13
16789
Механизмы снижения функции В-лимфоцитов при старении
Изменения в работе иммунной системы начинаются задолго до каких либо проявлений старения организма. Однако остается неясным, какой процесс первичен: болезни вызывают снижение иммунореактивности организма или возрастное ослабление функций иммунной системы способствует развитию болезней. В компасе рассматривается один из аспектов данного направления: роль В-лимфоцитов.
- Содержание:
-
1 Иммунная система: введение -
2 Иммунология старения -
3 Методы клинической диагностики -
4 Иммортализация человеческих В-клеток -
5 Исследования молекулярных механизмов снижения активности В лимфоцитов при старении -
6 Лаборатория Л.А. Вогель -
7 Вопросы, на которые ещё нет ответов -
8 Литература по теме
Иммунная система: введение
Защита организма от инфекции - бактериальной, вирусной, грибковой или паразитарной - осуществляется двумя системами иммунитета: врожденного (или неспецифического) и приобретенного (или специфического). В основе этих систем лежат разные принципы: врожденный иммунитет функционирует опираясь на воспаление и фагоцитоз, приобретенный использует антитела и иммунные лимфоциты.
Врожденный и приобретенный иммунитет, использующие совершенно разные механизмы, в реальном иммунитете работают как единое целое, взаимодействуя с самых ранних этапов распознавания инфекции и кончая заключительными (эффекторными) стадиями освобождения организма от инфекции.
Иммунитет в целом и каждая из его систем в отдельности решают две
задачи: распознавание чужеродных клеток или веществ, попавших в
макроорганизм, и их обезвреживание или удаление из организма. Эти
задачи по-разному решаются врожденным и приобретенным иммунитетом, но особенно эффективно в их взаимодействии.
Напомним кратко, как врожденный иммунитет решает эти задачи. Здесь
функционируют четыре отдельные, но взаимодействующие системы:
кининовая, комплемент, фагоцитирующие клетки и так называемые
нормальные киллеры (NK-клетки).
Воспаление и фагоцитоз обеспечивают существование всех беспозвоночных, но эти механизмы имеют внутренне присущие им особенности, которые делают их недостаточными, особенно у длительно живущих позвоночных животных. К таким внутренним недостаткам врожденного иммунитета относятся однообразие, неспецифичность и, так сказать, необучаемость этой системы. Живой мир бесчисленного множества постоянно изменяющихся микроорганизмов стремится поживиться ресурсами сложных многоклеточных существ, обойти, обмануть и даже воспользоваться работой самой защитной
системы, тем более что она монотонна и не особенно поворотлива.
Таким образом, у позвоночных в процессе эволюции возникла высочайшая специфичность в распознавании инфекций,а также способность запоминать первый контакт с данным паразитом и затем отвечать на него быстрее и энергичнее - много быстрее и много энергичнее, чем в первый раз. Возникла способность нейтрализовать токсины и вирусы в крови, убивать клетки, зараженные вирусом, и активировать макрофаги, несущие внутримакрофагальную инфекцию.
Возникли антитела и иммунные лимфоциты, причем сразу и вдруг, не оставив заметных следов своего эволюционного происхождения. Возникли как система в целом, не оставив никаких указаний на первичную физиологическую функцию, из которой она развилась.
На генетическом уровне в основу приобретенного иммунитета лег принцип сборки иммуноглобулинового (антительного) гена из фрагментов - принцип, не имеющий аналогов в эволюции позвоночных. Такая генетическая рекомбинация - сборка генов, контролирующих активный центр антител, обеспечила генерацию бесконечного их разнообразия, способного распознавать любое чужеродное макромолекулярное вещество (антиген). Так возник механизм специфического распознавания.
Другой принцип - клональной селекции - лежит в основе иммунологического запоминания и определяется тем, что иммунная система включает миллиарды генетически разнородных клеток (лимфоцитов), способных продуцировать антитела различной специфичности или связанные с клетками антигенраспознающие рецепторы. Причем одна клетка продуцирует антитело или рецептор лишь одной специфичности.
Антиген, попадая в организм, находит "свой", то есть комплементарный, лимфоцит, и стимулирует его размножение и дифференцировку. Таким образом, в ответ на введение антигена возникают клоны генетически однородных клеток, продуцирующих антитела (или клеточные рецепторы), специфически взаимодействующие с данным антигеном.
При повторном введении антигена он встречается с уже готовыми клонами и иммунный ответ на него возникает быстрее и энергичнее (иммунологическая память). Таким образом, в иммунитете возникают специфичность ответа на чужеродный антиген и обучаемость, или память - более быстрая и энергичная защитная реакция при повторной встрече с инфекцией. При этом реакции приобретенного иммунитета полностью или частично опираются на механизмы иммунитета врожденного. Как это происходит?
В лимфоциты: развитие, дифференцировка, функции
В крови человека на долю В-лимфоцитов приходится примерно 15%.
Термин "В-клетки" образован по первой букве английского названия органов, в которых формируются (созревают) эти клетки – сумка Фабрициуса (bursa of Fabricius) у птиц и костный мозг (bone marrow) у человека и др. млекопитающих.
В-клетки, как и все другие клетки крови, образуются из полипотентных кроветворных клеток (клетку называют стволовой, если в процессе ее деления одна клетка дифференцируется, а другая остается источником образования последующих поколений дифференцированных клеток).
Образование В-клеток начинается в эмбриональной печени, а затем перемещается в костный мозг – важнейший кроветворный орган, где
развиваются различные клоны В-клеток.
В дифференцировке В-клеток, полностью протекающей в костном мозге, выделяют две фазы: антигензависимую и антигеннезависимую.
Под влиянием локального микроокружения предшественники В-лимфоцитов (большие пре-В-клетки) делятся, образуя пре-В-клетки, содержащие в своей цитоплазме тяжелые цепи иммуноглобулинов класса М, а затем приобретающие способность к синтезу и легких цепей. Это обусловлено возникающей в эту фазу перестройкой генов Ig и их экспрессией.
Следует отметить несинхронность перестройки генов Ig: в начале перестраиваются гены тяжелых, а затем легких цепей Ig. Этот этап именуют антигеннезависимой фазой дифференцировки В-клеток, во
время которой возникает большое разнообразие клонов пре-В-клеток,
не имеющих иммуноглобулиновых рецепторов, способных взаимодействовать с антигеном.
Затем в печени эмбриона (с последующим перемещением в костный мозг) пре-В-клетки превращаются в малые незрелые В-клетки, на мембране которых уже располагаются молекулы IgM. И этот процесс продолжается в костном мозге всю жизнь.
Из костного мозга В-клетки мигрируют в периферические органы иммунной системы. По мере созревания на их поверхности появляются антитела изотипа IgD, рецепторы к компонентам комплемента и
рецепторы к Fc-фрагменту секретируемых IgG-антител.
Существует гипотеза о том, что клетки несущие только IgM, при контакте с антигеном переходят в толерантное состояние, а реакция с антигеном
клеток, несущих IgM и IgD (зрелых В-клеток), стимулирует процесс пролиферации и дифференцировки этих клеток в плазматические, что служит важнейшим механизмом, с помощью которого собственные антигены организма предотвращают развитие аутореактивных клонов В-клеток.
Одним из важнейших поверхностных компонентов В-клеток являются
молекулы HLA-DR – генетически полиморфные гликопротеины,
которые служат узнающими элементами при взаимодействии В-клеток
с активированным антигеном Т-клетками.
Внутри каждого клона часть В-клеток переключается с экспрессии IgM
и IgD на экспрессию иммуноглобулинов изотипов IgG, IgA, IgE. В-лимфоциты могут одновременно экспрессировать до трех изотипов
иммуноглобулинов (например, IgM, IgD и IgA).
Субпопуляции В-клеток.
В-клетки памяти – это долгоживущие малые В-лимфоциты, произошедшие из зрелых В-клеток в результате стимуляции антигеном
при участии Т-лимфоцитов. При повторной стимуляции антигеном
эти клетки активируются гораздо легче, чем исходные В-клетки. Они
обеспечивают (при участии Т-клеток) быстрый синтез большого
количества антител при повторном проникновении антигена в организм.
Плазматические клетки – последний этап дифференцировки В-клеток, без поверхностных иммуноглобулинов, продуцирующие антитела. Они
характеризуются эксцентрично расположенным ядром, хорошо
развитым комплексом Гольджи и эндоплазматическим ретикулумом.
Зрелые плазматические клетки способны синтезировать несколько
тысяч иммуноглобулинов в секунду, но продолжительность жизни этих
клеток составляет в среднем 2-3 дня.
Итак, основная функция В-клеток заключается в том, чтобы в ответ
на антиген размножаться и дифференцироваться в плазматические клетки, продуцирующие антитела.
Врожденный и приобретенный иммунитет, использующие совершенно разные механизмы, в реальном иммунитете работают как единое целое, взаимодействуя с самых ранних этапов распознавания инфекции и кончая заключительными (эффекторными) стадиями освобождения организма от инфекции.
Иммунитет в целом и каждая из его систем в отдельности решают две
задачи: распознавание чужеродных клеток или веществ, попавших в
макроорганизм, и их обезвреживание или удаление из организма. Эти
задачи по-разному решаются врожденным и приобретенным иммунитетом, но особенно эффективно в их взаимодействии.
Напомним кратко, как врожденный иммунитет решает эти задачи. Здесь
функционируют четыре отдельные, но взаимодействующие системы:
кининовая, комплемент, фагоцитирующие клетки и так называемые
нормальные киллеры (NK-клетки).
Воспаление и фагоцитоз обеспечивают существование всех беспозвоночных, но эти механизмы имеют внутренне присущие им особенности, которые делают их недостаточными, особенно у длительно живущих позвоночных животных. К таким внутренним недостаткам врожденного иммунитета относятся однообразие, неспецифичность и, так сказать, необучаемость этой системы. Живой мир бесчисленного множества постоянно изменяющихся микроорганизмов стремится поживиться ресурсами сложных многоклеточных существ, обойти, обмануть и даже воспользоваться работой самой защитной
системы, тем более что она монотонна и не особенно поворотлива.
Таким образом, у позвоночных в процессе эволюции возникла высочайшая специфичность в распознавании инфекций,а также способность запоминать первый контакт с данным паразитом и затем отвечать на него быстрее и энергичнее - много быстрее и много энергичнее, чем в первый раз. Возникла способность нейтрализовать токсины и вирусы в крови, убивать клетки, зараженные вирусом, и активировать макрофаги, несущие внутримакрофагальную инфекцию.
Возникли антитела и иммунные лимфоциты, причем сразу и вдруг, не оставив заметных следов своего эволюционного происхождения. Возникли как система в целом, не оставив никаких указаний на первичную физиологическую функцию, из которой она развилась.
На генетическом уровне в основу приобретенного иммунитета лег принцип сборки иммуноглобулинового (антительного) гена из фрагментов - принцип, не имеющий аналогов в эволюции позвоночных. Такая генетическая рекомбинация - сборка генов, контролирующих активный центр антител, обеспечила генерацию бесконечного их разнообразия, способного распознавать любое чужеродное макромолекулярное вещество (антиген). Так возник механизм специфического распознавания.
Другой принцип - клональной селекции - лежит в основе иммунологического запоминания и определяется тем, что иммунная система включает миллиарды генетически разнородных клеток (лимфоцитов), способных продуцировать антитела различной специфичности или связанные с клетками антигенраспознающие рецепторы. Причем одна клетка продуцирует антитело или рецептор лишь одной специфичности.
Антиген, попадая в организм, находит "свой", то есть комплементарный, лимфоцит, и стимулирует его размножение и дифференцировку. Таким образом, в ответ на введение антигена возникают клоны генетически однородных клеток, продуцирующих антитела (или клеточные рецепторы), специфически взаимодействующие с данным антигеном.
При повторном введении антигена он встречается с уже готовыми клонами и иммунный ответ на него возникает быстрее и энергичнее (иммунологическая память). Таким образом, в иммунитете возникают специфичность ответа на чужеродный антиген и обучаемость, или память - более быстрая и энергичная защитная реакция при повторной встрече с инфекцией. При этом реакции приобретенного иммунитета полностью или частично опираются на механизмы иммунитета врожденного. Как это происходит?
В лимфоциты: развитие, дифференцировка, функции
В крови человека на долю В-лимфоцитов приходится примерно 15%.
Термин "В-клетки" образован по первой букве английского названия органов, в которых формируются (созревают) эти клетки – сумка Фабрициуса (bursa of Fabricius) у птиц и костный мозг (bone marrow) у человека и др. млекопитающих.
В-клетки, как и все другие клетки крови, образуются из полипотентных кроветворных клеток (клетку называют стволовой, если в процессе ее деления одна клетка дифференцируется, а другая остается источником образования последующих поколений дифференцированных клеток).
Образование В-клеток начинается в эмбриональной печени, а затем перемещается в костный мозг – важнейший кроветворный орган, где
развиваются различные клоны В-клеток.
В дифференцировке В-клеток, полностью протекающей в костном мозге, выделяют две фазы: антигензависимую и антигеннезависимую.
Под влиянием локального микроокружения предшественники В-лимфоцитов (большие пре-В-клетки) делятся, образуя пре-В-клетки, содержащие в своей цитоплазме тяжелые цепи иммуноглобулинов класса М, а затем приобретающие способность к синтезу и легких цепей. Это обусловлено возникающей в эту фазу перестройкой генов Ig и их экспрессией.
Следует отметить несинхронность перестройки генов Ig: в начале перестраиваются гены тяжелых, а затем легких цепей Ig. Этот этап именуют антигеннезависимой фазой дифференцировки В-клеток, во
время которой возникает большое разнообразие клонов пре-В-клеток,
не имеющих иммуноглобулиновых рецепторов, способных взаимодействовать с антигеном.
Затем в печени эмбриона (с последующим перемещением в костный мозг) пре-В-клетки превращаются в малые незрелые В-клетки, на мембране которых уже располагаются молекулы IgM. И этот процесс продолжается в костном мозге всю жизнь.
Из костного мозга В-клетки мигрируют в периферические органы иммунной системы. По мере созревания на их поверхности появляются антитела изотипа IgD, рецепторы к компонентам комплемента и
рецепторы к Fc-фрагменту секретируемых IgG-антител.
Существует гипотеза о том, что клетки несущие только IgM, при контакте с антигеном переходят в толерантное состояние, а реакция с антигеном
клеток, несущих IgM и IgD (зрелых В-клеток), стимулирует процесс пролиферации и дифференцировки этих клеток в плазматические, что служит важнейшим механизмом, с помощью которого собственные антигены организма предотвращают развитие аутореактивных клонов В-клеток.
Одним из важнейших поверхностных компонентов В-клеток являются
молекулы HLA-DR – генетически полиморфные гликопротеины,
которые служат узнающими элементами при взаимодействии В-клеток
с активированным антигеном Т-клетками.
Внутри каждого клона часть В-клеток переключается с экспрессии IgM
и IgD на экспрессию иммуноглобулинов изотипов IgG, IgA, IgE. В-лимфоциты могут одновременно экспрессировать до трех изотипов
иммуноглобулинов (например, IgM, IgD и IgA).
Субпопуляции В-клеток.
В-клетки памяти – это долгоживущие малые В-лимфоциты, произошедшие из зрелых В-клеток в результате стимуляции антигеном
при участии Т-лимфоцитов. При повторной стимуляции антигеном
эти клетки активируются гораздо легче, чем исходные В-клетки. Они
обеспечивают (при участии Т-клеток) быстрый синтез большого
количества антител при повторном проникновении антигена в организм.
Плазматические клетки – последний этап дифференцировки В-клеток, без поверхностных иммуноглобулинов, продуцирующие антитела. Они
характеризуются эксцентрично расположенным ядром, хорошо
развитым комплексом Гольджи и эндоплазматическим ретикулумом.
Зрелые плазматические клетки способны синтезировать несколько
тысяч иммуноглобулинов в секунду, но продолжительность жизни этих
клеток составляет в среднем 2-3 дня.
Итак, основная функция В-клеток заключается в том, чтобы в ответ
на антиген размножаться и дифференцироваться в плазматические клетки, продуцирующие антитела.
Иммунология старения
Связь широкого круга возрастных патологических процессов с дефектами иммунной системы привела к предположению, что старение ее может ограничивать продолжительность жизни. Однако хотя существует множество экспериментальных и клинических исследований, демонстрирующих возрастное истощение иммунной системы, этого еще недостаточно для объяснения всех проявлений старения.
Вместе с тем одной из основных причин старения считают нарушения
в функционировании иммунной системы как в целом, так и в отдельных ее звеньях.
С нарушениями работы именно иммунной системы ассоциируются многие заболевания пожилого и старческого возраста, к которым прежде всего относятся аутоиммунные заболевания, опухоли, болезни суставов, почек, амилоидоз, патология сердечно-сосудистой системы, инфекционные заболевания.
Изменения в работе иммунной системы начинаются задолго до каких либо проявлений старения организма. Однако остается неясным, какой процесс первичен: болезни вызывают снижение иммунореактивности организма или возрастное ослабление функций иммунной системы способствует развитию болезней. Поэтому выявление иммунных нарушений наиболее перспективно в плане коррекции аутоиммунных
и других возрастных изменений.
Известно, что иммунный ответ контролируется генами иммунного ответа. Нормальная иммунная реакция и ненарушенная генетическая регуляция иммунореактивности - необходимое условие устойчивости к болезням и старению. Накоплены данные об участии генов системы гистосовместимости в регуляции иммунореактивности и об их связи с патологией.
Набор антигенов каждой особи строго индивидуален, фенотип человека определяет особенности функционирования многих органов
и систем, а возможно, и в целом общеповеденческую реакцию при взаимодействии с окружающей средой. Выявлена связь комплекса гистосовместимости с чувствительностью к вирусным инфекциям, опухолям и аутоиммуным заболеваниям.
Все большее число исследователей склоняются к тому, что продолжительность жизни определяется генетически, а различия между максимальной и средней ее продолжительностью в пределах вида в значительной степени отражают влияние окружающей среды.
В подтверждение генетической теории старения авторы из института медицинской иммунологии в Бельгии приводят исследования монозиготных и дизиготных близнецов из семей с малой и большой продолжительностью жизни родителей. Оказалось, что различие в
продолжительности жизни у пары монозиготных близнецов меньше, чем у дизиготных. Средняя продолжительность жизни лиц, родители которых жили долго, была больше, чем у потомков родителей с меньшей продолжительностью жизни; одна и та же причина смерти у монозиготных близнецов встречалась примерно в 2 раза чаще, чем у дизиготных.
На возрастные ослабления функций иммунной системы влияют как экзогенные, так и эндогенные факторы: изменение клеточного окружения (нарушения нейрогуморального равновесия), изменения самих клеток иммунной системы. Многими исследователями старость рассматривается как Т-иммунодефицит, при этом отмечается достаточно высокий уровень иммунологической резистентности, т.е. можно говорить о сбалансированном Т-иммунодефиците. Результаты исследований свидетельствуют о том, что характерные для старения изменения в популяции Т-клеток обусловлены возрастной инволюцией тимуса.
Характерным для старения является уменьшение количества В-лимфоцитов. Однако иногда общее количество клеток может и не меняться, но увеличивается количество молчащих, невостребованных клеток, что связано со снижением активности рецепторного аппарата клетки.
Старение характеризуется более выраженным снижением уровня популяции Т-супрессоров (CD 8+клеток) и менее выраженным
- Т-хелперов (CD4+ клеток). Обнаруживаются определенные особенности внутри популяций Т-хелперов у пожилых, в частности, наблюдается дефицит Т-клеток памяти.
Снижение активности Т-клеток при старении, по-видимому, является следствием генетически запрограммированной инволюции функции тимуса. Считается, что инволюция тимуса, начинающаяся при половом созревании, это главное возрастное изменение иммунной системы. Такая инволюция состоит в прогрессивной потере клеточности с истощением лимфоидного пула клеток в зонах коры и кистозными
изменениями эпителиальных клеток. Выход дифференцированных Т-клеток снижается с увеличением возраста. Более подробно об инволюции тимуса можно прочитать здесь.
Однако влияние инволюционных процессов в тимусе не ограничивается
только Т-клеточным звеном иммунитета, они захватывают и В-клеточное
звено - как путем взаимодействия клеток в иммунном ответе, так и путем
влияния на формирование В-клеток из их предшественников в костном
мозге, в отдельных случаях В-клеточный иммунодефицит зависит от
внутренних дефектов самих В-клеток.
Было показано, что количество рецепторных молекул с возрастом снижается, в то время как их аффинные свойства не меняются. Возможно, что в стареющей популяции с измененной функцией иммунной системы присутствие в пище иммуномодуляторов
усиливает дисфункцию иммунной системы, делая стариков более подверженными болезням, связанным с возрастом.
Возрастные изменения гуморального иммунитета выявляются труднее. Исследования влияния возраста на продукцию антител дают противоречивые результаты, возможно, из-за широкой вариабельности этих показателей в эксперименте, характерной для стареющих индивидов. Однако твердо установлено, что старение значимо
ассоциируется с присутствием различных антител, особенно антител против ядерных антигенов. Есть также доказательства, что старение действует на скорость продукции антител с помощью активированных В-клеток.
В процессе старения ослабевает не только клеточное звено иммунитета, но и гуморальный иммунный ответ как на аутологичные, так и на экзогенные антигены, в чем непосредственно принимают участие разные классы иммуноглобулинов.
С возрастом развивается дисбаланс иммуноглобулинов. Однозначным при старении является снижение в крови концентрации IgM, т.е. снижен первичный гуморальный ответ. Содержание IgG и IgA имеет тенденцию к увеличению. При наличии инфекционного процесса особенно возрастает концентрация IgA. Дисбаланс иммуноглобулинов указывает на снижение противомикробной защиты, с этим связано повышение восприимчивости к инфекциям у людей пожилого и старческого возраста.
Имеются сведения о снижении концентрации лизоцима, активности b-лизина и содержания С3-компонента комплемента у пожилых лиц. Изменения в макрофагальной системе при старении связаны со снижением миграционной способности клеток, с уменьшением числа активных клеток, со снижением интенсивности поглощения и разрушения захваченного материала, т.е. снижением поглотительной и переваривающей способности макрофагов.
Следует отметить, что все процессы, связанные с пролиферацией, образованием цитокинов, лимфокинов, при старении нарушаются. Это следствие не только снижения Т-клеточного и В-клеточного иммунного ответа, но и нарушения взаимодействия между Т- и В-клетками, что сопровождается изменением спектра вырабатываемых цитокинов, нарушением созревания иммунного ответа, снижением аффинности антител, увеличением перекрестной реактивности, в том числе к собственным антигенам, и ведет как к снижению иммунной реактивности, так и к учащению явлений аутоиммунизации в старших возрастных группах. Нарушение функций тимуса в первую очередь влияет на развитие аутоиммунных процессов.
Существует теория о том, что старение есть аутоиммунный процесс.
Одной из существенных причин увеличения частоты случаев аутоиммунной патологии в старости, по-видимому, является функциональное ослабление иммунологического надзора, с одной стороны, и накопление мутантных клеток, несущих чуждые организму антигены, - с другой, что приводит к гиперпродукции аутоантител.
Предполагается, что этот феномен является либо компенсаторной реакцией (увеличение выведения продуктов распада), либо нарушением контрольных механизмов иммунной системы в пожилом и старческом возрастах. При этом отмечена более высокая смертность в группе носителей аутоантител широкой специфичности.
Таким образом, в пожилом и старческом возрасте имеются значительные отклонения иммунологических показателей от соответствующих характеристик для лиц средней возрастной группы. Можно считать, что естественное старение - это процесс развития сбалансированного иммунодефицита, увядание всех звеньев иммунной системы. Болезни в старости усугубляют характерный для
пожилых иммунодефицит.
В связи с этим излечение многочисленных старческих недугов, практическое продление жизни человека тесно связано с необходимостью детальной оценки генетического и иммунного статуса больного, поиском и использованием на этой основе эффективной терапии, включающей адекватные средства иммунокоррекции. Отсрочить начало старения, смягчить проявления
болезней пожилого возраста вполне возможно, препятствуя ослаблению нормальных функций иммунитета.
Вместе с тем одной из основных причин старения считают нарушения
в функционировании иммунной системы как в целом, так и в отдельных ее звеньях.
С нарушениями работы именно иммунной системы ассоциируются многие заболевания пожилого и старческого возраста, к которым прежде всего относятся аутоиммунные заболевания, опухоли, болезни суставов, почек, амилоидоз, патология сердечно-сосудистой системы, инфекционные заболевания.
Изменения в работе иммунной системы начинаются задолго до каких либо проявлений старения организма. Однако остается неясным, какой процесс первичен: болезни вызывают снижение иммунореактивности организма или возрастное ослабление функций иммунной системы способствует развитию болезней. Поэтому выявление иммунных нарушений наиболее перспективно в плане коррекции аутоиммунных
и других возрастных изменений.
Известно, что иммунный ответ контролируется генами иммунного ответа. Нормальная иммунная реакция и ненарушенная генетическая регуляция иммунореактивности - необходимое условие устойчивости к болезням и старению. Накоплены данные об участии генов системы гистосовместимости в регуляции иммунореактивности и об их связи с патологией.
Набор антигенов каждой особи строго индивидуален, фенотип человека определяет особенности функционирования многих органов
и систем, а возможно, и в целом общеповеденческую реакцию при взаимодействии с окружающей средой. Выявлена связь комплекса гистосовместимости с чувствительностью к вирусным инфекциям, опухолям и аутоиммуным заболеваниям.
Все большее число исследователей склоняются к тому, что продолжительность жизни определяется генетически, а различия между максимальной и средней ее продолжительностью в пределах вида в значительной степени отражают влияние окружающей среды.
В подтверждение генетической теории старения авторы из института медицинской иммунологии в Бельгии приводят исследования монозиготных и дизиготных близнецов из семей с малой и большой продолжительностью жизни родителей. Оказалось, что различие в
продолжительности жизни у пары монозиготных близнецов меньше, чем у дизиготных. Средняя продолжительность жизни лиц, родители которых жили долго, была больше, чем у потомков родителей с меньшей продолжительностью жизни; одна и та же причина смерти у монозиготных близнецов встречалась примерно в 2 раза чаще, чем у дизиготных.На возрастные ослабления функций иммунной системы влияют как экзогенные, так и эндогенные факторы: изменение клеточного окружения (нарушения нейрогуморального равновесия), изменения самих клеток иммунной системы. Многими исследователями старость рассматривается как Т-иммунодефицит, при этом отмечается достаточно высокий уровень иммунологической резистентности, т.е. можно говорить о сбалансированном Т-иммунодефиците. Результаты исследований свидетельствуют о том, что характерные для старения изменения в популяции Т-клеток обусловлены возрастной инволюцией тимуса.
Характерным для старения является уменьшение количества В-лимфоцитов. Однако иногда общее количество клеток может и не меняться, но увеличивается количество молчащих, невостребованных клеток, что связано со снижением активности рецепторного аппарата клетки.
Старение характеризуется более выраженным снижением уровня популяции Т-супрессоров (CD 8+клеток) и менее выраженным
- Т-хелперов (CD4+ клеток). Обнаруживаются определенные особенности внутри популяций Т-хелперов у пожилых, в частности, наблюдается дефицит Т-клеток памяти.
Снижение активности Т-клеток при старении, по-видимому, является следствием генетически запрограммированной инволюции функции тимуса. Считается, что инволюция тимуса, начинающаяся при половом созревании, это главное возрастное изменение иммунной системы. Такая инволюция состоит в прогрессивной потере клеточности с истощением лимфоидного пула клеток в зонах коры и кистозными
изменениями эпителиальных клеток. Выход дифференцированных Т-клеток снижается с увеличением возраста. Более подробно об инволюции тимуса можно прочитать здесь.
Однако влияние инволюционных процессов в тимусе не ограничивается
только Т-клеточным звеном иммунитета, они захватывают и В-клеточное
звено - как путем взаимодействия клеток в иммунном ответе, так и путем
влияния на формирование В-клеток из их предшественников в костном
мозге, в отдельных случаях В-клеточный иммунодефицит зависит от
внутренних дефектов самих В-клеток.
Было показано, что количество рецепторных молекул с возрастом снижается, в то время как их аффинные свойства не меняются. Возможно, что в стареющей популяции с измененной функцией иммунной системы присутствие в пище иммуномодуляторов
усиливает дисфункцию иммунной системы, делая стариков более подверженными болезням, связанным с возрастом.
Возрастные изменения гуморального иммунитета выявляются труднее. Исследования влияния возраста на продукцию антител дают противоречивые результаты, возможно, из-за широкой вариабельности этих показателей в эксперименте, характерной для стареющих индивидов. Однако твердо установлено, что старение значимо
ассоциируется с присутствием различных антител, особенно антител против ядерных антигенов. Есть также доказательства, что старение действует на скорость продукции антител с помощью активированных В-клеток.
В процессе старения ослабевает не только клеточное звено иммунитета, но и гуморальный иммунный ответ как на аутологичные, так и на экзогенные антигены, в чем непосредственно принимают участие разные классы иммуноглобулинов.
С возрастом развивается дисбаланс иммуноглобулинов. Однозначным при старении является снижение в крови концентрации IgM, т.е. снижен первичный гуморальный ответ. Содержание IgG и IgA имеет тенденцию к увеличению. При наличии инфекционного процесса особенно возрастает концентрация IgA. Дисбаланс иммуноглобулинов указывает на снижение противомикробной защиты, с этим связано повышение восприимчивости к инфекциям у людей пожилого и старческого возраста.
Имеются сведения о снижении концентрации лизоцима, активности b-лизина и содержания С3-компонента комплемента у пожилых лиц. Изменения в макрофагальной системе при старении связаны со снижением миграционной способности клеток, с уменьшением числа активных клеток, со снижением интенсивности поглощения и разрушения захваченного материала, т.е. снижением поглотительной и переваривающей способности макрофагов.
Следует отметить, что все процессы, связанные с пролиферацией, образованием цитокинов, лимфокинов, при старении нарушаются. Это следствие не только снижения Т-клеточного и В-клеточного иммунного ответа, но и нарушения взаимодействия между Т- и В-клетками, что сопровождается изменением спектра вырабатываемых цитокинов, нарушением созревания иммунного ответа, снижением аффинности антител, увеличением перекрестной реактивности, в том числе к собственным антигенам, и ведет как к снижению иммунной реактивности, так и к учащению явлений аутоиммунизации в старших возрастных группах. Нарушение функций тимуса в первую очередь влияет на развитие аутоиммунных процессов.
Существует теория о том, что старение есть аутоиммунный процесс.
Одной из существенных причин увеличения частоты случаев аутоиммунной патологии в старости, по-видимому, является функциональное ослабление иммунологического надзора, с одной стороны, и накопление мутантных клеток, несущих чуждые организму антигены, - с другой, что приводит к гиперпродукции аутоантител.
Предполагается, что этот феномен является либо компенсаторной реакцией (увеличение выведения продуктов распада), либо нарушением контрольных механизмов иммунной системы в пожилом и старческом возрастах. При этом отмечена более высокая смертность в группе носителей аутоантител широкой специфичности.
Таким образом, в пожилом и старческом возрасте имеются значительные отклонения иммунологических показателей от соответствующих характеристик для лиц средней возрастной группы. Можно считать, что естественное старение - это процесс развития сбалансированного иммунодефицита, увядание всех звеньев иммунной системы. Болезни в старости усугубляют характерный для
пожилых иммунодефицит.
В связи с этим излечение многочисленных старческих недугов, практическое продление жизни человека тесно связано с необходимостью детальной оценки генетического и иммунного статуса больного, поиском и использованием на этой основе эффективной терапии, включающей адекватные средства иммунокоррекции. Отсрочить начало старения, смягчить проявления
болезней пожилого возраста вполне возможно, препятствуя ослаблению нормальных функций иммунитета.
Методы клинической диагностики
Для выделения В-лимфоцитов из общей популяции лимфоцитов используют модификацию метода розеткообразования. Называется этотметод ЕАС-розеткообразование.
Суть метода состоит в следующем. На поверхности В-лимфоцитов имеется рецептор для С3-компонента комплемента. Комплемент
- это группа белков сыворотки крови, служащая для уничтожения бактерий.
Для выявления рецептора для С3-компонента комплемента исследуемые лимфоциты смешивают со специально обработанными эритроцитами быка (их сначала обрабатывают антиэритроцитарными антителами, а затем свежезамороженной сывороткой мыши - источником комплемента). После совместной инкубации лейкоцитов и эритроцитов В-клетки образуют фигуры розеток.
Норма: относительное содержание 10 - 30 %
абсолютное содержание 100 - 900 кл/мкл или 0,1 - 0,9 х 10 9/л
Причины повышения содержания В-лимфоцитов:
инфекции
аутоиммунные заболевания
аллергические заболевания
лимфолейкозы
миеломная болезнь.
Причины снижения содержания В-лимфоцитов:
иммунодефициты
опухоли.
Исследование функционального состояния лимфоцитов.
Для определения функционального состояния лимфоцитов исследуют способность этих клеток размножаться в ответ на введение митогенов
(веществ, стимулирующих размножение), а также синтез антител.
Фитогемагглютинин (ФГА) - это одно из тех веществ, которые оказывают на лейкоциты млекопитающих митогенное. Получают ФГА из семян фасоли.
Для проведения исследования лейкоциты, выделенные из крови методом центрифугирования (во время вращения центрифуги клетки крови оседают на ее дно слоями в зависимости от их массы), культивируют (выращивают) в присутствии ФГА в течение 72 часов.
Далее из клеточной культуры готовят мазки, фиксируют их в метаноле (метиловый спирт) и окрашивают так же, как мазки крови. В световом микроскопе с иммерсионной системой (таким микроскопом обычно смотрят мазки, срезы тканей) определяют процент бластов (молодых клеток) по отношению к общему количеству лимфоцитов. В зависимости от качества использованных реактивов, а также от условий культивирования результаты реакции могут быть различными. Большое значение имеет качество сыворотки, добавляемой к питательной среде.
Поэтому врачу необходимо выяснить в лаборатории, в которой проводилось исследование, какие цифры считать нормой.
Снижение пролиферативного ответа на ФГА свидетельствует о наличии иммунодефицита, однако причины его могут быть различными.
Повышение пролиферативного ответа на ФГА может свидетельствовать о наличии инфекции или какой-либо аутоиммунной патологии.
Антитела.
Норма для Ig A: 0,6 - 4,5 г/л
Причины повышения содержания Ig A:
острые инфекции
саркоидоз
аутоиммунные заболевания с локализацией процесса в легких или в кишечнике
Ig A нефропатия
Причины снижения содержания Ig A:
хронические заболевания (особенно респираторного и желудочно-кишечного тракта)
нагноения
туберкулез
опухоли
иммунодефициты.
Норма для Ig M: 0,4 - 2,4 г/л
Причины повышения содержания Ig M:
бронхиальная астма
инфекции (острые или обострения хронических)
аутоиммунные заболевания, особенно ревматоидный артрит.
Причины снижения содержания Ig M:
иммунодефициты первичные и вторичные.
Норма для Ig G: 6,0 - 20,0 г/л
Причины повышения содержания Ig G:
аллергии
аутоиммунные заболевания
перенесенные в недалеком прошлом инфекции.
Причины снижения содержания Ig G:
иммунодефициты первичные и вторичные.
Норма для Ig E: 20 - 100 Ке/л
Содержание Ig E повышается при различных видах аллергии.
нормы везде приводится для взрослых!
Иммортализация человеческих В-клеток
Обсудим исследования, которые сейчас ведутся в области старения иммунной системы.
Исследователям из Германии удалось добиться иммортализации B-лимфоцитов человека путём воздействия на один из рецепторов, находящихся на поверхности клетки.
В норме, дифференцированные клетки человека имеют ограниченную продолжительность жизни и пролиферативный потенциал. До сих пор считалось, что для иммортализации клеток in vitro необходимы генетические модификации. Однако, новое исследование, похоже, показывает, что её можно добиться и простым воздействием на клеточные рецепторы.
Ранее учёными уже было продемонстрировано, что стимуляция рецептора CD40 в присутствие интерлейкина-4 позволяет продлить пролиферацию B-клеток in vitro до 10-недельного срока. В новой работе
сообщается об успешном поддержании пролиферации клеток в течение 1650 дней (на момент написания статьи), что соответствует более, чем 370 удвоениям популяции (циклам клеточного деления).
Иммортализацию удалось провести на клетках практически всех доноров, принимавших участие в исследовании. Клетки имели вполне постоянный фенотип, не были заражены вирусом Эпштейна-Барр (этот вирус, носителями которого является до 95% людей, также иммортализует заражённые клетки), причём пролиферация оставалась зависимой от стимуляции рецептора CD40. В клетках наблюдалась активность теломеразы и постоянная длина теломер.
Более того, соответствующим воздействием на клеточные рецепторы удалось заставить иммортализированные B-клетки производить антиген-специфичные T-лимфоциты.
Эти результаты указывают на то, что соматические клетки человека могут быть иммортализованы без необходимости применения генетической модификации или заражения онковирусом. Кроме того, полученные в работе культуры B-клеток могут стать новым инструментом для иммунотерапии и исследований в области онкогенеза, активации и функции иммунных клеток.
Полный текст статьи в журнале PLoS One находится в свободном доступе здесь.
Исследователям из Германии удалось добиться иммортализации B-лимфоцитов человека путём воздействия на один из рецепторов, находящихся на поверхности клетки.
В норме, дифференцированные клетки человека имеют ограниченную продолжительность жизни и пролиферативный потенциал. До сих пор считалось, что для иммортализации клеток in vitro необходимы генетические модификации. Однако, новое исследование, похоже, показывает, что её можно добиться и простым воздействием на клеточные рецепторы.
Ранее учёными уже было продемонстрировано, что стимуляция рецептора CD40 в присутствие интерлейкина-4 позволяет продлить пролиферацию B-клеток in vitro до 10-недельного срока. В новой работе
сообщается об успешном поддержании пролиферации клеток в течение 1650 дней (на момент написания статьи), что соответствует более, чем 370 удвоениям популяции (циклам клеточного деления).
Иммортализацию удалось провести на клетках практически всех доноров, принимавших участие в исследовании. Клетки имели вполне постоянный фенотип, не были заражены вирусом Эпштейна-Барр (этот вирус, носителями которого является до 95% людей, также иммортализует заражённые клетки), причём пролиферация оставалась зависимой от стимуляции рецептора CD40. В клетках наблюдалась активность теломеразы и постоянная длина теломер.
Более того, соответствующим воздействием на клеточные рецепторы удалось заставить иммортализированные B-клетки производить антиген-специфичные T-лимфоциты.
Эти результаты указывают на то, что соматические клетки человека могут быть иммортализованы без необходимости применения генетической модификации или заражения онковирусом. Кроме того, полученные в работе культуры B-клеток могут стать новым инструментом для иммунотерапии и исследований в области онкогенеза, активации и функции иммунных клеток.
Полный текст статьи в журнале PLoS One находится в свободном доступе здесь.
Исследования молекулярных механизмов снижения активности В лимфоцитов при старении
Лаборатория Бонни Бломберг широко известна своими исследованиями в области изучения функций В лимфоцитов. В одной из их последних работ они решили подробнее изучить молекулярные механизмы, которые происходят в В лимфоцитах при старении. В работе было показано, что основными "маркерами" нарушений в функционоровании В лимфоцитов, связанных с возрастом, являются дефекты в процессе иммуноглобулиновой рекомбинации, в активации цитидиновой деаминазы и снижение стабильности мРНК транскрипционного фактора Е47.Статью в полнлом объёме можно прочитать здесь.
Ещё одна интересная работа этой же лаборатории.
Лаборатория Л.А. Вогель
Лаборатория профессора Вогель также внесла большой вклад в изчение молекулярных мехпанизмов понжения функции В лимфоцитов в стареющем организме. В частности, они занимаются вопросами снижения уровня пролиферации активированных В клеток в специфические клетки, продуцирующие антитела, изучают причины замедления этого процесса с возрастом. Интересно, что стареющие В лимфоциты сохраняют способность экспрессировать маркеры на поверхности клеточной мембраны, но теряют способность к пролиферации во время получения сигнала.
Интересная статья по этой теме.
Ещё одна работа этой группы.
Вопросы, на которые ещё нет ответов
Изменения в работе иммунной системы начинаются задолго до каких либо проявлений старения организма. Поэтому прежде всего необходимо ответить на вопрос, --какой процесс первичен:
болезни вызывают снижение иммунореактивности организма или возрастное
ослабление функций иммунной системы способствует развитию болезней.
Поэтому выявление иммунных нарушений наиболее перспективно в плане
коррекции аутоиммунных и других возрастных изменений.
--Также, не до конца изучены молекулярные механизмы старения иммунной системы.
-- поскольку многочисленные исследования указывают на то, что продолжительность жизни иммуной системы также определяется генетически - необходимо выявить те генетичекие элементы, которые участвуют в этом процессе.
-- также остаётся открытым вопрос о причине снижения пролиферации активированных В-клеток.
--одним из ключевых моментов является разработка методов активации иммунной системы для борьбы с возраст-ассоциированными заболеваниями (например, разрабатывание генно-инженерных вакцин нового поколения).
3 мая 2009 года
Литература по теме
В статье рассматриваются особенности функционирования В лимфоцитов в стареющих (сенесцентных) мышах
Возраст и молекулярные механизмы функционирования В лимфоцитов
В лимфоциты в стареющих мышах и человеке (обзор)
Интересная работа об изменении в экспрессии маркеров на мембране В-лимфоцитов с возрастом
Фенотипические и функциональные особенности В клеток с возрастом (обзор, полный доступ)
Возраст и молекулярные механизмы функционирования В лимфоцитов
В лимфоциты в стареющих мышах и человеке (обзор)
Интересная работа об изменении в экспрессии маркеров на мембране В-лимфоцитов с возрастом
Фенотипические и функциональные особенности В клеток с возрастом (обзор, полный доступ)
