загрузка...
 
Клиническая иммуногенетика
Повернутись до змісту

Клиническая иммуногенетика

Л.П. Алексеев, Р.М. Хаитов

ГНЦ РФ — Институт иммунологии Федерального медико-биологического агентства, Москва

Под термином «клиническая иммуногенетика» следует понимать использование на практике данных о генетическом контроле иммунного ответа человека. Объектом клинической иммуногенетики является так называемый главный комплекс гистосовместимости человека (МНС, от англ. Major Histocompatibility Complex). Это название отражает скорее историю открытия данной генетической системы, чем ее основную функцию. История открытия первых продуктов генов главного комплекса гистосовместимости, называемых у человека антигенами HLA (от англ. Human Leukocyte Antigens), связана именно с появлением и развитием трансплантационной иммунологии, когда возникла необходимость подбора тканесовместимых пар донора и реципиента. Сегодня же мы знаем, что роль системы МНС в отторжении трансплантата является лишь одной из частных физиологических функций этой системы.

Система HLA, обеспечивая регуляцию иммунного ответа, осуществляет важнейшие физиологические функции: взаимодействие всех иммуно- компетентных клеток организма, распознавание своих и чужеродных, в том числе измененных собственных клеток, запуск и реализацию иммунного ответа, обеспечение временной толерантности организма матери к тканенесовместимому плоду в период его вынашивания и, в целом — обеспечивает выживание человека как вида в условиях экзогенной и эндогенной агрессии.

Система HLA осуществляет регуляцию функций иммунной системы человека. В 80-х гг. даже дискутировался вопрос о ее переименовании в «главный комплекс генов иммунного ответа человека», но поскольку старое историческое название укоренилось среди исследователей, решено было не менять его. Система HLA, открытая более 40 лет назад, по-прежнему остается одной из самых сложных, наиболее хорошо изученных и, вместе с тем, загадочных генетических структур в геноме человека. Так, если еще в 1987 г. расстояние между его условными границами оценивалось в 2000 тыс. п.о., то сегодня оно расширено более чем в 2 раза, причем протяженность отдельных его элементов — генных кластеров — колеблется в широких пределах в зависимости от HLA-гаплотипа. Все HLA-гены локализованы в коротком плече хромосомы 6 и разделяются на три группы, экспрессирующие охарактеризованные гены, псевдогены и гены с неустановленной функцией.

Когда основным объектом исследования служили только белки-антигены HLA, представления о комплексе генов HLA формировались в основном на анализе косвенных данных, включающих изучение HLA-антигенов в популяциях, в семейном анализе, в реакциях, субстратом которых были HLA-антигены и т. д. Благодаря развитию молекулярной генетики и молекулярной иммунологии появилась возможность не только проводить тонкий анализ антигенов HLA, но и изучить сами гены HLA. Особенный прогресс в этом направлении произошел после открытия и внедрения в исследования системы HLA метода полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющего анализировать необходимые для исследований участки ДНК, что, в свою очередь, открывало широкие возможности для быстрого и точного анализа молекулярного полиморфизма системы HLA.

Внедрение в исследования системы HLA молекулярно-генетических методов не только позволило конкретизировать представления о системе HLA, но и значительно расширило представления о ее полиморфизме. Были открыты многие новые аллели классов I, II и III, а общее количество только известных специфичностей HLA классов I и II увеличилось более чем в 10 раз и в настоящее время превышает 2000.

Нарушение или полное отсутствие какой-либо из функций системы HLA лежит в основе целого ряда патологий, в том числе онкологических и аутоиммунных заболеваний. 

Одной из важнейших физиологических функций системы HLA, лежащей в основе развития и регуляции иммунного ответа, является обеспечение процессинга и представления иммунодоминантных пептидов, являющихся продуктом внутриклеточного протеолиза чужеродных антигенов, против которых и будет индуцирован, а затем — будет развиваться иммунный ответ. Этой функции антигенов системы МНС способствует строение ее молекул, которое, несмотря на выраженные различия в структуре антигенов класса I и II молекул HLA, позволяет образовать на внешнем их конце т. н. пеп- тид-связывающую бороздку, в которой и удерживается представляемый для распознавания пептид.

Антигенпредставляющая клетка осуществляет свое специфическое взаимодействие, представляя пептид в контексте собственной молекулы HLA, идентичной таковой на клетке, воспринимающей информацию. Именно за установление этого феномена, названного феноменом двойного распознавания, Цинкернагель и Догерти были удостоены Нобелевской премии. Это открытие стало ключевым в понимании основ физиологической регуляции иммунного ответа. Имеются существенные различия между взаимодействием, обеспечиваемым в процессе иммунного ответа антигенами HLA классов I и II. Антигены HLA класса II обеспечивают взаимодействие антигенпредставляющей клетки с Т-хелпером, а антигены HLA класса I — c Т-эф- фектором-киллером. В этом им помогают различные молекулы-корецепторы: CD4 — для Т-хелпе- ров и CD8 — для Т-киллеров. Естественно, что различным будет и эффект этого взаимодействия. Так, распознавание пептидов в контексте молекулы HLA класса II ведет к формированию популяции клеток ТЫ и №2, одни из которых индуцируют развитие гуморального иммунного ответа (№2), а другие явятся необходимым компонентом в индукции Т-киллеров (ТЫ). Что же касается антигенов гистосовместимости класса I, то Т-киллер, индуцированный против иммунодоминантного пептида, экпрессированного на поверхности клеток-мишеней в контексте антигенов HLA класса I, идентичных таковым, экспрессированным на Т-киллере, уничтожит эти клетки-мишени. Следует еще раз подчеркнуть, что оба эти важнейших звена иммунного ответа строго ограничены набором антигенов HLA, кодируемых конкретным аллельным вариантом, характерным для конкретного человека. В том случае, если бы пептид был представлен для распознавания клеткой, отличающейся по HLA-антигенам от распознающих клеток, то иммунный ответ развивался бы против этих представляющих клеток, т. е. в этом случае речь будет уже идти о развитии трансплантационного иммунитета.

Роль одного из этих генов, а именно ТАР установлена в развитии ряда заболеваний человека. В их основе лежит вызванная мутацией утрата функции представления антигенов HLA класса I, что ведет к развитию онкологических заболеваний, в связи с тем, что на клетках «исчезает» мишень для Т-кил- леров и МК-клеток, осуществляющих «противораковый надзор» в организме. Также имеются данные

о    том, что при синдроме Луи-Бар, характеризующемся наличием «голых Т-лимфоцитов», нарушение экспрессии антигенов HLA класса I, связано с гомозиготным состоянием аллелей гена ТАР2.

Для понимания механизмов участия HLA-антигенов в патологических процессах необходимо знать, каким именно образом иммунодоминантный пептид, происходящий из чужеродного агента, может не только индуцировать развитие «физиологического» иммунного ответа, направленного на элиминацию данного патогена, но одновременно с этим может «запустить» развитие аутоиммунного процесса. Дело в том, что каждый из пептидов связывается (и удерживается в антигенп- редставляющей складке молекулы HLA) с конкретным участком, характерным для белковой структуры антигенсвязывающего участка.

Таким образом, в связь с конкретным пептидом вовлекаются конкретные же участки HLA-антигенов, кодируемые различными аллельными вариантами генов HLA, что, по сути, и является основой генетического контроля иммунного ответа. Это положение хорошо иллюстрируют данные о том, что, например, пептид вируса герпеса связывается с гаплотипом HLA-DQA1*0501/ ^В1*2001, но не HLA-DQA1*0201/-DQB1*2001. Различие между ними в цепи DQA1 составляет 15 аминокислотных остатков. Установление этого факта и имеющаяся в настоящее время возможность анализировать аминокислотные последовательности всех аллельных вариантов антигенов HLA, включая участки, определяющие их специфичность, а также структуру пептидов, определяющих специфичность различных чужеродных агентов, включая болезнетворные, позволяет заранее предсказать соответствие тех или иных им- мунодоминантных пептидов тем или иным участком молекулы МНС. Таким образом, можно заранее предсказать генетическую отвечаемость или неотвечаемость на тот или иной агент.

В свою очередь, это даст возможность не только заранее решить вопрос о том, ответит ли данный индивидуум на вакцинацию против болезнетворного агента, но и предсказать, насколько этот ответ будет физиологичен. Это, в свою очередь, позволит прогнозировать возможность развития ряда заболеваний аутоиммунного генеза (например, ревматоидный артрит и ИЗСД), в генезе которых, возможно, лежит также комплементарность имму- нодоминантных пептидов инфекционных агентов конкретным эпитопам аллелей HLA.

Благодаря экстремальному полиморфизму системы HLA стала возможной взаимная комплементарность иммунодоминантных сайтов молекул огромного числа различных инфекционных возбудителей и конкретных антигенов гистосовместимости. Это явилось эффективным средством сохранения человека как вида в условиях постоянно изменяющегося генетического разнообразия микробного окружения. Таким образом, экстремальный аллельный полиморфизм системы HLA является мощным механизмом вариабельности и естественного отбора человека как вида и позволяет ему противостоять постоянно эволюционирующему множеству патогенов. Однако этот же механизм является и причиной запуска аутоиммунитета. Целый ряд болезнетворных агентов имеет в своем аминокислотном строении участки, полностью идентичные или близкие аминокислотному строению конкретных участков молекулы HLA, кодируемой тем или иным аллельным вариантом HLA. Примером этого является аллельный вариант HLA- DRB1*0401 — один из наиболее выраженных маркеров предрасположенности к инсулинзависимому сахарному диабету I типа — CD1 (пептидная блокировка данного аллеля прекращает развитие заболевания) и ряду других аутоиммунных заболеваний, — у которого имеются общие аминокислотные мотивы с вирусом краснухи. В результате, человек, перенесший данную патологию, имеет высокую вероятность заболеть аутоиммунным заболеванием, вследствие того, что иммунный ответ, первоначально развившийся как физиологический ответ на этот возбудитель, обращается и против клеток собственного организма, несущих тот же иммунодоминантный эпитоп. Считается доказанной точка зрения о том, что в основе всех аутоиммунных заболеваний лежат подобные механизмы, и от развития поголовного аутоиммунитета у человечества нас защищает только крайне выраженная степень разнообразия по генам HLA. Достаточно сказать, что случайная идентичность двух неродственных людей превышает в среднем

на 1 000 000. Однако это относится к средним цифрам. На самом деле, некоторые люди обладают значительно более низким HLA-полиморфизмом. Это относится к так называемым HLA-гомозиготам (т. е. лицам имеющим в своих HLA-гаплотипах две одинаковые специфичности), что, естественно, снижает уровень полиморфизма их генотипа. Установлено, что HLA-гомозиготные люди имеют значительно больший уровень предрасположенности к развитию целого ряда заболеваний, включая онкологические, аутоиммунные и инфекционные. В последние годы на примере CD1 доказано, что для развития заболевания необходимо участие в нем обоих HLA-специфичностей гаплотипа. Естественно, что это обеспечено в случае HLA-гомозиготности. Разумеется, это касается не только CD1. Так, среди жителей Москвы больных хроническим гломерулонефритом (заболеванием с выраженным аутоиммунным компонентом) процент HLA-DRB1 гомозигот вдвое превышает таковой среди «здоровых».

Среди многочисленных функций HLA есть и еще одна уникальная, направленная на обеспечение HLA-гетерозиготности. В животном мире эта функция работает более эффективно. Данная функция проявляет себя на всех стадиях репродуктивного процесса, начиная от выбора партнера, где преимущество принадлежит особи, отличающейся по генам МНС. Этот механизм функционирует благодаря хорошо установленному факту переноса на антигенах МНС, включая HLA, пахучих веществ (одорантов). На следующем уровне преимущество имеют сперматозоиды, несущие иной НЬА-генотип, нежели яйцеклетка. Следующий уровень — повторные выкидыши у HLA-совместимых пар. Затем, в этих же случаях, наступают токсикозы во второй половине беременности. И, наконец, не реализуются иммунологические механизмы, участвующие в физиологическом родоразрешении. Естественно, этот процесс эффективно реализуется только в животном мире. Современная иммунология научилась решать эти проблемы репродукции. Однако ценой этого решения является появление НЬА-гомозиготного потомства.

Развитие иммуногенетики внесло неоценимый вклад в такую современную отрасль медицины, как трансплантация органов и тканей, и подбор тканесовместимых пар донор-реципиент резко повышает эффективность пересадки органов. Еще более ошеломляющие результаты были получены при пересадке костного мозга (кроветворных стволовых клеток), и сегодня в мире основной вид трансплантации костного мозга — это не пересадки от родственных доноров, а пересадки от неродственных, но полностью HLA-совместимых доноров-добровольцев. Результаты этого вида трансплантаций по своему эффекту совместимы с пересадкой костного мозга от монозигот- ных близнецов. Разумеется, прежде чем получить возможность такого рода трансплантаций, пришлось решить важнейшую организационную проблему — создание многомиллионных регистров доноров-добровольцев костного мозга, готовых безвозмездно предоставить свой костный мозг любому HLA-совместимому реципиенту. К сожалению, это до настоящего времени не относится к российским реципиентам и обусловливается отнюдь не отставанием российских иммунологов и трансплантологов от их зарубежных коллег.

Тем не менее, перспективы развития клинической иммуногенетики как в России, так и за рубежом открывают принципиально новые возможности как в прогнозе и диагностике развития целого ряда социально значимых заболеваний, так и в их терапии, что стало возможным благодаря совместным исследованиям в области иммуногенетики и протеомики.


© Болдырева М.Н., 2005 УДК 575.113:616-07



загрузка...