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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:

  1. Распознавание чужеродных антигенов трансплантата
  2. Созревание и накопление эффекторов реакции отторжения в периферической, ближайшей к трансплантату лимфоидной ткани, с последующей их миграцией в трансплантат
  3. 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

  1. Петров С.В. Общая хирургия: учебник. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. — 832 с.
  2. 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.
  3. Ярилин А.А. Иммунология: учебник. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 752 с.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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