Трансплантационная иммунология

Трансплантационная иммунология

Рождение иммунологии относится к концу XIX века и тесно связано с трудами великого русского ученого И. И. Мечникова.

Изучая процесс внутриклеточного пищеварения (сначала у самых примитивных, а затем у более высокоорганизованных животных), И. И. Мечников в 1883 г. сформулировал свою знаменитую фагоцитарную теорию, которая стала основой его всеобъемлющего учения об иммунитете.

Чрезвычайно важными для развития неинфекционной иммунологии были и работы других ученых, в том числе учеников и сотрудников И. И. Мечникова (Ф. Я. Чистовича, А. М. Безредки и др.), доказавших присущую организмам общебиологическую закономерность — вырабатывать антитела в ответ на введение не только бактерий и их продуктов, но и клеток и различных жидкостей высокоразвитых организмов. Таким образом, антигенные свойства этих организмов были окончательно установлены и доказаны. Это имело самое непосредственное отношение к трансплантации, поскольку объясняло «барьерную» функцию иммунитета по отношению к чужеродным тканям и, органам.

Перед иммунологией — наукой, изучавшей комплекс защитных механизмов, с помощью которых организм реагирует на внедрение микробов, вирусов, простейших и других инфекционных агентов, и изыскивавшей способы усиления иммунологических реакций организма, трансплантологи поставили совершенно противоположную задачу. Теперь возникла проблема: как подавить иммунологическую активность организма, направленную против пересаженной чужеродной ткани?

Антигены и антитела

Вещество, в ответ на введение которого (вне зависимости от химического строения и биологических свойств) развиваются иммунологические реакции организма, называется антигеном. Антигены чаще всего — вещества белковой природы, отличающиеся по строению от собственных белков организма. Кроме того, ими могут быть полисахариды — вещества углеводного происхождения, содержащиеся в ряде бактерий (после попадания в организм они образуют с собственными белками хозяина комплекс, обладающий антигенными свойствами для данного организма).

Ясно, что белки растений или бактерий отличаются по строению от белков человека. Но различаются ли между собой белки, составляющие клетки, ткани и органы двух особей одного вида, скажем, двух людей?

Как известно, подавляющее большинство молекул живого организма построено из элементарных белковых частиц — аминокислот. Порядок, в котором соединяются аминокислоты при построении молекул, клеток и органов, запрограммирован в генах — мельчайших носителях «наследственной информации». Аминокислот всего лишь 20, но, комбинируясь в различных сочетаниях (согласно своему генетическому коду), они создают практически неповторимый «рисунок» белковых молекул.

Для того чтобы ткани одного организма не были чужеродными для другого, требуется полное совпадение таких рисунков. Естественно, их полное совпадение возможно лишь в исключительно редких случаях. Иными словами, это означает, что вероятность подбора двух организмов с одинаковым строением белковых молекул ничтожна. Исключение составляют лишь близнецы, развившиеся из одного яйца, и животные так называемой чистой линии: их ткани строились «под руководством» генов, несущих одну и ту же генетическую информацию.

При пересадке органа (трансплантата) от одного организма другому его можно рассматривать как своеобразный набор антигенов донора, который вводят в организм реципиента, после чего и возникают иммунологические реакции.

Следует, впрочем, отметить, что не все антигены обладают одинаковой иммунизирующей силой. В ответ на введение различных антигенов развивается далеко не одинаковая по силе иммунологическая реакция. Сейчас выявлены антигены, которые в первую очередь обусловливают развитие реакции, отторжения (их называют трансплантационными). У мышей, например, выделено несколько десятков трансплантационных антигенов. А у человека их открыто около 30.

Зная набор трансплантационных антигенов у реципиента, можно подобрать наиболее «подходящего» донора. И хотя полной иммунологической совместимости достигнуть, как правило, не удается, можно значительно «смягчить» проявления такой несовместимости (подробно о подборе пар донор — реципиент будет рассказано дальше).

Белковые вещества, вырабатываемые организмом в ответ на введение антигена, называются антителами. Они разнообразны как по своему химическому строению и свойствам, так и по той роли, которую играют в различных иммунологических реакциях. Весьма существен факт, установленный иммунологами: антитела, направленные против антигенов трансплантата, оказываются эффективными только в том случае, если они воздействуют на пересаженный орган совместно с так называемыми малыми лимфоцитами — клетками, играющими первостепенную роль в трансплантационном иммунитете.

Под названием малый (или зрелый) лимфоцит объединяются клетки, схожие по внешнему виду, но различающиеся по происхождению, функциям, а также по времени, в течение которого они существуют в организме. У клеток этих несколько «обязанностей». Во-первых, обнаружение трансплантата и распознавание его специфичности («свой» белок или «чужой»). Во-вторых, хранение так называемой иммунологической памяти — информации о том, встречался ли организм ранее с данным антигеном (в случае повторной встречи начинается гораздо более интенсивная продукция антител, приводящая к быстрому отторжению пересаженной ткани). В-третьих, они являются эффекторами реакции отторжения трансплантата — клетками, которые непосредственно участвуют в осуществлении этой реакции, действуя совместно с антителами, направленными против антигенов трансплантата.

По современным представлениям, иммунологическая реакция реципиента на чужеродный трансплантат развивается следующим образом. Уже через 3—4 часа после пересадки растворимый антиген «чужой» ткани поступает в кровь. Его обнаруживают малые лимфоциты. Они передают полученную информацию в лимфоидную ткань, которая содержит другие малые лимфоциты — эффекторы реакции отторжения. Получив сведения о «вторжении» в организм чужеродного антигена, эффекторы тотчас устремляются к трансплантату, и, вступая в контакт с его клетками, начинают резко увеличиваться в размере, синтезировать нуклеиновые кислоты, делиться и давать начало новым большим клеткам (лим-фобластам). Наблюдается феномен, называемый реакцией бласттрансформации.

Лимфобласты являются более «молодыми» (по сравнению с малыми лимфоцитами, своими предшественниками) клетками. Они способны давать начало не только новым лимфоцитам, но и другим клеточным формам, в том числе так называемым плазматическим клеткам, вырабатывающим антитела. Таким образом, из малых лимфоцитов, специфическим образом прореагировавших с антигеном пересаженного органа, образуются (проходя через стадию бласта) новые иммунные лимфоциты и иммунные плазматические клетки, продуцирующие антитела против антигенов данного трансплантата.

Ученые считают, кстати, что эти антитела могут самостоятельно вступать в реакцию с антигенами трансплантата и разрушать его. Существенно, что трансплантат способен связывать их в столь большом количестве, что они на время могут даже исчезнуть из сыворотки. В Институте трансплантации органов и тканей АМН СССР удалось установить, что по наличию антител в сыворотке крови в данный момент можно судить о приближающемся кризе отторжения. Этот принципиально важный факт положен в основу одного из методов ранней диагностики данного состояния.

На поверхности иммунных лимфоцитов имеется специфическая структура — точный слепок с активной поверхности трансплантационного антигена. При контакте таких лимфоцитов с клеткой трансплантата происходит их плотное соединение («припечатывание»). Под действием специфических антител в присутствии комплемента (особого белкового фактора крови, играющего в этой реакции роль катализатора) плотно соединенные клетки (лимфоциты и клетки донора) разрушаются. При гибели лимфоцитов из содержащихся в них образований (лизосом) выделяются специфические ферменты, разрушающие окружающие клетки трансплантата и «запускающие» специфические сосудистые реакции.

Примечательно, что «нападая» на трансплантат, малые лимфоциты в первую очередь пагубно воздействуют на так называемые «стволовые» клетки кроветворения, от которых зависит размножение ткани. Трансплантат с разрушенными стволовыми клетками обречен на гибель.

Таковы, по современным представлениям, основные механизмы трансплантационного иммунитета — надежного стража организма, защищающего его от чужеродных органов и тканей.

Как же «обмануть» этого стража и преодолеть тканевую несовместимость?

Идеальным было бы перестроить антигенный набор донора, сделать его таким же, как у реципиента. Однако это, по крайней мере на современном этапе развития науки, невозможно.

Толерантность

И все-таки можно надеяться на более или менее успешное приживление у реципиента чужеродной донорской ткани. Это отнюдь не голословный оптимизм. Для такого вывода есть основания.

В 1953 г. английскому ученому Медавару и чешскому ученому Гашеку удалось создать у животных искусственную толерантность (терпимость, устойчивость) — состояние, когда на чужеродные пересаженные ткани организм реципиента реагирует как на свои, не отторгает их.

Гашек и Медавар создали толерантность, делая эксперименты на мышах и курах. Они вводили их зародышам (эмбрионам) взвесь живых клеток. Оказалось, что выросшим из этих эмбрионов взрослым животным можно было пересаживать ткани доноров той линии, клетки которой были введены зародышу. Иначе говоря, реципиент становился толерантным к тканям донорской линии. Позже удалось доказать, что подобную устойчивость можно создать и иным путем, вводя клетки донорской линии реципиенту вскоре после его рождения.

Сейчас усилия ученых направлены на поиски путей создания толерантности у сформировавшихся организмов, но, конечно, эта задача («обмануть» зрелый лимфоцит и создать устойчивость во взрослом организме) гораздо труднее. Над данной проблемой трудятся сейчас ученые различных специальностей — иммунологи, иммунохимики, биохимики.

Одно из наиболее перспективных направлений получения толерантности — создание так называемых иммунологических химер.

Известно, что с помощью определенных доз облучения можно подавить иммунологическую активность реципиента. Его организм не сможет отторгать чужеродную ткань, потому что у него не будет клеток, способных «узнавать» чужеродный антиген, вырабатывающих антитела и осуществляющих реакцию отторжения трансплантата. Правда, такой организм не сможет и существовать: он погибнет от первой же инфекции, не имея защитных сил для борьбы с ее возбудителями.

Но если в этот организм перенести лимфоидные клетки донора, они заселят, «колонизируют» его и возьмут на себя защиту от возбудителей заразных заболеваний. Организм, в котором сосуществуют различные по генетическому происхождению иммунологически активные клетки, называют иммунологической химерой. В него можно пересаживать ткани или орган донора перенесенных прежде клеток, которые становятся «своими» для вновь прижившейся лимфоидной ткани.

Еще в 1950 г. стало известно, что большие дозы тканевых антигенов, введенные в организм, могут специфическим образом парализовать иммунологическую систему организма: на повторное введение данного антигена организм не ответит иммунологической реакцией. Этот феномен, близкий, по-видимому, к толерантности, был назван иммунологическим параличом.

В 1964 г. обнаружили еще более удивительное явление: введение очень малых (меньших, чем те, которые вызывают иммунизацию) доз очищенного антигена также приводит к развитию толерантности. Таким образом, можно говорить о существовании двух зон антигенных доз, способных вызывать толерантность,— «зоне высоких доз» и «зоне низких доз» (промежуточные дозы вызывают иммунизацию организма, приводят к эффекту, прямо противоположному толерантности).

Новые надежды сулит также изучение химии трансплантационных антигенов. Совсем недавно было доказано, что антигены с низким молекулярным весом обладают однонаправленным иммунологическим действием, вызывая развитие толерантности (вне зависимости от дозы введенного антигена) и совершенно не обладая иммунизирующим эффектом. Можно надеяться, что выделение низкомолекулярных трансплантационных антигенов — дело недалекого будущего.

Пристальное внимание ученых привлек к себе вопрос о взаимоотношениях плода и матери в процессе беременности. Ведь фактически при этом имеет место временная (на период беременности) толерантность. Организм матери можно рассматривать как организм хозяина, в котором длительное время растет и развивается плод-трансплантат, по существу чужеродный для матери. Почему же плод не отторгается? Каковы механизмы, обеспечивающие в этом случае толерантность? На эти вопросы науке еще предстоит ответить. Может быть, тогда удастся найти решение одной из кардинальных проблем трансплантационной иммунологии и создать толерантность одного взрослого организма по отношению к другому.

Селекция донора

Выше уже говорилось, что подобрать полностью совместимые (идентичные по антигенному набору) пары донор — реципиент практически невозможно (за исключением случаев с однояйцевыми близнецами). В настоящее время, однако, есть возможность составить эти пары таким образом, чтобы организмы совпадали по тем антигенам, которые в первую очередь обусловливают реакции трансплантационного иммунитета.

В трансплантологических центрах (например, при пересадке почек) подбор пар донор — реципиент осуществляется типированием по системам лейкоцитарных антигенов и с учетом групповой принадлежности эритроцитов.

Типированием называют определение набора трансплантационных антигенов данного индивидуума. Практически это стало возможным благодаря достижениям современной иммуногенетики - науки, изучающей законы наследования антигенов животных и человека.