Раздел медицины:
Аллергология и иммунология

Иммунология: трансплантация

5509 0
Иммунная система возникла как способ различения «своего» и «чужого». Как только чужеродность установлена, иммунный ответ направляется на выполнение своей окончательной цели — уничтожение чужеродного материала, будь то микроорганизм или его продукт, вещество, находящееся в окружающей среде, или опухолевая клетка. Запуск иммунной системы в ответ на появление таких чужеродных субстанций имеет, несомненно, огромное значение для выживания организма.

Эта же способность иммунной системы к разделению «своего» и «чужого» нежелательна при таких неестественных обстоятельствах, как пересадка клеток, тканей или органов от одного индивидуума к другому в терапевтических целях. Действительно, первоначально результаты трансплантаций были катастрофическими и проявлялись в итоге феноменом отторжения трансплантата при одном существенном исключении — переливании крови. Перелитая кровь представляет собой самый ранний и наиболее успешно применяемый клеточный «трансплантат», который по-прежнему больше всего используют. Почему подобные трансплантации, как правило, успешны при правильном выполнении?

Причина заключается в простоте подбора эритроцитов донора для реципиента. В человеческой популяции экспрессируется только небольшое число различных типов основных эритроцитарных антигенов — антигенов групп крови АВО и Rh (соответственно, четыре и два). Проведение пробы на совместимость предотвращает быстрое опосредованное антителами разрушение донорских эритроцитов. В отличие от данного случая антигены, экспрессируемые органами и тканями, так же как лейкоцитарные антигены (МНС,), в человеческой популяции чрезвычайно полиморфны, поэтому подобрать донора для реципиента очень сложно.

Таблица 18 1. Трансплантация специфических органов и тканей

Орган/ткань Применение в клинике Комментарий
Кожа Ожоги, хронические раны, диабетические язвы, венозные язвы Обычно аутотрансплантаты; расширяется использование искусственной кожи из элементов стромы и культивированных клеток аллогенного или ксеногенного происхождения
Почка Конечная стадия почечной недостаточности В настоящее время в течение года приживаются более 85 % трансплантатов, взятых даже не у родственного донора
Печень Гепатома или билиарная атрезия

Выживание в течение года примерно у 2/3 реципиентов

Сердце Сердечная недостаточность Выживание в течение года более 80 % реципиентов
Легкие Далеко зашедшие легочные или легочно-сердечные заболевания Иногда производится вместе с пересадкой сердца
Костный мозг Неизлечимые лейкозы, лимфомы, врожденные иммунодефицитные заболевания Риск развития РТПХ возникает только при пересадке костного мозга, применяется пересадка гемопоэтических стволовых клеток
Роговица Слепота HLA-типирование преимуществ не дает, поскольку это «привилегированная» область, в которой отсутствует ток лимфы
Поджелудочная железа Сахарный диабет Иногда одновременно проводится пересадка поджелудочной железы и почки; выживание трансплантата приближается к показателям почечного

Современный уровень понимания клеточных и молекулярных механизмов отторжения трансплантата и появление эффективных методов иммуносупрессивной терапии сделали трансплантацию различных клеток, тканей и органов вполне обычным методом лечения (табл. 18.1). Например, ежегодно в мире достаточно успешно пересаживают более 10000 почек. Трансплантация сердца, легких, роговицы, печени и костного мозга, считавшаяся выдающимся достижением и широко рекламировавшаяся не более чем 25 лет назад, в настоящее время стала привычной.

imyn148.jpg
Рис. 18.1. Ситуации при трансплантациях органов и тканей

Несмотря на то что количество случаев отторжения значительно уменьшилось в связи с использованием методов иммуносупрессивной терапии, они не исчезли окончательно. Таким образом, трансплантационная иммунология продолжает оставаться важной областью исследования.

Взаимоотношения между донором и реципиентом

Перед тем как обсудить иммунологические механизмы, связанные с отторжением трансплантата, необходимо уяснить ряд градаций в отношениях между донором и реципиентом при трансплантации. Они представлены на рис. 18.1 и описаны далее.

  • Аутотрансплантат является трансплантатом, пересаживаемым с одного места на другое у одного и того же индивидуума, например пересадка нормальной кожи с одного места на обожженный участок тела того же человека. Трансплантат распознается как аутохтонный или аутологичный (собственный), и никакого иммунного ответа против него не возникает. Если при трансплантации не возникает технических трудностей, то трансплантат, как правило, выживает, или приживается на новом месте.
  • Изотрансплантат, или сингенный трансплантат, является клеточным, тканевым или органным трансплантатом, пересаживаемым между сингенными (генетически идентичными) донором и реципиентом. Примером может служить трансплантация почки от идентичного (гомозиготного) близнеца другому близнецу. Как и в случае с аутотрансплантатом, реципиент, который генетически идентичен донору по МНС и другим локусам, распознает донорскую ткань как «собственную», не развивая против нее иммунный ответ. Оба индивидуума (т.е. донор и реципиент) называются гистосовместимыми.
  • Аллотрансплантат является трансплантатом пересаживаемым другому индивидууму того же вида, отличающемуся по МНС. В связи с тем что среди представителей данного аутбредного вида имеется достаточно высокий уровень МНС-полиморфизма, такая аллогенная трансплантация заканчивается отторжением пересаженной чужеродной ткани. Донор и реципиент в этом случае являются негистосовместимыми или гистонесовместимыми.
  • Ксенотрансплантат является трансплантатом, пересаживаемым от донора одного вида реципиенту другого вида. Трансплантат распознается как чужеродный, и против него развивается иммунный ответ, который приводит к разрушению или отторжению трансплантата. Донор и реципиент также являются гистонесовместимыми.

Иммунные механизмы отторжения аллотрансплантата

Прямое свидетельство участия иммунного ответа в отторжении трансплантата можно получить в экспериментах, в которых кожа донора пересаживается генетически отличающемуся, но принадлежащему к тому же виду реципиенту, а именно в аллогенных парах. Кожа, пересаживаемая от мыши с черной шерстью на спину мыши с белой шерстью, отличающейся по МНС, сохраняет нормальный вид от 1 до 2 недель. Однако примерно через 2 недели кожный аллотрансплантат начинает отторгаться и полностью отделяется в течение нескольких дней. Этот процесс называется первичным отторжением.

Если после этого отторжения реципиенту пересаживают другой участок кожи от того же самого донора, то трансплантат отторгается в течение 6 — 8 дней. Это ускоренное отторжение называется вторичным отторжением. При этом кожа, пересаженная от другой мыши, отличающейся по МНС от первоначального донора, будет отторгаться с такой же скоростью, как и при самой первой трансплантации, что определяется как кинетика первого порядка. Таким образом, вторичное отторжение является проявлением специфической иммунологической памяти на антигены, экспрессируемые трансплантатом.

Участие CD4+- и СD8+-Т-клеток в реакции отторжения можно продемонстрировать при переносе этих клеток от индивидуума, сенсибилизированного к аллотрансплантату, сингенному реципиенту, не подвергавшемуся ранее сенсибилизирующим воздействиям. Если второму реципиенту аллотрансплантация будет проведена от того же донора, который был использован при сенсибилизации донора Т-лимфоцитов, разовьется отторжение по вторичному типу. Таким образом, установлено, что Т-клетки, активированные (примированные) при первичной пересадке, ответственны за ускоренное отторжение у второго реципиента. Однако в разрушении пересаженной ткани при вторичном отторжении могут также участвовать и антитела.

Помимо этого существуют и другие многочисленные свидетельства иммунологической природы отторжения трансплантата. Например, гистологическое исследование участка отторжения выявляет лимфоцитарную и моноцитарную клеточную инфильтрацию, напоминающую реакцию ГЗТ; в инфильтрате обнаруживаются и CD4+-, и СD8+-клетки, и (как видно далее) те и другие играют решающую роль в отторжении трансплантата.

У животных с недостаточностью Т-лимфоцитов (как, например, у атимических или «голых» мышей или у людей с синдромом Ди Джорджи) отторжения аллотрансплантатов или ксенотрансплантатов не наступает Процесс отторжения значительно замедляется или не возникает у лиц с подавленным иммунитетом. Было также показано, что у здоровых индивидуумов Т-клетки примируются, а циркулирующие в крови антитела индуцируются антигенами, экспрессируемыми алло- или ксенотрансплантатом.

Реакции на аллоантигены и отторжение аллотрансплантата

По клиническим симптомам отторжение трансплантата разделяют на три основные категории: сверхострое, острое и хроническое. Далее описаны реакции отторжения, какими они могли бы наблюдаться, например, при пересадке почки. Эти описания соответствуют проявлениям, наблюдающимся при отторжении других тканей.

Сверхострое отторжение

Сверхострое отторжение происходит в промежутке от нескольких минут до нескольких часов после трасплантации. Оно начинается в результате разрушения трансплантата так называемыми предсуществующими антителами к несовместимым антигенам МНС и в некоторых случаях к углеводородам, экспрессируемым на пересаженных тканях (например, на эндотелиальных клетках). Эти антитела существуют у реципиента еще до трансплантации. В некоторых случаях эти предсуществующие антитела вырабатываются в результате предшествующих трансплантаций, переливаний крови или беременностей.

Такие цитотоксические антитела активируют систему комплемента, после чего происходят активация и депонирование тромбоцитов, вызывающие отек и интерстициальное кровоизлияние, что приводит к уменьшению кровотока в ткани. В случаях сверхострого отторжения часто наблюдаются тромбоз с повреждением эндотелия и фибриноидный некроз. У пациента могут отмечаться лихорадка, лейкоцитоз и уменьшение или прекращение отделения мочи. В моче могут содержаться различные клеточные элементы, такие как эритроциты. В реакциях при сверхостром отторжении совсем не участвует клеточно-опосредованный иммунитет.

Острое отторжение

Острое отторжение наблюдается у реципиента, который до этого не был сенсибилизирован к трансплантату. Эта форма отторжения опосредуется Т-клетками и считается результатом непосредственного распознавания аллоантигенов, экспрессированных донорскими клетками. Это обычный тип отторжения, возникающий у индивидуумов при ошибке в подборе пересаживаемой ткани или недостаточности применяемой для предотвращения отторжения аллотрансплантата иммуносупрессивной терапии. Например, реакция острого отторжения может начаться через несколько дней после пересадки почки, что через 10—14 сут приводит к полной утрате почечной функции.


Острое отторжение почки сопровождается быстрым снижением ее функций. Для этого состояния характерны увеличение и болезненность пересаженной почки, повышение уровня креатинина в сыворотке крови, уменьшение выделения мочи, снижение почечного кровотока и наличие клеток крови и белка в моче. При гистологии в месте отторжения клеточно-опосредованный иммунитет проявляется в виде интенсивной лимфоцитарной и макрофагальной инфильтрации Реакция острого отторжения может быть уменьшена с помощью иммуносупрессивной терапии, например при использовании кортикостероидов, циклоспорина и других препаратов.

Хроническое отторжение

Хроническое отторжение, вызываемое как антителами, так и клеточно-опосредованным иммунитетом, развивается спустя месяцы или годы после того, как ткань аллотрансплантата прижилась и выполняет свою обычную функцию. При трансплантации почки хроническое отторжение проявляется как медленное прогрессирующее снижение функции почки.

Гистологически картина хронического отторжения характеризуется клеточно-опосредованными воспалительными повреждениями мелких артерий, утолщением базальной гломерулярной мембраны и интерстициальным фиброзом. Поскольку нарушение, вызванное иммунным воздействием, уже произошло, то применение иммуносупрессивной терапии на данном этапе бесполезно и для спасения трансплантата мало что может быть сделано.

Поскольку предшествующий пример касался трансплантации почки, важно отметить, что скорость, выраженность и механизмы, лежащие в основе отторжения, могут различаться в зависимости от пересаженной ткани и места, куда проведена трансплантация. Скорость отторжения определяют состояние кровоснабжения и оттока лимфы у реципиента, а также экспрессия антигенов МНС на трансплантате и некоторые другие факторы. Например, трансплантаты костного мозга и кожи более чувствительны к отторжению по сравнению с трансплантатами сердца, почек и печени.

Роль молекул МНС в отторжении аллотрансплантата

Антигены, вызывающие иммунный ответ, связанный с отторжением трансплантата, иногда называют трансплантационными антигенами или антигенами гистосовместимости. Действительно, МНС получил свое название в связи с его центральной ролью в отторжении трансплантата. Почему же эти молекулы являются главными антигенными мишенями для Т-клеток, полностью отвечающих за отторжение трансплантата? Для этого существуют по крайней мере две причины. Продуктами генов МНС являются поверхностные белки клетки. Все ядросодержащие клетки экспрессируют молекулы МНС 1 класса, в то время как молекулы II класса в норме экспрессируются только на субпопуляции гемопоэтических клеток и клетками стромы тимуса.

У других клеток экспрессию МНС II класса можно индуцировать при их контакте с провоспалительным цитокином IFNy. При трансплантации органа, когда донор и реципиент различаются по МНС (аллогенны). иммунный ответ будет направлен преимущественно против чужеродных антигенов МНС I класса, экспрессированных на клетках в пересаженной ткани. Более того, молекулы чужеродного МНС активируют огромное количество клонов Т-клеток реципиента.

Считается, что до 5 % всех клонов Т-клеток в организме могут быть активированы аллоантигеном — величина этого ответа гораздо большая, чем при других антигенных воздействиях. Комплекс, состоящий из чужеродных молекул МНС и закрепленных в них пептидов, перекрестно реагирует с рецепторами Т-клеток (TCR), экспрессируемых на Т-клетках различных клонов. Другие механизмы также вносят свою лепту в то, каким образом аллоантигены на трансплантате презентируются Т-клеткам реципиента.

Механизм распознавания аллоантигена Т-клетками

Специфичность Т-клеток в норме ограничена (рестриктирована) собственными МНС, аллельная специфичность которых представляется в тимусе при дифференцировке Т-клеток. Таким образом, контакт индивидуума с несобственными молекулами МНС, экспрессируемыми на трансплантате, представляет собой искусственно созданную, но клинически важную ситуацию.

Существуют два механизма распознавания аллоантигенов Т-клетками: прямой и непрямой. Когда Т-клетки вступают в контакт с чужеродными клетками, экспрессирующими «не свой» МНС (I или II класса), многие клоны «обманом» вовлекаются в активацию, поскольку их TCR связываются с презентируемым комплексом чужеродный МНС—пептид. Этот прямой механизм, вероятно, обусловлен распознаванием чужеродного МНС и прикрепленных пептидов донорского происхождения, которые создают структуру, обладающую функциональной перекрестной реактивностью с собственной комбинацией МНС—пептид, на которую эти клоны реагировали бы в норме.

Почему эти донорские клетки, экспрессирующие МНС, связываются с пептидами донорского происхождения? Молекулы МНС могут и, действительно, в норме связываются с собственными пептидами. Собственные белки обычно расщепляются внутри цитозольных органелл, называемых протеазомами, а пептиды доставляются в эндоплазматический ретикулум, где могут прикрепляться к молекулам МНС I класса. Считается, что в таких комплексах МНС — собственный пептид структуры молекул МНС стабилизируются, и при их экспрессии на поверхности клеток организма в норме каких-либо последствий не развивается, поскольку существует толерантность к аутопептидам.

Однако когда донорские клетки (действующие как антигенпрезентирующие клетки) презентируют такие пептиды Т-клеткам реципиента, они распознаются как чужеродные. Таким образом, эти Т-клетки реагируют непосредственно на донорские антигенпрезентирующие клетки (АПК), экспрессирующие аллогенный МНС в комбинации с пептидом. Кроме того, эти донорские АПК также обладают костимулирующим действием, необходимым для индукции второго сигнала, требующегося для активации Т-клеток. Известно, что основным источником пептидов донорского происхождения, презентируемых таким образом, являются минорные антигены гистосовместимости (минорные Н-антигены).

Минорные Н-антигены кодируются генами вне МНС. Отличия по полиморфным минорным Н-антигенам вызывают менее выраженные иммунные ответы по сравнению с отличиями в МНС. Минорные Н-антигены являются пептидами донорского происхождения, производными от полиморфных клеточных белков, презентируемых молекулами МНС I класса на трансплантате. Ответы на минорные Н-антигены обычно опосредуются СD8+-Т-клетками, поскольку эти антигены презентируются молекулами МНС I класса. Как указано в этой главе далее, минорные Н-антигены играют важную роль при трансплантации костного мозга и участвуют в описываемой далее реакции «трансплантат против хозяина» (РТПХ) в тех случаях, когда трансплантации проводятся с учетом совместимости по антигенам главного комплекса гистосовместимости HLA.

Второй механизм распознавания аллоантигенов Т-клетками (непрямой) происходит с участием АПК реципиента. Когда эти антигенпрезентирующие клетки встречают трансплантат, они захватывают аллоантигенные белки, процессируют эти молекулы, презентируют получившиеся пептиды на собственных (реципиента) молекулах МНС аллопептидспецифичным Т-клеткам и активируют их. Таким образом, аллоактивация Т-клеток реципиента может быть прямой — через распознавание чужеродных антигенов МНС, экспрессируемых донорскими клетками, или непрямой — через распознавание клеточных пептидов донорского происхождения (минорные Н-антигены), связанных с антигенами МНС, экспрессируемыми АПК реципиента (рис. 18.2).

imyn149.jpg
Рис. 18.2. Прямое и непрямое распознавание аллоантигенов в пересаженных органах и тканях

Доля участия этих двух механизмов в отторжении трансплантата неясна. Считается, что прямая аллоактивация важна при остром отторжении трансплантата. Следовательно, разрушение донорских клеток в этом случае прямо опосредуется Т-клетками. В отличие от этого непрямая аллоактивация Т-клеток вызывает ответ, также включающий активацию макрофагов, которые вызывают повреждение ткани и фиброз. Более того, такая активация ведет к развитию ответов со стороны цитотоксических аллоантител, которые также могут играть роль в разрушении трансплантатов.

Роль цитокинов в отторжении аллотрансплантата

Аллоактивация Т-клеток запускает иммунный ответ, стимулируя и CD4+-, и СD8+-клетки. В результате цитокины синтезируются в основном активированными клонами СD4+-Т-клеток, что приводит к активации аллореактивных цитотоксических Т-клеток. Наиболее важными цитокинами, вырабатываемыми во время этих ответов, являются: IL-2, IFNα, IFNβ, IFNγ, а также фактор некроза опухоли a (TNFα) и TNFβ. Интерлейкин-2 участвует в поддержке пролиферации Т-клеток, дифференцировке цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ) и способствует участию Тн1-клеток в реакциях ГЗТ, связанных с отторжением аллотрансплантата.

Интерферон-ү важен для активации макрофагов, мигрирующих к месту пересадки трансплантата и вызывающих повреждение ткани. Фактор некроза опухоли р является цитотоксическим по отношению к трансплантату. Более того, IFNα, IFNβ и IFNү, так же как TNFα и TNFβ, увеличивают экспрессию молекул МНС I класса, а IFNү дополнительно усиливает экспрессию молекул МНС II класса на клетках аллотрансплантата, что увеличивает эффективность распознавания антигена и усиливает отторжение трансплантата.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини
Похожие статьи
  • Гуморальный и клеточный иммунитет

    Существуют две ветви приобретенного иммунитета с разным составом участников и различным предназначением, но имеющие одну общую цель — устранение антигена. Как мы увидим в дальнейшем, эти две ветви взаимодействуют друг с другом, чтобы достичь конечной цели — устранения антигена.

    Иммунология и иммунитет
  • Врожденный и приобретенный иммунитет

    Английское слово «иммунитет», которым определяют все механизмы, используемые организмом для защиты от чужеродных агентов из окружающей среды, происходит от латинского термина «immunis», означающего «освобожденный». Эти агенты могут представлять собой микроорганизмы или их продукты, пищевые продукты,...

    Иммунология и иммунитет
показать еще