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.
Immune tolerance, also known as immunological tolerance or immunotolerance, refers to the immune system's state of unresponsiveness to substances or tissues that would otherwise trigger an immune response. It arises from prior exposure to a specific antigen and contrasts the immune system's conventional role in eliminating foreign antigens. Depending on the site of induction, tolerance is categorized as either central tolerance, occurring in the thymus and bone marrow, or peripheral tolerance, taking place in other tissues and lymph nodes. Although the mechanisms establishing central and peripheral tolerance differ, their outcomes are analogous, ensuring immune system modulation. Immune tolerance is important for normal physiology and homeostasis. Central tolerance is crucial for enabling the immune system to differentiate between self and non self antigens, thereby preventing autoimmunity. Peripheral tolerance plays a significant role in preventing excessive immune reactions to environmental agents, including allergens and gut microbiota. Deficiencies in either central or peripheral tolerance mechanisms can lead to autoimmune diseases, with conditions such as systemic lupus erythematosus, rheumatoid arthritis, type 1 diabetes, autoimmune polyendocrine syndrome type 1 (APS 1), and immunodysregulation polyendocrinopathy enteropathy X linked syndrome (IPEX) as examples. Furthermore, disruptions in immune tolerance are implicated in the development of asthma, atopy, and inflammatory bowel disease. Additionally, the induction of peripheral tolerance within the local microenvironment is a strategy employed by many cancers to avoid detection and destruction by the host's immune system.
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.
Dissolved antigens can be taken up by enterocytes. The antigens are then partially degraded in the lysosomes. The partially degraded antigens are presented on MHCII after lysosome merging with MHCII carrying endosomes. The MHCII carrying vesicles are released on the basolateral surface of the enterocytes. Here dendritic cells can interact with the presented antigens. Another pathway of soluble antigen transport occurs through goblet cells. Goblet cell associated antigen passages (GAP) transfer low molecular weight soluble antigens to CD103+ dendritic cells. CD103+ dendritic cells are associated with tolerance induction. CX3CR1+ macrophages extend in between enterocytes and directly take up antigens form the intestinal lumen. These macrophages are not capable of traveling to the mesenteric lymph nodes. They form gap junctions with CD103+ dendritic cells and transfer antigens to the dendritic cells.
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.