Изменение клеток врождённого иммунитета при старении

1.2 Возрастные изменения моноцитов и макрофагов.

Макрофаги и моноциты функционируют не только как фагоциты во врожденном иммунитете, но также обладают специфическими функциями для защиты различных клеток и тканей  организма, таких как кости, легкие, печень, мозг и кожа. Макрофаги созревают непрерывно из моноцитов, которые перестают циркулировать в крови и мигрируют в ткани по всему организму. Они найдены в больших количествах в соединительной ткани, в подслизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, легких, печени и селезенке. Благодаря их локализации в различных тканях, их неоднородность рассматривается не только с точки зрения их функциональных особенностей, но и возрастных изменений в их функциях. Наряду с нейтрофилами, макрофаги образуют большую семью фагоцитов. Макрофаги, расположенные в субслизистых тканях являются первыми клетками, сталкивающимися с вторжением патогенных микроорганизмов.

Согласно современным  представлениям активация макрофагов может происходить несколькими  способами, которые вкратце сводятся к следующему. На клетках миеломоноцитарного ряда исходно и консервативно присутствуют так называемые toll-like-рецепторы ( TLR ) для распознавания молекулярных структур, стабильно ассоциированных с определенной группой микроорганизмов и узнаваемых "своим" TLR. (Например, липополисахариды грамотрицательных бактерий (LPS) являются лигандом для TLR-4). Связывание TLR с соответствующим лигандом - первый шаг в реакции врожденного иммунитета. После связывания с лигандом все TLR димеризуются и претерпевают конформационные изменения, нужные для освобождения сайтов взаимодействия с клеточными адапторными молекулами и запуска каскада передачи сигнала. На определенном уровне передачи сигнала происходит транслокация в ядро транскрипционного фактора NF-kB, который прямо связывается с промоторными участками ряда генов молекул, активирующих и регулирующих развитие воспалительной реакции, включая гены цитокинов. На определенных этапах этого каскада происходит активация и других транскрипционных факторов, также участвующих в инициации генов молекул воспаления. Вслед за активацией провоспалительной реакции происходит активация противовоспалительных сигналов, ведущая к развитию репаративных процессов в поврежденной ткани за счет продукции антивоспалительных цитокинов  IL-4 ,  IL-13 ,  IL-10. [3]

Макрофаги способны к  поглощению бактериальных или других чужеродных частиц. Эта способность получила название фагоцитоз. Фагоцитоз частицы или микроорганизма начинается с взаимодействия опсонинов, покрывающих частицу, с соответствующими рецепторами клетки.

Последние исследования показали что возраст оказывает отрицательное влияние на протекание процессов, связанных с респираторным взрывом. Следствием  снижения активности процессов  респираторного взрыва является снижение способности генерировать супероксид аниона и снижение бактериального киллинга. Таким образом старение негативно сказывается на процессах фагоцитоза.

 Показано также,  что ряд TLR могут распознавать  и эндогенные лиганды, появляющиеся  в результате повреждения тканей. Примером могут служить домен  A фибронектина, синтезирующийся только в случае тканевого повреждения, или белки теплового шока, которые в норме находятся в цитоплазме клеток и становятся доступными для TLR в случае повреждения или гибели клеток. [6]

Недавнее исследование посвящённое оценке влияния возраста на поверхностное выражение патогенного рецептора узнавания, Toll-подобные рецепторы TLR 1, 2 и 4 в моноцитах периферической крови человека, взятой у добровольцев, показало  более низкий уровень выраженности TLR1; TLR2 и TLR4 лишь незначительно пострадали с возрастом. Функция TLR1 в основном заключается в распознавании патоген-связанных молекулярных структур грам-положительных бактерий: бактериальные пептидогликаны и липопептиды. TLR1 способен образовывать TLR1-TLR1 гомодимеры либо TLR1-TLR2 гетеродимеры, которые распознают различные бактериальные триацилированные липопептиды и другие продукты микобактерий. Низкий уровень выработки этих рецепторов связан с пониженной отвечаемостью на патогенные микроорганизмы, например, на туберкулёзные микобактерии, что ведёт к нарушению функций врождённой иммунной системы в целом. [11]

Вместе с этим, снижение фагоцитарной способности сопровождается в процессе старения уменьшением  в поколении макрофагов конкретных хемокинов, таких как воспалительные белки макрофагов ВБМ-1β, ВБМ-1α, эотаксин и ВБМ-2. Что же касается воспалительных цитокинов и хемокинов, то исследования на людях показали значительное увеличение уровня IL-6, IL-1, ФНО, регулирующие при нормальной активации Т-клетки,  ИЛ- 8 в моноцитах полученных из периферической крови. [11]

Под влиянием ФНО резко увеличивается образование макрофагами перекиси водорода и других  свободных радикалов. ИЛ-6 участвует в качестве кофактора при  дифференцировке В-лимфоцитов, их созревании и преобразовании в плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины. Этот цитокин стимулирует  пролиферацию Т-лимфоцитов и реакции  гемопоэза. ИЛ-1 осуществляет различные функции: индуцирует хемотаксис макрофагов, пролиферацию  эндотелиальных клеток и  остеобластов, стимулирует дифференцировку и пролиферацию  B-клеток, высвобождение факторов, связанных с ростом и дифференцировкой миелоидной и лимфоидной клеточных линий, играет роль в регуляции и транскрипции  гена ИЛ-2 и гена ИЛ-3 в определенных Т-клеточных линиях. ИЛ-8 обладает выраженными провоспалительными свойствами, вызывая экспрессию  молекул межклеточной адгезии и усиливая прилипание нейтрофилов к эндотелиальным клеткам и субэндотелиальным матричным белкам, что свидетельствует о его основной роли в опосредовании  воспалительного ответа и формировании  отека мозга. [6]

Продукции цитокинов  после переключения TLR1 / 2 продемонстрировал значительное снижение генерации ФНО и ИЛ-6 с возрастом, несмотря на увеличение  базальных провоспалительных цитокинов. Это вполне может быть отнесено к увеличению содержания Ил-10  в процессе старения. Этот результат отличается от исследования с использованием активации через лиганды для TLR2 / 6, TLR4 и TLR5 рецепторы, которые не выявили заметного влияния старения на активацию процесса у людей. [11, 6,]

Учитывая, что увеличение основных уровней содержания провоспалительных цитокинов сопровождает старение, то в связи с этим необходимо рассмотреть и изменение микросреды, наличие других хронических стимуляторов, и потенциальных перекрестных помех. [6]

Работами многих авторов  показано, что при определенных условиях Мф могут поляризироваться в 2 субпопуляции — М-1 и М-2, первые из ко-торых способны убивать опухолевые клетки, а вторые — усиливать их рост. По своим биологическим свойствам М-1 могут быть охарактеризованы, как клетки с выраженными эффекторными свойствами, способные активно участвовать в защите как против микроорганизмов, так и злокачественно трансформированных клеток. М-1 являются эффективными АПК, отличаются высоким уровнем экспрессии молекул HLA-II, активной продукцией IL-12, IL-23, ТНФальфа, кислорода, азота и низким уровнем секреции IL-10; продуцируют NO, который в сочетании с супероксидами может способствовать выделению цитотоксических пероксинитритов. В отличие от М-1, М-2 участвуют в стимуляции роста опухоли, в первую очередь благодаря выделению таких цитокинов, как VEGF, EGF, TGFβ, ИД-8; характеризуются низким уровнем продукции ИЛ-12, ИЛ-23 и высоким ИЛ-10. Обладает высокой фагоцитирующей активностью. [6]

Принимая во внимание функции М1 и М2 и их влияния  на образование и рост  опухолей, можно объяснить увеличение риска опухолевых аутоиммунных заболеваний в старческом возрасте так как, влияние микросреды и укорочение теломер с возрастом может непосредственно повлиять на M1/M2 дифференциацию макрофагов,  также как и наличие повышенного уровня циркулирующего ИЛ-6 и других провоспалительных факторов.[11]

На основании выражения на поверхности макрофага патогенных рецепторов узнавания, макрофаги функционируют как “патогенные датчики” и играют важную роль в инициировании воспалительной реакции, уничтожая инфекционные микроорганизмы, а также являются регуляторами и эффекторами в адаптивном иммунитете. Участие макрофага в иммунном ответе состоит в том, что эта клетка фагоцитирует антиген-содержащие частицы, дезинтегрирует их, превращая белки в антигенные пептидные фрагменты. Последние в комплексе с собственными антигенами МНС II класса макрофаг передает Т-лимфоциту при прямом контакте с ним. Однако с возрастом наблюдается тенденция к снижению экспрессии рецепторов главного комплекса гистосовместимости (МНС-II) на поверхности макрофагов, что влечёт за собой нарушение связи между врождённым и адаптивным иммунным ответом организма человека. [4, 11]

1.3 Возрастные изменения натуральных киллерных клеток.

Возраст связан с повышением заболеваемости вирусными инфекциями, а также задержкой симптоматики после заражения. Это может  привести к изменениям в синтезе и секреции интерферона  (ИФН),  цито-токсичности для киллеров во врождённом ответе. Сообщалось, что с возрастом появляются соответствующие изменения в CD16+, ИФН-γ+ . НК клетки могут играть роль в контроле (снижение) паразитических инфекциях у пожилых людей. [11]

Натуральные киллеры (НК), как посредники врожденной защиты организма от вирусных инфекций и опухолей, играют важную роль в иммунной системе. НК клетки неоднородны и различаются в зависимости от их пролиферативного потенциала, функциональных возможностей, а также их реакции на различные цитокины. На основе  плотности выражения на их поверхности CD56, они могут быть разделены на два основных подкласса. У людей в периферической крови НК- клетки составляют около 10% клеток с CD56bright и 90% клеток с CD56dim. Хотя у НК-клетки с CD56dim более высока цитотоксичность и они производят меньше цитокинов, NK клетки подкласса CD56bright  обладают высокой пролиферативной активностью, производят целый ряд цитокинов, таких как IFNγ, TNFβ и Ил-10, и хемокинов, таких как RANTES и ВБМ-1α , но они, в то же время, показывают относительно минимальную цитотоксическую активность.[11]

НК цитотолитическая активность, судя по всему, сохранится и при старении человека. Независимые исследования показали, что НК-клеток у пожилых людей имеют нормальную или повышенную активность по сравнению с молодыми людьми, когда пожилых людей выбирали на основе строгого соблюдения протокола SENIEUR. Однако, когда пожилые пациенты были отобраны с хорошим  здоровьем, но не в полной мере отвечающим SENIEUR протоколу, NK клеточная активность в отношении опухолевых клеток значительно снизилась по сравнению с молодыми людьми. Другие исследования на человеке, которые более свободно следовали протоколу SENIEUR, также продемонстрировали возрастное снижение цитотоксичности НК-клеток к опухолевым клеткам. Эти отчеты показывают, что, хотя полностью функциональные НК клетки могут быть благоприятными для оптимального здоровья, большинство пожилых людей будет испытывать некоторый дефицит активности клеток НК. Это также указывает на необходимость тщательного толкования и применения SENIEUR протокола на основе данной информации. Изменения во внутриклеточной сигнализации являются главной причиной противоопухолевого дефицита. В частности, задержка в фосфатидлиностирол бифосфатном гидролизе, в сочетании с недостаточностью трифосфатинозита,  увеличивается выше базовых уровней. Однако, эти результаты были определенными для непосредственной цитолитической деятельности, направленной к опухолевым клеткам. Как антителзависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦ), определяемая анти-CD16 антител стимуляцией рецепторов Fc, не была повреждена у людей в старческом возрасте. Кроме того, активность продукции инозитолфосфата  была сопоставима с молодежью во время АЗКЦ. Нарушения, спонтанная цитолитическая активность, всё это  обеспечивает в  дальнейшем рост и размножение опухолевых клеток и, вероятно, вызывает увеличение заболеваемости раком среди пожилых людей. Исследования показали увеличение общего числа циркулирующих НК клеток, практически без потерь в цитолитической деятельности как в чувствительности к опухолям, так и при ограниченной активности МНС. Эти исследования впервые показали, что среди долгожителей наблюдается увеличение числа НК клеток, и что эти НК были сопоставимы по своей деятельности с той, которая встречается и у молодых доноров (19-36 лет). Неожиданно, это исследование показало сниженную активность НК у здоровых людей среднего возраста, чего не наблюдалось у пожилых. С другой стороны, у пожилых людей, болезненное состояние, связанное с пониженной активностью НК, и в самом деле увеличивает вероятность заболевания и смерти. Увеличение количества клеток НК наблюдаемое у пожилых людей было обусловлено увеличением CD56+dim НК клеток, зрелого очень цитотоксического подкласса. Исследования продемонстрировали, что это подмножество натуральных киллеров (CD56 +dim) компенсирует общее снижение активности других подклассов в процессе старения. Анализ функций НК клеток путем клонирования, однако, показал недостаточность и в цитотоксичности и в лимфокинактивности  клеток-киллеров. Дальнейшее изучение привело к выявлению дефектов в метаболизме инозитолфосфата, в рамках спонтанной цитотоксичности, но не антител зависимой цитотоксичности НК. Эти исследования подчеркивают различные эффекты старения на несколько сигнальных путей у НК, которые могут быть зависимы от класса клеток и от заболевания. [4,8,6,11]

Поскольку цитокины, произведенные  киллерными клетками, объединяют врожденный и приобретенный иммунитет, то любой  дефицит в секреции цитокинов НК клетками в процессе старения в конечном итоге может повлиять и смодулировать регуляцию адаптивного иммунитета. Как сообщалось ранее, Ил-2-индуцированный IFNγ, ИЛ-2 и Ил-12-опосредованный секрецией хемокинов, таких как ВБМ-1α, RANTES, и ИЛ-8, снижаются в НК клетках с возрастом, что объясняет основу искаженного Тх2 ответа, наблюдаемого у пожилых людей.[11,13]

Натуральные киллеры T (НКТ) клетки являются подклассом клеток, которые  обладают свойствами как Т-клеток так  и НК клеток. Был проведён анализ клеток НКТ, популяция которых состоит из CD1d ограниченной гетерогенной популяции Т-клеток, выражающих инвариантный Т-клеточный рецептор (ТКР) (iNKT). Анализ показал, что в процессе старения концентрация этих клеток в крови у пожилых людей снижается. [11]

Кроме того, недавние исследования указывают на измененную пролиферацию клеток НКТ и искажение цитокинового профиля с Тх1 на Tх2 типа у пожилых людей по сравнению с наблюдаемым в клетках НКT у молодых людей. Таким образом, старение влияет как на число НК и НКT клеток, так и на их функции. [11,4]

На сегодняшний день доказан некоторый вклад НК в  различные патологи связанные со старением. Одной из них является Болезнь Паркинсона (БП).

Боле́знь Паркинсо́на  — хроническое заболевание, характерное  для лиц старшей возрастной группы. Вызвано прогрессирующим разрушением и гибелью нейронов чёрного вещества среднего мозга и других отделов центральной нервной системы, использующих в качестве нейромедиатора дофамин. [11]

Некоторые исследования были сосредоточены на участии в патогенезе заболевания киллерных клеток, которые являются активными участниками врожденной  системы иммунитета и активируется через цитокины Th1.

NK активность модулируется  сигналfми через поверхностные рецепторы, NKG2A и NKG2D. NKG2A рецептор распознавания молекул MHC I класса, HLA-E на клетках-мишенях, а также проводник инактивирующих сигналов. NKG2D рецептор распознавания MHC I класса аналогов ВПК, а также проводник активирующих сигналов. [1,11,12]

Как показали исследования, оценивающие влияние цитотоксического эффекта на клетки К562 (Клетки из американской коллекции типовых культур; легко убиваются НК, поскольку они лишены комплекса MHC , который требуется для подавления активности НК), активность НК людей с БП существенно не отличается от здоровых. К562 не имеют HLA-E лиганд и ингибирующий сигнал через HLA-E / NKG2A проходить не будет. Что касается NKG 2А NKG2D системы регулирования клеточной активации НК, ЛДГ цитотоксический тест с К562 может быть полезен для наблюдения независимого пути активации MIC / NKG2D при отсутствии инактивационного пути HLA-E/NK G2A. Когда анализ был выполнен, обе группы сходные уровни НК активации. Результаты проточной цитометрии показали, что выражение инактивации 2АNKG была значительно ниже в  группе людей с БП, т. е. способность НК отличать здоровые клетки от повреждённых существенно уменьшается. Эти различия между двумя группами следуют из-за набора условий, зависящих от  клеточного взаимодействия  НК-клеток. Действительно, при оценке уровня ИФН-г, ИЛ-2, ИЛ-4 и IL-10, не было возможности наблюдать преобладание Tх1 цитокинов у пациентов с БП. Однако предполагают что такое отклонение  может иметь значение в долгосрочной перспективе при патологических процессах вмозге;  это гипотеза, которая могла быть подтверждена если бы большее число образцов от различных пациентов было доступно, чтобы дать восстанавливаемые результаты в будущих исследованиях.