СТРЕСС, ТИМУС, ЛИМФОЦИТЫ

СТРЕСС, ТИМУС, ЛИМФОЦИТЫ
А.А.Ярилин
Институт иммунологии ФМБА России
СТРЕСС (ОБЩИЙ АДАПТАЦИОННЫЙ СИНДРОМ)
ЭТО ОБЩАЯ НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ
НЕЙРОГОРМОНАЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ ОРГАНИЗМА
НА ЛЮБОЕ ПРЕДЪЯВЛЯЕМОЕ ЕМУ
ТРЕБОВАНИЕ, НЕ ЗАВИСЯЩАЯ ОТ ПРИРОДЫ
ДЕЙСТВУЮЩЕГО АГЕНТА
Г.Селье
СОСТОЯНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕСЯ РАЗВИТИЕМ
СТРЕССА
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ЭМОЦИОНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
ИНФЕКЦИИ, ОСОБЕННО СЕПСИС
СОМАТИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
ОПУХОЛИ
ГОЛОДАНИЕ
ЧРЕЗМЕРНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
БОЛЕВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ПОВРЕЖДЕНИЕ ТКАНЕЙ (ТРАВМЫ)
ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
ДЕЙСТВИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ,
ОСОБЕННО ЛИГАНДОВ Ah-РЕЦЕПТОРОВ
Состояние, родственное стрессу, развивается при
БЕРЕМЕННОСТИ
ТРИАДА ИЗМЕНЕНИЙ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ
СТРЕССА (по Г.Селье)
• Гипертрофия надпочечников
• Атрофия тимуса
• Изъязвление слизистой оболочки
кишечника
МЕДИАТОРЫ СТРЕССА В ИММУННОЙ СИСТЕМЕ
• ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ (у человека преимущественно кортизол) вырабатываются в
коре надпочечников и местно в тимусе
• КАТЕХОЛАМИНЫ (норадреналин и адреналин)
вырабатываются в мозговом слое
надпочечников и в симпатических ганглиях
ИСТОЧНИКИ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ В ТИМУСЕ
•
Системные глюкокортикоиды, синтезируемые
преимущественно в надпочечниках
•
Глюкокортикоиды, синтезируемые местно:
- эпителиальными клетками тимуса
- тимоцитами
ТЭК содержат ключевые ферменты, синтеза глюкокортикоидов
В культуре ТЭК in vitro обнаружен синтез прогненолона и
дезоксикортикостерона
Синтез глюкокортикоидов в ТЭК показан in vivo.
Синтез глюкокортикоидов в ТЭК ослабляется с возрастом
Обнаружен синтез глюкокортикоидов тимоцитами, который ингибируется
АКТГ
РЕЦЕПТОРЫ МЕДИАТОРОВ СТРЕССА В КЛЕТКАХ
ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
РЕЦЕПТОРЫ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ (цитоплазматические и
ядерные GCR) экспрессируются в тимоцитах, особенно
незрелых, эпителиальных клетках тимуса (экспрессия
снижается с возрастом), во всех разновидностях
периферических лимфоцитов. При активации Т-клеток
экспрессия GCR возрастает примерно в 3 раза. Их особенно
много в Treg. Kd GCR Т-клеток по отношению к
дексаметазону – ок. 10-11 М
РЕЦЕПТОРЫ КАТЕХОЛАМИНОВ - АДРЕНОРЕЦЕПТОРЫ,
представлены на клетках иммунной системы α- и β-типами
(преимущественно β2). В тимусе они содержатся на
тимоцитах и эпителиальных клетках. Они присутствуют на
всех разновидностях периферических лимфоцитов. При
активации Т-клеток их экспрессия возрастает. Среди
субпопуляций активированных Т-хелперов Th2-клетки
лишены β2-адренорецепторов. На Treg их больше, чем на
других CD4+ клетках.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ
ГК
Клеточная
мембрана
GCR в
комплексе с
БТШ
БТШ
PI3киназа
GCR,
связавший
лиганд
Ядерная
мембрана
GRE
Прямое взаимодействие димера
GCR с промотором генов
RE
Взаимодействие мономера
GCR с другими транскрипционными
факторами (AP-1, NF-AT, NF-kB, IRF-3)
ИЗМЕНЕНИЕ СУБПОПУЛЯЦИОННОГО СОСТАВА
ТИМОЦИТОВ ПРИ СТРЕССЕ
5,9%
79,0%
СD4
СD4pe/CD8fitc
СD8
1,8%
13,3%
ГЛАВНАЯ МИШЕНЬ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ В
ТИМУСЕ – СD4+СD8+ ТИМОЦИТЫ
CD4-CD8ГИБЕЛЬ ПО МЕХАНИЗМУ АПОПТОЗА
CD4+CD8+
ЭМИГРАЦИЯ В КОСТНЫЙ МОЗГ
CD4+CD8CD4-CD8+
СХЕМА «МИТОХОНДРИАЛЬНОГО» АПОПТОЗА И ТОЧКА
ПРИЛОЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ
Каспаза 8
Цитоскелет
Bim
ГК
Цитохром с
Bax/Bak
Bim/
Bcl-2
Bcl-2
Митохондрия
Bik/Bcl-2
Апоптосома
Apaf-1
Каспаза 9
Bik
Прокаспаза 3
Каспаза 3
Мишени
каспаз: CAD,
PAPR и др.
CAD
Разрывы ДНК
АПОПТОЗ
ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ НА ПРОЦЕСС
АПОПТОЗА
Образование
церамида
Изменение
баланса
Na+/K+
Деградация
протеасом
Освобождение
катепсина В в
липосомах
Взаимодействие
с PI3-киназой
Влияние на
активность
киназ PKC и
Raf
Накопление
H2O2
Активация
каспаз 3, 8, 9
Экспрессия
факторов
Bim, PUMA
НЕСООТВЕТСТВИЕ
КОРТИЗОНЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТИМОЦИТОВ И
УРОВНЯ ЭКСПРЕССИИ GC-РЕЦЕПТОРОВ
Экспрессия
глюкокортикоидных
рецепторов
Чувствительность к
глюкокортикоидам
Высокая :
Низкая:
Высокая :
Низкая:
CD25+ DN
DP (CD4+8+)
DP (CD4+8+)
DN (CD4-CD8-)
CD8+ ISP
SP (CD4+/CD8+)
CD8+ ISP
SP (CD4+/CD8+)
Мыши с нокаутом гена GR нежизнеспособны
Т-специфический нокаут гена GC не влияет на число тимоцитов
Трансфекция как sense, так и anti-sense последовательностей GC снижает число
тимоцитов
МЕСТНЫЙ СИНТЕЗ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ В
ТИМУСЕ И ЕГО ЗНАЧИМОСТЬ
• Глюкокортикоиды в малых дозах (< 300 нг/мл)
поддерживают жизнеспособность тимоцитов,
получивших сигнал через TCR от комплекса МНСпептид:
локально синтезируемые ГК оптимизируют
баланс сигналов к активации и апоптозу
тимоцитов
• Глюкокортикоиды усиливают экспрессию IL-7R,
способствуя сохранению жизнеспособности и
пролиферации тимоцитов:
локально синтезируемые глюкокортикоиды
замедляют возрастную инволюцию тимуса
ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ СD4+СD8+ ТИМОЦИТОВ
ПРИ СТРЕССЕ
Контроль
Стресс
РАСШИРЕНИЕ ПЛОЩАДИ, ЗАНИМАЕМОЙ МЕЖКЛЕТОЧНЫМ
МАТРИКОМ В ТИМУСЕ МЫШЕЙ ПРИ СТРЕССЕ (окраска на
фибронектин)
Контроль
Стресс
ВОЗДЕЙСТВИЯ, ОСЛАБЛЯЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ СТРЕССА НА
ТИМУС (эффекты антител к gp130 и лептина)
ДИНАМИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТИМОЦИТОВ
ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ (4 Гр)
140
120
100
1
80
2
60
40
20
0
0
1.
2.
3
7
10
13
Все тимоциты
Кортизон-устойчивые тимоциты
17
20
23
27
30
60
СМЕНА ПОПУЛЯЦИЙ Т-КЛЕТОК В ТИМУСЕ В ПРОЦЕССЕ ЕГО
ВОССТАНОВЛЕНИЯ
120
100
80
αβTCR+ клетки
60
γδTCR+ клетки
40
20
0
0
3
7
10
13
17
20
23
27
30
ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ ЭМИГРАЦИИ ТИМОЦИТОВ ИЗ
ТИМУСА ПРИ СТРЕССЕ (динамика TREC)
Контроль
Стресс
ПОД ВЛИЯНИЕМ КОРТИЗОЛА РАДИОУВСТВИТЕЛЬНЫЕ
ТИМОЦИТЫ МИГРИРУЮТ В КОСТНЫЙ МОЗГ
16
Процент Т-клеток в костном мозгу
14
*
12
Контроль
10
Кортизол
8
*
6
4
2
0
1
ТЭ+кортизол
Обл+кортизол
ИЗМЕНЕНИЕ МИГРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТЛИМФОЦИТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОБЛУЧЕНИЯ
2,5
2
1,5
в ЛУ
в сел
1
в печ
0,5
0
0
1
2
3
4
5
6 Гр
ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ Т-КЛЕТОК В ОРГАНИЗМЕ В
НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД СТРЕССА
Содержание Т-клеток повышается:
Черные столбики
- контроль
Белые столбики
- стресс
Кровь
Костный мозг
Легкие
Содержание Т-клеток снижается:
Селезенка
Тимус
Печень
Основной источник выброса в кровь Т-клеток при стрессе - селезенка
В более поздние сроки содержание лимфоцитов в крови снижается за счет
задержки клеток в лимфоидных органах.
При стрессе снижается поступление в кровоток наивных Т-клеток, незрелых
Т-клеток и центральных Т-клеток памяти и повышается поступление эффекторных
клеток, эффекторных и терминально дифференцированных Т-клеток памяти.
ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ НА ДЕНДРИТНЫЕ
КЛЕТКИ И В-ЛИМФОЦИТЫ
Влияние ГК на дендритные клетки:
Усиливают захват антигена
Усиливают апоптоз
Ослабляют миграцию
Ослабляют экспрессию МНС-II и костимулирующих молекул
Ослабляют выработку IL-12
Усиливают выработку IL-10
Результат: ослабление презентации антигена Т-клеткам,
ослабление индукции Th1-ответа, индукция толерантности и Treg
Влияние ГК на В-лимфоциты:
Ослабляют пролиферацию клеток-предшественников
Снижают числа В-лимфоцитов в селезенке и лимфоузлах
Ослабляют секрецию IgG
Усиливают выработку IgE
Результат: ослабление нормального гуморального иммунного ответа,
усиление аллергического ответа.
ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ НА СD4+ Т-КЛЕТКИ
> 350 нг/мл
< 300 нг/мл
ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ НА
АКТИВИРОВАННЫЕ Т-ЛИМФОЦИТЫ
•• Физиологические
Физиологическиеконцентрации
концентрацииглюкокортикоидов.
глюкокортикоидов.
Переключение
ответаактивности
с Th1наTh2.
Переключение
Th1Т-клеточного
Th2. Повышение
Treg.
Повышение
активности
и ихусиление
ответа на
IL-2.
Ослабление
выработки
IFNγTreg
и TNFα,
выработки
Ослабление
IFNγ и TNFα,
IL-4,
IL-5, IL-13, выработки
IL-10.
Усиление выработки IL-4, IL-5, IL-13, IL-10.
•
Фармакологические концентрации глюкокортикоидов.
Подавление всех разновидностей CD4+ Т-клеток
(Th1, Th2, Th17, Treg) через ингибирование
экспрессии транскрипционных факторов
T-bet, GATA-3, ROR-C, FOXP3, STAT-4, STAT-6
и синтеза всех Т-клеточных цитокинов.
Подавление активности цитотоксических CD8+ Т-лимфоцитов
ВЛИЯНИЕ МЕДИАТОРОВ СТРЕССА НА ВЫРАБОТКУ
ЦИТОКИНОВ
Провоспалительные ЦК
(IL-1, TNF, IL-8, IL-18)
IL-6 может быть
Катехоламины
β2-адренорецепторы
Глюкокортикоиды
Цитопл./ядерные
рецепторы
Супрессорные ЦК
(IL-10,TGFβ)
Th1-цитокины
(IFNγ, TNF)
Th2-цитокины
(IL-4, IL-5, IL-13)
В некоторых компартментах (например, альвеолах и бронхах) возможна
стимуляция катехоламинами (через α-адренорецепторы) провоспалительных
циткоинов (IL-1, TNF, IL-8, IL-18)
ПОСЛЕДСТВИЯ ЭМОЦИОНАЛЬНОГО/ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО
СТРЕССА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА
СТРЕСС
Нарушения иммунитета
Врожденного
Адаптивного
клеточного
Адаптивного
гуморального
Повышение чувствительности к инфекциям
Ослабление эффекта вакцинаций
Реактивация эндогенных вирусов
Повышение риска аутоиммунных процессов
(при наличии наследственной предрасположенности)
5. Повышение риска развития аллергии (при наличии
наследственной предрасположенности)
6. Замедление реабилитации после заболеваний
7. Промоция/прогрессия опухолей
8. Повышение заболеваемости возрастными
заболеваниями (гипертензия, диабет 2-го типа и т.д.)
9. Замедление заживления ран
10. Поведенческие дефекты, депрессия
1.
2.
3.
4.
Адаптивную значимость влияния стресса на
иммунную систему, состоящего в снижении числа
и ослаблении функций ее клеток, прежде всего
лимфоидных, связывают с необходимостью
ограничения иммунного ответа, в особенности его
воспалительного, Th1-зависимого типа, при
действии чрезмерно интенсивных стимулов.
СОПОСТАВЛЕНИЕ ХРОНИЧЕСКОГО СТРЕССА И
СТАРЕНИЯ
На клеточном уровне - окислительный стресс
Повышена активность теломеразы, укорочены теломеры
Снижено содержание наивных Т- и В-клеток
Повышено содержание Трег и NK-клеток
Ослаблена пролиферация Т-клеток и цитоктоксичность
NK-клеток
есть резистентность к глюкокортикоидам
Инволюция тимуса
Повышено соотношение кортизол/DHEA
Хроническое воспаление слабой интенсивности
Повышена заболеваемость инфекциями
Повышена заболеваемость соматич.болезнями
(гипертензия и т.д.), опухолями
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ
ПОПУЛЯЦИИ Т-ЛИМФОЦИТОВ И ИСТОЧНИКИ ЕЕ
ПОПОЛНЕНИЯ
МОЛОДЫЕ
Приток Т-клеток
из тимуса
Наивные Т-клетки
СТАРЫЕ
Гомеостатическая
пролиферация
Т-клетки памяти
Окраска кружков символизирует разнообразие клонов Т-клеток
ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОПУЛЯЦИИ ТЛИМФОЦИТОВ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ В ПРИСУТСТВИИ
И В ОТСУТСТВИЕ ТИМУСА
1,2
1
0,8
Без тимуса
0,6
С тимусом
0,4
0,2
0
0
5
10
20
30
40
50
60
сут
ДИНАМИКА ПОСТРАДИАЦИОННОГО (4 Гр) ВОССТАНВЛЕНИЯ
Т-КЛЕТОК И ИХ СУБПОПУЛЯЦИЙ В СЕЛЕЗЕНКЕ И
ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛАХ МЫШЕЙ
1,2
1,2
1
1
0,8
0,8
СD3
СD3
0,6
СD4
0,6
СD4
CD8
CD8
0,4
0,4
0,2
0,2
0
0
0
3
15
Селезенка
30
60
0
3
15
30
60
Лимфатические узлы
ДЕФЕКТ МИГРАЦИИ Т-ЛИМФОЦИТОВ В
ЛИМФАТИЧЕСКИЕ УЗЛЫ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ
Миграция меченых Т-клеток
в селезенку и ЛУ
1,2
*
*
*
Накопление антителообразующих
клеток в селезенке и ЛУ
1,2
1
1
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2
0
0
0
45
90
135
190
*
*
Сел
ЛУ
0
10
20
30
40
50
Ось абсцисс – сутки после облучения (4 Гр), ось ординат – показатели относительно их уровня в
необлученном контроле. * p < 0,05.
60
ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ПРОЛИФЕРАЦИЯ НАИВНЫХ
Т-КЛЕТОК
Действие факторов выживания
в условиях лимфопении
IL-7
Лимфопения
Т
IL-7R
Т
Т
Т
Т
TCR
МНСаутоПепт
ДК
Гомеостатическа
я пролиферация
ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ПРОЛИФЕРАЦИЯ
НАИВНЫХ Т-КЛЕТОК
CCR4
CCR9
CD44
CCR7
CD62L
Т
CD45RA
Т
Лимфопения
IL-7R
CD45R0
CCR4
CD44
CCR9
TCR
IL-7
Т
МНС-
CD45R0
аутоПепт
ДК
Пролиферация
Индукция фенотипа клеток
памяти
КОНВЕРСИЯ ИХ ФЕНОТИПА НАИВНЫХ Т-КЛЕТОК В
ПРОЦЕССЕ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОЙ ПРОЛИФЕРАЦИИ
Истинные Т-клетки памяти:
центральные
эффекторные
CD69
Иммунный ответ
Распознавание
комплекса МНС с
чужеродным пептидом +
костимуляция
CD62L
Наивные Т
CD45RA
CCR7
Т-кл.
активи
р
CD25
CD44
СD44
СD44
CD45R0
Т-кл.
памяти
CCR7
Гомеостатическая
пролиферация
Т-кл.
памяти
CD45R0
(суррог.
)
CCR7
СD62L
«Суррогатные»
Т-клетки памяти
CXCR3
СD45R0
CCR4
СD62L
СD44
Распознавание комплекса
МНС с аутологичным
пептидом + действие IL-7
на фоне лимфопении
Т-кл.
памяти
НАПРАВЛЕНИЕ МИГРАЦИИ Т-КЛЕТОК ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
СПЕКТРОМ МЕМБРАННЫХ МОЛЕКУЛ АДГЕЗИИ И
ХЕМОКИНОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ
Лимфатические узлы и др.
вторичные лимфоидные органы
CD62L
Наивные Т-клетки
CCR7
Кожа
CLA
α4β7-интегрин
α4β1-интегрин
Эффекторные Т-клетки иТ-клетки памяти
CCR4
Кишечник
CCR9
CCR5,
CCR10
Респираторный и
урогенитальный тракты
ДИНАМИКА ПОСТРАДИАЦИОННОГО (4 Гр) ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Т-ЛИМФОЦИТОВ, НЕСУЩИХ МАРКЕРЫ НАИВНЫХ КЛЕТОК И
КЛЕТОК ПАМЯТИ
*
1,6
*
1,2
1,4
*
1
1,2
0,8
1
CD44
0,8
CD62L
CD44
0,6
CD62L
CCR7
0,6
CCR7
0,4
0,4
0,2
0,2
0
0
0
3
15
30
Селезенка
60
0
3
15
30
60
Лимфатические узлы
* - различия между данными для CD44 c одной стороны и CD62L/CCR7 – с другой достоверны: р < 0,05
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ
ПОПУЛЯЦИИ Т-ЛИМФОЦИТОВ И ИСТОЧНИКИ ЕЕ
ПОПОЛНЕНИЯ
МОЛОДЫЕ
Приток Т-клеток
из тимуса
Наивные Т-клетки
СТАРЫЕ
Гомеостатическая
пролиферация
Т-клетки памяти
Окраска кружков символизирует разнообразие клонов Т-клеток
ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ПРОЛИФЕРАЦИЯ КАК
ОСНОВА РАЗВИТИЯ АУТОИММУННЫХ
ПРОЦЕССОВ
Индуцированная
лимфопения и
гомеостатическая
пролиферация
Селекция
аутоспецифических клонов
Задержка
восстановления
CD4+CD25+
Treg
Изменение миграции;
повышение
доступности
аутоантигенов
Развитие
аутоиммунного
процесса
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ Т-КЛЕТОК С ВОЗРАСТОМ
И ПОД ВЛИЯНИЕМ ПОВТОРНЫХ СТРЕССОВ
Т-клетки памяти
«Суррогатные Т-клетки
памяти», индуцированные
стрессами
Наивные Т-клетки
Дети
Пожилые