УДК 617-089
Особенности механизмов реакции отторжения трансплантата
Бдоян Давид Артурович - студент Педиатрического Факультета Ростовского Государственного Медицинского Университета,
Бдоян Аэлита Артуровна - студентка Лечебно-Профилактического Факультета Ростовского Государственного Медицинского Университета,
Чобанян Ангелина Мгеровна - студентка Лечебно-Профилактического Факультета Ростовского Государственного Медицинского Университета.
Аннотация: Трансплантация - операция по замещению органа или тканей пациента соответствующими структурами, удалёнными из другого организма. [1] Несмотря на тщательный выбор каждому реципиенту наиболее генетически соответствующего донорского материала, добиться полной идентичности генотипа на настоящий момент невозможно. В результате этого у реципиентов в послеоперационном периоде возникает реакция отторжения. Понимание иммунологических механизмов, лежащих в основе этой реакции, представляется актуальным с целью потенциальной разработки таргетной терапии для снижения риска отторжения.
Ключевые слова: трансплантация, отторжение трансплантата, трансплантат, гистонесовместимость, механизмы реакции отторжения.
Отторжение – воспалительно-деструктивные изменения тканей трансплантата, вызванное специфической реакцией иммунной системы реципиента на трансплантационные антигены донора.
Главная причина отторжения трансплантата— гистонесовместимость между донорским материалом и тканями реципиента, вследствие чего развивается воспалительная иммунная ответная реакция со стороны организма хозяина.
Ключевые антигены, стимулирующие отторжение аллогенного трансплантата, - это молекулы, принадлежащие главному комплексу гистосовместимости (ГКГС, англ. Major histocompatibility complex – МНС). У человека эти антигены называются HLA (от англ. human leukocyte antigens), так как они обнаруживаются на лимфоцитах и других лейкоцитах периферической крови в значительных количествах.
ГКГС представлен 2 классами генов, продукты которых находятся на поверхности клеточных мембран. В I класс генов входят 3 локуса — HLA-A, HLA-B, HLA-C, в II класс генов — гены HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP субрегионов. Все они кодируют соответствующие клеточные антигены. Большинство генов HLA отличаются масштабным популяционным полиморфизмом.
Антигены обоих классов имеют схожую структуру и способны связывать в углублении своих цепей пептиды.
Класс I антигенов HLA идентифицируется на всех клетках, имеющих ядро, и тромбоцитах. Цепи HLA I класса презентируют для распознавания CD8+ Т-лимфоцитам внутриклеточно синтезированные белковые антигены, следовательно принимают участие в активации клеточно-опосредованного цитолиза Т-киллерами. Класс II антигенов экспрессирован преимущественно на поверхности мембран иммунокомпетентных клеток, обладающих функцией презентации антигена - моноциты, макрофаги, дендритные клетки. Молекулы HLA II класса представляют для распознавания CD4+ Т-лимфоцитам внеклеточные белки, подвергшиеся процессингу.
Минорные антигены гистосовместимости
Существуют и другие гены, которые могут вызвать отторжение трансплантированного материала. Такое отторжение более медленное, чем вызванное несовместимостью по системе HLA, за что они и получили название минорных. Минорные антигены, по сути, являются пептидами - производными от полиморфных протеинов, различных у донора и реципиента. Для реакции отторжения по ним требуются повторные иммунизации реципиента или должны быть значительные концентрации этих пептидных антигенов.
Типы реакции отторжения трансплантата
- Сверхострое отторжение трансплантата происходит, когда реципиент уже обладает антителами к донорским антигенам HLA. Антитела начинают атаковать клетки трансплантата, вызывая их гибель. Опсонизированные клетки также подвергаются фагоцитарной атаке. Спазм артерий и тромбоз играют значительную роль в данной реакции. Симптомы отторжения проявляются через несколько часов или дней после трансплантации.
- Острое отторжение трансплантата связано с активностью Т-лимфоцитов и развивается в течение 10-15 дней после операции. Лимфоциты сначала сенсибилизируются к антигенам трансплантата, затем начинают его атаковать, вызывая гибель тканей. При остром отторжении наблюдается инфильтрация лимфоцитов и макрофагов в трансплантат. При повторной трансплантации антигенно идентичного органа отторжение развивается быстрее (синдром второго трансплантата), что является примером вторичного иммунного ответа.
- Хроническое отторжение характеризуется медленным снижением функциональности трансплантата. Процесс может продолжаться месяцы или годы и включает как клеточный, так и гуморальный иммунный ответ на антигены трансплантата.
Механизм реакции
Условно можно разделить реакцию отторжения трансплантата на три этапа:
- Распознавание чужеродных антигенов трансплантата
- Созревание и накопление эффекторов реакции отторжения в периферической, ближайшей к трансплантату лимфоидной ткани, с последующей их миграцией в трансплантат
- Деструкция трансплантата
Этап 1. Распознавание чужеродных антигенов трансплантата
Трансплантационная реакция сочетает в себе особенности цитотоксической и воспалительной форм клеточного иммунного ответа. В ее реализации участвуют как CD8+, так и CD4+ Т-лимфоциты. CD8+ Т-клетки являются основными эффекторами, ответственными за уничтожение клеток трансплантата; CD4+ отвечают за прогресс иммунного воспаления, способствующего деструктивным изменениям трансплантата через нарушение трофики и активацию факторов врожденного иммунитета.
Для начала отторжения необходим феномен так называемых «клеток-пассажиров»: чтобы аллотрансплантат был распознан иммунной системой хозяина, в нем должны присутствовать клетки костномозгового происхождения, при искусственном вымывании которых трансплантат утрачивает иммуногенность [2]. Этими клетками являются дендритные клетки, а в случае кожных трансплантатов — их разновидность, клетки Лангерганса.
Начало первого этапа может протекать по двум параллельным путям, приводящих к активации CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов [3].
Известно, что Т-клетки способны идентифицировать молекулы ГКГС с помощью 2 разных механизмов — прямого и непрямого, опосредованного через презентацию аутологичными АПК. В последнем случае презентация реализуется по классическому пути: молекула МНС вместе с другими молекулами аллогенных клеток поступает в дендритные клетки путем эндоцитоза, подвергается процессингу и попадает в состав цепи молекул МНС-II. Затем дендритные клетки мигрируют в регионарный лимфатический узел, где презентируют антиген CD4+ Т-клеткам, вовлекая их в иммунный ответ. Активированные CD4+ в основном представлены такими классами, как Th1, Th2, Th17 и регуляторными Т-клетками. Th1 и Th17, в основном, ответственны за синтез провоспалительных ИЛ-17 и IFNγ/TNFα, в то время как Th2 – противовоспалительных ИЛ-4 и ИЛ-10 [4].
Прямое распознавание МНС-антигенов реализуется при активации CD8+ Т-клеток. В этом случае TCR (T-cell receptor) непосредственно взаимодействует с аллогенной молекулой МНС. Предполагается, что источником антигенного сигнала служит клетка-пассажир — дендритная клетка трансплантата, которая предоставляет молекулу МНС-I Т-лимфоциту реципиента [5]. Полагают, что в этом процессе основную роль играет распознавание не антигенного пептида, а особенностей структуры молекулы МНС, отличающейся от МНС хозяина. Дендритная клетка аллотрансплантата, как и макрофаги реципиента, поставляет костимулирующие сигналы. Ключевые молекулы клеточной поверхности, вовлекаемые в костимуляцию, - CD28, CTLA-4 (CD152) и PDL-1 на Т-лимфоцитах и их контррецепторы на АПК – B7-1 и B7-2.
Считают, что оба типа распознавания участвуют в вовлечении в иммунный ответ как CD4+, так и CD8+ Т-клеток, однако во втором случае преобладает прямое распознавание.
Различия в прямом и непрямом механизме распознавания, возможно, имеют значение в динамике процесса отторжения. Так, в случае прямого распознавания молекулы MHC-I обнаруживается более длительный и сильный иммунный ответ, чем в случае непрямого распознавания с помощью MHC-II, когда реакция склонна утихать спустя 2 недели (в эксперименте), что связано с быстрым разрушением молекулы MHC-II, презентирующими антиген на мембране АПК, в отличие от персистирующих молекул MHC-I на клетках трансплантата [6]. Этот является вероятной причиной возникновения хронической реакции отторжения трансплантата [7].
Этап 2. Созревание и накопление эффекторов с их последующей миграцией
В периферической лимфоидной ткани происходит созревание и накопление различных типов клеток, которые участвуют в реакции отторжения. Предшественники цитотоксических Т-лимфоцитов, T-хелперов и T-клеток воспаления претерпевают дифференцировку, превращаясь в зрелые эффекторные клетки. В регионарных лимфоузлах наблюдается реактивная паракортикальная гиперплазия и синус-гистиоцитоз, в тимусе - гиперплазия коркового вещества, а в селезенке - гистиоцитоз красной пульпы и гиперплазия периартериальной зоны.
В лимфоидной ткани антиген, после обработки макрофагами, способствует накоплению T-клеток воспаления (Th1). Тот же антиген, связываясь с рецепторами В-клеток, стимулирует их превращение в плазмоциты, которые способны синтезировать и выделять антитела. Процесс плазмоцитарной трансформации также поддерживается молекулой CD40, которая экспрессируется активированными Т-лимфоцитами.
Таким образом, помимо эффекторов клеточных реакций в лимфоидной ткани идет формирование исполнителей гуморального иммунного ответа.
Этап 3. Разрушение трансплантата
Как уже упоминалось, реакция отторжения аллотрансплантата складывается из двух компонентов, опосредованных CD8+ и CD4+ Т-лимфоцитами. С одной стороны, это типичная цитотоксическая реакция, опосредованная NK-клетками и цитотоксическими Т-лимфоцитами. Эти клетки осуществляют цитолиз по перфориновому и Fas-зависимому механизмам.
Дополнительный вклад в отторжение аллотрансплантатов вносит IFNγ, выделяемый цитотоксическими клетками обоих типов. Этот цитокин способствует развитию апоптоза клеток трансплантата и стимулирует реализацию реакций, опосредуемых CD4+ Т-клетками.
Клеточный ответ, опосредованный CD4+ Т-клетками и макрофагами, создает фон для реализации действия цитотоксических клеток. Инициируемое этими клетками иммунное воспаление начинается взаимодействием Th1-клеток с макрофагами. При этом Th1-лимфоциты повторно стимулируются пептидными фрагментами МНС-II клеток трансплантата, презентируемыми макрофагами. Такие активированные Th1-клетки в свою очередь стимулируют макрофаги с помощью костимулирующей молекулы CD40. Th1-лимфоциты также выделяют цитокины IFNγ и TNFα, которые служат факторами дополнительной макрофагальной активации и сами по себе имеют провоспалительную и деструктивную активность. Установлено, что TNFα активирует апоптоз клеток аллотрансплантата и дополнительно стимулирует NFkB и MAPK сигнальные пути, что усугубляет отторжение. [8]
Активированные макрофаги выделяют провоспалительные цитокины, а также активные формы кислорода, оксид азота, ферменты и другие факторы, которые участвуют в деструкции аллотрансплантата. Продукты макрофагальной секреции поддерживают развитие местного воспаления, которое сопровождается нарушением микроциркуляции, тромбообразованием и другими изменениями, нарушающими трофику донорских тканей и усугубляющих реакцию отторжению.
Установлено, что одна из главных ролей в оксидативном повреждении трансплантата при его отторжении принадлежит регулятору генной экспрессии – нуклеарному фактору транскрипции каппа B (NF-κB). NF-κB относится к быстро реагирующим факторам. Под контролем NF-κB находится экспрессия группы генов, кодирующих цитокины, хемокины, рецепторы иммунокомпетентных клеток, молекулы клеточной адгезии, факторы роста и реактанты острой фазы.
Активация NF-κB запускает ряд патологических процессы, приводящих к отторжению пересаженного органа:
- активации эндотелиальных клеток;
- активация T-клеток реципиента;
- созревание дендритных клеток (антиген-представляющих
иммунных клеток). [9]
Роль антител на этом этапе отторжения трансплантата неоднозначна: с одной стороны, они усиливают деструктивные изменения, вызываемые сенсибилизированными лимфоцитами, участвуют в сверхостром отторжении. Известно, что в ответ на HLA клеток трансплантата вырабатываются DSA – донор-специфичные антитела (donor-specific antibodies). Они вырабатываются B-лимфоцитами, трансформировавшимися в плазмоциты под влиянием ИЛ-4 и ИЛ-5, выделяемых CD4+ T-хелперами. Эти антитела, большую часть которых представляет собой IgG1, активируют систему комплемента, которая способствует разрушению клеток трансплантата. Это является ключевым звеном патогенеза AMR – antibody-mediated rejection – антитело-опосредованного отторжения. [10]
С другой стороны, обнаружено, что антитела могут оказывать прямо противоположный эффект и способствовать приживлению донорского материала. Этот эффект получил название эффекта блокирования. Он связан с экранирующим действием антител – их связыванием с трансплантационными антигенами, что маскирует их от прямого распознавания Т-лимфоцитами.
Список литературы
- Петров С.В. Общая хирургия: учебник. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. — 832 с.
- Alsughayyir J., Motallebzadeh R., Pettigrew, G.J. Are donor lymphocytes a barrier to transplantation tolerance? // Current Opinion in Organ Transplantation. — 2018. — №23(1). — С. 90-96.
- Ярилин А.А. Иммунология: учебник. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 752 с.
- Cozzi E., Colpo A., De Silvestro G. The mechanisms of rejection in solid organ transplantation // Transfusion and apheresis science. — 2017. — №56(4). — С. 498-505.
- Halloran P.F., Famulskia K., Reevea J. The molecular phenotypes of rejection in kidney transplant biopsies // Current Opinion in Organ Transplantation. — 2015. — №20(3). — С. 359-367.
- Ali J., Bolton E., Saeb-Parsy K., Bradley A.J., Pettigrew G. Targeting indirect pathway CD4 T-cell alloresponses in the prevention of chronic transplant rejection // The Lancet. — 2015. — №385. — С. 17
- Ali J., Bolton E., Saeb-Parsy K., Bradley A.J., Pettigrew G. Allorecognition Pathways in Transplant Rejection and Tolerance // Transplantation. — 2013. —№96. — С. 681-688.
- Ang R.L., Ting A.T. Tumor necrosis factor-driven cell death in donor organ as a barrier to immunological tolerance // Current Opinion in Organ Transplantation. — 2018. — PAP.
- Ватазин А.В., Нестеренко И.В., Зулькарнаев А.Б., Шахов Н.Л. Патогенетические механизмы развития ишемического и реперфузионного повреждения почки как перспективные мишени специфической терапии // Вестник трансплантологии и искусственных органов. — 2015. — №17(1). — С. 147-156.
- Kimberly A.T., Valenzuela N.M., Reed E.F. The perfect storm: HLA antibodies, complement, FcgRs, and endothelium in transplant rejection // Trends in Molecular Medicine. — 2015. — №Vol. 21 (5). — С. 319-329