Содержание | Следующая статья
Журнал 'Цитокины и воспаление', 2008, № 2
ЭНТЕРАЛЬНЫЕ ВАКЦИНЫ, ИНДУЦИРУЮЩИЕ РАЗВИТИЕ ТОЛЕРАНТНОСТИ К ВВОДИМОМУ АНТИГЕНУ
Е.И. Верещагин, О.М. Хощенко, М.И. Душкин
Обобщены экспериментальные дан-ные последних 10 лет о механизмах развития иммунологической толерантности, индукции толерогенных дендритных клеток и регуляторных Т-лимфоцитов, и маркерах ее развития. Рассмотрены данные об участии клеточных и гуморальных факторов в формировании толерантности к различным антигенам. Антиген-индуцированная энтеральная толерантность может быть повышена колониестимулирующим фактором, IL-4, IL-10, анти-IL-12 и анти-CD40, TGF?, субъединицей В холерного токсина, FLt-3 лигандом, продолжительным приемом антигена. Оральное и интраназальное введение антигена животным ингибирует развитие экспериментального аллергического энцефаломиелита, тиреоидита, миастении, артрита, диабета, астмы, атеросклероза, колита. Проводятся клинические исследования эффективности оральной толерантности при рассеянном склерозе, артрите, диабете I типа, аллергии. Позитивные результаты получены во II-й фазе клинических испытаний при артритах, рассеянном склерозе и диабете. (Цитокины и воспаление. 2008. Т. 7, № 2. С. 3-8.)
Современные направления в аллергологии, трансплантологии и терапии аутоиммунных заболеваний включают использование цитокинотерапии, блокаторов молекул костимуляции (антитела к B7 или лигандам CD40), полипептидов антигенов гистосовместимости, а также способов инактивации или делеции антиген-реактивных клеток. С этой целью рекомендуется пересадка донорского костного мозга или генотерапия. Одним из наиболее перспективных подходов к лечению этих заболеваний является индукция иммунологической толерантности к определенным антигенам [23]. Известно, что оральное или интраназальное введение антигенов реализуется через активацию лимфоидной ткани слизистой и вызывает толерантность к антигену. Введение таких вакцин в низких дозах приводит к стимуляции пула регуляторных Т-лимфоцитов (Treg), синтезирующих противовоспалительные цитокины, и к развитию толерантности к антигену, в то время как высокие дозы вызывают отсутствие чувствительности к введенному антигену и делецию антиген-реактивных клеток. За последние 10 лет в литературе появились внушающие оптимизм экспериментальные данные об использовании комбинационных вакцин, вызывающих толерантность, при лечении таких заболеваний, как аутоиммунные энцефалиты, рассеянный склероз, диабет I типа, коллаген-индуцированный артрит, болезнь Альцгеймера и атеросклероз. В настоящем обзоре кратко проанализированы экспериментальные данные о некоторых механизмах и маркерах толерантности, подходах использования толерантных вакцин при аутоиммунных заболеваниях.
Клеточные и гуморальные факторы формирования энтеральной толерантности
Известно о существовании двух типов иммунологической толерантности: центральной и периферической. Механизм центральной толерант-ности реализуется через делецию лимфоцитов,реагирующих c собственными антигенами в лимфоидных органах, прежде чем лимфоциты освобождаются на периферию. Важным моментом в реализации центральной толерантности является контакт незрелых лимфоцитов с антигеном в тимусе или костном мозге. Еще более важно, что большая часть чужеродных белков и других антигенов, поступающих в организм, не участвует в формировании центральной толерантности. В основном, экзогенные антигены контактируют с лимфоцитами на поверхности слизистых оболочек. Экзогенные антигены, которые не экспрессируются в тимусе, попадая на слизистую носоглотки, бронхов и желудочно-кишечного тракта, могут не вызывать деструктивного иммунного ответа, а, напротив, приводить к развитию энтеральной толерантности. Таким образом, слизистые выполняют не только барьерную функцию, осуществляя газообмен и всасывание нутриентов и жидкостей, но также и формируют устойчивость к знакомым для организма антигенам. Классический деструктивный иммунный ответ вызывают патогенные для организма антигены, в то время как на непатогенные антигены и бактерии, которые находятся в симбиозе с хозяином, напротив, вызывают развитие толерантности. Недостаточность или отсут-ствие толерантности к таким антигенам приводит к развитию тяжелых патологий. К таким патологиям относятся развитие воспалительного процесса при целиакии в ответ на пищевой белок глютен, болезнь Крона, возникающая как реакция на естественную флору кишечника, аллергические заболевания дыхательных путей, вызванные пыльцой или пылью [33]. Интраназальное, энтеральное или аэрозольное введение антигена сопровождается его захватом и презентацией в различных лимфоидных компартментах. Использование прижизненной окраски Т-лимфоцитов CFSE красителем позволило оценить in vivo локальную пролиферацию Т-клеток в различных лимфоузлах [8, 16]. Антигены, введенные энтерально, презентировались Т-клетками преимущественно в мезентериальных лимфоузлах и пейеровых бляшках, антигены, введенные интраназально, - преимущественно в глубоких шейных лимфоузлах, а ингалированные антигены - в медиастинальных лимфоузлах. Повторное введение антигенов способно индуцировать регуляторные Т-лимфоциты (Тreg), но природа этих клеток отличается в зависимости от вида введения и формы антигена. Антигены, введенные энтерально, индуцировали популяцию CD4+-лимфоцитов, которые экспрессировали рецепторы, состоящие из ??-гетеродимеров [9], назоингаляционные антигены индуцировали СD8+-лимфоциты с рецепторами, состоящими из ??-гетеродимеров [31, 40, 47].
Лучше всего феномен толерантности изучен на моделях действия антигенов в иммунной системе кишечника грызунов. Низкие дозы антигена, главным образом, действуют через активацию Treg, в то время как высокие дозы антигена являются причиной апоптоза клеток слизистой и/или анергии антиген-специфичных Т-клеток [9]. Важная роль в формировании энтеральной толерантности отводится антиген-презентирующим клеткам, в частности, незрелым дендритным клеткам. Для этих клеток типична высокая экспрессия МНС II, а также низкая экспрессия костимуляторных молекул СD80, СD86 и СD40 [25]. Дендритные клетки захватывают антиген, и после процессинга протеолитическими ферментами связывают антиген молекулами MHC класса I или II. Причем презентация антигена дендритными клетками (поглощение антигена, его внутриклеточный захват и расщепление, с последующим транспортом) отличается от презентации другими антиген-презентирующими клетками, что подчеркивает уникальную роль незрелых дендритных клеток в индукции толерантности [15]. В регуляции этого процесса важную роль играют некоторые хемокины и их рецепторы. В частности, было показано, что мыши, дефицитные по хемокиновым рецепторам CCR7, не способны индуцировать толерантность к вдыхаемым антигенам вследствие ограниченной миграции дендритных клеток в регионарные лимфоузлы [21, 48].
В отсутствие воспаления незрелые дендритные клетки, захватывая антиген на слизистых, переносят информацию об антигене в региональные лимфоузлы, где осуществляется распознавание родственного антигена Т-лимфоцитами, что ведет к их пролиферации. В условиях отсутствия иммуностимуляции Т-клетки, индуцированные незрелыми дендритными клетками, будут подвергаться абортивной пролиферации, приводящей к разрушению этих клеток или к их дифференцировке в Тreg [15]. Treg-клетки составляют приблизительно 5-10 % периферических CD4+-клеток в неиммунизированных мышах и проявляют широкий спектр противоаутоиммунной активности [34]. Малые дозы антигена при повторных введениях вызывают появление Тreg-лимфоцитов, секретирующих противовоспалительные цитокины IL-4, IL-10 и TGF?. Два наиболее важных цитокина TGF? и IL?10, образуемые Тreg-клетками, играют роль в формировании энтеральной толерантности, регулируя два наиболее важных аспекта иммунного ответа, а именно ингибирование превращения антиген-презентирующих дендритных клеток в стимуляторы антиген-специфических эффекторных Т-лимфоцитов и ингибирование превращения нативных Т-клеток в Т-хелперы 1 или 2 типа [14].
Фенотипически Treg характеризуются экс-прессией антигена СD25+ - альфа-цепи рецептора IL-2 [2]. В тканях эти клетки идентифицируются по экспрессии транскрипционного фактора Foxp3 (Fork-head Box Protein 3), входящего в состав fork-head-семейства белковых транскрипционных факторов. Foxp3 белки являются важнейшим элементом в дифференциации и развитии CD4+CD25+-Treg. Foxp3+CD25+CD4+-регуляторные T-клетки, как известно, продуцируются в тимусе (натуральные Treg), но также могут дифференцироваться из периферических Foxp3-CD4+-предшественников (индуцированных или адаптивных Treg). При этом TGF? является плюрипотентным цитокином, который способен индуцировать экспрессию Foxp3 в нативных Т-лимфоцитах. Под действием TGF? как незрелые, так и зрелые дендритные клетки индуцируют дифференцировку антиген-специфических Foxp3+-Tregs из Foxp3--предшественников. Эндогенный TGF? стимулирует дендритные клетки мезентериальных лимфоузлов, которые способны активировать продукцию Foxp3+-Treg. В этом отношении селезеночные дендритные клетки в 100 раз активнее, чем другие антиген-презентирующие клетки. Для их активации требуется в 10 раз меньшая доза пептидного антигена. Показано, что дендритные клетки, индуцирующие Foxp3+-Tregs, в присутствии TGF? делятся до шести раз в течение шести дней и сохраняют свою активность, в частности, способность блокировать противоопухолевый иммунитет in vivo [49]. При этом эндогенный IL-2 и CD28, который повышает продукцию IL-2, выступают как дополнительные факторы в TGF?-индуцированной экспрессии Foxp3 [6]. Генетический дефицит Foxp3 или ?-цепи рецептора IL-2 у мышей сопровождается чрезвычайно низким уровнем тимических и периферических Treg в сочетании с высоким риском развития лимфо-пролиферативных и аутоиммунных заболеваний [11, 42].
В последние годы появились данные о важной роли гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (G-CSF) в индукции Т-клеточной толерантности. Было обнаружено, что G-CSF регулирует индукцию толерогенных дендритных клеток, которые поддерживают супрессивные функции Foxp3+CD25+CD4+-регуляторных T-клеток. В моделях аутоиммунных заболеваний на животных было продемонстрировано, что введение G-CSF оказывает выраженный лечебный эффект на развитие аутоиммунного энцефаломиелита, нефрита при красной волчанке, диабета и некоторых кишечных заболеваний [12, 37, 38].
В физиологических условиях толерантность Т-клеток поддерживается эстрогенами, которые в физиологических концентрациях выступают индукторами CD4+CD25+-Treg, отвечающими за толерантность к антигенам плода при беременности. В интраэпителиальном пространстве были обнаружены лимфоциты, имеющие высокое содержание цитоплазматических ?-рецепторов к эстрогенам, которые участвуют в повышении их супрессивной функции и индукции пролиферации [35, 44, 45].
Таким образом, Foxp3+CD4+CD25+-Treg играют важнейшую роль в индукции толерантности к аутоантигенам. Поэтому при ряде аутоиммунных заболеваний именно этот тип клеток стал главным объектом изучения. В частности, показано, что при тромбоцитопенической пурпуре в период обострения число CD4+CD25+-Т-клеток было достоверно снижено. Соответственно, уровень мРНК Foxp3 в периферических мононуклеарных клетках проявлял сильную корреляцию с уровнем тромбоцитов крови, а также с уровнем CD4+CD25+-клеток [39]. Корреляции между тяжестью заболевания и снижением Foxp3+CD4+CD25+-Treg наблюдаются также при рассеянном склерозе, диабете 1 типа и коллаген-индуцированном артрите [26]. Исходя из этих представлений многообещающей стратегией лечения аутоиммунных заболеваний представляется использование энтеральных вакцин и других иммунных походов в индукции толерогенных функ-ций дендритных клеток и Тreg-лимфоцитов.
Применение толерантных вакцин в эксперименте и клинике
Главной целью иммунотерапии аутоиммунных заболеваний является индукция Treg, которые стимулируют иммунологическую толерантность. С этой целью используются различные комбинации антигенов в сочетании с адъювантами и факторами, усиливающими толерогенные эффекты при их энтеральном, интраназальном или сублингвальном введении. Антиген-индуцированная энтеральная толерантность может быть повышена при использовании IL-4, IL-10, антител к IL-12, TGF?, субъединицы В холерного токсина, лиганда FLt?3, антител к CD40, а также при продолжительном приеме антигена [9].
Энтеральная вакцинация, вызывающая иммунологическую толерантность, была успешно апробирована на экспериментальных моделях некоторых аутоиммунных заболеваний. Используя низкие дозы антигенов (соответственно, основного белка миелина, инсулина и коллагена II типа), ранее в эксперименте был продемонстрирован лечебный эффект энтеральных вакцин при аутоиммунном энцефалите, диабете I типа и ревматоидном артрите [5]. Недавно появилось сообщение, что оральное введение ?3-цепи коллагена IV типа препятствует также развитию аутоиммунного гломерулонефрита у крыс [36]. Однако низкая эффективность такого подхода, обнаруженная в клинических испытаниях на больных с высокой активностью аутоиммунного процесса [17], стимулировала развитие новых подходов к решению этой проблемы. Одним из таких подходов стало конъюгирование антигена с субъединицей В холерного токсина, которая связывается с эпителиальными гликолипидами и усиливает биодоступность антигена, и использование ДНК бактерий CpG-мотива, обладающего адъювантными свойствами [22]. Интраназальная и энтеральная вакцины, полученные на основе генноинженерной конструкции гибридных белков, состоящей из В-цепи инсулина, слитой с субъединицей В холерного токсина, и продуцируемой Brevibacillus choshinensis [50] или шелковичным червем [13], в экспериментах на модели диабета у мышей линии NOD обладали выраженным антидиабетическим эффектом. Определенное развитие получила пептидотерапия на основе создания синтетических аминокислотных полимеров, имитирующих структуру антигенов и апробированных на моделях аутоиммунного энцефалита (кополимер I), миастении (полимерный пептид AChR), диабета (пептид р2777, аналог белка теплового шока) и другие [28]. Известно, что важную роль в развитии ревматоидного артрита играют аутоантитела, названные ревматоидными факторами. В работе на животных, у которых аутоиммунный ответ индуцировали человеческими ревматоидными факторами, оральное введение антигена в виде человеческих IgG приводило к снижению титра ревматоидных факторов в крови и индуцировало иммунную толерантность в ответ на их введение [30]. Привлекательным для практического применения представляется использование трансгенных растений, продуцирующих IL-4 и другие факторы, усиливающие иммунологическую толерантность [29]. Для создания толерантности к инсулину и индукции CD4+-Treg была использована также интраназальная вакцинация ДНК, кодирующая проинсулин II [7]. Однако лечебный эффект ДНК-вакцины реализовался только на фоне блокады лигандов CD40. Оригинальный подход был использован при создании толерантности к овальбумину, вызывающему развитие аутоиммунного артрита у мышей. Этот подход был основан на введении в желудочно-кишечный тракт лактобактерий, которые продуцировали человеческий овальбумин, снижая показатели развития артрита [41]. В последние пять лет получил распространение подход использования анти-СD3 моноклональных антител, которые супрессируют иммунный ответ на антиген путем образования комплекса антител с СD3-рецептором T-клеток. Ранее, применяя моноклональные антитела к костимуляторным рецепторам Т-клеток, необходимым для их активации, при трансплантации возникли проблемы с побочными токсичными митогенными свойствами этих антител. Эти свойства были обусловлены способностью С-конца тяжелой цепи иммуноглобулина (Fc) анти-CD3 антител взаимодействовать с Fc-рецепторами лимфоцитов. В дальнейшем были получены варианты анти-CD3 антител с мутацией или делецией Fc-фрагмента, которые сохраняли способность вызывать толерантность у пациентов с диабетом I типа, но не обладали митогенными свойствами [20, 27]. Хотя механизм их действия полностью не изучен, показано, что при коротком курсе введения мышам NOD они вызывают падение аутоагрессивных Т-клеток вместе с экспансией популяции CD4+-Treg, экспрессирующей на поверхности молекулы альфа-цепи рецептора IL-2 (CD25) и продуцирующих TGF? [3]. Оральное введение анти-СD3 моноклональных антител в концентрациях 50-250 мкг в пище перед индукцией или во время заболевания мышам, у которых вызывали развитие аутоиммунного энцефаломиелита [43] и диабета I типа [24], блокировало как возникновение, так и прогрессию аутоиммунного процесса. Механизм терапевтического эффекта лечения анти-СD3 антител был TGF?-зависим и связан с индукцией CD4+CD25--Treg, которые экспрессировали на своей поверхности латентный ассоциируемый пептид (LAP). В двух независимых клинических исследованиях короткого курса введения анти-СD3 моноклональных антител больным диабетом было обнаружено прогрессивное снижение уровня С-пептида, которое наблюдалось в течение 18 месяцев, хотя позднее возвращалось к исходному уровню, что свидетельствовало о неполном достижении толерантности [19, 32]. При оральном или интраназальном введении только инсулина, главного аутоантигена при развитии диабета у мышей линии NOD и человека, хороших результатов удалось достигнуть только на начальных стадиях диабета [18]. Вероятным решением этой проблемы является введение комбинации аутоантигена и анти-СD3 антител, которая проявила высокий противодиабетический эффект в исследованиях на двух моделях мышей [4]. Комбинация интраназального введения проинсулина одновременно с введением анти-СD3 моноклональных антител полностью блокировала развитие гипергликемии на поздних стадиях заболевания. Противодиабетическая активность этой комбинации коррелировала со значительной экспансией инсулин-специфических Foxp3+CD25+-Treg, продуцирующих IL-4, IL-10 и TGF?, и, что важно, с одновременным угнетением активности гетерологичных аутоагрессивных CD8+-клеток. Применение анти-СD3 моноклональных антител не ограничивается только аутоиммунными заболеваниями. Показано, что внутривенное введение анти-СD3 моноклональных антител ингибировало возникновение и прогресс развития атеросклероза у мышей, имеющих дефицит рецептора к липопротеинам низкой плотности, что сопровождалось повышением продукции противовоспалительного цитокина TGF? и появлением Т-лимфоцитов, экспрессирующих Foxp3 [43]. Интересный подход, основанный на иммунодепрессивных свойствах нуклеопротеина вируса кори, был использован для коррекции атеросклероза в экспериментах на мышах-нокаутах по апопротеину Е, у которых повторное введение вакцины вируса кори приводило к повышению Тreg и снижению аккумуляции макрофагов и Т?клеток в атеросклеротических бляшках [1]. Для ингибирования экпериментального атеросклероза у дефицитных по рецептору к липопротеинам низкой плотности мышей использовалось также введение белка теплового шока-60 и его активный пептид (253-268) [46], вызывающие энтеральную толерантность. При пероральном введении белка теплового шока происходила редукция атеросклеротических бляшек на 80 % в сонных артериях и на 27 % в разветвлении аорты. При этом ингибирование атеросклероза ассоциировалось с индукцией регуляторных Foxp3+CD25+CD4+-T-клеток в некоторых органах и повышенной продукцией IL-10 и TGF? в лимфоузлах. Альтернативным подходом является индукция толерогенных дендритных клеток, которые поддерживают супрессивную функцию Foxp3+CD25+CD4+-Treg. Дендритные клетки, культивируемые в присутствии антигена и в отсутствие костимуляторных цитокинов, проявляют толерогенные свойства. Введение таких клеток мышам с аутоиммунным энцефалитом снижало прогрессию заболевания [10]. Недавно было обнаружено, что повышенной способностью индуцировать толерогенные дендритные клетки in vivo обладает G-CSF, введение которого NOD-мышам предотвращало развитие диабета, повышало количество толерантных дендритных клеток и Foxp3+CD25+CD4+-Treg в селезенке, снижало уровень CD8+-Т клеток и усиливало продукцию IL-10 [12]. Иммунологическую толерантность могут индуцировать также некоторые медикаментозные препараты. Например, препарат индирубин, использующийся в традиционной восточной медицине для лечения аутоиммунных заболеваний, также усиливает способность CD4+CD25+-Treg подавлять ответ эффекторных Т-клеток на митогены или аллоантигены. Кроме того, этот препарат увеличивает соотношение CD4+CD25+Treg/СD4+ в тимусе, лимфоузлах и селезенке [51].
Таким образом, обобщая имеющиеся в литературе данные, можно заключить, что к настоящему моменту имеются все предпосылки применения толерантных вакцин в клинике, успех которых может быть значительно повышен в результате использования нетоксичных энтеральных адъювантов, комбинационной и ранней терапии.
Заключение
Энтеральная толерантность является классическим проявлением ингибирования иммунного ответа на пероральное введение антигена. Взаимодействие антигена со слизистой оболочкой кишечника индуцирует Th2- и CD4+CD25+-Th3-регуляторные клетки, синтезирующие IL-4, IL-10 и TGF?, и LAP+-T-клетки. Антиген-индуцированная энтеральная толерантность может быть повышена при использовании IL-4, IL-10, антител к IL-12, TGF?, субъединицы В холерного токсина, FLt-3 лиганда, антител к CD40, CSF, а также эстрогенами и продолжительным приемом антигена [9]. Оральное и интраназальное введение антигена лабораторным животным ингибирует развитие экспериментального аллергического энцефаломиелита, тиреоидита, миастении, артрита и диабета и таких заболеваний, как атеросклероз, астма и колит. Проводятся клинические исследования эффективности оральной толерантности при аутоиммунных заболеваниях, включая рассеянный склероз, артрит, диабет I типа и аллергию. Уже получены позитивные результаты во II фазе клинических испытаний при артритах, рассеянном склерозе и диабете, которые базируются на использовании адъювантов, взаимодействующих со слизистой, новых стимуляторов толерантности и других компонентов комбинационной терапии.
Литература
Читайте статью целиком
в печатной версии журнала!
Содержание | Следующая статья
|
Подпишитесь на журнал "Цитокины и Воспаление" он-лайн!
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2006 год.
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2006 год.
|
![[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'](/images/Logo.gif){kind=logo}
