Механизмы иммунной привилегии глаза и их роль в патогенезе неинфекционных увеитов

Таблица 1. Мембранные молекулы, способствующие поддержанию иммунной привилегии

Таблица 2. Растворимые молекулы, поддерживающие иммунную привилегию глаза

Введение

К иммунопривилегированным тканям и органам относят глаз, мозг, матку, плаценту и плод во время беременности, яичники, яички, печень, кишечник, поджелудочную, щитовидную и паращитовидную железы, волосяные фолликулы, кору надпочечников, хрящи, простату, а также опухоли [1–3]. Для глаза таковыми являются хрусталик, роговица и сетчатка. Иммунопривилегированные ткани характеризуются сопротивлением иммунному отторжению при пересадке в традиционные (непривилегированные) участки [2].

Феномен иммунной привилегии глаза играет важную роль в офтальмологии, в частности в успехе аллотрансплантации роговицы [4–6], патогенезе неинфекционных увеитов [7, 8], трансплантации клеток и тканей сетчатки [9, 10], росте внутриглазных опухолей [11–13], хронизации инфекционных процессов [14], патогенезе стромального кератита, обусловленного вирусом простого герпеса [15, 16], и дегенеративных заболеваний сетчатки [17].

Механизмы иммунной привилегии

Механизмы иммунной привилегии обеспечиваются наличием гематоретинального барьера, отсутствием эфферентных лимфатических сосудов, иммуносупрессивным микроокружением – присутствием растворимых и мембранных иммуноингибирующих молекул в глазу, недостатком антигенпрезентирующих клеток (АПК), экспрессирующих МНС типа II, индукцией системного иммунного ответа по типу иммунного отклонения передней камеры (ACAID).

В работе R.R. Caspi выделены следующие компоненты иммунной привилегии: сепарация, ингибирование и регуляция [18]. Сепарация – это пассивный локальный механизм, включающий в себя гематоретинальный барьер и отсутствие эфферентных лимфатических сосудов. Ингибирование также является локальным, однако активным механизмом, к которому относят присутствие растворимых и связанных с клетками иммуноингибирующих молекул в глазу, недостаток АПК, экспрессирующих МНС типа II. Регуляция – системный активный механизм иммунной привилегии, который проявляется в виде индукции системного иммунного ответа по типу ACAID.

Роль гематоретинального барьера и эфферентных лимфатических сосудов в иммунной привилегии глаза

Задний отрезок глаза изолирован от циркулирующих иммунных элементов гематоретинальным барьером, состоящим из пигментного эпителия сетчатки (наружный гематоретинальный барьер) и эндотелиальных клеток сосудов сетчатки (внутренний гематоретинальный барьер). Внутренний гематоретинальный барьер представлен нервно-сосудистой единицей, которая состоит из эндотелиальных клеток сосудов, перицитов, глиальных клеток и нейронов [19]. Эндотелиальные клетки сосудов сетчатки нефенестрированы и имеют плотные соединения, ограничивающие диффузию макромолекул более 10 кДа и клеток из крови в глаз. В отличие от заднего сегмента плотные соединения между соседними эндотелиальными клетками сосудов, выстилающими структуры переднего сегмента, обеспечивают гемато-водный барьер, предотвращающий проникновение больших молекул из кровотока. Тем не менее этот барьер является однонаправленным, поскольку водянистая влага дренируется через трабекулярную сеть и шлеммов канал в кровоток.

Клетки пигментного эпителия сетчатки поддерживают статус иммунной привилегии за счет экспрессии поверхностных лигандов и растворимых молекул, таких как CD86 (B7-2), трансформирующий фактор роста (TGF) бета, тромбоспондин 1, лиганд 1 запрограммированной гибели клеток 1 (PD-L1/B7-H1) и цитотоксический антиген 2-альфа, связанный с Т-лимфоцитами [20]. Ингибирующие сигналы пигментного эпителия способны вызывать гибель активных иммунных клеток или превращать их в иммуносупрессивные или регуляторные клетки [20, 21]. В норме клетки пигментного эпителия могут повышать экспрессию интерлейкина (ИЛ) 1-бета, ИЛ-6, аргиназы 1 и пентраксина 3 (PTX3) и подавлять экспрессию TNF (tumor necrosis factor – фактор некроза опухоли) альфа и ИЛ-12 в макрофагах. При нормальных физиологических условиях клетки пигментного эпителия модулируют фенотип и функцию макрофагов, а также повышают их способность фагоцитировать апоптотические Т-клетки [17]. Клетки пигментного эпителия продуцируют ИЛ-33, влияющий на течение увеита на протяжении всего заболевания [22].

Несмотря на то что гематоретинальный барьер эффективен против проникновения белков, в том числе антител и компонентов комплемента, он способен пропускать активированные Т-лимфоциты, сенсибилизированные к S-антигену сетчатки, приводя к инициации экспериментального аутоиммунного увеита с развитием деструктивного воспаления, разрушающего гематоретинальный барьер [23], причем для этого необходимо менее 15 таких клеток [18].

Ранее считалось, что лимфатический дренаж из глаза полностью отсутствует и не существует четких доказательств того, что лимфатические сосуды дренируют внутриглазные и орбитальные ткани. В настоящее время в ряде исследований доказано обратное. В исследовании R.M. Egan и соавт. после инъекции антигена в заднюю камеру глаза трансгенных мышей специфические Т-клетки накапливались в поднижнечелюстном лимфатическом узле в течение трех дней. К шестому дню их количество уменьшалось, но они были способны пролиферировать и секретировать ИЛ-2 в ответ на стимуляцию антигеном. Напротив, после внутривенной инъекции антигена Т-клетки накапливались в паракортикальных областях поднижнечелюстного лимфатического узла в сопоставимых количествах, но не пролиферировали и не секретировали ИЛ-2. Это указывает на то, что поднижнечелюстной лимфатический узел является первичным пограничным местом для ранней клональной экспансии антигенспецифических Т-клеток после внутриглазного введения антигена [24]. Экспериментально доказано, что удаление поднижнечелюстного лимфатического узла предотвращает отторжение роговичного трансплантата [25].

H. Xu и соавт., изучив образцы глазных тканей мышей методами иммуногистохимии, конфокальной микроскопии и проточной цитометрии, проанализировали распределение клеток с рецептором лимфатического эндотелия (LYVE-1), подопланином, Flt4/VEGFR3, Sca-1, CD11b или F4/80. Авторы обнаружили лимфатические сосуды в задних областях экстраокулярных мышц, а также большую популяцию неэндотелиальных LYVE-1(+)- и Flt4/VEGFR3(+)-клеток, распределенных отдельно во всех тканях глаза, кроме центра роговицы. Фенотипический анализ этих клеток показал, что они являются макрофагами. Исследователи предположили, что субпопуляция LYVE-1(+) макрофагов костного мозга может представлять собой резидентные клетки-предшественники, необходимые для образования de novo глазных/орбитальных лимфатических сосудов при патологических состояниях [26].

Согласно концепции D.L. Drayton и соавт., «эктопические», или третичные, лимфоидные органы представляют собой скопления клеток, которые формируются во время хронического воспаления в процессе лимфоидного неогенеза и не ограничиваются анатомической локализацией [27]. Применение данной концепции в отношении иммунопривилегированных тканей изначально было спорным, но теперь есть веские доказательства, что лимфоидные фолликулы могут развиваться в мозговых оболочках центральной нервной системы (ЦНС). При аутопсийном исследовании ткани мозга пациентов с вторичным прогрессирующим рассеянным склерозом обнаружены фолликулы, распределенные по всему переднему мозгу, в мозговых оболочках, входящих в борозды головного мозга [28]. Фолликулоподобные структуры обнаружены при иммуногистохимическом исследовании в сосудистой оболочке глаза при хроническом неинфекционном увеите [29].

Антигены могут выходить из глаза и накапливаться в лимфатических узлах. Тем не менее имеются веские доказательства, что основная часть антигена, введенного в переднюю камеру, попадает в венозный кровоток и через него доставляется в лимфатические узлы [30]. Более того, АПК из передней камеры не мигрируют в регионарные лимфатические узлы, а попадают в венозный кровоток и локализуются в селезенке [31, 32]. Таким образом, антиген и AПК не секвестрируются в глазу и могут быстро достигать периферических лимфоидных тканей.

Иммуносупрессивное микроокружение как механизм иммунной привилегии глаза

Клетки глаза экспрессируют множество молекул, связанных с клеточными мембранами, которые защищают глаз от иммуноопосредованного воспаления (табл. 1).

Fas-лиганд (FasL) является наиболее важной молекулой в подавлении иммуноопосредованного воспаления в глазу. FasL – мембранный белок типа II, принадлежащий к семейству TNF. FasL вызывает апоптоз в клетках, экспрессирующих рецептор Fas. Fas представляет собой мембранный белок типа I из семейства рецепторов TNF. FasL экспрессируется в первую очередь на активированных Т-клетках, некоторых опухолевых клетках и иммунопривилегированных участках, таких как глаз (роговица, сетчатка, радужка, цилиарное тело), плацента и яички. Взаимодействие «Fas-лиганд – Fas-рецептор» крайне важно в регуляции иммунной системы и прогрессировании опухолей. Апоптоз, запускаемый связыванием Fas-лиганда c Fas-рецептором, играет фундаментальную роль в регуляции иммунной системы. Активация Т-клеток приводит к экспрессии ими лиганда Fas. В процессе клональной экспансии Т-клетки становятся более чувствительными к Fas-опосредованному апоптозу, что в конечном итоге приводит к гибели клеток, необходимой для предотвращения чрезмерного иммунного ответа и устранения аутореактивных Т-клеток. Fas-индуцированный апоптоз и перфориновый путь – два основных механизма, с помощью которых цитотоксические Т-лимфоциты вызывают гибель клеток, экспрессирующих чужеродные антигены. Опухоли могут чрезмерно экспрессировать лиганд Fas и вызывать апоптоз инфильтрирующих лимфоцитов, позволяя опухоли избежать воздействия иммунного ответа. Экспрессия FasL имеет решающее значение для ослабления воспаления, связанного с внутриглазными инфекциями вируса простого герпеса [33], и предотвращения отторжения ортотопических аллотрансплантатов роговицы [34]. Экспрессия FasL на клетках в иммунопривилегированных областях контролирует пролиферацию лимфоидных клеток Fas+, которые проникают в глаз в ответ на инфекцию или воспаление. Кроме того, FasL регулирует ангиогенез, который является центральным элементом некоторых глазных заболеваний.

TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand – лиганд, индуцирующий апоптоз, связанный с фактором некроза опухоли), как и FasL, относится к семейству мембранных протеинов TNF. Предполагается, что помимо индукции апоптоза макрофагов и нейтрофилов TRAIL играет роль в противоопухолевой защите. Во-первых, TRAIL-индуцированный апоптоз происходит только в опухолевых или трансформированных, но не в нормальных клетках. Во-вторых, естественные клетки-киллеры человека, моноциты и дендритные клетки экспрессируют TRAIL после стимуляции цитокинами, превращая их в сильные киллеры опухолевых клеток [35].

PD-L1 – лиганд рецептора программируемой клеточной гибели 1 (PD-1), трансмембранный белок, экспрессируемый на T- и B-лимфоцитах, NK-клетках, макрофагах, дендритных и мезенхимальных стволовых клетках. При связывании с рецептором PD-1 на цитотоксических лимфоцитах блокирует их цитотоксическую активность. В норме участвует в физиологическом механизме подавления аутоиммунных реакций. При экспрессии PD-L1 опухолевыми клетками данный лиганд участвует в механизмах ускользания опухоли от иммунного контроля. PD-L1 не только связывается с рецептором PD-1, но и обладает сродством к CD80 (B 7.1) – белку, находящемуся на поверхности дендритных клеток, активированных B-клеток и моноцитов и стимулирующему активацию и выживаемость Т-лимфоцитов за счет  взаимодействия с CD28 на их поверхности. Лиганд PD-L1 способен угнетать этот процесс путем конкурентного связывания с CD80. Стимуляция PD-L1 с его рецептором на активированных Т-клетках подавляет TCR-опосредованную пролиферацию Т-клеток и продукцию цитокинов. PD-L1 экспрессируется на роговице и, по-видимому, играет важную роль в предотвращении отторжения аллотрансплантата роговицы, поскольку блокирование взаимодействий PD-L1/PD-1 путем системного введения антител против PD-1 или PD-L1 приводит к резкому отторжению аллотрансплантата роговицы [36].

Чтобы предотвратить активацию каскада комплемента, которая приводит к лизису клеток и выработке провоспалительных факторов, клетки, выстилающие переднюю камеру глаза и сетчатку, экспрессируют регуляторные белки комплемента (complement regulatory proteins (CRPs) – белки, регулирующие комплемент). CRPs оказывают буферное воздействие, инактивируя и разрушая компоненты комплемента. Важность CRPs для защиты от увеита показана в экспериментах, в которых введение нейтрализующего антитела против CRPs и белка мембранного кофактора (CD46) приводило к обширному внутриглазному воспалению [37].

Костимуляция Т-клеток – обязательный компонент презентации антигена и условие их эффективной активации. Презентация антигена без костимуляции приводит к развитию анергии Т-клеток. Костимулирующая молекула B7 и TGF-бета помимо АПК и Т-клеток также экспрессируются на клеточных мембранах клеток пигментного эпителия радужки и способствуют трансформации Т-клеток в регуляторные Т-клетки (T_regs) путем клеточного контакта [38]. T_regs повышают свою собственную экспрессию B7-1/B7-2, а также продуцируют растворимый и мембранный TGF-бета, который подавляет Т-клетки, потенциально являющиеся патогенными.

Молекулы типа Ia главного комплекса гистосовместимости (MHC) экспрессируются практически на каждой ядросодержащей клетке, за исключением клеток в иммунопривилегированных участках. Сниженная экспрессия молекул MHC типа Ia на эндотелии роговицы и сетчатке, которые не способны к регенерации, защищает эти ткани глаза от лизиса цитотоксическими Т-лимфоцитами в случае вирусной инфекции. Однако это создает другую проблему, поскольку натуральные киллеры запрограммированы на лизис клеток, не экспрессирующих собственные молекулы MHC типа I [39]. Вместе с тем эндотелиальные клетки роговицы и сетчатки экспрессируют неклассические молекулы MHC типа Ib, такие как HLA-G и HLA-E [40, 41]. Неклассические молекулы MHC типа Ib могут взаимодействовать с рецепторами ингибирования натуральных киллеров и посылать сигналы «выключения» этим клеткам, предотвращая цитолиз [41].

Влага передней камеры содержит большое количество растворимых иммуносупрессивных и противовоспалительных молекул (табл. 2), влияющих на клетки как врожденной, так и приобретенной иммунной системы. Четыре из них ингибируют иммуноопосредованное воспаление, связанное с гиперчувствительностью замедленного типа (ГЗТ): TGF-бета, альфа-меланоцит-стимулирующий гормон (альфа-MSH), вазоактивный интестинальный пептид и пептид, связанный с геном кальцитонина [42]. TGF-бета и альфа-MSH также индуцируют генерацию CD4+ CD25+ T_regs, которые подавляют продукцию интерферона-гамма Т-клетками [43].

Как отмечалось выше, отсутствие молекул MHC типа I на эндотелии роговицы делает их уязвимыми для цитолиза, опосредованного NK-клетками. Однако эндотелий роговицы контактирует с влагой передней камеры, содержащей TGF-бета и фактор ингибирования миграции макрофагов (MIF), подавляющие опосредуемый NK-клетками цитолиз in vitro и внутри глаза [44].

Кроме того, на периферии сетчатки и вокруг зрительного нерва обнаружены профессиональные АПК (дендритные клетки), экспрессирующие высокие уровни MHC класса II. Предполагается, что их расположение обусловливает контроль проникновения Т-клеток в сетчатку. Отмечается также, что многие типы хронического заднего увеита начинаются с поражений вокруг зрительного нерва или на периферии сетчатки.

Индукция системного иммунного ответа по типу ACAID

В индукции и экспрессии ACAID участвуют глаз, тимус, селезенка и симпатическая нервная система.

Выделяют три фазы ACAID – глазную, тимусную и селезеночную.

В глазной фазе ACAID происходит презентация антигена. Индукция ACAID начинается с введения антигена в переднюю камеру. Внутри глаза антиген захватывается макрофагами F4/80+, которые под влиянием цитокинов водянистой влаги, таких как TGF-бета, подавляют синтез ИЛ-12 и повышают продукцию ИЛ-10, секретируют макрофагальный воспалительный белок 2, играющий важную роль в селезеночной фазе. Для индукции ACAID также требуются функционирование системы Fas/FasL, присутствие TNF-альфа, лигирование рецептора комплемента 3b (C3b) на поверхности F4/80+ глазных АПК. Экспрессия F4/80+ и молекулы CD1d на F4/80+ глазных АПК имеет решающее значение для последующих клеточных взаимодействий в тимусе и селезенке [45].

Попавшие в кровь АПК F4/80+ после выхода из глаза проходят два пути: один ведет в тимус, другой заканчивается в селезенке.

В течение трех дней после попадания в тимус АПК F4/80+ индуцируют образование натуральных киллеров (CD4-, CD8-, NK1.1+), которые в свою очередь поступают в кровоток из тимуса и попадают в селезенку, где вносят вклад в образование супрессорных клеток селезенки.

В маргинальной зоне (MZ) селезенки АПК F4/80 +, выходящие из глаза, также взаимодействуют с различными типами клеток и молекул, помогая генерировать иммуномодулирующие клетки, такие как CD8+ или CD4+ T_regs, MZ регуляторные B-клетки, гамма-дельта T_regs, iNKT и регуляторные клетки NKT, которые распространяются в организме и вызывают антигенспецифическое иммунное отклонение. Для этого глазные АПК F4/80+ должны экспрессировать CD1d, продуцировать ИЛ-10, ИЛ-13 и воспалительный белок макрофагов 2, а также стимулировать преобразователь сигнала и активатор транскрипции 6. Глазные АПК F4/80+ секретируют макрофагальный воспалительный белок 2, который привлекает CD4+ NKT-клетки, взаимодействующие с CD1d на F4/80+ глазных АПК и секретирующие хемокин RANTES, вовлекающий другие клетки, необходимые для генерации регуляторных клеток конечной стадии ACAID [46].

Существование ACAID экспериментально доказано на многих видах млекопитающих, включая мышей, крыс, кроликов и приматов. Исследование его присутствия у людей затруднено, однако низкая частота отторжения аллотрансплантатов роговицы и редкое использование иммуносупрессантов для этих трансплантатов по сравнению с системными трансплантатами косвенно доказывают особый иммунологический статус глаза. Исследование T. Kezuka и соавт. подтвердило существование ACAID у людей путем тестирования ГЗТ у здоровых людей и пациентов, инфицированных глазным вирусом ветряной оспы (ВВО). Авторы установили, что в контрольной группе реакция ГЗТ развивалась в ответ на внутрикожное введение ВВО, однако у 60% пациентов с глазным ВВО реакция отсутствовала. Таким образом, выявлено иммунное отклонение на ВВО [47].

Отмена ACAID приводит к отторжению аллотрансплантата роговицы, а усиление ACAID увеличивает его выживаемость [6]. Индукция ACAID с помощью IRBP перед подкожной иммунизацией адъювантом и IRBP ослабляет экспериментальный аутоиммунный увеит [48].

Феномен ACAID можно объяснить его ролью в предотвращении развития иммуноопосредованного повреждения тканей глаза, не способных к регенерации. Согласно другой теории, ACAID защищает ткани глаза от аутоиммунных атак на глазные антигены.

Роль иммунной привилегии глаза в патогенезе неинфекционных увеитов

С учетом изложенных выше особенностей иммуносупрессивного микроокружения глаза остается актуальным вопрос, каким образом оно нарушается и возникает воспаление.

Плотные контакты эндотелия сосудов сетчатки, состоящие из окклюдинов и кадгеринов, препятствуют проникновению даже небольших молекул массой 10 кДа или менее из сосудов в ткань сетчатки [49]. Однако гематоретинальный барьер проницаем для клеток. При этом он является селективным, поскольку только определенные подтипы Т-клеток, такие как Th1-клетки, продуцирующие интерферон-гамма, могут пересекать сосуды сетчатки. Кроме того, чтобы пересечь гематоретинальный барьер, Т-лимфоцитам требуются системная активация и некоторое время циркуляции в периферической крови. Кроме того, стенка сосуда должна быть готова к трансэндотелиальной миграции, вероятно, за счет ослабления плотных контактов. Это может происходить в результате повторяющихся контактов между активированными Т-клетками и эндотелиальными клетками и требует антигенспецифических сигналов.

Популяция профессиональных АПК (дендритных клеток), экспрессирующих высокие уровни MHC класса II и расположенных на периферии сетчатки и вокруг зрительного нерва, скорее всего служит привратником, контролирующим проникновение Т-клеток в сетчатку. Эксперименты, в которых активированные Т-клетки вводились внутривенно мышам с экспериментальным аутоиммунным увеитом, показывают, что эти клетки находятся в местах контакта между Т-клеткой и антигенпрезентирующей клеткой.

Новый аспект иммунного статуса глаза и развития увеитов – влияние микробиома на иммунную систему. Формирование и созревание здорового микробиома в постнатальном периоде и раннем младенчестве обусловливают создание барьера между кровью и ЦНС [50, 51], которая, как и глаз, является иммунопривилегированным органом. Не случайно правильное созревание здорового микробиома критически связано с развитием зрелой иммунной системы, которая определяет восприимчивость к инфекции ЦНС в этот период. Давно установлена связь между воспалительными заболеваниями кишечника, спондилоартропатиями и воспалительными заболеваниями глаз, которая в настоящее время анализируется с точки зрения нарушенной регуляции микробиома [52].

Когда иммунная привилегия утрачивается, а гематоретинальный и гематоэнцефалический барьеры нарушаются, исход становится опасным для зрения и жизни. Наиболее опасны пренатальный и неонатальный периоды, период раннего младенчества/детства. Многие инфекции, приобретенные в это время, лишь частично устраняются развивающейся иммунной системой: в тканях, где уровень иммунной привилегии ниже, инфекции устраняются полностью. Тем не менее в областях с более высоким уровнем иммунной привилегии, таких как ЦНС, яички/яичники и глаз, микроорганизмы, преодолевшие внешние и внутренние барьеры, могут реагировать на неблагоприятную среду, переходя в латентное состояние. Здесь вступают в игру T_regs, которые поддерживают латентность инфекций, подавляя потенциальные T-эффекторные клетки и T-клетки памяти и тем самым предотвращая разрушительные иммунные реакции в важных тканях и органах. Изменения иммунитета при ВИЧ-инфекции наглядно подтверждают, что данный механизм функционирует в иммунной защите. Только при уменьшении количества циркулирующих Т-клеток ниже уровня 50 клеток/мл латентные инфекции, включая приобретенные в раннем возрасте, становятся активными. Это прежде всего касается вирусных инфекций (цитомегаловирус, вирус простого герпеса и вирус ветряной оспы), а также инфекций, приобретенных во взрослом возрасте и контролируемых иммунной системой (Mycobacterium tuberculosis и Toxoplasma gondii).

Таким образом, иммунная привилегия в первую очередь является иммунологическим устройством, посредством которого T_regs и другие иммунные регуляторные клетки контролируют активность Т-эффекторных клеток. Кишечный микробиом играет важную роль в развитии и поддержании иммунного гомеостаза, при нарушении которого возникает опасный для зрения увеит.

Заключение

Иммунная привилегия представляет собой сложный иммунологический феномен, включающий в себя как пассивные, так и активные механизмы, реализуемые через сложные молекулярные и клеточные взаимодействия. На примере глаза – органа, наделенного иммунной привилегией, можно проанализировать механизмы саморегуляции воспаления в других органах. Изучение феномена иммунной привилегии направлено на выявление потенциальных механизмов, лежащих в основе патогенеза увеитов. Исследования иммунной привилегии призваны обеспечить основу для разработки новых терапевтических стратегий, применимых к широкому спектру заболеваний глаза. 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.