптоза совместимо с жизнью, но чревато развитием аутоиммунной патологии, усиленной пролиферацией минорных популяций клеток, а в определённых ситуациях — также повышением риска развития злокачественных опухолей.

· Глава 8
Иммунная система и стресс

Как известно, стресс — это стандартная адаптационная реакция на действие большого числа различных по природе факторов (интоксикация, травма, инфекционный процесс, длительная физическая или психическая нагрузка и т.п.), потенциально угрожающих существованию организма.

Вне зависимости от причины, её вызвавшей, в основе стресc–реакции лежит повышенная выработка АКТГ и индуцированная ею гиперпродукция надпочечниками ГКС [10, 17, 22]. В связи со значимостью АКТГ в анализируемых реакциях, этот гормон рассматривается в качестве центрального в стрессовой оси гипоталамуc — гипофиз — надпочечники.

В настоящее время есть основания полагать, что механизмы стимуляции синтеза АКТГ могут различаться в зависимости от причины, вызвавшей стресс.

В случае травмы, инфекционного процесса существенный вклад в развитие стресса может внести синтезируемый макрофагами в очаге воспаления ИЛ–1. За последние годы появились многочисленные данные о способности ИЛ–1 индуцировать секрецию АКТГ либо за счёт прямого действия на гипофиз, либо за счёт стимуляции синтеза гипоталамусом кортикотропин–рилизинг фактора (КРФ), индуцирующего секрецию АКТГ. В обоих случаях это приводит к секреции надпочечниками ГКС, которые подавляют циркуляцию лейкоцитов, нарушают активацию макрофагов и T–хелперов типа Тh1, угнетают продукцию ИЛ–1 и ИЛ–2. Мощными стимуляторами продукции ГКС являются синтезируемый T–лимфоцитами ИЛ–6, а также макрофагальный TNF, действие которых опосредуется через активацию выработки КРФ [84, 370].

Помимо АКТГ, существенную роль в продукции ГКС играет фактор подавления миграции макрофагов MIF (от Macrophage migration Inhibitory Factor). MIF, известный в качестве T–клеточного цитокина, конститутивно экспрессируется моноцитами, макрофагами и лифоцитами, секретируется клетками гипофиза в ответ на стресс, на экспозицию с ЛПС или с бактериями и индуцирует сильный провоспалительный ответ, подавляет экспрессию TLR4 и рецепторного комплекса, обеспечивающего передачу внутриклеточного сигнала к ЛПС. Угнетение активности MIFнейтрализующими анти–MIF АТ или в результате делеции гена Mif сопровождается заметным снижением продукции цитокинов и защиты животных от летального бактериального сепсиса и токсического шока, индуцированного эндотоксином грамотрицательных или экзотоксинами грамположительных бактерий [171]. Это позволяет отнести MIF к одному из важнейших регуляторов врождённого иммунитета [172]. В качестве примера регуляторной роли MIF могут быть приведены результаты исследований Н. Koebernick и соавт. [326] на мышах с генетическим нокаутом, сопровождающимся дефицитом продукции MIF (мыши MIF^–/–). Как оказалось, такие мыши характеризуются повышенным уровнем в плазме ИЛ–1b, кортикостерона и оксида азота (NO), подавляющего активацию фактора транскрипции NFkB И связывание фактора транскрипции АP–1 с ДНК. У животных наблюдается сниженная активность T–хелперов первого типа (Тh1), оцениваемая по уровню ИЛ–12, ИФНg, TNFa, мыши становятся высокочувствительными к инфицированию сальмонеллами (дикий штамм Salmonella typhimurium). Более того, у мышей MIF^–/–нарушается экспрессия Toll-подобного Рц TLR4 на макрофагах (глава 1 «Физиологические защитные системы организма и их значение в иммунитете»), в результате чего животные погибают от септического шока, индуцируемого ЛПС грамотрицательных бактерий.

Особую роль в развитии стресc–реакции под действием инфекции, особенно инфекции вирусной, играет, по-видимому, АКТГ, синтезируемый лимфоцитами [141]. Было показано, что лимфоциты неинфицированных мышей АКТГ практически не синтезируют. Однако синтез de novo иммунореактивного АКТГ регистрировали в случае их инфицирования вирусом Ньюкастла. Синтезируемый лимфоцитами АКТГ характеризуется биоактивностью, молекулярной массой и антигенными свойствами, сходными с таковыми АКТГ, секретируемого гипофизарными клетками, его образование блокируется актиномицином D и дексаметазоном. Увеличение уровня ГКС в сыворотке, совпадающее с выделением спленоцитами АКТГ, может свидетельствовать об его участии в регуляторных процессах in vivo. Истощение B–лимфоцитов снижает повышенный уровень ГКС в сыворотке крови нормальных мышей после их инфицирования вирусом герпеса. По-видимому, подобная система функционирует и у человека. Так, противотифозная вакцина стимулирует in vitro синтез АКТГ лимфоцитами как нормальных детей, так и детей с недостаточной функцией аденогипофиза. Повышение уровня ГКС было отмечено после иммунизации у одного взрослого индивида с недостаточной функцией аденогипофиза.

Помимо АКТГ, лимфоциты инфицированных мышей секретируют эндорфиноподобные вещества, которые связываются с опиатными Рц. Секретируемые молекулы характеризуются молекулярной массой 5000 Д, при введении внутрь мозга вызывают обезболивающий эффект.

Обнаруженная секреция лимфоцитами АКТГ-подобных пептидов может свидетельствовать о том, что определённые стимулы (например вирусы), активирующие синтез лимфоцитами интерферона и АКТГ, способны вызывать зависимое от АКТГ повышение уровня ГКС без участия аденогипофиза. Такое предположение подтверждается тем, что заражение гипофизэктомированных мышей вирусом Нькастла сопровождается временным повышением в крови уровня ГКС, также как и интерферона, а предварительная обработка таких животных дексаметазоном полностью блокирует этот эффект.

Таким образом, вирусная инфекция (вирусы Ньюкастла, герпеса) может быть причиной увеличения уровня ГКС в крови и этот эффект опосредуется преимущественно лимфоцитами, а не аденогипофизом [141].

Возможность синтеза АКТГ, не опосредованного через аденогипофиз, демонстрируется и другими данными. Исследовали роль КРФ в процессе синтеза АКТГ лимфоцитами. Установлено, что синтез АКТГ и эндорфинов стимулирует КРФ и по типу обратной связи угнетает дексаметазон. С увеличением концентрации КРФ с 0, 7 до 70 нМ линейно возрастало число клеток, синтезирующих АКТГ. Процесс нарастания числа клеток отмечался после 24 ч инкубирования, достигал максимальных значений к 48 ч и снижался к 72 ч. Показано, что при культивировании клеток в присутствии КРФ в течение 48 ч 10⁹ лейкоцитов вырабатывали 650 нг биологически активного АКТГ [531].

Давно известно, что основной причиной развития стресса у человека является психоэмоциональное перенапряжение (рис. 55). Психоэмоциональный стресс возникает у здорового человека при интенсивной умственной или физической работе в условиях дефицита времени и недостаточности сна, при острых психоэмоциональных состояниях, связанных с неблагоприятными личными или социальными изменениями, угрозе жизни, социальному статусу. Психоэмоциональное напряжение может быть связано с экзаменационной сессией, интенсивными спортивными тренировками и соревнованиями.

Рис. 55. Варианты индукции стресc–реакции. КРФ — кортикотропин–рилизинг фактор; АКТГ — адренокортикотропный гормон; ИЛ–1 — интерлейкин–1; Мф — макрофаг; Лф — лимфоцит.

Ключевым механизмом эмоционального стресса может быть гиперактивность эмоциогенных зон. Об этом свидетельствует возможность моделирования стрессорной реакции введением тетанотоксина в отрицательно эмоциогенную зону гипоталамуса. У подопытных животных проявляются признаки эмоционального напряжения — агрессивность и страх. Агрессивное поведение животных сопровождается массивным высвобождением в кровь фактора роста нервов NGF, повышенным уровнем мРНК NGF и белка в гипоталамусе, повышенной секрецией АКТГ и ГКС, гипертрофией надпочечников [109]. Показано также, что при стрессорных воздействиях активируются нейроны заднего гипоталамуса, увеличивается продукция гипоталамического КРФ, индуцирующего секрецию АКТГ [21, 22]. Определение NGF в крови людей, подвергающихся различным эмоциональным стрессовым воздействиям, выявило существенное увеличение уровня этого фактора, который активирует ось гипоталамус — гипофиз — надпочечники [112, 267]. Как известно, NGF вырабатывается T– и B–лимфоцитами, является сильным тропным фактором для симпатических нервных волокон, в качестве аутокринного/паракринного фактора участвует в созревании клеток иммунной системы, пролиферации и дифференцировке T– и B–лимфоцитов, в регуляции адаптивного иммунного ответа, действует в качестве фактора выживания B–клеток памяти [560].

Изучение действия психоэмоционального стресса у студентов через 4 недели после экзаменационной сессии выявило значительно повышенный уровень ИЛ–1b, Ил–6, ИЛ–10 и сниженную продукцию ИФНg. Это может свидетельствовать о повышении под влиянием стресса активности макрофагов и опосредованного через Th2 гуморального иммунитета и снижении опосредованного через Тh1 клеточного иммунитета [451]. Повышение активности цитокинов, особенно ИЛ–1, ИЛ–2, ИЛ–6 и TNFa и их растворимых Рц, регистрируют при депрессивных состояниях [115].

Для стресса характерны морфологические изменения в различных органах. Наиболее постоянны при стрессе следующие изменения:

· увеличение надпочечников (в основном коркового слоя) и их секреторной активности;

· атрофия лимфатической ткани, сопровождающаяся явлениями лимфо- и эозинопении;

· кровоизлияния в слизистую желудка и двенадцатиперстной кишки.

В классических работах по физиологии стресса различают последовательно: реакцию тревоги, стадию резистентности, стадию истощения.

Реакция тревоги состоит из двух фаз — шока и противошока. Если в фазу шока происходит нарушение ряда функций, то усиление гормональной активности системы гипофиз-кора надпочечников в фазу противошока помогает организму преодолеть эти нарушения и нормализовать нарушенное равновесие, после чего развивается следующая стадия — стадия резистентности. В эту стадию организм становится более устойчивым не только по отношению к фактору, вызвавшему стресс, но и по отношению к ряду других патогенных факторов, если действие патогенного фактора слишком продолжительно, наступает стадия истощения [10].

Можно предположить, что стресc–реакция является одним из механизмов аварийного регулирования. Аварийное регулирование — регуляция функций, характеризующаяся повреждением одних связей и включением новых, аварийных. При аварийном регулировании организм жертвует частью клеток или функций ради сохранения жизни или целостности системы.

Таким образом, повышенная выработка АКТГ и индуцированная ею гиперпродукция ГКС, являются основой стресc–реакции. К основным мишеням этих гормонов относятся лимфоциты, что и определяет реакцию иммунной системы на их действие и изменение устойчивости организма к инфекциям при её развитии [58, 84]. Следует отметить также значимую роль цитокинов, активация продукции которых при стресc–реакции не только приводит к повышенной секреции ГКС, но и оказывает существенное угнетающее действие на функции клеток системы иммунитета через модуляцию внутриклеточных сигнальных путей, индуцируемую взаимодействием лиганд–Рц.