Клеточные механизмы изменения иммунитета при старении. Причины и механизмы изменения

Видео: Финити и процесс старения

Причины и механизмы изменения иммунитета при старении

Роль клеток и среды

Эксперименты с воспроизведением ответа при культивировании иммунокомпетентных клеток в системе in vitro либо в иммунологически инертном организме показали, что главным фактором, обусловливающим снижение иммунного ответа в старости являются зрелые клетки, на долю которых приходится около 90% падения ответа, а не среда, в которой развивается иммунный ответ (Price, Makinodan, 1972а, 1972b).

Однако при переносе в организм облученного реципиента клеток на срок более 3 мес, когда большая часть перенесенных зрелых иммуннокомпетентных клеток элиминируется, например клеток костного мозга старого донора молодому реципиенту, ответ последнего не отличается от ответа молодого животного, хотя осуществляется, как это показано при помощи хромосомной метки, клетками донорского происхождения, т. е. старыми (Harrison et al., 1977- Бутенко, Андрианова, 1979).

В то же время клетки молодого костного мозга, пробыв достаточный срок в организме старого хозяина, давали ответ на уровне, характерном для старого животного (рис. 27).


Эти факты указывают на то, что события, которые развертываются на пути превращения стволовых клеток костного мозга в зрелые иммунокомпетентные клетки, являются определяющими для последующего развития иммунного ответа.

Можно предположить, что факторами, оказывающими влияние на пути дифференцировки стволовых клеток, служат особенности микроокружения тех органов, в которых эти клетки развиваются, в особенности микросреды костного мозга и тимуса, а также уровень и соотношение в организме гормонов либо других неизвестных гуморальных регуляторных факторов.

По ряду параметров стволовые клетки костного мозга старого организма существенно отличаются от таковых молодого. Они дефектны в своей способности к восстановлению после фракционного сублетального облучения (Chen, 1974), снижается их способность к миграции и эндогенному колониеобразованию (Петров и др., 1977), в них уменьшено количество предшественников Т-клеток (Туап, 1977), а также снижена способность производить В-клетки (Farrar et al., 1973).

У них изменена также кинетика размножения, что проявляется уменьшением числа и размера образуемых клеточных колоний, причем она не может быть ревертирована пассированием через молодой организм (Albright, Makinodan, 1976). Однако, как на это уже указывалось, при переносе в молодой облученный организм они способны полностью восстановить иммунный ответ до уровня, характерного для молодого животного, и поэтому не могут быть рассматриваемы как лимитирующее звено.

Тимус подвержен наиболее выраженным возрастным изменениям, которые имеют сходные черты у различных видов млекопитающих. Относительная масса тимуса наибольшая к моменту рождения. Затем, хотя его абсолютная масса продолжает увеличиваться и достигает максимума ко времени полового созревания, относительная масса уменьшается за счет опережающего роста общей массы тела.

После этого масса тимуса уменьшается экспоненциально в большей степени за счет коркового слоя и в меньшей — мозгового, с замещением их соединительной и жировой тканью. При этом исчезают тельца Гассаля, нарушается правильное расположение эпителиальных клеток, уменьшается общее число лимфоцитов, накапливаются макрофаги, содержащие различные включения и обломки клеток, плазматические и тучные клетки.

Изменяются характер и ультраструктура секреторных эпителиальных клеток и лимфоцитов (Bellamy, 1973- Hirokawa, 1977). Эта так называемая возрастная инволюция тимуса сопровождается уменьшением циркулирующих в крови тимусных факторов — гормональных веществ, оказывающих выраженное влияние на развитие и функционирование Т- и, вероятно, частично В-лимфоцитов, на различные виды иммунологических реакций (Bach, Bach, 1979).

Нарушение функции тимуса начинается, однако, раньше, чем определяемая морфологически его инволюция. При этом разные функции теряются в различной последовательности и в неодинаковой степени. При пересадке тимуса, взятого у животных разного возраста, тимэктомированным облученным и защищенным клетками костного мозга взрослым мышам была получена следующая последовательность потери различных функций: сначала теряется способность влиять на репопуляцию Т-зависимых участков лимфоузлов, затем — влияние на выработку реагирующих на фитогемагглютинин (ФГА) и А-конканавалин Т-клеток селезенки, потом исчезает хелперная активность Т-клеток селезенки и в последнюю очередь уменьшается способность влиять на реактивность клеток селезенки к аллогенным лимфоцитам.

Но ткань тимуса даже очень старых животных все еще обладает определенными потенциями к восстановлению Т-клеточных функций (Hirokawa, Makinodan, 1975). Однако попытки восстановить сниженную иммунную функцию старых организмов пересадкой им тимуса новорожденных или молодых животных оказались безуспешными.



Эксперименты по изучению иммунного ответа у парабионтов разного возраста показали, что преобладающим в такой гетерохронной паре является влияние старого организма, так что наблюдаются значительное снижение уровня реакции у молодого животного и очень небольшое увеличение у старого (рис. 28).


Это заставляет предположить, что со стороны старого организма на молодой оказывается определенное тормозящее влияние.

Роль гормонов в изменении иммунной системы

Различные гормоны способны оказывать глубокое влияние на пролиферацию и дифференцировку клеток и поэтому могут изменять как образование иммунокомпетентных клеток, так и воздействовать на события, происходящие после антигенной стимуляции.

Известно, что к дефекту иммунологической функции ведут различные виды гормонального дисбаланса: гипотиреоз, диабет, нарушения гипофиза, надпочечников, половых желез. Определенное гормональное равновесие имеется в критические периоды развития и является существенным для созревания и деятельности лимфоидной системы, так что неудачи с восстановлением иммунного ответа у старого животного при помощи трансплантации тимуса новорожденного могут быть объяснены тем, что иной гормональный баланс в старом организме препятствует действию тимических факторов и восстановлению иммунитета (Fabris, 1977).

Эксперименты, проведенные со старыми нормальными, а также быстро стареющими гипопитуитарными мышами, показали выраженное восстанавливающее действие соматотропного гормона и тироксина. Денкла (Denkla, 1978) предполагает, что гипофиз секретирует 2 группы веществ, влияющих на систему иммунитета.



Такие гормоны, как соматотропный и тиреотропный, действуют благоприятно. Но по мере старения начинается секреция веществ, препятствующих этому благоприятному эффекту, о чем можно судить по восстанавливающему действию на систему иммунитета старых животных гипофизектомии, сочетающейся с введением тироксина.

Следует также учитывать реципрокное действие инволюции тимуса на гипофиз и другие эндокринные органы, а также изменение способности лимфоидных клеток старого организма реагировать на гормональные влияния (Roth, 1975).

Механизмы нарушения функции системы иммунитета

Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что нарушение иммунитета в старости обусловлено в основном ранними, антигеннезависимыми, стадиями дифференцировки иммунокомпетентных клеток. И хотя при этом их общее количество и соотношение основных клеточных типов изменяются сравнительно мало, происходит изменение их способности к активации, пролиферации и межклеточным взаимодействиям, что проявляется в нарушении более поздних, антигензависимых этапов дифференцировки иммунокомпетентных клеток.

Изменение активации антигеном

Имеется характерная динамика дозы антигена, необходимой для стимуляции максимального иммунного ответа: низкая чувствительность к антигену в раннем возрасте, повышение ее в зрелости и последующее падение в старости (Bosma et al., 1967- Rector, Carter, 1973).

Показано, что связывание меченого пневмококкового полисахарида и поликлональных митогенов (типа ФГА и липополисахаридов) мембраной единичной клетки с возрастом не уменьшается, но на стимулирующий сигнал отвечает меньшее количество клеток (Hung et al., 1975- Callard, Basten, 1977- Callard et al., 1977).

Замедляется процесс образования «пятен» и «шапочек» на поверхности клетки после связывания с митогеном, что, по существующим представлениям, является начальным этапом активации клетки (Woda, Feldman, 1979). Последующие этапы активации также нарушены.

Уже в популяции нестимулированных лимфоидных клеток наблюдаются уменьшение содержания цАМФ и увеличение цГМФ, так что важное для процесса клеточной пролиферации отношение цАМФ/цГМФ в лимфоцитах старых мышей составляет лишь 5% от таковой молодых.

При стимуляции митогенами в лимфоцитах старых животных нарушается образование цАМФ и цГМФ, так что вместо регистрируемого у молодых однофазного подъема отношения цАМФ/цГМФ имеется двухфазная, отличающаяся количественно динамика этого показателя (Tarn, Walford, 1978).

Как в нестимулированных, так и в стимулированных фитогемагглютинин лимфоцитах старых животных снижена активность кислой фосфатазы (Gillissen et al., 1977), а также уменьшено фосфорилирование гистонов, явление, которое предшествует структурным изменениям, происходящим с хроматином перед синтезом РНК и репликацией ДНК (Lutz, Ermini, 1976).

Нарушение пролиферации после активации

При стимуляции ФГА лимфоцитов старых людей было показано, что, хотя минимальная продолжительность клеточного цикла остается практически той же (10.6 ч у молодых и 10 ч у старых), средняя и максимальная продолжительность значительно увеличивается (например, максимальная продолжительность составляет 15.6 ч у молодых и 25 ч у старых).

Старые клетки медленнее входят в цикл, у них растянут G1-период (Tice et al., 1979). В культуре лимфоцитов от молодых лиц вследствие последовательного деления потомков разделившихся клеток наблюдается экспоненциальный рост включения меченого тимидина во времени. В лимфоцитах же старых организмов эта зависимость линейна.

При помощи дифференциальной окраски с бромдезоксиуридином было показано, что за 72 ч в культуре лимфоцитов молодых лиц число клеток, прошедших 1 деление, составляло 8%, 2 — 24%, 3 и более — 68%. В противоположность этому у старых лиц 30% клеток поделилось 1 раз, 42% — 2 раза, 28% — 3 и более раз (Weksler, 1978).

По различию в связывании 3Н-актиномицина D фиксированными препаратами ФГА-стимулированных лимфоцитов людей разного возраста можно определить, что в Gx-фазе клеточного цикла, по крайней мере у некоторых Т-лимфоцитов старых людей, существует блокада (Preumont et al., 1978).

Возможно, именно этим фактом, а также наличием блоков и в других фазах клеточного цикла, может быть объяснено расхождение между величинами возрастного снижения реакции на митогены, регистрируемые при помощи различных методов: по числу бластированных клеток, по числу клеток, меченных 3Н-тимидином, по величине включения метки и по количеству митозов (Барбарук, 1974- Carmella et al., 1977).

Нарушение межклеточных взаимодействий

В механизме инициации иммунного ответа к большинству антигенов участвует 3 типа клеток: макрофаги, Т- и В-лимфоциты. При иммунизации стареющего организма наблюдается как уменьшение состоящих из окруженных В-клетками активированных антигеном Т-лимфоцитов (Makinodan, 1972), так и снижение числа макрофагально-лимфоцитарных ассоциаций (Beregi, 1978). Нарушается клональная регуляция клеточной пролиферации.

Так, в клеточной культуре лимфоцитов было показано 100-кратное уменьшение выделения ингибиторов клеточного деления и 6-кратное снижение чувствительности к ним (Callard, Basten, 1977), факт, который может быть ответствен за наблюдаемую у старых особей избыточную пролиферацию иммуннокомпетентных клеток (Beneke et al., 1974- Суслов, Ехнева, 1974) и появление моноклональных диспротеинемий.

Очень часто добавление клеточных взвесей селезенок старых животных к молодым клеткам ведет к выраженному угнетению иммунного ответа (Makinodan et al., 1976). Супрессирующим действием у старых животных обладают Т-лимфоциты (Hirano, Nordin, 1975), В-лимфоциты (Singhal et al., 1978) и моноциты (Duchatean et al., 1976).

Особенно много внимания уделено изучению возрастного изменения регуляторных Т-клеток. Однозначно решается вопрос о возрастном снижении Т-хелперов (Blankwater, 1978- Kay, 1978). Что же касается Т-супрессоров, то получены весьма противоречивые данные.

В одной группе работ найдено увеличение супрессорной функции Т-лимфоцитов при старении (Segre, Segre, 1977, 1978- Weksler et al., 1978), и этим механизмом пытаются объяснить возрастное снижение иммунного ответа. В других же работах, наоборот, обнаружено снижение активности Т-супрессоров (Folch, Waksman, 1974- Stobo, Tomasi, 1975- Бутенко, Андрианова, 1979), с чем связывают возникновение аутоиммунности. Гершон и Матцлер (Gershon, Matzler, 1977), анализируя это противоречие, приходят к выводу, что оно может быть объяснено особенностями тестирующей процедуры и зависит от уменьшения пула незрелых (Ly 1, 2, 3+) амбивалентных предшественников.

Кроме того, происходит значительное перераспределение клеток между различными лимфоидными субпопуляциями. Изменяются В-клетки (Nordin, Adler, 1979), нарушено соотношение между клетками, задерживающимися в лимфоузлах и селезенке (Gillete, 1975), антителообразующими и клетками иммунологической памяти (Бутенко и др., 1977), долгоживущими и короткоживущими лимфоцитами, по-разному в разных лимфоидных органах (Ropke, 1977).

Таким образом, приведенные факты указывают на то, что за явлениями старческой иммунодефицитности и аутоиммунности стоят сложные и многообразные изменения клеток и клеточных популяций, обусловленные морфогенетическими и регуляторными явлениями.