Введение

Состояние невосприимчивости иммунной системы Иммунная толерантность, также известная как иммунологическая толерантность или иммунотолерантность, относится к состоянию невосприимчивости иммунной системы к веществам или тканям, которые в противном случае вызвали бы иммунный ответ. Он возникает в результате предварительного воздействия определенного антигена и контрастирует с обычной ролью иммунной системы в устранении чужеродных антигенов. В зависимости от места индукции толерантность классифицируется как центральная толерантность, возникающая в тимусе и костном мозге, или периферическая толерантность, возникающая в других тканях и лимфатических узлах. Хотя механизмы установления центральной и периферической толерантности различны, их результаты аналогичны, обеспечивая модуляцию иммунной системы. Иммунная толерантность важна для нормальной физиологии и гомеостаза. Центральная толерантность имеет решающее значение для того, чтобы иммунная система могла различать между самостоятельными и несамостоятельными антигенами, тем самым предотвращая аутоиммунитет. Периферическая толерантность играет важную роль в предотвращении чрезмерных иммунных реакций на воздействующие на организм факторы окружающей среды, включая аллергены и микробиоту кишечника. Дефициты центрального или периферического механизмов толерантности могут привести к аутоиммунным заболеваниям, например, системному красным волчанку, ревматоидному артриту, диабету 1 типа, аутоиммунному полиэндокринному синдрому 1 типа (APS 1) и иммунодезрегулируемому полиэндокринному энтеропатическому синдрому X (IPEX). Кроме того, нарушения иммунной толерантности связаны с развитием астмы, атопии и воспалительных заболеваний кишечника. Кроме того, индукция периферической толерантности в пределах местной микросреды является стратегией, используемой многими видами рака, чтобы избежать обнаружения и уничтожения иммунной системой хозяина.

Исторический фон

Феномен иммунотолерантности был впервые описан Рэем Д. Оуэном в 1945 году, который отметил, что двуглавые близнецы, имеющие общую плаценту, также имеют стабильную смесь красных кровяных телец друг друга (хотя и не обязательно 50/50), и сохраняют эту смесь на протяжении всей жизни. Бернет и Медавар в конечном итоге были признаны за "открытие приобретенной иммунной толерантности" и получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1960 году. Толерантность не относится к изменению патогена, но может быть использована для описания изменений в физиологии хозяина. Иммунная толерантность также обычно не относится к искусственно индуцированной иммуносупрессии кортикостероидами, лимфотоксичными химиотерапевтическими средствами, сублетальным облучением и т. д. Он также не относится к другим типам нереактивности, таким как иммунологический паралич. В последних двух случаях физиология хозяина нарушена, но не изменилась в корне. Иммунная толерантность формально дифференцируется на центральную или периферическую; эти два метода категоризации иногда путают, но не являются эквивалентными: центральная или периферическая толерантность может присутствовать естественным образом или индуцироваться экспериментально. Это различие важно иметь в виду.

Центральная допустимая величина

Центральная толерантность относится к толерантности, установленной путем удаления автореактивных клонов лимфоцитов до того, как они превращаются в полностью иммунокомпетентные клетки. Он возникает во время развития лимфоцитов в тимусе и костном мозге для Т и В лимфоцитов соответственно. В этих тканях созревающие лимфоциты подвергаются воздействию самоантигенов, представленных медулярными эпителиальными клетками тимса и дендритными клетками тимса, или клетками костного мозга. Самоантигены присутствуют вследствие эндогенной экспрессии, импорта антигена из периферических участков через циркулирующую кровь, а в случае с тимоновыми стромальными клетками - экспрессии белков других нетимоновых тканей вследствие действия фактора транскрипции AIRE. Лимфоциты, имеющие рецепторы, которые сильно связываются с самоантигенами, удаляются путем индукции апоптоза аутореактивных клеток или индукции анергии, состояния бездействия. Слабо автореактивные В-клетки также могут оставаться в состоянии иммунологического невежества, когда они просто не реагируют на стимуляцию их рецептора В-клеток. Некоторые слабо самопознающие Т-клетки альтернативно дифференцируются в естественные регуляторные Т-клетки (nTreg-клетки), которые действуют как стражи на периферии, чтобы успокоить потенциальные случаи автореактивности Т-клеток (см. периферическую толерантность ниже). В-клетки также экспрессируют CD22, неспецифический ингибиторный рецептор, который подавляет активацию рецептора В-клетки. Существует также подмножество регуляторных клеток B, которые производят IL 10 и TGF β. Некоторые DC могут производить индолеамин-2,3 диоксигеназу (IDO), которая истощает аминокислоту триптофан, необходимую Т-клеткам для пролиферации, и, таким образом, снижает реакцию. DC также обладают способностью непосредственно вызывать аннергию в Т-клетках, которые распознают антиген, выраженный на высоких уровнях, и, таким образом, представленный DC в устойчивом состоянии. Кроме того, экспрессия FasL иммунными привилегированными тканями может привести к активированной гибели Т-клеток.

Микробиом

Кожа и пищеварительный тракт человека и многих других организмов колонизированы экосистемой микроорганизмов, называемой микробиомой. Хотя у млекопитающих существует ряд защитных механизмов, позволяющих держать микробиоту на безопасном расстоянии, включая постоянный отбор проб и представление микробных антигенов местными DC, большинство организмов не реагируют на комменсальные микроорганизмы и терпят их присутствие. Однако реакции возникают на патогенные микробы и микробы, которые нарушают физиологические барьеры (эпителиальные барьеры). Считается, что за это явление отвечает периферическая иммунная толерантность слизистой оболочки, в частности, опосредованная iTreg-клетками и клетками, представляющими толерогенный антиген. В частности, специализированные кишечные CD103+ DCs, которые производят как TGF β, так и ретиновую кислоту, эффективно способствуют дифференцировке iTreg клеток в лимфоидных тканях кишечника. Пероральная толерантность может развиться для предотвращения реакций гиперчувствительности к белкам пищи.

Механизмы пероральной переносимости пищевых антигенов

Растворимые антигены в просвете кишечника переносятся в дендритные клетки в ламине собственной. После получения антигена эти дендритные клетки мигрируют в мезентерические лимфатические узлы. Здесь они взаимодействуют с наивными Т-клетками и индуцируют дифференцировку в регуляторные Т-клетки. Новые дифференцированные регуляторные Т-клетки перемещаются в собственную оболочку, где подавляют иммунную реакцию против распознанных антигенов.

Антигенная презентация на дендритных клетках

Дендритные клетки играют важную роль в установлении пероральной толерантности к пищевым антигенам. Дендритные клетки в кишечнике не могут непосредственно отбирать антигены, поскольку они расположены за эпителиальной стеной. Существуют различные механизмы, при которых дендритные клетки вступают в контакт с пищевыми антигенами. Растворенные антигены могут быть приняты энтероцитами. Антигены затем частично деградируют в лизосомах. Частично деградированные антигены представлены на MHCII после слияния лизосом с эндосомами, несущими MHCII. Везикулы, несущие MHCII, высвобождаются на базалатеральной поверхности энтероцитов. Здесь дендритные клетки могут взаимодействовать с представленными антигенами. Другой путь транспортировки растворимого антигена проходит через клетки чаши. Прохождения антигена, связанные с клетками чашки (GAP), переносят низкомолекулярные растворимые антигены в дендритные клетки CD103+. Дэндритные клетки CD103+ связаны с индукцией толерантности. Макрофаги CX3CR1+ проходят между энтероцитами и непосредственно поглощают антигены из просвета кишечника. Эти макрофаги не способны перемещаться в мезентерические лимфатические узлы. Они образуют промежуточные соединения с дендритными клетками CD103+ и переносят антигены в дендритные клетки.

Регулирующие Т-клетки

После взаимодействия с антигенами дендритные клетки CD103+ перемещаются в мезентерические лимфатические узлы, где они взаимодействуют с популяцией Т-клеток. В мезентерических лимфатических узлах дендритные клетки CD103+ будут индуцировать дифференцировку популяции наивных Т-клеток в регуляторные Т-клетки Foxp3+ (iTregs). Важно отметить, что при воспалительных состояниях дендритные клетки CD103+ будут индукции Th1 клеток вместо. Местная микросреда определяет, действуют ли дендритные клетки CD103+ толерогенно или иммуногенно. Дифференциация в регуляторные Т- клетки зависит от TGFβ и ретиновой кислоты. Ретиновая кислота также программирует Т-клетки на то, чтобы они оставались в кишечной среде, индуцируя экспрессию CCR9 и α4β7. Стромальные клетки мезентерических лимфатических узлов также выделяют ретиновую кислоту и необходимы для локализации в кишечнике популяции Т-клеток мезентерических лимфатических узлов. Дифференцированные регуляторные Т-клетки впоследствии мигрируют в собственную оболочку, где они размножаются. Макрофаги CX3CR1+, присутствующие в этой среде, выделяют IL 10, который необходим для расширения популяции регуляторных Т-клеток. В собственной оболочке регуляторная популяция Т-клеток создает толерогенную среду для пищевых антигенов. Известно, что толерантность к пищевым антигенам носит системный характер. Механизм, устанавливающий эту системную толерантность, пока не полностью изучен.

Гиперчувствительность и переносимость перорально

Гипореактивность, вызванная пероральным воздействием, является системной и может в некоторых случаях уменьшить реакции гиперчувствительности. Записи с 1829 года показывают, что американские индейцы уменьшали бы контактную гиперчувствительность от ядовитого плюща, потребляя листья родственных видов Rhus; однако современные попытки использовать оральную толерантность для улучшения аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит и другие реакции гиперчувствительности, были смешанными. То же самое, вероятно, происходит с клетками, опосредующими иммунную толерантность слизистой. Аллергические и гиперчувствительные реакции в целом традиционно считаются ошибочными или чрезмерными реакциями иммунной системы, возможно, вследствие нарушения или слаборазвитого механизма периферической толерантности. Обычно Трег- клетки, ТР1- клетки и Т3- клетки на поверхностях слизистой подавляют вспомогательные клетки CD4 типа 2, мастоциты и эозинофилы, которые являются посредниками в аллергической реакции. Дефицит Трег-клеток или их локализация в слизистой оболочке связаны с астмой и атопическим дерматитом. Были предприняты попытки уменьшить реакции гиперчувствительности путем пероральной переносимости и другими способами повторного воздействия. Повторное введение аллергенов в медленно увеличивающихся дозах, подкожно или подязычно, кажется эффективным при аллергическом рините. Повторное применение антибиотиков, которые могут образовывать гаптены, вызывающие аллергические реакции, также может уменьшить аллергию на антибиотики у детей.

Микросреда опухоли

Иммунная толерантность является важным средством, с помощью которого растущие опухоли, которые мутировали белки и изменили экспрессию антигена, предотвращают устранение иммунной системой хозяина. Хорошо известно, что опухоли представляют собой сложную и динамичную популяцию клеток, состоящую из трансформированных клеток, а также стромальных клеток, кровеносных сосудов, тканевых макрофагов и других иммунных инфильтратов. Эти клетки и их взаимодействие способствуют изменению микросреды опухоли, которую опухоль в значительной степени манипулирует, чтобы быть иммунотолерантной, чтобы избежать устранения. Существует накопление метаболических ферментов, подавляющих пролиферацию и активацию Т- клеток, включая IDO и аргиназу, и высокая экспрессия лигандов, индуцирующих толерантность, таких как FasL, PD 1, CTLA 4 и B7. Было также установлено, что опухолевые везикулы, известные как экзосомы, способствуют дифференцировке iTreg-клеток и миелоидных супрессорных клеток (MDSC), которые также вызывают периферическую толерантность. В дополнение к стимулированию иммунной толерантности, другие аспекты микросреды помогают иммуноубежению и индукции опухоли, способствующей воспалению.

Эволюция

Хотя точная эволюционная логика развития иммунологической толерантности не полностью известна, считается, что она позволяет организмам адаптироваться к антигенным стимулам, которые будут постоянно присутствовать, вместо того, чтобы тратить значительные ресурсы на борьбу с ней неоднократно. Толерантность в целом может рассматриваться как альтернативная стратегия обороны, которая фокусируется на минимизации воздействия захватчика на физическую форму хозяина, а не на уничтожении и устранении захватчика. Такие усилия могут иметь запретительные издержки на здоровье хозяина. У растений, где эта концепция была первоначально использована, толерантность определяется как норма реакции пригодности хозяина в диапазоне паразитарных нагрузок и может быть измерена с наклона линии, соответствующей этим данным. Иммунная толерантность может быть одним из аспектов этой стратегии защиты, хотя были описаны и другие типы тканевой толерантности. Инъекция Трег-клеток, специфичных для опухолевого антигена, также может обратить вспять экспериментально опосредованный отторжение опухоли на основе того же антигена. Предыдущее существование механизмов иммунной толерантности из-за отбора для его преимуществ в области физической подготовки облегчает его использование при росте опухоли.

Компромиссы между иммунной толерантностью и резистентностью

Иммунная толерантность контрастирует с резистентностью. При воздействии чужеродного антигена либо антиген устраняется стандартным иммунным ответом (резистентностью), либо иммунная система адаптируется к возбудителю, вместо этого способствуя иммунной толерантности. Резистентность обычно защищает хозяина за счет паразита, в то время как толерантность уменьшает вред хозяину, не оказывая прямого негативного воздействия на паразита. Пациенты с аутоиммунными заболеваниями также часто имеют уникальную генетическую подпись и определенные факторы риска окружающей среды, которые предрасполагают их к заболеванию. Это может иметь значение для текущих усилий по выявлению причин, по которым некоторые люди могут быть склонны к аутоиммунным заболеваниям, аллергии, воспалительным заболеваниям кишечника и другим подобным заболеваниям или защищены от них.