Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

19. fejezet - 19. fejezet – Tolerancia és autoimmunitás

19. fejezet - 19. fejezet – Tolerancia és autoimmunitás

(Gergely János, Sármay Gabriella)

Az immunológiai tolerancia antigén által előidézett, az adott antigénre nézve fajlagos válaszképtelenséget jelent. Mivel tehát, éppúgy antigén által indukált folyamat, mint az adaptív immunválasz, következésképpen a kialakításában résztvevő sejteket ugyanolyan sokféleség, magát a folyamatot pedig hasonlóan sokrétű szabályozottság jellemzi. A toleranciát kiváltó antigént – megkülönböztetésül az immunválaszt kiváltó immunogéntől – tolerogénnek is nevezzük.

Az immunrendszer érése során, a mikrokörnyezeti antigének hatására a saját struktúrák túlnyomó többségével szemben tolerancia alakul ki. Ha regulációs zavar vagy egyéb ok miatt nem jön létre, vagy a már kialakult tolerancia megszűnik, autoimmun folyamat, esetleg autoimmun betegség keletkezhet. Toleranciát kísérletesen is létre lehet hozni olyan antigénekkel szemben, amelyek egyébként immunogének. Ilyen típusú állatmodell-vizsgálatok teszik lehetővé a toleranciához vezető tényezők megismerését.

A tolerancia kialakulásában és fenntartásában szereplő mechanizmusok

A tolerancia kialakulásában többféle mechanizmus is részt vehet. Ezek közül a legfontosabbak:

– Klonális deléció. Irreverzíbilis folyamat, amelynek során az autoreaktív B- vagy T-sejtek az autoantigén által közvetített jel hatására nem aktiválódnak, hanem programozott sejthalállal elpusztulnak.

– Receptor-átszerkesztés („receptor editing”). A saját antigéneket felismerő receptorok módosulása egy második génátrendeződési lépés eredményeképpen, amely befolyásolhatja a receptor affinitását és/vagy specificitását. (Receptor-átszerkesztést a B-sejtek L-láncának és a T-sejtek α-láncának lókuszaiban egyaránt kimutattak). Így pl., ha a receptor autoantigénnel szembeni affinitása változik, az adott B- vagy T-sejt elpusztulhat, vagy tovább élhet.

– Anergia (immunológiai érzéktelenség). Az aktiváció feltételeitől függő állapot, amelyben a B- vagy a T-limfociták az autoantigén hatására nem aktiválódnak, és átmenetileg újabb antigén-specifikus stimulusokra sem válaszolnak. Az anergia kialakulása visszafordítható folyamat: a sejtaktiválásnak kedvező feltételek biztosításával a válaszképtelen sejtek ismét aktiválhatók. Ez az állapot általában hosszan tartó, magas antigén-szint (pl. nagy antigén dózis alkalmazása) esetében alakul ki.

– Klonális ignorancia. A B- és a T-sejtek olyan állapota, amelyben az antigén nagyon kis koncentrációja vagy az autoantigén kis affinitású kötődése a felismerő receptorhoz nem vezet sejtaktivációhoz, de apoptózist vagy anergiát sem vált ki. A kis antigén-koncentráció oka olyan mikrokörnyezet is lehet, amely az adott struktúra fizikai vagy funkcionális elzártságát eredményezi az immunrendszer elől. A funkcionális „elhatárolódás” oka az antigén-prezentáció hiánya vagy nem megfelelő módja is lehet.

– Immunológiai szuppresszió. Ebben az esetben a B- vagy a T-limfociták antigén-specifikus aktivációját más sejtek közvetlenül, vagy az általuk termelt faktorok révén gátolják. Ez a folyamat is visszafordítható, mivel a gátló faktorok kiiktatásával az adott fajlagosságú limfociták az antigén jelenlétében aktiválhatókká válnak.

Centrális és perifériás tolerancia

A tolerancia kialakulásának és fenntartásának helye alapján megkülönböztethetünk központi (centrális) és perifériás toleranciát. A központi nyirokszervekben a T- és a B-sejtek érése során kialakuló válaszképtelenséget nevezzük centrális toleranciának (19.1 ábra). A centrális tolerancia a limfociták ontogenezise alatt, az autoreaktív sejtek eliminációjának következményeként alakul ki. Ahogy ezt a 11. fejezetben bemutattuk, a limfociták fejlődése folyamán olyan saját struktúrát felismerő receptorok is képződhetnek, amelyeknek megfelelő antigén a sejtérés mikrokörnyezetében nincs, vagy csak nagyon kis koncentrációban van jelen. Ilyen limfociták (viszonylag kis számban) kerülhetnek a perifériára, de ha ott sem találkoznak a megfelelő antigénnel, inger hiányában rövid időn belül elpusztulnak. Ha viszont az antigén a periférián olyan környezetben fordul elő, amely nem biztosítja a limfocita aktiválásához szükséges második stimulust, úgy a limfocita anergiával reagál. A saját antigének által kiváltott, ismételt T-limfocita-aktiválás a sejtek aktiváció indukált sejthalál (AICD) útján való pusztulását eredményezi. Egyebek között ezek az utóbbi mechanizmusok vezetnek a perifériás toleranciakialakulásához és fenntartásához.

19.1. ábra A tolerancia kialakulásának és fenntartásának mechanizmusai. A limfociták antigén-felismerő receptorának specificitása többszörös ellenőrzésen megy keresztül a sejtérés során. Az éretlen sejtek saját antigén-felismerése a csontvelőben programozott sejthalált (apoptózis) okoz, vagy a variábilis génszegmensek újra átrendeződnek („receptor editing”), ami megváltoztatja a receptor specificitását vagy affinitását. A T-limfociták esetében a sajátfelismerés regulátor T-sejtek kialakulásához is vezethet. A periférián a sajátfelismerés apoptózist, anergiát vagy ignoranciát válthat ki, illetve előfordul az is, hogy a regulátor T- vagy B-sejtek gátló funkciója következtében nem alakul ki immunválasz (perifériás tolerancia).

A perifériás tolerancia elsősorban a nem patogén, illetve a kis affinitással felismert idegen antigénekkel szemben fejlődik ki, és kialakulása az egész élet folyamán tart. Létrejöttében és fenntartásában központi szerepet játszanak a reguláló T-sejtek (Treg – lásd 13. fejezet) , az éretlen dendritikus sejtek, a sejtek túlélését szabályozó citokinek, továbbá a nem régen leírt reguláló B-sejtek is.

A BCR és a TCR funkcionális különbségei miatt az autoreaktív B- és T-sejt-klónok eltávolítása, a tolerancia kialakulásának és fenntartásának helye és/vagy módja éppúgy eltérő lehet, mint a toleranciát biztosító mechanizmusok (19.2. ábra).

19.2. ábra. A sajáttal szemben kialakuló tolerancia típusai. A centrális toleranciát a sajátot felismerő sejtek apoptózisa vagy receptorának átszerkesztése, és így specificitásának megváltozása biztosítja. A perifériás tolerancia, illetve a válaszképtelenség a sejten belüli vagy a sejtek környezetéből érkező jelek hatására alakul ki.

A B-sejt-tolerancia kialakulása

Centrális B-sejt-tolerancia

A csontvelőben képződő B-limfociták közül azok, amelyek antigénreceptora valamely saját struktúra nagy affinitású megkötésére képesek, még a csontvelői környezetben programozott sejthalállal elpusztulnak, következésképpen az autoreaktív B-sejtek jelentős része már ebben a szakaszban eliminálódik (19.3. ábra). A multivalens formában (például sejtfelszínen) jelenlevő antigének felismerésének hatására a B-sejtek újra aktiválják RAG1- és RAG2-génjeiket, ami lehetővé teszi a VL-génszegmens kicserélődését, és ezzel a receptor specificitásának megváltozását (receptorátszerkesztés). Ez fontos mechanizmus a saját struktúrák felismerésének kiküszöbölésére. Amennyiben a receptorátszerkesztés nem sikeres, a receptor továbbra is felismer saját molekulákat, és a sejt programozott sejthalállal (apoptózis) elpusztul. A saját antigén kis affinitással történő felismerése, vagy a csontvelői mikrokörnyezetben jelen lévő saját struktúrák nagy koncentrációja, illetve a B-limfociták számára fontos kostimulációs tényezők hiányának következtében bizonyos autoreaktív B-sejtek a funkcionális válaszképtelenség (anergia) állapotában hagyják el a csontvelőt, és jutnak el a másodlagos nyirokszervekbe.

19.3. ábra, A B-sejtek által közvetített tolerancia kialakulása. A csontvelőben fejlődő, a környezetükben lévő antigént felismerő B-sejtek a jel erősségétől függően vagy klonális deléció áldozatai lesznek (apoptózissal elpusztulnak), vagy a könnyűlánc másodlagos rekombinációja útján (újabb VL-génszegmens felhasználásával) megváltoztatják a receptor specificitását (receptorátszerkesztés). A perifériára kerülő, saját antigénhez kis affinitással kötődő B-sejtek anergiássá válnak, apoptózissal elpusztulnak, vagy a CXCR5-kemokinreceptor elégtelen expressziója következtében kizáródnak a follikulusokból, és szintén elpusztulnak.

Perifériás B-sejt-tolerancia

A nyirokcsomókban lezajló szomatikus hipermutáció, izotípusváltás és a receptor-újraszerkesztés („receptor revision”) a B-limfociták funkcióját jelentős mértékben befolyásolja. Ezek a folyamatok azt is eredményezhetik, hogy a nyirokcsomókban autoreaktív BCR-rel rendelkező limfociták képződnek. Így a csontvelőben kialakuló centrális B-sejt-tolerancia ellenére a periférián autoreaktív B-sejtek is megjelenhetnek, vagy előfordulhat, hogy a sejtek sajátot felismerő tulajdonsága módosul. A saját antigénnel való találkozás a periférián csökkenti a B-sejtek túlélési képességét, és a programozott sejthalál mitokondriális útjára vezeti a sejteket. A viszonylag kis affinitással történő folyamatos antigén-felismerés azt eredményezheti, hogy a CXCR5-kemokinreceptor kifejeződése csökken a B-sejteken, ami a megakadályozza a follikulusokba való vándorlásukat, és így ezek a limfociták túlélést biztosító jelek hiányában elpusztulnak. Ha anergikus B-sejtek találkoznak antigén-specifikus helper T-sejtekkel, akkor a Fas-receptor–Fas-ligandum kölcsönhatás következtében apoptózissal elpusztulnak. Ennek a mechanizmusnak a meghibásodása esetén (pl. a FasR vagy a Fas-ligandum mutációjakor) a sajátot felismerő B-sejtek tovább élnek, és autoantitestek termelése indulhat el.

A B-sejtek perifériás toleranciájának fenntartásában fontos szerepet játszanak a sejtaktivációt gátló receptorok (FcγRIIb, CD22) és az ezek szabályozását végző jelátviteli molekulák (pl. Lyn-kináz) is. Kísérletes modellekben ezeknek a géneknek a kiütése a tolerancia megszűnését és autoantitestek megjelenését eredményezheti.

A B-sejt-tolerancia mechanizmusa genetikailag módosított egereken

A B-sejt-tolerancia mechanizmusát olyan transzgén egereken vizsgálva, melyek éretlen B-sejtjein a saját felismerő receptorok megjelenése után korlátozott a BCR-készlet, azt tapasztalták, hogy ha a receptor keresztkötése és az ezt követő jelátvitel meghalad egy bizonyos küszöböt, az éretlen B-sejt gyorsabban internalizája a BCR-t, és a B-sejt érési programja átmenetileg leáll. Ennek az alábbi következményei lehetnek: i) A homing receptorok (pl. CD62L), melyekre a sejtek nyirokcsomóba jutásához lenne szükség, nem fejeződnek ki. ii) A perifériás B-sejt-túlélést biztosító BAFF-receptorok képződése csökken. iii) A RAG1 és RAG2 továbbra is kifejeződik, ami lehetővé teszi a BCR átszerkesztését, és az L-láncnak egy átszerkeszett L-lánccal történő helyettesítését.

Ha nem sikerül a „tiltott” (autoreaktív) receptor átszerkesztése egy kevésbé autoreaktív receptorra, akkor a sejt – vagy magában a csontvelőben vagy a lépbe kerülése után – 1-2 napon belül elpusztul. A BAFF-receptor hiánya miatt a periférián klonális deléció jön létre, amihez a BIM (BCL-2-Interacting Mediator of cell death) szintjének növekedése miatt hozzájárul a BCR-indukált sejthalál is.

A T-sejt-tolerancia kialakulása

Centrális T-sejt-tolerancia

A tímuszban érő T-limfociták pozitív szelekciója során csak a saját MHC-molekulákat felismerő T-sejtek maradnak életben és differenciálódnak tovább, így a T-limfocita-készletre a saját felismerő képesség jellemző (lásd 11. fejezet). A tímuszon belüli negatív szelekció eredményeként a saját MHC-saját peptid komplexeket nagy aviditással kötő T-sejtek apoptózissal elpusztulnak. Ezért a tímusz kéreg- és velőállomány-hámsejtjei által bemutatott, nagy koncentrációban előforduló saját struktúrákkal szemben központi tolerancia alakul ki. Ilyenek az ún. „háztartási” („house keeping”) gének termékei: szérumfehérjék, MHC-I- és MHC-II-fehérjék, továbbá a limfoid sejtek, a hám- és a járulékos sejtek fehérjéiből származó peptidek stb.

Az AIRE-gén szerepe a centrális tolerancia kialakulásában

Az immunológia egyik alapproblémája, amely régóta foglalkoztatja az immunológusokat, hogy miként alakul ki tolerancia autoantigénekkel szemben. Különösen előtérbe került a kérdés, amióta megismertük az antigénreceptorok (TCR, BCR) képződésének mechanizmusát, és ezen belül azt, hogy a szomatikus DNS-átrendeződés során véletlenszerűen saját struktúrákat felismerő receptorok is keletkeznek. Az autoreaktív limfociták egy része a központi nyirokszervekben lezajló szelekciós folyamatok során hamar eltávolításra kerül, és ebben a képződésük mikrokörnyezetében jelenlévő autoantigénekkel való kölcsönhatásnak jut fontos szerep. Felvetődik azonban a kérdés, mi történik azokkal a timocitákkal, amelyek a tímuszban nem található szöveti antigénekre specifikus receptorokat hordoznak? A kérdés megválaszolása során alakult ki az a korábban általánosan elfogadott nézet, miszerint centrális tolerancia jön létre a központi nyirokszervekben (így a tímuszban is) reprezentált saját antigénekkel szemben, míg a szöveti antigének iránti tolerancia, egyéb mechanizmusok eredményeképpen a periférián alakul ki (perifériás tolerancia).

A probléma tisztázásában szinte drámai fordulatot jelentett az a felismerés, miszerint a tímusz velőállományának epitélsejtjeiben (mTEC – medullary Thymic Epithelial Cells) más szervekre jellemző, szövetspecifikus gének is kifejezésre kerülnek – egyebek között transzkripciós faktorok, strukturális fehérjék, membránfehérjék, hormonok, szekretált fehérjék (19.4.ábra). Gének „kuszált” (promiscuous) kifejeződése meglehetősen gyakori jelenség (a teljes genom mintegy 5-10%-ára tartják jellemzőnek), ezek biológiai jelentőségének megértése szempontjából is különösen fontosnak bizonyult az AIRE (AutoImmun REgulátor) gén megismerése. Az AIRE elsősorban az mTEC-sejtekben aktív, bár működhet monocitákban, dendritikus sejtekben és ritkán előforduló periférás stromasejtekben is. Kiderült, hogy az mTEC-sejtek szerepet játszanak a saját struktúrát felismerő timociták klonális deléciójában (19.5. ábra), következésképpen ezen antigénekkel szembeni tolerancia létrejöttében. A következő jelentős lépést az AIRE-gén és a gén mutációival összefüggő súlyos autoszomális recesszív autoimmun betegség, az APECED (Autoimmune PolyEndocrinopathy-Candidiasis-Ectodermal Dystrophy) vagy APS-1 (Autoimmune Polyglandular Syndrome type 1) felismerése jelentette, ami lényegében különböző autoimmun betegségek kombinációja. Az AIRE hiányos működése esetén ugyanis az általa megjelenített szöveti antigének expressziója, következésképpen a velük szemben kialakuló tolerancia nem alakul ki.

19.4. ábra. A „véletlenszerű” ( promiscuous ) génexpresszió. A tímusz medulláris epitélsejtek (mTec) érésük során az autoimmun regulátor (AIRE) gén megjelenésével párhuzamosan egyre több, különféle szervre jellemző fehérjét mutatnak be a fejlődő T-sejtek számára. A kördiagram az egyes szerveket reprezentáló fehérjék arányát mutatja.

19.5. ábra. Az AIRE szerepe az immuntolerancia kialakításában. Az AIRE irányítja a különböző szervek „kusza” génexpresszióját, majd a fehérjék megjelenését a tímusz medulláris epitélsejtein (mTec). A szervspecifikus fehérjék peptidjeit az mTec-sejtek MHCII-molekuláikon mutatják be a fejlődő T-sejteknek. Azok a timociták, melyek receptora felismeri az így bemutatott peptideket, elpusztulnak, mások pedig Treg-sejtté alakulnak. Ez utóbbiak a perifériára kerülve fejtik ki autoimmun folyamatokat szabályozó hatásukat.

Az AIRE-gén által kódolt fehérje transzkripciós regulátor jelleggel rendelkezik, melynek funkciója perifériás, szövetspecifikus antigének kifejeződésének a tímusz mTEC sejtjeiben történő szabályozása. Az AIRE valószínűleg egy nagyobb komplex koaktivátoraként működik, és részt vesz az mTEC-sejtek differenciálódásának folyamatában is. Ez a mechanizmus magyarázza a legkülönbözőbb szöveti antigének jelenlétét és a számos saját antigénre kiterjedő negatív szelekciót a tímuszban, ami egyben jelentősen hozzájárul a centrális tolerancia széleskörű kialakulásához és az autoimmunitás elleni védelemhez.

Az mTec-sejtek sajátot bemutató funkciója másfelől a Treg-sejtek kifejlődését is kiváltja (lásd 13. fejezet). Ezek a CD4-et és CD25-öt kifejező sejtek nem pusztulnak el a tímuszban, IL-2 jelenlétében tovább érnek, és megjelenik bennük a FoxP3 transzkripciós faktor. A Treg-sejtek feladata a periférián előforduló, sajátot felismerő T-sejtek aktiválódásának és effektor funkciójának gátlása, és így a tolerancia fenntartása (19.6 ábra).

19.6. ábra. A Treg-sejtek által közvetített szuppresszió. A sajátantigént felismerő T-sejtek IL-2 hatására FOXP3 pozitív reguláló T-sejtekké (Treg) differenciálódnak, úgy a tímuszban, mint a nyirokcsomóban. A Treg-sejtek gátolják az autoreaktív naiv T-sejtek aktiválódását és/vagy effektor funkcióját.

A centrális tolerancia korlátai

– Bár az AIRE-funkció jelentős mértékben megnöveli a tímuszban megjelenő saját antigének számát, mégsem beszélhetünk arról, hogy valamennyi saját antigén reprezentálásra kerül.

– Jóllehet a tímuszban lezajló szelekciós folyamatok során a saját struktúrák felismerésére alkalmas receptorral rendelkező sejtek elpusztulnak (klonális deléció), vagy az antigéningerre érzéketlenné válnak (klonális anergia), a kis aviditással rendelkező sajátot felismerő sejtek a perifériára juthatnak. (Megjegyzendő ugyanakkor, hogy ezek autoimmunitást indukáló képessége nem nagy).

– Az antigén-ignorancia állapotában a perifériára kerülő sejtek nem alkalmasak a perifériás tolerancia biztosítására, mivel az ignorancia azt a veszélyt rejti magában, hogy a körülmények megváltozása miatt megszűnhet, és ez autoimmun folyamat kialakulásának kedvez.

– Nem lehet figyelmen kívül hagyni az éretlen timociták és a perifériára kerülő érett T-limfociták stimulálhatósága közötti különbséget sem. Az előbbiek TCR útján történő stimulációja delécióhoz, az érett T-sejteké pedig proliferációhoz vezet, ezek között viszont – mint láttuk – saját antigént felismerők is vannak.

Dendritikus sejtek szerepe az immunológiai tolerancia kialakításában

A DC-k APC-ként nemcsak az effektor funkciókhoz vezető immunválasz, hanem az immunológiai tolerancia kiváltásában is szerepet játszanak. Ismeretes az éretlen DC-k azon konstitutív tulajdonsága, hogy környezetükből saját és nem saját antigéneket egyaránt felvesznek. Nyugalmi állapotukban a bélepitéliumban, légutakban, bőrben, elsősorban apoptózis következtében elhalt sejtekből származó saját antigéneket kebeleznek be, ami nem váltja ki a kostimulátor molekulák (B7) kifejeződését. Ezt követően ezek a tolerogén DC-k a perifériás nyirokszövet T-sejtes régiójába vándorolnak, ahol a feldolgozott saját antigénből származó peptidet MHC-molekuláikon bemutatják a naiv, autoreaktív T-limfocitáknak. Mivel azonban kostimulációs jeleket nem kap a T-sejt, a folyamat következménye anergia vagy deléció lehet (19.7. ábra). Az eredmény tehát a saját antigénekkel szemben fajlagos válaszképtelenség kialakulása. (Ahogy ezt a 12. fejezetben részleteztük, a patogénekből eredő „veszélyjelek” hatására meginduló érési folyamat hatására a DC-k immunogénekké válnak, azaz rajtuk a kostimulátor molekulák kifejeződése fokozódik, és a T-sejtek effektor sejtekké történő átalakulását indukálják.) Egy további lehetőség, amellyel az éretlen DC-k hozzájárulnak a perifériás tolerancia kialakulásához, hogy Treg-sejtek képződését indukálják (lásd 13. fejezet).

19.7. ábra. A T-sejtek válaszképtelenségének (anergia) kialakulása. A saját antigént bemutató sejtek és a naiv T-sejtek találkozása a kostimulációs jel hiányában anergikus T-sejtek kialakulásához vezet. A naiv T-sejteken kifejeződő CTLA4 által közvetített gátlás szintén válaszképtelen (anergikus) T-sejteket eredményez.

Treg-sejtek és tolerancia

Korábban a negatív szelekció eredményeként kialakuló klonális deléciót és anergiát tekintették az autorektív T-sejt-ellenőrzés fő mechanizmusának, ami az autoreaktivitás kialakulását megakadályozza. Egy időben, átmenetileg szerepet tulajdonítottak a fajlagos és nem-fajlagos T-szuppresszor sejteknek is, melyek azonban kiestek a látókörből, mert létezésüket molekuláris immunológiai módszerekkel bizonyítani nem lehetett. A regulátor T-sejtek (Treg-sejtek) felismerésével azonban lényegében újra felfedezték a szuppresszor T-sejteket. A Treg-sejteket 1995-ben írta le Sakaguchi, kimutatva, hogy ha olyan T-limfocitákat juttatnak passzívan „nude” egerekbe, amelyek közül hiányzik a CD4+CD25+ szubpopuláció, akkor az állatokban spontán, különféle T-sejt-közvetített autoimmun betegségek keletkeznek. A Treg-sejtek a veleszületett és az adaptív immunrendszer számos sejtféleségének funkcióját gátolják. TCR-készletük éppolyan sokféle, mint a konvencionális T-sejteké, azonban a konvencionális T-sejt-ingerekre nem reagálnak. Ez az anergia megfelelő citokinekkel (pl. IL-2, IL-15) áttörhető, és ez megszünteti a sejtek szuppresszív hatását is.

A Treg-sejtek jellemzőit, alpopulációt és funkcióit a 13.fejezetben mutattuk be részletesen.

Ma általánosan elfogadott és sokrétűen bizonyított, hogy mind a tímusz eredetű természetes (nTreg), mind az indukált (iTreg) szabályozó T-sejtek kiemelten fontos szerepet játszanak a saját és nem saját elleni válasz szabályozásában, így az immunológiai tolerancia kialakításában és fenntartásában is. Kísérletes körülmények között Treg-sejtek antigén-specifikus toleranciát indukáltak, adaptív átvitelük pedig a kóros autoimmun folyamatok kialakulását különböző Th1 és Th2 autoimmun modellekben egyaránt kivédte.

A Treg-sejtek által kiváltott szabályozás módjait a 19.8. ábra foglalja össze.

19.8. ábra. A Treg-sejtek által közvetített szabályozási mechanizmusok. A Treg-sejtek többféle módon fejtik ki szabályozó hatásukat: gátló citokinek (IL-10, IL-35, TGF-β) termelésével; granzimek és perforinfüggő (Pfr) sejtpusztítás révén; illetve különböző anyagcsere-folyamatok megváltoztatása útján (CD25-függő IL-2-elvonás általi apoptózis, cAMP-, ill. adenozin-közvetített immunszuppresszió). A DC-k funkcióját a LAG-3 (Leukocyte Activation Gene) expressziója, illetve az immunszuppresszáló hatású indoleamine 2,3-dioxigenáz (IDO) termelése révén szabályozza.

A Treg-sejtek szerepe a „domináns” tolerancia kialakításában

Domináns toleranciának nevezzük azt az állapotot, melyben a válaszképtelenség adott antigénekkel szemben aktívan (és hosszan) fenntartható. A CD4+ T-sejtek szerepe a graft kilökődés gátlásában 1993 óta ismert, és újabban a CD4+ Treg-sejtek szerepét a transzplantációs tolerancia kialakulásában is sokrétűen igazolták. A Treg-sejtek hatása egyebek között jelentős mértékben függ az antigén folyamatos jelenlététől. A sejtek ugyan antigén-specifikusak, de ugyanazon szövetbe juttatott más antigének kilökődését is gátolják („kapcsolt gátlás”). A CD4+ Treg-sejtek szuppresszor hatásukat az antigén feldolgozására, APC útján történő bemutatására (indirekt prezentáció) fejtik ki (lásd 21. fejezet). Hatásuk tehát nem szisztémás, hanem helyi. Az átültetett szövet jelenlétében a Treg-sejtek naiv T-sejteket is toleralizálnak, melyek további naiv T-sejtek toleralizálására képesek („fertőző tolerancia”). Ez a jelenség egyértelműen Treg-függő, mivel a CD4+ T-sejtek eltávolítása együtt jár a tolerancia megszűnésével.

A tolerancia kialakulásában szereplő egyéb sejtek és mechanizmusok

Anergiás T-sejtek nemcsak azáltal járulnak hozzá a tolerancia kialakulásához, hogy antigéningerre nem válaszolnak, hanem azzal is, hogy szuppresszor hatású T-sejtekként is működhetnek. Ez utóbbi tulajdonságuk azzal lehet összefüggésben, hogy versengenek az APC felszínén prezentált antigénért és a környezetükben termelődő IL-2-ért. Az anergiához hasonló, a tolerancia kialakulásához hozzájáruló mechanizmus az „immunológiai kimerülés”, melyről az antigéningert követő T-sejt-proliferáció kapcsán számoltak be. Nagy antigén-koncentráció hatására a szaporodó T-sejtek egy része anergiássá válik, míg kis antigén-koncentrációt tartalmazó környezetben – nagy valószínűséggel apoptózis következtében – egy hányaduk elpusztul. Az immunválasz „kimerülése” ez utóbbinak következménye.

A perifériás tolerancia kialakulásában az APC-k a T- és a B-sejtek esetében egyaránt fontos szerepet játszanak. Ismeretes, hogy a perifériás T-sejtek aktiválása a TCR – antigén kölcsönhatásnak és az APC, B7-közvetített kostimulációjának együttes következménye (lásd 12. fejezet), míg a B7-kostimuláció hiánya antigén-specifikus válaszképtelenséget indukál. Toleranciához vezet az APC-k által termelt citokinek hiánya is, pl. Th1- és Th2-sejtek esetében.

AICD (Activation-Induced Cell Death). A perifériás T-sejt-tolerancia annak a következményeként is kialakulhat, hogy a saját struktúrát felismerő T-sejtek a (megfelelő antigént tartalmazó) célszervbe jutva aktivációindukált sejthalál (AICD) következtében elpusztulnak. Ennek oka, hogy nem professzionális APC-kel kerülnek kapcsolatba, melyektől nem kapják meg az antiapoptotikus Bcl-2-molekula expressziójához szükséges kostimulációt (19.9. ábra). Az ilyen sejtek a perifériás nyirokszervekben professzionális APC-kel való kölcsönhatás és megfelelő kostimuláció után proliferálódnak, és memóriasejtekké differenciálódnak.

19.9. ábra. Perifériás limfociták sajátantigén által indukált sejthalála. a) A sajátantigén felismerése kostimulációs jel hiányában proapoptotikus fehérjék megjelenését indukálja a T-sejtekben, ami az apoptózis mitokondriumtól függő útját indítja el. b) A sajátstruktúra felismerése Fas (CD95), illetve FasL megjelenését váltja ki T-sejteken. A kapcsolódó molekulák Fas-közvetített apoptózist indukálnak a szomszédos sejtben. Hasonló folyamat zajlik le sajátantigénnel folyamatosan stimulált B-sejtekben is.

Apoptózis. A perifériás B-sejt-tolerancia létrejöttében a Fas/FasL (CD95/CD95L) kölcsönhatást követő apoptózisnak is szerepe van. Azokon a B-sejteken, melyeknek BCR-éhez nem kötődik ligandum, vagy saját antigénnel folyamatosan stimulálódnak, a T-sejtek CD40 ligandumával való kölcsönhatás következtében CD95 jelenik meg, amely a T-sejtek CD95L-éhez kötődve a B-sejtek apoptózisát váltja ki. Ez a mechanizmus („klonális kontrakció”) része a saját struktúrát felismerő B-sejtek eliminációjának.

MHC-termékek. A megfelelő TCR-rel rendelkező T-sejtek klonális delécióját, ill. anergiáját olyan APC-k indukálják, amelyek az adott peptidet nagy affinitással kötő MHC-molekulákat nagy számban fejezik ki. A peptidet kis affinitással kötő MHC-molekulát hordozó sejtek, különösen, ha a sejtfelszínen megjelenő MHC-molekulák száma is kevés, nem indukálnak toleranciát. Az autoantigének egy része továbbá olyan kis mennyiségben fordul elő a tímuszban és/vagy a perifériás szövetekben, hogy a fenti mechanizmusok révén sem centrális, sem perifériás toleranciát nem képes kiváltani. Az ezekből az antigénekből származó peptidek az egyed MHC-allotípusától függően bemutatásra kerülhetnek a T-limfociták számára, de mindaddig nem aktiválják azokat, amíg nem találkoznak olyan APC-kel, amelyek a megfelelő MHC-peptid komplexet kellő számban fejezik ki, és a T-sejt-aktiváláshoz szükséges koreceptorokkal is rendelkeznek. Így ezek ellen az antigének ellen sem tolerancia, sem immunválasz nem alakul ki, a T-limfociták az immunológiai ignorancia állapotában vannak. Ebből következően az immunológiai tolerancia nem teljes, vagyis nem jelenti az összes autoreaktív T- és B-limfocita eliminálását és inaktiválását; következésképpen, az egészséges szervezetben, a hozzáférhető limfocita készletben mindig találhatók saját antigének felismerésére képes B- és T-sejtek.

A kostimuláció szerepe. Koreceptorok jelenléte mind a Th-, mind a Tc-sejtek felszínén az immunológiai tolerancia fontos szabályozója. Bár a Tc-sejtek elvileg bármely MHC-I-molekulát hordozó megváltozott saját sejt elpusztítására képesek, koreceptorok hiányában a citotoxikus T-effektor-sejtek csak korlátozott számban képződnek.

Az immunológiai tolerancia indukciója

Az immunológiai tolerancia szempontjából a szervezet ún. genetikai sajátja nem egyezik meg az immunológiai saját fogalmával. Ennek érzékeltetésére legjobb példa a szemlencsefehérje, amely (tokba zártsága miatt) az egyedfejlődés során nem érintkezik az immunrendszerrel, következésképpen tolerancia sem fejlődik ki vele szemben. Ebből adódóan, ha az érett szervezetben a szem sérülése miatt ez a fehérje a keringésbe kerül, és találkozik az immunrendszer sejtjeivel, „nem sajátként” viselkedik, vagyis az immunrendszer antigénként ismeri fel, és ellene immunválasszal reagál. Ez a folyamat mindkét szemben autoimmun folyamathoz (szimpátiás oftalmia) vezethet, és károsodást eredményezhet (19.10. ábra). Másik példa az emésztőrendszer bakteriális flórája, amely genetikai értelemben nem tekinthető „sajátnak”, de az egészséges szervezet mégis toleráns vele szemben. A kialakult toleranciának egy további következménye a vércsoportantigénekre specifikus ellenanyagok megjelenése. Az A vércsoportú egyedekben azért vannak jelen anti-B (illetve a B vércsoportú egyedekben anti-A) specificitású ellenanyagok, mert a bélflórát alkotó baktériumok a vércsoportantigénekkel azonos szénhidrátkomponenseket hordoznak, és azért nincsenek anti-A-ellenanyagok, illetve B vércsoportú egyedekben anti-B ellenanyagok, mert a nagyszámú vörösvérsejt felszínén megjelenő A-, ill. B-antigén-toleranciát vált ki (lásd még 20. fejezet).

19.10. ábra. Immunológiailag privilégizált szövetek sérülése autoimmun válaszhoz vezethet. a) Az egyik szem sérülése során az üvegtestből olyan fehérjék juthatnak a keringésbe, melyekkel az immunrendszer fejlődése során nem találkozott. b) Az APC-k a környéki nyirokcsomóban bemutatják a T-sejteknek az „idegen” peptideket. c) A kialakuló autoreaktív effektor T-sejtek a keringéssel mindkét szembe eljutnak, ahol kifejtik szövetkárosító hatásukat. A kiváltott autoimmun betegség a szimpátiás oftalmia.

Az immunológiai toleranciára vonatkozó legkorábbi megfigyelések már arra utaltak, hogy éretlen limfocitákban könnyebben indukálható tolerancia, mint érett sejtekben. A Nobel-díjas Medawar vizsgálatai az ugyancsak Nobel-díjas Burnet hipotézisére épültek, amely szerint a szervezet „önfelismerő képessége” a magzati élet vége felé fejlődik ki. A szervezet sajátnak ismer el minden olyan anyagot, amellyel a magzati fejlődés során találkozott, és „nem saját” minden olyan struktúra, amely a már érett immunrendszerrel kerül kapcsolatba. Az előbbiekkel szemben tolerancia alakul ki, míg az utóbbiak immunogének. Medawar ezt a hipotézist a vércsoportkimérákra vonatkozó megfigyeléseken alapuló kísérletekkel igazolta. Ezek szerint különböző beltenyésztett egértörzsek egyedei egymás bőrtranszplantátumait nem fogadják el. Ha azonban újszülött egyedekbe, közvetlenül születés után intravénásan bejuttatják a másik törzs egyedeinek lép- vagy csontvelősejtjeit, az így kezelt állatok felnőtt korukban elfogadják a másik törzs egyedeiből származó transzplantátumot. Az újszülöttkori beavatkozás következtében tehát a recipiens egyed a donor szöveteivel szemben az immunológiai válaszképtelenség állapotába kerül. Ez a tolerancia specifikus, mert egy harmadik egértörzsből származó bőrdarab az így kezelt állatokban nem tapad meg. A toleranciának ez a formája csak akkor alakul ki, ha a donor sejtjeit nem sokkal a születés után juttatják be: ha erre kéthetes állatokban kerül sor, a válaszadási képtelenség nem jön létre (19.11. ábra).

19.11 . ábra. Az immunológiai tolerancia kialakulása. A tolerancia az immunrendszer fejlődése alatt alakul ki. Ha az újszülött „A” törzsbe tartozó beltenyésztett állatba „ B” törzsből származó fehérvérsejteket juttatunk, akkor a felnőtt korú „A” állat befogadja a „B” törzsből származó bőrgraftot.

Az immunológiai tolerancia kialakulása tanulási folyamat eredménye, amelynek során az immunrendszer képessé válik különbséget tenni a szervezet számára elfogadható „immunológiai saját” és az attól idegen „immunológiailag nem saját” struktúrák között. Ennek a tanulási folyamatnak a leglényegesebb lépései az immunrendszer érése során az egyedfejlődés korai szakaszában (emberben a terhesség utolsó három hónapjában és a születést követő néhány hónapban) történnek. Mivel az immunkompetens sejtek egész életünk során nap mint nap újraképződnek, az immunrendszer tanulási folyamata nem zárul le a fent említett kritikus időszakkal, de szerepe az életkor előrehaladtával jelentősen szűkül.

Az antigén szerepe az immunológiai tolerancia kialakulásában

Medawar fenti kísérletei éppúgy, mint a vércsoportkimérákra vonatkozó megfigyelések azt mutatják, hogy az immunrendszer érésének korai időszaka különösen kedvez a tolerancia kialakulásának. Erre utalnak azok a kísérleti eredmények is, amelyek szerint újszülött egerekben 100-szor kisebb dózisú fehérjeantigén elegendő a tolerancia kiváltásához, mint kifejlett állatokban.

Az antigén tartós jelenléte kedvez a tolerancia fennmaradásának. Újszülött patkányokon mutatták ki, hogy tartós tolerancia akkor fejlődik ki, ha az antigén mindaddig jelen van a szervezetben, amíg az állatok felnőtté érése le nem zajlik. A tolerancia az egész életen át fenntartható, ha időnként megfelelő mennyiségű antigént adnak az állatoknak.

Az antigén bejutásának helye is befolyásolja a válaszképtelenség kialakulását. A légutak és a béltraktus nyálkahártyáján keresztül a szervezetbe jutó környezeti antigének az esetek többségében tolerancia kialakulását indukálják (orális tolerancia, lásd később). Kísérletes körülmények között az intravénás oltás inkább kedvez a tolerancia kialakulásának, mint a perifériás nyirokszervek számára jól hozzáférhető szubkután bejuttatás. A tolerancia kialakulása jelentős mértékben függ az antigén molekulatömegétől és oldhatóságától is. Egereket marhaglobulin (Bovine Serum Albumin — BSA) aggregátummal vagy attól mentes fehérjeoldattal immunizálva azt tapasztalták, hogy az aggregált fehérje erősen immunogén, a szolubilis fehérje viszont toleranciát indukál. Az oldott antigének tolerogén hatása annak tulajdonítható, hogy bár bejutnak a hivatásos APC-kbe, azokat nem aktiválják. Mivel nem indukálnak B7-expressziót sem, az APC-k nem váltanak ki kostimulációs jeleket, következésképpen a velük kölcsönhatásba kerülő T-sejtek az anergia állapotába kerülnek.

Abban, hogy autoantigének csak korlátozottan, nem minden esetben és körülmények között váltanak ki immunválaszt, illetve toleranciát, a koncentrációnak jelentős szerepe van. Nincs immunválasz, ha a bemutatott peptid-MHC komplex koncentrációja nem elegendő ahhoz, hogy a T-effektor sejt felismerje, és nem indukál toleranciát, ha koncentrációja nem éri el azt a szintet, amely a naiv T-sejt klonális deléciójának vagy anergiájának kiváltásához szükséges.

A különböző antigénekre jellemző kritikusan kis (alacsonydózis-tolerancia) vagy nagy dózis (nagydózis-tolerancia) alatt, illetve felett alkalmazott antigén a szervezetbe juttatva toleranciát vált ki. Így pl. a BSA 10-8 mol koncentrációban, egerekben az antigén-specifikus szűz sejtjek toleranciáját váltja ki; 10-7 mol dózis hatására a sejtek szenzibilizálódnak, míg 10-5 mol BSA ugyancsak toleranciát indukál. Az antigéneknek tehát meghatározható az – nagy és kis tolerogén adag közé eső – immunogén dóziszónája.

Mindezek alapján a „nagy” és „kis” antigéndózis relatív fogalom, mely függ az adott szervezet immunrendszerének érési állapotától, az antigén természetétől és bejuttatási módjától egyaránt. Felnőtt állatokban a Th2-sejtek elsődleges aktivációja általában a Th1-sejtek aktivációjához szükséges antigéndózisnál lényegesen magasabb koncentrációnál érhető el. A Th2-irányba való polarizáció a gyulladási citokinek termelésének és a hivatásos APC-k aktivációjának gátlásához vezet, ezért nem kedvez a hatékony immunválasz kialakulásának. A nagy antigéndózis a Th1-sejtek AICD általi apoptózisát is eredményezheti, ami ugyancsak korlátozza az immunválaszt.

Orális tolerancia

Az orális tolerancia szisztémás, antigén-specifikus válaszképtelenség, amely a MALT funkciójának eredményeként alakul ki olyan antigénekkel szemben, melyek, ha nem a MALT-sejtjeivel kerülnek kapcsolatba, immunválaszt indukálnak. Ha egy adott antigént először szájon át juttatnak a szervezetbe, majd ezt követően bőr alá fecskendezve, a kialakuló immunválasz jelentősen csökken a „szokványos” immunizálást követő válaszhoz képest (amikor az első, majd az emlékeztető antigénbeadás egyaránt s.c. történt). A szájon át történő bevitelt követően tehát orális tolerancia alakul ki, ami a toleráns szervezetből származó T-sejtekkel naiv állatokba átvihető Az orális tolerancia megismerésével tisztázódott, hogy miért alakul ki az egyedek csupán kis hányadánál ételallergia, annak ellenére, hogy a táplálékkal rendszeresen és nagy mennyiségben kerülünk fehérjeantigénekkel kapcsolatba.

A gyomor-bél traktus lumenében a fehérjéket körülvevő nyálka védőréteget képez, amely gátolhatja az epitéllel való közvetlen érintkezést, késleltetheti azok lebomlását. Az enzimek hatására lebontásra kerülő táplálékfehérjék immunogén epitópjainak szerkezete megváltozik. Állatkísérletek eredményei szerint ezek a változások inkább hiperszenzitivitás, mint tolerancia vagy ignorancia kialakulásának kedveznek. Azok a táplálékfehérjék, amelyek nem kerülnek lebontásra, kapcsolatba lépnek az epitélsejtek rétege mögött elhelyezkedő MALT elemeivel és MALT-közvetített választ indukálhatnak.

Orális tolerancia vagy egyetlen nagy antigén dózissal, vagy pedig ismételten adott kis antigén adagokkal váltható ki (nagy dózis, ill. kis dózis tolerancia). Az antigén nagy adagja esetében a TCR keresztkötése kostimuláció nélkül, vagy gátló ligandumok (CD95-CD95 ligandum) jelenlétében jön létre, és klonális deléció ill. anergia kiváltásával vezet orális toleranciához. Kis dózisú antigén, pedig Treg-sejteket aktivál, melyek szuppresszor hatású citokinek (TGF-β, IL-4, IL-10) képződését eredményezik.

Orális tolerancia májeredetű NK1.1+ T-sejtek közvetítésével is kialakulhat, olyan antigének esetében, amelyek a portális vénák útján a májba jutnak (portális tolerancia).