Противопаразитарный иммунитет. Индукция в слизистой кишечника

Противопаразитарный иммунитет

Клиническая иммунология и аллергология. Ляликов С.А. 2015

  • Индукция толерантности в слизистой кишечника
  • Противопаразитарный иммунный ответ

Слизистые оболочки, в частности мукозальная иммунная система кишечника, играют важную роль в защите от различных инфекционных агентов. Иммунный ответ слизистых оболочек на микробные патогены был рассмотрен в предыдущих главах. Чтобы понять принцип иммунной защиты от паразитов и тесно связанный с ним механизм развития аллергических реакций, следует разобраться, как в слизистых оболочках формируется толерантность к ряду безвредных антигенов, таких как антигены пищи или комменсальные микроорганизмы.

Индукция толерантности в слизистой кишечника

Мукозальная иммунная система кишечника постоянно контактирует с огромным количеством разных антигенов. Источником большинства из них являются пища и бактерии-комменсалы. Несмотря на то что эти антигены являются чужеродными для нашего организма, на них не развивается воспалительный ответ, что обусловлено наличием особого механизма индукции толерантности к ним.

М-клетки эпителиального слоя слизистой оболочки активно захватывают антигены пищи или комменсальных микроорганизмов из просвета кишечника и транспортируют их в пейеровы бляшки или изолированные лимфоидные фолликулы Lamina propria. Здесь эти антигены фагоцитируются или поглощаются путем пиноцитоза дендритными клетками и макрофагами.

Дендритные клетки транспортируют поглощенные антигены в региональные лимфатические узлы, где презентируют их наивным CD4Т-лимфоцитам. Этот процесс происходит в определенном микроокружении – в обычных условиях (без инфекции) эпителиальные и мезенхимальные клетки слизистой продуцируют TGF-β, тимический стромальный лимфопоэтин (TSLP) и простагландин Е 2 , которые подавляют активацию дендритных клеток и сохраняют их в спокойном состоянии, т.е. с низким уровнем экспрессии костимуляторных молекул. Презентация антигена дендритными клетками со слабым костимуляторным сигналом и в присутствии ИЛ-10 (его синтезируют сами ДК в отсутствие стимуляции их TLRs и NOD-рецепторов инфекционными патогенами) приводит к тому, что наивные CD4Т-клетки дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты. В свою очередь Treg посредством выделяемых цитокинов препятствуют развитию иммунного ответа на презентируемые антигены.

Создается среда, в которой образование T H 17, T H 1 и T H 2 из наивных Т-лимфоцитов подавляется. Регуляторные Т-лимфоциты (FoxP3+) мигрируют обратно в слизистую кишечника и секретируют цитокины TGF-β и ИЛ-10. В таком микроокружении антигенспецифичные В-лимфоциты переключаются на синтез IgA. IgА практически не активируют комплемент, поэтому комплексы IgA–антиген в слизистой не вызывают воспалительной реакции. В просвете кишечника IgA, связываясь со свободными молекулами (например, пищевыми антигенами) или антигенами комменсальных микроорганизмов, ограничивают их адгезию к эпителию и препятствуют проникновению в Lamina propria.

Макрофаги также презентируют антигены комменсалов. В этом случае антигены могут быть распознаны эффекторными Т-лимфоцитами (T H 1 и T H 17), но активное развитие Т-клеточного воспалительного ответа будут сдерживать присутствующие в среде регуляторные Т-клетки. Тем не менее минимальная активность T H 1 и T H 17 имеет значение в сохранении толерантности. Например, ИЛ-17, продуцируемый Т Н 17, индуцирует синтез ИЛ-22 и антимикробных пептидов, которые препятствуют проникновению через эпителий любых микроорганизмов.

В отличие от комменсалов, которые попадают в Lamina propria главным образом после поглощения М-клетками, патогенные микроорганизмы могут активно проникать в слизистую оболочку благодаря наличию факторов вирулентности, способствующих разрушению слизистого барьера и повреждению кишечного эпителия. Отличие иммунного ответа на патогенные микроорганизмы от реакции на комменсалы обусловлено наличием у первых специфических молекулярных паттернов (мурамилпептид, липополисахариды и др.), которые распознаются PRRs (TLRs и NOD) макрофагов, дендритных и эпителиальных клеток. В результате активации этих рецепторов инициируется синтез провоспалительных цитокинов и хемокинов – развивается воспаление. Активация ДК инфекционными патогенами через TLRs сопровождается усилением экспрессии на этих клетках молекул МНС в комплексе с инфекционными антигенами и костимулирующих молекул CD80/86, обеспечивающих 2-й сигнал, необходимый для активации Т-лимфоцитов. Кроме того, активированная дендритная клетка начинает секретировать ИЛ-12, а активированные макрофаги – ИЛ-1 и ИЛ-6. Эти цитокины в региональных лимфатических узлах стимулируют дифференцировку наивных Т-лимфоцитов, распознавших свой антиген, в Т Н 17, Т Н 1 и Т Н 2, участвующих в дальнейшем развитии воспалительного иммунного ответа на проникшие патогены.

Таким образом, развитие мукозальной толерантности не только предотвращает реакцию на антигены нормальной микробиоты кишечника и пищи, но и препятствует развитию воспалительных и аутоиммунных заболеваний. Так, в случае слишком сильного Т-клеточного ответа на комменсальные микроорганизмы может развиться воспалительное заболевание кишечника (болезнь Крона). Примером нарушения толерантности к антигенам пищи является целиакия. Это заболевание развивается у генетически предрасположенных лиц, у которых вырабатываются специфические к протеинам злаков (глютену) CD4+клетки. При контакте с антигеном эти лимфоциты активируются и секретируют β-лимфотоксин, ИФ-γ, что приводит к развитию воспаления и в итоге к атрофии слизистой тонкого кишечника. Примером нарушения толерантности к антигенам пищи так же является IgE-опосредованная пищевая аллергия, часто встречающаяся у детей в первые годы жизни. Это связано с тем, что у взрослых, в отличие от детей раннего возраста, крупные белковые молекулы в тонком кишечнике подвергаются расщеплению высокоактивными ферментами. Пептиды, в составе которых менее шести аминокислот, не вызывают специфический иммунный ответ, поскольку не могут «заякориться» в молекуле МНС и поэтому не презентируются Т-клеткам.

Противопаразитарный иммунный ответ

Паразитарные заболевания являются одними из самых частых заболеваний в мире. По данным ВОЗ более миллиарда людей инфицировано паразитами. Человек может быть хозяином почти 270 видов гельминтов. В европейских странах среди всех паразитов наибольшую проблему представляют кишечные гельминты.

Инвазия гельминтами в отличие от бактериальной или вирусной инфекции имеет некоторые особенности. Во-первых, паразитические черви живут в полости кишечника хозяина, где содержится много активных ферментов. В таких условиях клетки иммунной системы и белковые молекулы (комплемент, иммуноглобулины) практически не могут функционировать. Вовторых, гельминты слишком крупные, чтобы можно было их уничтожить просто путем фагоцитоза. Тем не менее в процессе эволюции сложились механизмы, специально предназначенные для борьбы с кишечными паразитами.

Ленточные черви (цестоды) полностью утратили пищеварительную систему и получают необходимые для своей жизнедеятельности питательные вещества из кишечника хозяина. Для осуществления пристеночного пищеварения поверхность паразита секретирует ферменты. Круглые черви (нематоды) в естественных условиях выделяют множество антигенов, среди которых большое количество пищеварительных ферментов, происходящих из кишечника взрослых червей. Часть кишечных нематод – гемофаги. Так, например, власоглав своим длинным головным концом, похожим на волос, внедряется в слизистую и питается кровью из сосудов хозяина. Проникновение в слизистую осуществляется благодаря ферментам, продуцируемым головной частью гельминта. Таким образом, «визитной карточкой» гельминтов являются ферменты. Эти паразитарные антигены имеют молекулярный вес от 10 до 40 кДа и хорошо растворимы, благодаря чему легко диффундируют внутрь слизистой оболочки кишечника.

В слизистой ферменты, а кроме того хитин, выделяемый паразитами, легко диффундирующий через слой эпителия в собственную пластину, непосредственно воздействуют на резидентные тучные клетки, активируя их. В результате ТК начинает синтезировать ИЛ-4, который подавляет продукцию TGF-β.

Проникающие в слизистую антигены фагоцитируются ДК, МФ и захватываются В-лимфоцитами. Дендритная клетка после фагоцитоза мигрирует в региональные лимфатические узлы, где презентирует наивным Т-лимфоцитам антигены в комплексе с молекулами МНС. В отсутствие TGF-β экспрессия на дендритных клетках костимуляторных молекул CD80/CD86, необходимых для активации Т-лимфоцита, будет высокой. Таким образом, наивный Т-хелпер получает 1-й сигнал в результате распознавания антигена, презентированного дендритной клеткой, 2-й сигнал – от ее молекул костимуляции CD80/CD86 и 3-й (цитокиновый) сигнал – воздействие ИЛ-4. В конечном счете, это приводит к активации Т-лимфоцита и дифференцировке его в Т-хелпер 2-го типа.

Установлено также, что сами паразиты выделяют веществаиммуномодуляторы, способствующие образованию Т H 2. Некоторые из паразитарных иммуномодуляторов имитируют цитокины, например фактор, подавляющий миграцию макрофагов (MIF) и TGF-β. Эти вещества модулируют функцию макрофагов и приводят к индукции T H 2 и подавлению T H 1-ответа. Гельминты также производят простагландины PGD2 и PGE2, которые блокируют синтез дендритными клетками ИЛ-12, необходимого для превращения наивных Т-клеток в T H 1. Прямое вмешательство в презентацию антигена паразитарных цистатинов (например, CPI2) предотвращает активацию Т-клеток и на уровне взаимодействия Т-клеточного рецептора с комплексом МНС–пептид (путем ингибирования протеаз, участвующих в процессинге антигена), а также путем стимуляции продукции ИЛ-10 вспомогательными клетками. Небелковые молекулы паразитов, такие как фосфатидилсерин и фосфотидилхолин, а также ряд гликанов могут взаимодействовать с дендритными клетками и в результате индуцировать как образование T H 2, так и Treg-клеток.

В-лимфоцит после распознавания паразитарного антигена своим BCR интернирует его и презентирует на своей поверхности в комплексе с молекулами МНС 2-го типа. Этот комплекс распознает Т-хелпер 2-го типа и в результате начинает продуцировать ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10, ИЛ-13. Под действием ИЛ-4 и ИЛ-13 происходит размножение В-лимфоцитов, и часть из них превращается в плазматические клетки, продуцирующие IgE.

При микробной инфекции процесс антителообразования также сначала начинается с продукции IgM и IgE, но под влиянием ИФ-γ, активно секретируемого Т-хелперами 1-го типа, происходит переключение с класса IgE на IgG. В ситуации глистной инвазии образование Т H 1 нарушено, и превалируют T H 2 и Treg-клетки. Поэтому у людей, зараженных гельминтами, особенно высока концентрация IgE. Важное свойство IgE, участвующего в противопаразитарном ответе, – он не активирует комплемент. В противном случае связывание антигена с IgE и образование иммунного комплекса приводило бы к активации комплемента, образованию хемоаттрактантов С3а и С5а и привлечению в очаг иммунных клеток, а как следствие – к возникновению клинической картины острого воспаления кишечника.

Синтезированные плазматическими клетками IgE связываются с расположенными в Lamina propria тучными клетками посредством имеющихся на них высокоаффинных рецепторов к Fc-фрагменту IgE (Fc ε RI). Этот процесс приводит к развитию сенсибилизации к антигену. Фиксированные на тучной клетке с помощью Fc ε RI-рецепторов молекулы IgE сами становятся рецепторами этой клетки, специфичными к паразитарным антигенам. Антигены достаточно больших размеров (более 10 кДа), связываясь с расположенными рядом двумя специфичными к ним молекулами IgE, объединяют их, как мостики. При образовании более 100 таких пар происходит дегрануляция тучной клетки и выделение медиаторов. Достаточное количество антител, необходимое для индукции массовой дегрануляции ТК, накапливается примерно за 3–6 недель от первого контакта с антигеном.

В результате дегрануляции из пресинтезированных гранул тучных клеток выделяются гистамин, гепарин и ферменты (триптаза, химаза, катепсин и карбоксипептидаза). Кроме этих биологически активных веществ, сразу после активации тучная клетка начинает синтезировать цитокины, хемокины и липидные медиаторы (табл. 19). Выделяющиеся из тучных клеток вещества оказывают ряд эффектов, необходимых для борьбы с глистной инвазией. Так, гистамин действует на артериолы, что приводит к их расширению и повышению проницаемости, и как следствие – выходу жидкости из сосудов. Гистамин и ИЛ-13 стимулируют бокаловидные клетки, которые начинают усиленно секретировать слизь. Слизь обволакивает гельминта и препятствует его пищеварению, а также затрудняет фиксацию в кишечнике хозяина. Действуя на гладкую мускулатуру кишечника, гистамин и ряд других веществ вызывают ее сокращение, что клинически проявляется спазмами и усилением перистальтики, способствующей изгнанию ослабленного паразита из организма.

Наряду с T-хелперами 2-го типа тучные клетки продуцируют ИЛ-5, который стимулирует синтез эозинофилов в костном мозге, выход их в циркуляцию, а также усиливает экспрессию эндотелиальных молекул адгезии, необходимых для миграции эозинофилов из циркуляции в ткани. Далее движение эозинофилов направляют хемокины CCL11, CCL24 и CCL26, известные как эотаксины 1, 2 и 3 соответственно.

Таким образом, параллельно с наработкой специфических противопаразитарных антител в крови повышается количество эозинофилов, которые начинают активно мигрировать из кровотока в слизистую к месту внедрения паразитарных антигенов.

Только небольшое количество эозинофилов находится в циркуляции, их подавляющее большинство располагается в слизистых оболочках, т.е. в местах реализации защитных иммунных реакций. Причем процесс проникновения эозинофилов в слизистую и реализация их защитной функции начинается раньше, чем произойдет сенсибилизация тучных клеток.

Таблица 19. Биологически активные вещества, выделяемые активированными тучными клетками и базофилами

Биологически активные вещества, выделяемые активированными тучными клетками и базофилами

Синтезированные противопаразитарные антитела (IgE и sIgA), некоторые медиаторы тучных клеток, а также эозинофилы проникают в просвет кишечника и непосредственно воздействуют на гельминтов. Иммуноглобулины связываются с соответствующими поверхностными антигенами паразита и затрудняют его фиксацию в кишечнике (адгезию к стенке).

Эозинофилы через рецепторы к Fc-фрагменту IgE (Fc ε RI и Fc ε RII), имеющиеся в большом количестве на их поверхности, связываются с противопаразитарными антителами, фиксированными на поверхности гельминта, и активируются. На поверхности эозинофилов экспрессируются также рецепторы к константным фрагментам IgA (Fc α R), рецепторы к ИЛ-5, через которые эозинофилы также могут активироваться. В результате активации эозинофил изменяет форму, вытягивается и уплощается, приобретая форму полусферы, края которой крепятся к поверхности паразита. В итоге между паразитом и эозинофилом образуется ограниченное пространство, в которое эозинофил выделяет высокотоксичные энзимы, прежде всего основной эозинофильный белок, и свободные радикалы, буквально растворяющие паразита. Этот процесс получил название экзофагоцитоз.

Из гранул эозинофилов выделяются:

  •  противопаразитарные протеины (главный основной протеин, эозинофильный катионный белок), обладающие токсическим действием в отношении гельминтов;
  • ферменты (эозинофильная пероксидаза, коллагеназа, матриксная металлопротеиназа-9), вызывающие ремоделирование соединительной ткани;
  • лейкотриены (С 4 , D 4 , Е 4 ), вызывающие сокращение гладкомышечных волокон, повышающие сосудистую проницаемость и усиливающие секрецию слизи;
  • цитокины (ИЛ-3, ИЛ-5, ГМ-КСФ), которые индуцируют продукцию эозинофилов в костном мозге и их активацию, а также TGF-α, TGF-β, усиливающие пролиферацию эпителия;
  • фактор активации тромбоцитов PAF, привлекающий в очаг лейкоциты, стимулирующий синтез липидных медиаторов, активирующий нейтрофилы, эозинофилы, тромбоциты;
  • нейротоксины.

Кроме того, эозинофилы снижают содержание гистамина в тканях, разрушая его с помощью фермента гистаминазы, фагоцитируя гистаминсодержащие гранулы тучных клеток, вырабатывая фактор, тормозящий дегрануляцию тучных клеток. Снижая содержание гистамина, эозинофилы препятствуют генерализации воспалительного процесса. Базофилы, как и эозинофилы, находятся преимущественно в тканях. На их поверхности, как и на тучных клетках, есть высокоаффинные рецепторы к IgE. Присоединение антигена к фиксированным на их поверхности Fc ε RI приводит к активации базофилов – выделению ими гистамина и синтезу ИЛ-4 и ИЛ-13.

Иммунный ответ хозяина существенно зависит от размеров гельминтов, их локализации, особенностей размножения, наличия цикличности развития, способности продуцировать иммуномодуляторы. Наиболее напряженный иммунитет вырабатывается при так называемых тканевых гельминтозах – трихинеллезе, филяриидозах, шистосомозах. Относительно напряженный иммунитет развивается при кишечных мигрирующих гельминтозах (аскаридозе, анкилостомидозах) и при инвазиях, возбудители которых определенный период времени проводят в толще слизистой оболочки кишечника (гименолепидоз, трихоцефалез). При гельминтозах, вызываемых кишечными немигрирующими гельминтами (тениаринхоз, энтеробиоз), иммунитет выражен слабо.

Особенностью иммунного ответа при гельминтозах является также его слабая специфичность, обусловленная гетерогенностью антигенов паразитов, так как геном гельминтов содержит до 20 000 структурных генов (всего в 2 раза меньше, чем у человека), а также наличием у них множества антигенов, перекрестно реагирующих с антигенами других, таксономически не только близких, но и далеких видов, например с антигенами хозяина. Это, с одной стороны, затрудняет специфическую иммунологическую диагностику гельминтозов, а с другой – обусловливает возможность неспецифической защиты, когда присутствие в организме хозяина паразитов одного вида ограничивает восприимчивость к другому виду. Показано, например, что у мышей, зараженных трихинеллами, развивался иммунитет к аскаридам, и наоборот.

Наибольшая напряженность специфического иммунного ответа наблюдается в острый период паразитарной инвазии, при элиминации гельминтов иммунитет быстро ослабевает, так как эффекторные факторы (специфические IgE и эозинофилы) имеют короткий период полужизни. При переходе острой инфекции в стадию хронического носительства продукция специфических антител также существенно уменьшается, однако поддерживается напряженный ответ на большое количество низкоспецифических антигенов. Считается, что именно такой ответ и приводит к хроническому паразитированию. Оптимальное соотношение специфических T H 2-, T H 1-, Treg-клеток способствует выработке больших количеств специфического IgE и эффективной элиминации паразитов. Превалирование в этом соотношении T H 1 сопровождается низкой продукцией IgE и способствует хронизации процесса с сохранением всех клинических проявлений гельминтоза. Третий вариант – превалирование Treg-клеток – наиболее благоприятный для паразита и позволяет ему сделаться буквально симбиотом хозяина. При этом варианте продуцируется преимущественно IgG 4 , что не мешает гельминту паразитировать, с другой стороны, клиническая симптоматика у пациента отсутствует, а повышенное образование Treg-клеток предохраняет хозяина от аллергической и аутоиммунной патологии.

Таким образом, иммуноглобулины класса E, Т-хелперы 2-го типа, обеспечивающие их продукцию, IgE-зависимые реакции тучных клеток, эозинофилы и базофилы эволюционно предназначены для борьбы с паразитарными инвазиями. Их участие в патогенезе аллергических заболеваний является результатом ошибки распознавания.

Заключение

Иммунная система слизистой оболочки должна различать потенциальные патогены и безвредные антигены: генерировать эффекторные реакции на патогенов, но не реагировать на продукты питания и комменсалы. Ключевым фактором выбора между генерацией защитного иммунитета и иммунной толерантности в слизистой кишечника являются местные дендритные клетки, которые под влиянием TGF-β, вырабатываемого эпителием, поляризуют Т-клеточный ответ в сторону образования регуляторных Т-клеток. Пищевые белки индуцируют активную форму иммунологической толерантности в иммунной системе слизистых, опосредованную регуляторными Т-клетками, продуцирующими ИЛ-10 и (или) TGF-β. Бактериикомменсалы также распознаются иммунной системой, но не вызывают системные ответы, их антигены индуцируют продукцию IgA-антител, которые препятствуют колонизации. Поскольку комменсалы полезны хозяину, эти иммунорегуляторные процессы позволяют бактериям сосуществовать с иммунной системой.

Кишечные гельминты продуцируют факторы, способные модулировать иммунный ответ хозяина. Доминирующей защитной реакцией против гельминтов является T H 2-опосредованный ответ со стимуляцией продукции специфических IgE, привлечением тучных клеток и эозинофилов. Одним из факторов, способствующих переключению на T H 2-ответ, является высокая концентрация в слизистой ИЛ-4 и ИЛ-13, которые синтезируются тучными клетками, а стимулируют этот процесс хитин и ферменты – вещества, ассоциированные с глистной инвазией. В результате склонность к T H 2-реакциям способствует выработке больших количеств специфического IgE и эффективной элиминации паразитов. Лица с превалированием T H 1-ответов менее склоны к аллергии, но в большей степени подвержены гельминтозам. Носительство паразитов, сопровождающееся повышенным образованием Treg-клеток, не проявляется клинически и предохраняет хозяина от аллергической и аутоиммунной патологии.

А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Категории
Рекомендации
Можно выбрать
Интересное
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru

Пожалуйста поддержите наш сайт.

Скроее всего Вы знаете, что Google приостановил монетизацию сайтов в РФ. Для поддержки нашего сайта пожалуйста используйте VPN соединение из любой страны кроме РФ. Нам важна Ваша помощь для продолжения публикации новых лекций и статей.