Клінічна імунологія для практичних лікарів

2. Нервова система здатна контролювати секрецію деяких гормонів різної хімічної природи (кортикостероїдів, пептидних гормонів гіпоталамуса і гіпофіза, таких як тироксину, адреналіну, дофаміну тощо).

3. Лімфоцити, клітини глії (астроцити) та мікроглії на своїй поверхні експресують рецептори для деяких гормонів, медіаторів, нейропептидів, в т.ч. для стеродів, катехоламінів, енкефалінів, ендорфінів, цитокінів тощо.

Нервова та імунна системи мають спільні риси щодо свого функціонування:

· Мозок та імунна система здатні розпізнавати і запам'ятовувати певний об'єкт, тобто це системи, які володіють пам'яттю.

· Зв'язок між імунною та нервовою системами здійснюється за допомогою розчинних медіаторів.

· На поверхні лімфоцитів наявні рецептори для нейромедіаторів (ацетилхоліну, дофаміну, енкафалінів, ендорфінів тощо).

· Кількість клітин, які функціонують у кожній системі майже однакова і складає 10¹².

До центральних органів регуляції відноситься гіпоталамус, який дає початок складному еферентному шляху передачі центральних нейрорегуляторних впливів на імунокомпетентні клітини, на яких експресовані відповідні рецептори до нейротрансмітерів, нейропептидів, гормонів ендокринних залоз тощо. Принципово важливими стали роботи щодо вивчення нейротропної активності цитокінів. Було доведено що IL-1, IL-2, IFN-г, TNF-б здатні приймати участь в регуляції функції ЦНС. Пептидні нейроімунні ліганди мають спільні для обидвох систем рецептори. Так, імунокомпетентні клітини синтезують нейропептиди, а клітини нейроендокринної системи продукують лімфокіни й монокіни. На основі цього можна стверджувати, що ці три системи володіють і використовують однаковий набір сигнальних молекул у вигляді фізіологічно активних субстанцій - цитокінів для внутрішнього системного й міжсистемного зв'язку. Окрім цього, вони володіють однаковим спектром рецепторів для загальних лігандів.

Гіпофіз здатний синтезувати різні регуляторні пептидні гормони: адренокортикотропний (АКТГ), тиреотропний (ТТГ), соматотропний (СТГ), аргінін-вазопресин, окситоцин, нейрофізін, пролактин, вазоактивний інтестинальний поліпептид. Моноцити, лімфоцити, селезінкові макрофаги також продукують або стимулюють утворення АКТГ, ендорфінів, г-меланостимулюючих гормонів, коритикотропноподібного пептиду; у кістковому мозку синтезується мет-енкефалін, в-ендорфін; у тимусі - лей- і мет-енкефаліни, в-ендорфін; плазматичні клітини слизової ШКК синтезують - в-ендорфіни; Т-лімфоцити - енкефаліни і СТГ; гранулоцити - вазоактивний інтестинальний поліпептид.

Виявилося, що вираженими ендокриноподібними властивостями володіють деякі цитокіни. Наприклад, б- і в-IFN індукують синтез кортикостероїдів подібно до АКТГ; механізм синтезу меланіну подібний до синтезу меланотропіну; збільшення зв'язування йоду з клітинами щитоподібної залози подібний до тироксину; пригнічення активності інсуліну подібно до впливу глюкагону, а також збуджують активність нейронів. IL-1 через гіпоталамус модулює секрецію ендорфінів, регулює в крові рівень АКТГ, кортикостерону, глюкози; IL-2 стимулює проліферацію і диференціацію олігодендроцитів, збуджуює активність нейронів гіпоталамусу, регулює експресію генів на клітинах гіпофіза, збільшуює рівень АКТГ і кортизону в крові; б-ТNF - збільшує поріг чутливості на біль і пригнічує локомоторну активність. У клітинах ЦНС утворюються інтерферони, інтерлейкіни, фактор некрозу пухлин, тимічні пептиди.

Процес імуногенезу супроводжується перебудовою або змінами наступних гормонів: альдостерону, глюкокортикоїдів, тестостерону, АКТГ, тироксину, пролактину тощо.

Найчастіше при антигенній стимуляції змінюється рівень кортикостероїдів (вже через 30-60 хвилин). Реалізація глюкокортикоїдних реакцій на антигенну стимуляцію відбувається за участю гіпоталамо-гіпофізарного комплексу. Підвищення рівня глюкокортикоїдів у крові впливають на імунну відповідь шляхом посилення виходу нейтрофілів з кісткового мозку, зниження числа циркулюючих макрофагів, депонування Т-лімфоцитів у кістковому мозку, зміна продукції IL-1, IL-2, IFN-г, підвищення синтезу IgG та IgM.

Завдяки відкриттю рецепторів до нейромодуляторів на мембранах імунокомпетентних клітин були встановлені механізми щодо сприймання цими клітинами змін, які відбуваються в процесі взаємодії між нервовою та імунною системами. Серед нейропептидів, які безпосередньо працюють у нервовій системі, важливу роль у регуляції імунної системи відіграють енкефаліни. На основі проведених досліджень було показано, що після стимуляції рецепторів до мет-енкефаліну на Т-лімфоцитах селезінки, підвищується активність натуральних кілерів та продукція IL-2. Опіоїдні пептиди (ендорфін, мет-енкефалін, морфін) стимулюють активність гранулоцитів до фагоцитозу, натуральних кілерних клітин, пригнічують активність адгезивних молекул. Вивчена роль в імунних процесах таких пептидних регуляторів, як субстанція Р та соматостатин. Показано, що субстанція Р стимулює проліферацію та диференціацію клітин лімфоїдної тканини та секрецію ними цитокінів, в т.ч. протипухлинних цитокінів. Т- і В-лімфоцити володіють рецепторами до субстанції Р. Соматостатин пригнічує вивільнення з базофілів і мастоцитів (тучних клітин) біологічно-активних речовин, знижує активність Т-лімфоцитів.

На основі проведених досліджень було встановлено, що АКТГ, глюкокортикоїди, андрогени, естрогени, прогестерон, паратгормон пригнічують активність імунної системи; окситоцин і вазопресин; тироксин, кальцитонін, мелатонін та інсулін - стимулюють синтез антитіл та фагоцитоз.

Регуляція імунних процесів у центральній нервовій системі

Головний мозок ізольований від імунної системи та відноситься до так званих «забар'єрних» органів, до антигенів яких за нормальних умов неможливе формування імунної відповіді. Це пов'язано з наступними факторами: відсутністю лімфатичного дренування мозку та низьким рівнем експресії молекул HLA на клітинах мозку; наявність гематоенцефалітичного бар'єру. Всі ці фактори, а особливо наявність чіткого анатомічного поділу між імунною системою та нервовою тканиною дають основу вважати ЦНС імунологічно привілегійованим органом. Незважаючи на те, що в ЦНС відсутні або майже відсутні дендритні клітини, Т- і В-лімфоцити, в цій системі можливий розвиток імунної відповіді. Це пов'язано з наступними умовами:

1) ЦНС має розвинену фагоцитарну систему в вигляді гліальних клітин, які здатні при активації синтезувати цитокіни;

2) активовані Т-лімфоцити здатні проникати через гематоенцефалітичний бар'єр, забезпечуючи в ЦНС імунологічний нагляд.

Таким чином, формування імунологічної відповіді забезпечується наявністю антигену, антигенпрезентуючих клітин (АПК), Т- і В-лімфоцитів, цитокінів. Однак, необхідно пам'ятати, що формування будь-якого типу імунологічної відповіді в ЦНС відноситься до небажаного явища і призводить до розвитку патологічного процесу.

«Пальма першості» регуляторного впливу на імунологічні процеси в організмі належить цитокінам. Основними цитокінпродукуючими клітинами нервової системи є гліальні клітини. Клітини мікроглії продукують наступні протизапальні цитокіни - IL-10, TGF-в; прозапальні цитокіни - IL-1, IL-6, TNF-б, INF-г, при активації клітин мікроглії відбувається синтез IL-12. IL-10 здатний пригнічувати експресію молекул HLA та антигенпрезентуючу функцію клітин мікроглії; TGF-в - пригнічує проліферацію Т-лімфоцитів і гліальних клітин, знижує біосинтез молекул міжклітинної адгезії (ІСАМ). На основі проведеного аналізу цитокінової взаємодії в нервовій тканині можна зробити висновок, що клітини мікроглії більшою мірою виявляють імуносупресивний вплив порівняно з прозапальними ефектами, що допомагає зрозуміти і охарактеризувати патогенез низки хвороб ЦНС. Існують дані, які свідчать про провідну роль у нейроімуномодуляції печінкових макрофагів (купферовський клітин), як джерела цитокінів.

Механізми взаємодії між імунною та нервовою системами без участі цитокінів:

1. Трансляція гуморальних сигналів периферичної нервової системи в нервову тканину та активація центральної нервової системи через блукаючий нерв і ноціцептивні волокна в складі симпатичних нервових закінчень. Результатом реалізації цього механізму є порушення інервації (наприклад, при застосуванні адреноблокаторів), що веде до розвитку тканинно- та органоспецифічних пошкоджень.

2. Регуляція імунної системи через гіпоталамо-гпофізарно-наднирникову вісь проявляється максимальною продукцією антитіл на тлі підвищення концентрації кортизолу, в результаті чого збільшується синтез норепінефрілу та активізація нейронів, які містять кортикотропінрилізінг-фактор.

Основні біологічні ефекти цитокінів не обмежуються тільки участю в регуляції імунних процесів. Цитокіни мають здатність потужно впливати на поведінку, пам'ять, нейроендокринні взаємодії, регуляцію циркоїдних ритмів, температуру тіла тощо. Ефекти регуляторних цитокінів, які продукуються астроцитами і клітинами мікроглії подані в таблиці 1.

Таблиця 1

Ефекти регуляторних цитокінів, які продукуються астроцитами і клітинами мікроглії

Антигенпрезентуючі клітини нервової тканини

Нервова тканина відносно бідна на антигенпрезентуючі клітини (АПК), однак дендритні клітини, макрофагоподібні астроцити і мікрогліальні клітини, олігодендроцити і ендотеліоцити капілярів головного мозку, які експресують молекули HLA системи, здатні попадати в нервову тканину в великій кількості. При порушенні гематоенцефалітичного бар'єру мієлоїдні дендритні клітини (CD4, CD11c, CD123) з'являються в мозку і спинномозковій рідині, мігруючи з периферичної крові. У нервовій тканині вони локалізуються в периваскулярних просторах і, ймовірно, відіграють центральну роль в індукції Т-хелперів 1 типу (Тh1) завдяки продукції IL-12. На думку дослідників, ці клітини підтримують у нервовій тканині хронічне запалення за типом сповільненої гіперчутливості.

Доведено, що астроцити та ендотеліоцити капілярів головного мозку, окрім антигенпрезентуючої функції формують гематоенцефалітичний бар'єр. Астроцити знижують цитотоксичні ефекти Т-лімфоцитів, секретують цитокіни, нейроспецифічні та нейротропні біологічно активні речовини, серед яких фактор росту глії (GDGF), фактор росту нервів (NGF), гліальний і мозковий нейротрофічний фактори (GDNF і BDNF), фактор росту фібробластів (FGF), інсуліноподібний фактор росту-1 (IGF-1), циліарний нейротропний фактор (CNTF). Всі ці речовини скеровані на стабілізацію основних параметрів гомеостазу нервової тканини, приймають участь у процесах її регенерації, демаркації, локалізації патологічного процесу; контролюють утворення нейротоксинів та специфічних речовин, які приймають участь у передачі клітинних сигналів. Незважаючи на те, що астроцити експресують молекули HLA системи, вони нездатні експресувати ко-стимулюючі білки CD80 і CD86. Цей факт вказує на те, що астроцити не можна вважати повноцінними антигенпрезентуючими клітини. Окрім цього, активовані астроцити здатні пригнічувати імунну відповідь через їхній вплив на CD4⁺-лімфоцити, які після взаємодії з астроцитами переходять у стан анергії або апоптозу.

До справжніх макрофагоподібних клітин нервової системи відносяться клітини мікроглії - мононуклеарні фагоцити кістково-мозкового походження, які відповідно до локалізації поділяють на периваскулярні та паренхіматозні. Ці клітини здатні експресувати на своїй поверхні майже всі антигени, які специфічні для периферичних АПК, в т.ч. антигени HLA І і ІІ класів, рецептори для комплементу; антигени Т- і В-лімфоцитів; синтезують широкий спектр цитокінів. Для стимуляції проліферації Т-лімфоцитів у нервововій тканині необхідна взаємодія ко-стимулюючих антигенів АПК CD80 (B7-1), CD86 (B7-2), CD40 з відповідними молекулами CD28, CD152, CD154.

Транспорт лімфоцитів у мозок

Відомо, що мозок захищений від контакту з імунокомпетентними клітинами складним морфофункціональним утвором - гематоенцефалітичним бар'єром (ГЕБ). ГЕБ - двошарова п'ятимембранна клітинна структура, яка складається з ендотеліоцитів капілярів головного мозку, з'єднаних між собою щільними міжклітинними контактами складної молекулярної структури; базальної мембрани; серицитів; периваскулярної мікроглії; олігодендроглії і астроцитів.

Активовані Т-лімфоцити можуть проникати через ГЕБ, проходячи три послідовні стадії:

1) молекули адгезії (селектини) ендотеліоцитів контактують з Т-лімфоцитами, в результаті чого відбувається «ролінг» останніх по мембрані ендотеліоцитів;

2) рецептори лімфоцитів (CD11, CD18, CD40) міцно зв'язуються з рецепторами ендотеліоцитів сімейства ICAM, VCAM, VLA-4 ;

3) Т-лімфоцити, макрофаги, ендотеліоцити і АПК нервової системи продукують високі дози прозапальних цитокінів, металопротеаз, які розширяють і розрихляють міжендотеліальнні щільні контакти і зумовлюють пенетрацію лімфоцитів через ГЕБ.

Лімфоцити, які проникли через ГЕБ, мігрують тільки в периваскулярні зони, а не далі в нервову тканину і стають потужним джерелом синтезу цитокінів і хемокінів, які підвищують проникливість ГЕБ і формують запальний процес. Хемоаттрактантний ефект підтримується хемокінами двох груп: 1) б-хемокінами (IL-8, Mig, GCP-2, IP-10 тощо), які забезпечують хемотаксис нейтрофілів і Т-лімфоцитів; 2) в-хемокінами (MCP-1, MIP, RANTES тощо), які забезпечують хемотаксис моноцитів, базофілів і еозинофілів.

Вплив медіаторів та імунокомпетентних клітин на функцію периферичної нервової системи

Місцева дія цитокінів. Аналіз даних щодо застосування цитокінів та інтерферонів для лікування різних хвороб вказує на можливий їх вплив на психічний стан хворого. Загалом, цитокіни сприяють сонливості, підвищенню температури тіла, зниженню чи втраті чутливості, розвитку психічних порушень.

Цитокіни, які безпосередньо впливають на роботу мозку, можуть мати двояке походження:

1. Цитокіни походять з лімфоїдних органів і потрапляють у мозок через гематоенцефалітичний барґєр, пропускний контроль якого знижується під впливом високого рівня IL-1 та TNF-б. Цитокіни можуть впливати на мозок і опосередковано через активацію ендотеліоцитів судин мозку, з наступною продукцією оксиду азоту, простагландинів тощо. Периферичний синтез цитокінів одночасно може активувати транскрипцію генів, які регулюють експресію цитокінів в мозку.

2. Цитокіни можуть синтезуватися нервовими клітинами мозку (нейронами, астроцитами, олігодендроцитами та клітинами мікроглії), на яких часто експресовані рецептори для цитокінів, хоча інтенсивність їх експресії значно уступає їх експресії на клітинах лімфоїдних органів.

Вважається, що цитокіни нервової тканини можуть виконувати комплексну роль щодо розвитку патологічного вогнища, формування імунної відповіді на збудники інфекційних хвороб, ішемію або інші ушкодження мозку. Найбільш вивчений вплив прозапальних цитокінів.

Біологічні ефекти впливу гуморальних та клітинних факторів імунної системи на нервову тканину

Існує два незалежних механізми впливу антитіл на клітини нервової тканини: 1) комплементзалежний - базується на проникненні антитіл через гематоенцефалітичний бар'єр, їх взаємодії з антигенами нервових клітин при участі компонентів комплементу з наступним руйнуванням (лізисом) останніх; 2) комплементнезалежний - фіксація антитіл на антигенних структурах клітин нервової тканини з наступною дезінтеграцією функцій як окремих нейронів, так і ЦНС загалом.

Антигенспецифічні CD8⁺-лімфоцити здійснюють основний цитолітичний контроль у нервовій тканині, скерований на елімінацію «хворих» нейронів та приймають участь у формуванні патологічних процесів, в основі яких лежить їх специфічне пошкодження. Молекули HLA І класу, які експресовані на нейронах і олігодендроцитах, взаємодіють з Т-клітинним рецептором Т-цитотоксичних лімфоцитів, у процесі чого можливе Ca^2+-залежне вивільнення з лімфоцита перфоринів і гранзимів, які викликають перфорацію мембрани нейронів та олігодендроцитів з фрагментацією їх ДНК. Клітини мікроглії та астроцити синтезують TNF-б, який ініціює механізми апоптозу нейронів і олігодендорицитів. Цитолітична активність гліальних клітин зв'язана з цитокіновою активацією IL-2, IL-15, IP-10, ІFN-г, TNF-б.

Мозок посилає сигнали до лімфатичних органів двома шляхами: 1) через анатомічну нервову систему; 2) через вісь гіпоталамус-гіпофіз-наднирники. Імунокомпетентні клітини, реагуючи на сигнали від нервової системи, можуть впливати на функціонування мозку, стимулюючи його залежність від синтезованих ними цитокінів та нейромедіаторів.

Лімфатичні органи інервуються нервовими закінченнями (норадренергічними, холінергічними та пептидергічними). Найчастіше це норадренергічні закінчення. Вони інервують центральні та периферичні лімфатичні органи. Нервові закінчення можуть утворювати щільні зґєднання з лімфоцитами та макрофагами, котрі нагадують синапси (щілина між ними не перевищує 10 нм). У той же час на лімфоцитах та макрофагах наявні адренергічні рецептори (1, 2 і в2), пептидергічні та опіоїдні. Серед адренергічних рецепторів найкраще вивчена найчисельніша група в2-адренергічних рецепторів. Норадреналін, звязуючись з цими рецепторами, сприяє збільшенню рівня циклічного нуклеотиду АМР (цАМФ) у клітині з наступною активізацією каскаду кіназ.

До біохімічних механізмів, які зумовлюють єдність нервової, ендокринної та імунної систем, належать циклічні нуклеотиди - цАМФ-цГМФ - головні посередники (месенджери) передачі сигналів між цими системами. Відомо, що 3'5'-АМФ гальмуює фагоцитоз нейтрофілів, проліферацію і диференціацію лімфоцитів, формування клітинного і гуморального імунітету і, навпаки, 3'5' ГМФ - стимулює ці процеси. З іншого боку, виявлений зв'язок циклічних нуклеотидів з ендокринною системою. Так, гормони передньої долі гіпофізу (АКТГ, СТГ, лютеїнізуючий) сприяють підвищенню активності аденілатциклази і нагромадженю цАМФ у корі наднирників, щитоподібній залозі, яйниках. Дія гормонів задньої і середньої долей гіпофізу (вазопресин, окситоцин, меланостимулюючий гормон) опосередкована через цГМФ. Гормони паращитоподібних залоз (паратгормон, кальцитонін) змінюють вміст цАМФ у клітинах.

Безпосереднім ефектом дії норадреналіну на Т-лімфоцити є гальмування їх проліферації у відповідь на мітоген або антитіла анти-CD3 та супресія синтезу IL-2 та IFN-г. Акумуляція цАМФ є також зв'язана із збільшеною продукцією IL-4, IL-5, IL-6 та IL-10, що вказує на активацію адренергічними рецепторами Тh2. Макрофаги відповідають на стимуляцію в-адренегічних чи опіоїдних рецепторів зниженням синтезу IL-6. Відповідь В-лімфоцитів є дуже диференційованою. Стимуляція в2-адренорецепторів гальмує проліферацію В-лімфоцитів, індуковану LPS або анти-імуноглобуліновими антитілами, однак підтримує проліферацію цих клітин на мітоген лаконоса та іономіцин.

У периферичних лімфатичних органах норадреналін підтримує первинну гуморальну імунну відповідь. Доведено, що норадреналін гальмує активацію комплементу.

У лімфатичній тканині, яка асоційована з шлунково-кишковим каналом (GALT), відмічається безпосередня взаємодія нервових закінчень і тучних клітин. Сигнал, який проходить нервовою дорогою, є достатнім для дегрануляції тучних клітин. Якщо такі асоціації наявні в інших органах (а все про це свідчить), то це пояснює механізм розвитку приступу ядухи в хворого на бронхіальну астму, причинним алергеном якого є пилок польових квітів, коли він бачить штучний букет.

Пептидергічні волокна присутні в кістковому мозку, тимусі, селезінці, лімфатичних вузлах та лімфоїдній тканині, асоційованій з слизовими оболонками (MALT). Вони можуть містити соматостатин, субстанцію Р, нейропептид Y, пептид, генетично пов'язаний з кальцитоніном (calcitonin-gene-related peptide - CGRP), а також вазоактивний кишечний пептид (vasoactive intestinal polypeptide - VIP). Перших чотири можуть самостійно індукувати синтез цитокінів Т-лімфоцитами. Існує припущення, що нейропептиди можуть самостійно перетворювати фенотип Тh1 в Тh2. Соматостатин в слизовій шлунково-кишкового каналу, діючи через свій рецептор, гальмує синтез прозапальних цитокінів (TNF, IL-1) та ІL-8. Нейромедіатори також можуть впливати на інші функції лімфоцитів. Соматостатин, нейропептид Y та CGRP можуть посилювати адгезію до фібронектину, головної складової частини зовнішнього матриксу клітини, через інтегрин в1, що приводить до міграції лімфоцитів у місця формування запальної реакції. Натомість, субстанція Р може через взаємодію з нейрокініновими рецепторами, які присутні на лімфоцитах, гальмувати звґязуваня фібронектину. На основі цього можна зробити висновок, що різні нейромедіатори мають різноспрямовану дію на лімфоцити.

Активність нервових закінчень може регулюватися лімфоцитами або макрофагами. Виявилося, що цитокіни (наприклад, IL-1, IL-2, IL-6, TNF-б) можуть гальмувати виділення норадреналіну. Лімфоцити та макрофаги також можуть впливати на його продукцію, синтезуючи кортикотропін (AКТГ), ацетилхолін та опіоїди. Крім цього, існує інший механізм зворотньої передачі сигналів через імунну систему, а саме - через аферентні закінчення в периферичних лімфатичних органах, які мають не тільки рецептори для нейромедіаторів, але і для цитокінів.

Роль опіоїдів

Окрім перелічених нейротрансміттерів, на активність імунних клітин впливають також опіоїди. Мет-енкефалін стимулює вивільнення прозапальних цитокінів, а також проліферацію Т- і В-лімфоцитів. Леу-енкефалін збільшує чисельність цитотоксичних клітин. Лімфоцити, які концентруються у вогнищі запалення, виділяють ендогенні опіоїди, в основному в-ендорфін, які нівелюють біль, викликаний прозапальними факторами. Прекурсором в-ендорфіну є мРНК для проопіомеланокортину (РОМС), яка також експресується на макрофагах. Інший прекурсорний білок - проенкефалін присутній в Т- і В-лімфоцитах. До факторів, які сприяють вивільненню в-ендорфіну (ендогенний протибольовий фактор), є IL-1в та кортиколіберин (corticotropine releasing hormone - CRH).

Імунна система несподівано виявилась першою лінією оборони організму в боротьбі з болем. У людей рівень в-ендорфіну зменшується при деяких автоімунних хворобах, наприклад, при ревматоїдному артриті, множинному склерозі та хворобі Крона.

Взаємодія імунної системи з ендокринною системою

Імунна система реагує на всі зміни гомеостазу. На імунокомпетентних клітинах експресовані рецептори для гормонів, які синтезуються залозами внутрішньої секреції. Вплив деяких гормонів на ці клітини проілюстрований в таблиці 2.

Таблиця 2

Дія певних гормонів на імунокомпетентні клітини

Пролактин виділяється під впливом стресу, відноситься до антагоністів глюкокортикостероїдів, які є імуносупресантами. Під час вагітності пролактин відіграє дуже важливу роль у плаценті, активучи в ній NК-клітини, які відіграють охоронну роль відносно плоду, стимулює лімфоцити та макрофаги до синтезу цитокінів та факторів росту, необхідних для підтримки вагітності (M-CSF, GM-CSF, TGF-в, IL-1).

Мелатонін - гормон, який синтезується епіфізом та відповідає за добовий цикл. Має протипухлинну функцію. Мелатонін може нівелювати деякі токсичні дії хіміо- та імуносупресивної терапії (індукує відновлення кісткового мозку після хіміотерапії). У мишей запобігає септичному шоку (після дачі LPS). Мелатонін діє на лімфоцити посередньо та безпосередньо, підвищуючи рівень пролактину.

Як було відзначено вище, імунокомпетентні клітини здатні до синтезу гормонів. Їх перелік поданий в таблиці 3.

Таблиця 3

Гормони, котрі синтезуються імунокомпетентними клітинами

Синтез гормонів лімфоцитами та макрофагами має важливе значення щодо взаємодії двох систем, забезпечуючи регуляторну функцію на авто- і паракринному рівні. Наприклад, спонтанний синтез лімфоцитами в культурі клітин гормону росту СТГ приводить до гальмування проліферації клітин. Це переконливо доказує роль гормону росту як автокринного фактору щодо росту лімфоцитів. Подібним фактором є й пролактин. Блокування його синтезу гальмує проліферацію лімфоцитів, яка індукована IL-2. Прикладом паракринної активності може бути посилення функцій NК-клітин під впливом кортиколіберину.

Регуляція синтезу гормонів імунокомпетентними клітинами

Більшість гормонів, які синтезуються лімфоцитами - це гіпофізарні гормони. За біохімічною структурою вони не відрізняються від “оригінальних” гормонів, однак механізм їх синтезу є іншим. Імунокомпетентні клітин не здатні до внутрішньоклітинного депонування гормонів. Синтезовані ними гормони швидко виділяються назовні, а їх кількість є незначною. Ці клітини синтезують гормони під впливом антигенів та мітогенів. У зв'язку з тим, що потреба організму в цих гормонах є постійною і високою, гормонпродукуючі імунокомпетентні клітини нездатні виконувати роль гіпофізу протягом тривалого часу.

До основного завдання імунної системи відноситься захист організму від різних мікроорганізмів та паразитів. Неконтрольоване посилення захисних реакцій може привести до формування імунопатологічних порушень, наприклад, розвитку автоімунних хвороб. Синтез глюкокортикостероїдів контролюється віссю гіпоталамус-гіпофіз-наднирники і є основним механізмом, який обмежує формування реакції гіперреактивності імунної системи. Імуносупресивний вплив гормонів кори наднирників запобігає небажаній ескалації активності імунної відповіді. Механізми впливу глюкокортикостероїдів на імунокомпетентні клітини подані в таблиці 4.

Таблиця 4

Механізми впливу глюкокортикостероїдів на імунокомпетентні клітини

Варто звернути увагу на два парадоксально протилежні види впливу глюкокортикостероїдів - з одного боку вони гальмують експресію цитокінів на транскрипційному і постранскрипційному рівнях, з іншого боку - ці гормони підсилюють експресію рецепторів для цих цитокінів.

Вище наведена вісь відноситься до базових механізмів відповіді організму на стрес. Під час формування такої відповіді певні центри в корі мозку посилають сигнали до гіпоталамусу, що викликає виділення кортиколіберину. Після цього, гіпофіз та наднирники виділяють гормони кори наднирників, які впливають на процеси метаболізму і гальмують синтез кортиколіберину (негативний зворотній звязок). Під час імунної відповіді відбувається синтез великої гами цитокінів, в т.ч. IL-1 та IL-6. Інтерлейкіни можуть безпосередньо впливати на гіпоталамус і гіпофіз, викликаючи виділення кортиколіберину та адренокортикотропного гормону (АКТГ), які блискавично підвищують рівень глюкокортикостероїдів в крові та сприяють гальмуванню імунної реакції.

Окрім вище описаного механізму контролю секреції АКТГ, існує добовий ритм його контролю, який здійснює мелатонін, що продукується епіфізом. Максимальна концентрація АКТГ у плазмі крові протягом доби спостерігається о 6-8 год. ранку, мінімальна - опівночі. Зміна режиму сну, харчування, впливу світла/темноти, тривалості фізичних і психічних стресових чинників, органічні хвороби ЦНС, приймання антисеротонінових препаратів тощо приводять до порушення нормального добового ритму секреції мелатоніну, АКТГ і кортизолу та формування генералізованого адаптаційного синдрому.

Зворотній зв'язок гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи реалізується через два типи рецепторів: мінералокортикоїдні й глюкокортикоїдні. Доведено, що перша фаза відповіді на стрес реалізується через мінералокортикоїдні рецептори. Глюкокортикоїдні рецептори відіграють важливу роль у розвитку довготривалої пам'яті, а мінералокортикоїдні рецептори регулюють поведінкові реакції в нових умовах. Це свідчить про те, що для адаптації до стресу необхідна узгоджена робота гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи і гіпокампу.

Окрім зміни функціонування гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи, при стресі також активізується обмін катехоламінів. Типовим для розвитку психоемоційного стресу є швидке підвищення рівня адреналіну, що приводить до підвищення концентрації ацетилхоліну в прегангліонарних нейронах, які інервують наднирники, де синтезуються катехоламіни. У результаті цього підвищується секреція епінефріну, норепінефріну і допаміну в мозковій речовині наднирників, що вказує на розвиток генералізованої симпатичної реакції, яка «готує» індивідуум до стресу. Епінефрин складає 80% від всіх катехоламінів, які виробляються в наднирниках. Норепінефрин знаходиться в нервових закінченнях симпатичної нервової системи і в ЦНС. Епінефрин відноситься до «великих» нейротрансміттерів. У плазмі крові 70% епінефрину, норепінефріну та 95% дофаміну знаходяться в кон'югованому неактивному стані. Період півжиття катехоламінів становить 2 хвилини. Дія епінефріну і норепінефріну опосередковується б- і в-адренорецепторами.

IL-1, який виконує роль базового фактору щодо співпраці імунної системи з віссю гіпоталамус-гіпофіз-наднирники, володіє наступними властивостями:

· індукує виділення з гіпоталамусу кортиколіберину;

· сприяє стимуляції синтезу гіпофізом адренокортикотропного гормону кортиколіберином (класичний механізм) та додатково збуджує кортикотрофи (клітини гіпофізу, які синтезують АКТГ);

· безпосередньо впливає на кору наднирників.

Аналогічним впливом володіють ІЛ-6 та TNF-б.

Ослаблена активність вісі гіпоталамус-гіпофіз-наднирники, яка вимірюється рівнем виділених гормонів корою наднирників, може призвести до формування гіперреактивного стану імунної системи. Доведено, що в хворих на ревматоїдний артрит у відповідь на стрес вивільняється менше кортиколіберину та глюкокортикостероїдів. У дітей, які хворіють на атопічний дерматит або бронхіальну астму, формується значно слабша імунна відповідь на стрес, яка визначається за рівнем глюкокортикостероїдів у слині.

Гарячка та цитокіни

Гарячка відноситься до одного з перших сигналів, які вказують на початок боротьби імунної системи організму з інфекційними збудниками, травмою чи запаленням. Ініціюють гарячку група ендогенних пірогенів, до яких входять IL-1, IL-6, TNF-б та інтерферони. Цитокіни можуть індукувати гарячку прямо, подразнюючи центр терморегуляції у гіпоталамусі, та опосередковано, посилюючи вивільнення простагландинів PGF2б та PGE2 та кортиколіберину у мозку.

Виникає питання - який цитокін є головним пірогеном? Детальний аналіз функцій цих цитокінів вказує на те, що це IL-6, синтез якого на периферії стимулюють IL-1 та TNF-б. IL-6 діє на нейрони центру терморегуляції в передній частині гіпоталамусу. При проведенні експериментальних досліджень виявлено ще один пірогенний механізм. Виявилося, що гарячка розвивається протягом кількох хвилин після введення тварині ендотоксину. Тривалість цього періоду занадто коротка для того, щоб місцево синтезовані цитокіни потрапили до центру терморегуляції в мозку. Доведено, що в цій ситуації працює “експрес”-поєднання з блукаючим нервом. Місцево синтезований IL-1 діє на параганглії, які передають сигнал до блукаючого нерва, що може стимулювати синтез IL-1в в мозку, подаючи таким чином відповідний сигнал до центрів терморегуляції в гіпоталамусі.

Стрес та його вплив на імунітет

Стрес визначають як негативний емоційний стан, який викликаний новою ситуацією і здатністю адаптації даної особи до неї. Стресогенними чинниками можуть бути фізичні (травма, інфекція, біль, тривале напруження) та психічні (депресія, страх, трагічна чи раптова подія) фактори. Окрім цього, стрес можна поділити на гострий, який триває хвилини - години, середньої тривалості - до одного місяця та хронічний, який триває місяці - роки.

Якщо фізіологічний стрес (еустрес) активує функцію органів і систем, підвищує резистентність організму до різних мікроорганізмів та є необхідною умовою існування індивідуума, то аномальний перебіг генералізованого адаптаційного синдрому (дистрес) викликає розвиток певних ендогенних процесів, які вимагають додаткової адаптації не тільки до стресового чинника, а й до стрес-індукованим порушень. Це призводить до формування соматичних, психосоматичних реакцій (неспецифічні тривожні, астенічні, депресивні розлади на тлі ознак порушення функції імунної системи).

Реалізація функції вісі гіпоталамус-гіпофіз-наднирники під впливом стресових чинників здійснюється за наступною схемою: виділення гіпоталамусом кортикотропінрилізинг-гормону, який через судини попадає в передню долю гіпофізу, викликаючи збільшення секреції АКТГ > стимуляція продукції глюкокортикостероїдів корою наднирників > підвищення кортизолу в плазмі гальмує секрецію АКТГ у гіпофізі та кортикотропінрилізинг-гормону в гіпоталамусі. Зниження кортизолу в плазмі, навпаки, стимулює секрецію АКТГ.

Велике значення має тип стресу, його параметри та здатність особи “дати собі раду” з конкретним стресом. Безперечно, стрес може змінювати функціонування імунної системи. Стрес активує вісь гіпоталамус-гіпофіз-наднирники, яка володіє гальмуючим впливом на імунну систему:

· знижується активність NК-клітин;

· зменшується здатність лімфоцитів до проліферації;

· зменшується синтез IL-2 та IFN-г;

· знижується інтенсивність реакції гіперчутливості сповільненого типу на антигени.

Вказані зміни показників активності імунної системи спостерігаються в людей, які втратили життєвого супутника, у людей, які опікуються хворими на онкопатологію, хворобу Альцгеймера, в студентів медицини вузів, які здають екзамени тощо. Окрім цього, на тлі стресової ситуації виявлений ослаблений поствакцинальний імунітет на щеплення проти гепатиту В та грипу. Іншим прикладом пригнічення активності імунної системи можуть бути особи з депресію, в яких виявлений підвищений титр специфічних антитіл проти латентних вірусів (вірусів простого герпесу, цитомегаловірусу), що може свідчити про активацію цих інфекцій.

Проводилися дослідження з метою виявлення механізмів, які в процесі стресу впливають на імунітет. Доведено, що глюкокортикостероїди та катехоламіни пригнічують синтез IFN-г, підвищуючи при цьому синтез мононуклеарними клітинами IL-4 та IL-10. Це може свідчити, що під впливом стресу відбувається порушення рівноваги між Тh1/Тh2 лімфоцитами в сторону Тh2. Цю гіпотезу підтверджує активація вірусів у вірусінфікованих клітинах (ВІЛ, вірус Епштейн-Барр) під впливом кортизолу, АКТГ та кортиколіберину.

Психонейроімунологія є одним із найактуальніших і разом з тим одним із найменш розвинутих в Україні напрямків клінічної імунології. Нажаль, результати досліджень у даному напрямку скоріше викликають нові запитання, ніж відповідають на старі. Безперечним є той факт, що саме цей напрямок клінічної імунології дасть змогу активно співпрацювати лікарям клінічним імунологам, ендокринологам, неврологам та психіатрам з метою досягення консенсусу і вироблення спільної тактики надання спеціалізованої допомоги хворим.

Лекція 6. ІМУНОГЕНЕТИКА

Імуногенетика (генетика імунної відповіді) як важливий напрям імунології сформувалася порівняно недавно (у кінці 40-х років ХХ століття). Це відбулося після відкриття генетичного контролю за імунними реакціями та теоретичного обґрунтування існування комплексу генів, які відповідають за відторгнення трансплантату. На сьогоднішній день добре досліджений МНС (major histocompatibility complex - головний комплекс тканинної гістосумісності) різних видів ссавців. Найбільш повно вивчені МНС двох видів: миші - система Н-2 і людини - система HLA (Human Leykocyte Antigen).

Імуногенетика - це розділ імунології, який вивчає чотири основні проблеми: 1) генетику гістосумісності; 2) генетичний контроль cинтезу імуноглобулінів та інших значущих імунологічних компонентів (цитокінів, рецепторів, антигенів головного комплексу гістосумісності); 3) генетичний контроль сили імунологічної відповіді; 4) генетику антигенів.

Кожного дня наш організм контактує з великою кількістю антигенів вірусів, бактерій та інших хвороботворних мікроорганізмів, які знищуються факторами імунної системи. Тому, фактори імунної системи повинні розрізняти “свої” та “чужі” антигени. Генетична основа імунної системи - це великий і складний комплекс.

Імунна система має два центральних органи: тимус, де дозрівають Т-лімфоцити і кістковий мозок, де утворюються не тільки стовбурові клітини, а й всі лімфоцити, зрілі NK клітини та В-лімфоцити. Основними специфічними молекулами імунітету є антитіла - імуноглобуліни з єдиною структурою та активними антигенрозпізнаючими центрами, через які вони контактують з патогеном. При формуванні імунної відповіді змінюється структура молекул міжклітинної взаємодії, механізми передачі сигналів, кооперативна взаємодія клітин імунної системи тощо. У результаті цього, активуються або пригнічуються ті чи інші гени, які забезпечують синтез речовин, які змінюють поведінку клітин. Таким чином, в результаті функціонування різних молекул взаємодії імунної системи, клітини отримують відповідні сигнали, які дозволяють їм адекватно реагувати відповідно до своєї генетичної програми. Особливе значення мають гени імунної відповіді (Ir гени ІІ класу HLA системи - HLA-D) які контролюють імунні реакції відносно Т-залежних антигенів, впливаючи, в основному, на функцію Т-хелперів.

Основними молекулами, які приймають участь у міжклітинних процесах специфічного розпізнавання і презентації антигенів є В-клітинний рецептор (ВКР/BCR), Т-клітинний рецептор (ТКР/ТCR) та молекули (антигени) HLA системи.

Імуноглобуліни: генетичні основи їх структури

Усі антитіла - імуноглобуліни, однак не всі імуноглобуліни - антитіла. Ми говоримо «антитіла» в тому випадку, коли відомий антиген, проти якого синтезувалися специфічні імуноглобуліни. Виділені 5 класів імуноглобулінів - IgG, IgM, IgA, IgD, IgE, їх субкласи - IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), IgM (IgM1, IgM2), IgA (IgA1, IgA2), які разом складають ізотипи імуноглобулінів.

Молекула імуноглобуліну складається з чотирьох ланцюгів: ідентичної пари довгих важких ланцюгів (High) та ідентичної пари коротких легких ланцюгів (Ligh). Ланцюги зґєднані між собою дисульфідними містками. Існує пґять різних типів важких ланцюгів (г, м, б, д та е) та два типи легких ланцюгів (к і л). Клас імуноглобуліну відповідає типу важкого ланцюга: IgG - г, IgM - м, IgA - б, IgE - е, IgD - д. У одній молекулі імуноглобуліну ніколи не може бути двох однакових типів ланцюгів.

У структурі молекули імуноглобулінів можна виділити наступні регіони: константні (constant) та варіабельні (variable), які розміщені відповідно на С- та N-кінці молекули; гіперваріабельні регіони та шарнірні області, які необхідні для зміни конформації та містять ділянки для зв'язування з білками системи комплементу. Під впливом папаїну молекула імуноглобуліну розпадається на два моновалентних фрагменти Fab- та один Fc-фрагмент, який являє собою С-кінцеву частину молекули, Н-ланцюги якого прикріплюються до Fc-фрагменту клітини. Fc-фрагмент здатний активувати систему комплементу, забезпечувати перехід IgG через плаценту, визначає цитофільність, відноситься до опсонінів фагоцитозу. З цим фрагментом зв'язано таке поняття як авідність (ступінь відповідності структури антигену (АГ) будові антитіла (АТ) та афінність (сила зв'язку АГ+АТ). Мономерні імуноглобуліни (IgG, IgA, IgE) мають по два активних центри, димерні (sIgA) - чотири, пентамерні (IgM) - десять активних центрів.

Імунологічними дослідженнями було доведено, що низка білків і поліпептидів контролюються злагодженою роботою кількох генів. Варіабельний регіон відповідає за розпізнавання антигену та його зв'язування з певним імуноглобуліном. Три окремих сегменти гену кодують легкі ланцюги: С - постійний регіон, V- змінний регіон та J - регіон, який об'єднує постійний та змінний регіони. Чотири сегменти гену кодують важкі ланцюги: C - постійний регіон, V - варіабельний, J - зґєднуючий регіон, D - гіперваріабельний регіон, який розміщений між варіабельним та зґєднуючим регіонами. Ген, який кодує к-легкий ланцюг, розміщений на 2 хромосомі, а ген, який кодує л-легкий ланцюг - на 22 хромосомі. Гени, які кодують важкі ланцюги, розміщені на 14 хромосомі. Існують гени, які визначають сполучення легкого ланцюгу з важким ланцюгом, варіабельної частини молекули з константною. У процесі дозрівання лімфоцитів відбувається реорганізація і перегрупування генів.

Генетична основа різноманітності антитіл

Наш організм зустрічається з великою кількістю інфекційних збудників. Оскільки імунна система не може “знати”, який тип мікроорганізму в майбутньому потрапить в організм, вона мусить мати певний запас структурно різноманітних імунокомпетентних клітин, які могли б знищити будь-який мікроорганізм. Антитілопродукуючі клітини (плазмоцити) здатні продукувати біля 10 біліонів антитіл із особливою структурою. У зв'язку з тим, що кожне антитіло має унікальну амінокислотну послідовність, воно повинно бути кодованим іншим геном. Однак, гіпотеза “один ген - одне антитіло” не є коректною тому, що людина має від 50 000 до 100 000 генів. Проведені дослідження показують, що існують різні механізми, які відповідають за утворення різноманітних антитіл.

1. Множинні зародкові лінії імуноглобулінових генів. Молекулярно-генетичні дослідження (клонування та секвестрування ДНК) показали, що кожен важкий і легкий ланцюг імуноглобулінів може містити більше, ніж 80 різних V сегментів та 6 різних J сегментів, які локалізовані в зародковій лінії. Відомі також біля 30 сегментів регіону D важкого ланцюга.

2. Соматична рекомбінація (VDJ рекомбінація). У зв'язку з тим, що молекули імуноглобулінів формуються в процесі дозрівання В-лімфоцитів, специфічна комбінація V, J та D сегментів формується для важкого ланцюга окремо. Це супроводжується делецією ДНК-послідовностей, яка відокремлює поодинокі V, J та D сегменти перед процесом транскрипції мРНК. Процес делеції забезпечується також рекомбіназами (кодованими RAG1 та RAG2 генами), які забезпечують розпад двохспіральної ДНК на специфічні ДНК-послідовності, які розташовані на бокових частинах генів V та D сегментів. Після делеції ДНК лише один з V, J та D сегментів залишається неделетованим і приєднується за допомогою лігаз один до одного. Цей процес “cutting and pasting” є відомий як соматична рекомбінація, він є протилежним до рекомбінації зародкових ліній, яка характерна для мейозу. Соматична рекомбінація дає унікальний результат: незважаючи на те, що ДНК-композиція інших клітин організму є ідентичною, зрілі В-лімфоцити змінюються за час перебудови ДНК-послідовностей. Оскільки вони мають певну кількість комбінацій V, J та D сегментів, соматична рекомбінація може генерувати велике число різних типів молекул антитіл.

3. Обґєднання різноманітностей. У зв'язку з тим, що V, J та D сегменти є об'єднаними, образ цієї композиції відображається в місці їх прикріплення, а незначне число нуклеотидів може бути делетовано (ліквідовано) або вбудовано в обґєднану частину цього регіону. Це сприяє наявності багатьох варіацій в амінокислотній послідовності антитіл.

4. Соматична гіпермутація. Після стимуляції чужорідним антигеном В-лімфоцит підлягає “вторинній диференціації” - процесу, який характеризується соматичною гіпермутацією. Рівень мутацій генів, які кодують імуноглобуліни, збільшується приблизно до 10³. Ці процеси приводять до утворення мінорних варіацій в ДНК-послідовностях, які кодують імуноглобуліни та визначають їх пептид-звґязуючі властивості. Соматичні гіпермутації V, J та D генів, які можуть формуватися в результаті можливих помилок при роботі ДНК-полімерази або через відсутність правильної репарації ДНК, продукують велику кількість різноманітних антитіл.

5. Множинні комбінації важких та легких ланцюгів. Встановлено, що випадкові комбінації різних видів важких та легких ланцюгів також можуть формувати імуноглобулінові молекули.

Реалізація кожного з вище вказаних механізмів приводить до появи різноманітних антитіл. Завдяки цим механізмам можлива продукція від 10¹⁰ до 10¹⁴ відмінних один від одного антитіл.

Головний комплекс гістосумісності (HLA)

Головний комплекс гістосумісності (HLA) - це група, яка складається з мінімум 80 генів, які знаходяться в 4-Mb регіоні короткого плеча 6 хромосоми. HLA складається з трьох частин або ділянок, які названі класами - I, II, III клас.

Головний комплекс гістосумісності є синонімом HLA -системи. HLA-система (human leukocyte antigen) - названа так тому, що антигени цієї системи вперше були відкриті на лейкоцитах. МНС або HLA - це визначення групи генів (у кількості біля 100), які знаходяться на короткому плечі 6-ої хромосоми. Термін HLA відображає той факт, що вперше ці молекули були виявлені на мембранах лейкоцитів. Однак, на теперішній час вони виявлені на мембранах багатьох інших клітин.

Визначення окремого HLA-антигену (наприклад, HLA-В12) включає три компоненти: 1) абревіатура всієї системи - HLA; 2) локус, який містить дану специфічність - В (відноситься до І класу HLA); 3) порядковий номер антигену - 12.

Молекули HLA І класу складаються з одного важкого глікопротеїнового ланцюга та одного легкого ланцюга, який носить назву - в2-мікроглобуліну. Цей протеїн кодується геном, який розташованим на 15 хромосомі. Найбільш важливими локусами І класу є локуси А, В та С. Ступінь експресії молекул HLA цього класу різний та індивідуальний для кожної людини. Так, експресія молекул HLA-С в 10 разів менша, ніж експресія молекул HLA-A та HLA-B. Більшість з локусів А, В та С мають велику кількість алелей, в результаті чого формується велика різноманітність генів HLA I класу в різних індивідуумів. Клас I HLA має 1,8 Mb і містить 20 генів, але інші гени в цьому регіоні є менш поліморфними, ніж А, В та С гени і відіграють менш значущу роль у розпізнаванні їх Т-клітинним рецептором. Молекули класу I HLA переважно формують комплекс з чужорідними пептидами, який розпізнається рецепторами на поверхні Т-цитотоксичних лімфоцитів. Презентація антигену в комплексі з молекулами HLA класу I є необхідною для відповіді Т-цитотоксичних лімфоцитів на віруси, гриби, внутрішньоклітинні збудники, пухлинні клітини тощо.

Доведено, що молекули HLA І класу присутні на всіх ядерних клітинах людського організму. Найменша їх експресія виявлена на клітинах трофобласту, рогівки, мозку, міокардіоцитах, скелетних м'язів, кісткової і хрящової тканини тощо.

Регіон HLA системи містить також різноманітні хибні гени (гени, які мають подібну ДНК-послідовність для кодування генів, але нездатні вступати в транскрипцію чи трансляцію).