Раздел медицины:
Аллергология и иммунология

Иммунология: трансплантация

6090 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
показать еще
 
Категории