19.2. Аутоиммунные заболевания

Аутоиммунные заболевания (АИЗ) поражают 5-7% населения земного шара, чаще развиваются у женщин, чем у мужчин, как правило, в молодом возрасте. АИЗ развиваются в тех случаях, когда в организме появляются антитела (АТ) или клоны реактивных Т-клеток, способные взаимодействовать с собственными антигенами (Ag) и тем самым разрушать клетки и ткани, несущие эти антигены. Возникший аутоиммунный процесс - явление в значительной степени хроническое, приводящее к долговременному повреждению тканей. Связано это, в первую очередь, с тем, что аутоиммунная реакция постоянно поддерживается тканевыми Ag. В качестве аутоAg могут выступать белки, нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, сахара, стероиды и т.д. Обнаружение в сыворотке крови различных аутоАТ имеет порой решающее диагностическое значение для подтверждения того или иного АИЗ, тесно связано с активностью болезни или может определять прогноз (табл. 19,6).

Аутоиммунные заболевания могут быть направлены против специфических органов или тканевых структур (системное аутоиммунное заболевание). Их подразделяют на органоспецифические и органонеспецифические в зависимости от того, реагируют ли они главным образом с антигеном клеток одного или многих органов. Органами-мишенями при органоспецифических заболеваниях часто оказываются щитовидная железа, надпочечники, желудок и поджелудочная железа (тиреоидит Хашимото, первичная микседема, тиреотоксикоз, пернициозная анемия, болезнь Аддисона, инсулин-зависимый сахарный диабет и другие). При органонеспецифических болезнях, в том числе ревматологических, обычно возникают поражения кожи, почек, суставов и мышц (дерматомиозит, системная красная волчанка, склеродермия, ревматоидный артрит и другие).

Таблица 19.6

Примеры аутоиммунных заболеваний

Основной провоцирующий механизм	Синдром	Аутоантигены	Характер нарушений
Антитела к антигенам клеточной поверхности или матрикса	аутоиммунная гемолитическая анемия	антигены группы крови Rh на эритроцитах	разрушение эритроцитов комплементом, фагоцитоз, анемия
	аутоиммунная тромбоцитопения	интегрин gpIIb:IIIa на тромбоцитах	гемофилия
	синдром Гудпастера	IV тип коллагена	васкулит, почечная недостаточность
	острая ревматическая лихорадка (стрептококковый эндокардит)	антигены стрептококка, антитела к стрептококку, перекрестно реагирующие с сердечной мышцей	миокардит, артрит, патологические нарушения сердечных клапанов
Иммунные комплексы	постстрептококковый гломерулонефрит	стрептококковый антиген	преходящее поражение почек
	узловатый полиартериит	антиген вируса гепатита В	системный васкулит
	системная красная волчанка	ДНК, гистоны, рибосомы	гломерулонефрит, васкулит, артрит
Активность Т-клеток	инсулин-зависимый диабет	антиген b-клеток	воспаление, разрушение тканей
	ревматоидный артрит	неизвестный синовиальный антиген	разрушение b-клеток
	экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит	основной белок миелина, протеолипидный белок	инвазия Т-клеток в мозг, параличи

Этиопатогенез. Механизм аутоиммунного разрушения клеток и тканей не отличим от того, который имеет место в условиях нормы при адаптивном иммунитете и включает как специфические Ig различных классов, так и субпопуляции Т-клеток, способные реагировать на собственные антигены. Механизмы повреждения тканей при органоспецифических и органонеспецифических заболеваниях различны. В тех случаях, когда антиген локализован в каком-либо одном органе, наибольшее значение имеют гиперчувствительность II типа и клеточные реакции. При органонеспецифических АИЗ основную роль играет отложение иммунных комплексов, ведущее так или иначе, в том числе путем активации комплемента и фагоцитоза, к воспалению. 

Для развития аутоиммунного заболевания необходимо наличие двух факторов: генетического и фактора окружающей среды (факторы реализации). При наличии генетической основы (предрасположенности) факторы окружающей среды могут способствовать развитию аутоиммунного заболевания. Поскольку определенный набор HLA связан с предрасположенностью к некоторым заболеваниям, то система HLA является важным детерминантом генетического фактора (табл. 19.7).

Практически все изученные АИЗ ассоциированы с тем или иным гаплотипом HLA. При органоспецифических заболеваниях особенно часто встречается гаплотип В8, DR 3, хотя тиреоидит Хашимото чаще ассоциирован с DR 5. Ревматоидный артрит ассоциирован с определенной последовательностью в DR 4. Спондилоартрит ассоциирован с наличием антигена HLA-B27.

Ассоциации I класса: серонегативный спондилоартрит и HLA-B27.

Ассоциации II класса: ревматоидный артрит (хронический полиартрит) и HLA-DR4 и HLA-DR1; сахарный диабет первого типа и  HLA-DR3 и HLA-DR4; нарколепсия и HLA-DR2.

Это подтверждает представление об участии нескольких генетических факторов в развитии АИЗ: во-первых, генов, определяющих общую предрасположенность к аутоиммунной патологии, органоспецифической или органонеспецифической, а во-вторых, других генов, которые определяют конкретную мишень - антиген или антигены, против которых направлена аутоиммунная реакция.

  

Таблица 19.7

Связь HLA генотипа с чувствительностью к аутоиммунным заболеваниям

Заболевание	HLA аллель	Относительный риск
Спондилоартрит анкилозирующий	В27	87,4
Синдром Гудпастера	DR2	15,9
Множественный склероз	DR2	4,8
Болезнь Грейвса	DR3	3,7
Миастения гравис	DR3	2,5
Системная красная волчанка	DR3	5,8
Инсулинзависимый диабет	DR3 или DR4	3,2
Ревматоидный артрит	DR4	4,2

В настоящее время в связи с высокой инфицированностью населения различными вирусными инфекциями, их роль в развитии аутоагрессии является лидирующей. В патогенезе этого задействованы два механизма, приводящие к срыву иммунологической толерантности к тканям собственного организма и поддержанию аутореактивного процесса. Ими являются феномен молекулярной мимикрии и избыточная активация аутореактивных лимфоцитов. Структурное сходство вирусных и аутоэпитопов способно приводить при соблюдении ряда дополнительных условий к активации аутореактивных иммунокомпетентных клеток. В норме ауто Ag в низкой концентрации поддерживает аутореактивные Т-хелперы в состоянии толерантности. Инфекционный агент, несущий эпитопы, перекрестно реагирующие со "скрытыми" аутоэпитопами, вызывает экспрессию ко-стимулирующих молекул (CD 2, CD 28, LFA -1), вследствие чего происходит активация аутореактивных Т-хелперов.

Будучи активированными, аутореактивные лимфоциты уже не нуждаются во внешнем стимуле и способны реагировать с аутоэпитопами на поверхности "непрофессиональных" Ag -презентирующих клеток (АПК) (гепатоциты, клетки билиарного эпителия).

В-клеточные перекрестно-реагирующие эпитопы также могут привести к срыву толерантности, однако по другому механизму. Многие аутореактивные В-лимфоциты не могут быть активированы, так как Т-хелперы, в "содействии" которых они нуждаются, либо находятся в состоянии толерантности под воздействием низкой концентрации ауто Ag , либо способны распознавать только "скрытые" эпитопы. Однако эти В-клетки могут связывать другие эпитопы перекрестно-реагирующего Ag , презентируя его перекрестные эпитопы аутореактивным Т-хелперам в концентрации, достаточной для их активации. После клиренса внешнего фактора роль стимулятора берет на себя аутоэпитоп, и Т-хелперы, выйдя из состояния толерантности, активируют В-лимфоциты.

Нельзя исключить, что, кроме вирусов, функцию инициатора иммунопатологических процессов могут выполнять и другие факторы окружающей среды, в частности реактивные метаболиты лекарственных препаратов.

19.3. Генетика антител и системы антиген/рецептор

Важнейшие структуры иммунной системы – лимфоциты – обладают рецепторами к антигенам. Рецепторы лимфоцитов (и Т- и В- клеток) закодированы в геноме и сходны по своей структуре, однако гены для этих двух типов рецепторов различны и локализуются в разных хромосомах. Секретируемые рецепторы В-клеток (антитела) представлены иммуноглобулинами. Рецепторы Т-клеток не секретируются.

Специфичность рецептора целиком определяется первичной структурой его антиген-связывающего участка. Этот участок кодируется целым набором геном, причем в ходе развития лимфоцита один из генов вариабельной части молекулы (VI ген), выбраны случайным образом, объединяется с геном константной части (С-геном). Таким образом, дифференцированный лимфоцит способен продуцировать только один тип рецептора, специфичный для одного определенного антигена, а вся популяция лимфоцитов, как целое содержит полный набор рецепторов, которые организм способен синтезировать. Контакт с определенным антигеном вызывает пролиферацию тех лимфоцитов (клонов), которые имеют рецептор соответствующий этому антигену. Генетика антител (рецепторов) В-лимфоцитов изучена значительно лучше, чем рецепторов Т-клеток. Основные принципы в этих случаях сходны.

У большинства людей иммуноглобулины (антитела, или секретируемые В-клетками рецепторы антигенов) представляют собой сложную смесь белков, синтезируемых многими различными клеточными клонами. На первый взгляд такая гетерогенность кажется непреодолимым препятствием на пути химического анализа антител, поскольку для него необходимы очищенные белки. Однако, как и во многих других случаях, сама природа "предусмотрела" ситуации, позволяющие решить эту задачу. Неоплазии возникают при злокачественном перерождении одиночных клеток. Во многих случаях это происходит в результате соматических мутаций. Если дифференцировка клеток, продуцирующих антитела, произошла до начала злокачественного роста, плазматические опухолевые клетки будут в большом количестве продуцировать один-единственный вид антител. Действительно, такие моноклональные белки были обнаружены у мыши и у человека при миеломатозах ­ это распространенный тип плазмотических опухолей. Белки миелом можно выделить и очистить в достаточных количествах для определения их аминокислотной последовательности. Таким путем была изучена структура антител.

Принято различать пять классов иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgD и IgE. Молекулы иммуноглобулинов каждого из этих классов состоят из цепей различной длинны - так называемых легких цепей (L) и тяжелых цепей (H). Класс иммуноглобулина определяется тем, к какому из пяти типов – γ, μ, α, δ или ε – относятся входящие в его состав тяжелые цепи. Легкие цепи бывают лишь двух типов –κ или λ. В любой молекуле присутствуют легкие цепи только одного из этих двух типов, но в каждом классе встречаются иммуноглобулины с легкими цепями как κ-, так и λ-типа.

Молекула IgG представляет собой типичный иммуноглобулин, в ее составе две Н-цепи связаны дисульфидными мостиками друг с другом, а также с двумя L-цепями. Другие классы иммуноглобулинов отличаются более сложной структурой, например одна молекула IgM построена из пяти субъединиц, в каждой из которых по две Н-цепи. В ходе нормального иммунного ответа первыми образуются антитела класса IgM, затем они заменяются антителами класса IgG той же специфичности. Переключение синтеза происходит в тех же клетках, которые синтезировали IgM.

Все тяжелые и легкие цепи иммуноглобулинов имеют общее свойство, отличающее их от всех изученных к настоящему времени белков: в них имеются константные и вариабельные области. Константная область (С) построена подобно большинству других полипептидов, ее аминокислотная последовательность одинакова у С-цепей всех типов, исключение составляют лишь отдельные аминокислотные остатки, по которым наблюдаются полиморфные варианты. Обычно они выявляются косвенно, по подавлению агглютинации эритроцитов специфическими антителами. Эти варианты обозначаются как группы Gm и Km (Inv) для тяжелых и легких цепей соответственно. Вариабельные области, напротив, по аминокислотным последовательностям оказались различными во всех изученных к настоящему времени белках миелом. Все вариабельные области легких и тяжелых цепей имеют примерно равную длину - 107-120 аминокислот. Константная область легких цепей приблизительно равна по длине вариабельной области. В тяжелых цепях константная область по длине почти в точности соответствует нескольким копиям вариабельной области. Константные области тяжелых γ1 и α1-цепей в три раза, а μ- и ε- цепей в четыре раза длиннее сходных областей легких цепей. Более того, все сегменты константной области в некоторой степени гомологичны между собой, т. е. их аминокислотные последовательности, хотя и различаются по многим деталям, но все же настолько сходны, что это не может быть случайностью.

Проще всего такое сходство объяснить общим эволюционным происхождением всех этих сегментов. Предположим, что исходно существовал один ген, который кодировал полипептидную цепь, по длине приблизительно соответствующую константной области легкой цепи. В ходе эволюции этот ген многократно дуплицировался. Некоторые дупликации привели к возникновению генов, кодирующих полипептиды, в составе которых одна и та же аминокислотная последовательность повторена три или даже четыре раза. Дуплицированные участки ДНК были полностью гомологичны по структуре, но различались по относительному расположению. Дивергенция этих структурно гомологичных между собой участков в ходе эволюции обусловила наблюдающиеся в настоящее время различия в аминокислотной последовательности константных областей различных иммуноглобулинов.

Первая дупликация исходного гена, вероятно, произошла в ходе хромосомной перестройки. Последующие акты дупликации легко могли осуществляться путем неравного кроссинговера при ошибочном спаривании тесно сцепленных генов, гомологичных по структуре, но различающихся по расположению. По-видимому, это наиболее вероятный механизм увеличения числа гомологичных участков в константных областях различных генов тяжелых цепей. В дальнейшем эволюция различных легких и тяжелых цепей происходила в основном путем дупликаций и хромосомных перестроек. Гены легких и тяжелых цепей не располагаются рядом в составе одной и той же хромосомы. Генетически полиморфные сайты легких цепей (Km-система) и тяжелых цепей (Gm-система) не сцеплены между собой.

До сих пор рассматривался генетический контроль только константных областей, который можно удовлетворительно объяснить в рамках представлений классической генетики. Однако подобный подход не годится для вариабельных областей. Как объяснить, что все аминокислотные последовательности вариабельных областей, проанализированные к настоящему времени, оказались различными? Можно предположить, что любой человек обладает очень большим количеством клонов плазматических клеток, каждый из которых образует иммуноглобулин со структурой вариабельного участка, характерной лишь для этого клона. Возможно также, что специфичность антитела определяется его вариабельной областью (V). При этом остаются открытыми два принципиальных вопроса.

1. Какие генетические механизмы контролируют синтез вариабельных областей?

2. Каким образом в результате их действия возникает специфичность антител?

Проектные задания

1. Подготовьте реферат на тему: - История открытия групп крови - Система HLA и заболевания репродуктивной системы - Система HLA и заболевания эндокринной системы - Система HLA и аутоиммунные заболевания соединительной ткани - Система HLA и заболевания внутренних органов - Генетические аспекты трансплантационной иммунологии - Нарушения иммунитета: аллергия. Генетические аспекты. 2. Подготовьте презентацию на тему: - генетика групп крови - системы групп крови -главный комплекс гистосовместимости - система HLA и заболевания -генетические аспекты устойчивости к ВИЧ инфекции - иммуноглобулины 3. У человека группы крови АВО контролируются тремя аллелями. В популяции встречается редкий мутантный аллель "h" независимого гена, который в гомозиготном состоянии оказывает ингибирующее действие на аллели А и В, приводящее к выработке агглютиногена. В результате такого взаимодействия антитела в крови не вырабатываются, что приводит к формированию I группы крови. Напишите возможные генотипы и выпишите гаметы, расположив схематично гены I и Н в хромосомах для особей I, II, III групп. 4. В семье трое детей с II, III и IV группой крови. Их родители имеют IV и I группу крови. Определите, все ли дети родные, а также, возможно ли переливание крови от родителей к детям. Ответ обоснуйте.

Литература

Основная

1. Бочков  Н.П. Клиническая генетика. Учебник. М. :ГЭОТАР-МЕД. 2001.- 448с.

2. Бурместер Г.Р, Пецутто А. Наглядная иммунология. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -320с.

3. Гришаев М.П., Гришаева О.Н. Генетически обусловленная устойчивость к ВИЧ-инфицированию // Новости "Вектор-Бэст", 1999.

4. Приходченко Н.Н., Шкурат Т.П. Основы генетики человека. Ростов-на-Дону: Феникс, 1997. – 368с.

5. Фогель Ф. Мотульски А. Генетика человека. М.: Мир. 1989. Т.1, 2, 3.

Дополнительная

1. Abbas A.K. Lichtman A.H. Basic Immunology: Functions and Disorders of the Immune System. Philadelphia: W.B. Saunders Co, 2001.

2. Abbas A.K. Lichtman A.H. Cellular and Molecular Immunology. 5th ed. Philadelphia: W.B. Saunders Co, 2003.

3. Sell S., Max E.E. Immunology, Immunopathology, and Immunity. 6th. Washington, DC: ASM Press, 2001.

4. Rowland-Jones, S. et al. Nat. Med. 1995, № 1, 59-64.

5. Paxton, W.A. et al. Nat. Med. 1996, № 2, P. 412-417.

6. Cleriki, M., et al. J. Infect.Dis. 1992, V. 165, P. 1012-1019.

7. Liu,R., et al. Cell. 1996, 86, P. 367-377.

8. Samson, M., et al. Nature. 1996, V. 382, P. 722-725.

9. Dean, M., et al. Science. 1996, V. 273, P. 1856-1862.

10. Koyanagi, Y., et al. Science. 1987, V. 236, P. 819-822.

11. Fisher, A.G., et al. Nature. 1988, V. 334, P. 444-447.

12. Zhu,T., et al. Science. 1993, V. 261, P. 1179-1181.

13. Connor, R.I., et al. J. Virol. 1994, V. 68, P. 4400-4408.

14. Alkhatib, G., et al. Sciense. 1996, V. 272, P. 1955-1958.

15. Choe, H., et al. Cell. 85, 1996, V. P. 1135-1148.

16. Deng, D., et al. Nature. 1996, V. 381, P. 661-666.

17. Doranz, B.J., et al. Cell. 1996, V. 85, P. 1149-1158.

18. Dragic, T., et al. Nature. 1996, V. 381, P. 667-673.

19. Feng, Y., et al. Science. 1996, V. 272, P. 872-877.

20. Cocchi, F., et al. Science, 1996, V. 720, P. 1811-1815.