stringtranslate.com

Иммунологическая память

Иммунологическая память — это способность иммунной системы быстро и специфически распознавать антиген , с которым организм уже сталкивался ранее, и инициировать соответствующий иммунный ответ . Как правило, это вторичные, третичные и другие последующие иммунные ответы на тот же антиген. Адаптивная иммунная система и генерация антигенспецифических рецепторов ( TCR , антитела ) отвечают за адаптивную иммунную память. [ необходима цитата ]

После воспалительного иммунного ответа на связанный с опасностью антиген некоторые антиген-специфические Т-клетки и В-клетки сохраняются в организме и становятся долгоживущими Т- и В-клетками памяти . После повторной встречи с тем же антигеном они распознают антиген и формируют более быстрый и надежный ответ. Иммунологическая память является основой вакцинации . [1] [2] Новые ресурсы показывают, что даже врожденная иммунная система может инициировать более эффективный иммунный ответ и устранение патогена после предыдущей стимуляции патогеном, соответственно с помощью PAMP или DAMP . Врожденная иммунная память (также называемая обученным иммунитетом ) не является ни антиген-специфической, ни зависящей от перестройки генов , но разный ответ вызван изменениями в эпигенетическом программировании и сдвигами в клеточном метаболизме . Врожденная иммунная память наблюдалась как у беспозвоночных, так и у позвоночных . [3] [4]

Адаптивная иммунная память

Продолжительность иммунного ответа. Формирование иммунологической памяти приводит к тому, что последующее повторное инфицирование приводит к быстрому увеличению выработки антител и активности эффекторных Т-клеток. Поздние инфекции могут быть легкими или даже незаметными.

Развитие адаптивной иммунной памяти

Иммунологическая память возникает после первичного иммунного ответа против антигена. Таким образом, иммунологическая память создается каждым индивидуумом после предыдущего первоначального воздействия потенциально опасного агента. Ход вторичного иммунного ответа аналогичен первичному иммунному ответу. После того, как В-клетка памяти распознает антиген, она представляет комплекс пептид: MHC II близлежащим эффекторным Т-клеткам. Это приводит к активации этих клеток и быстрой пролиферации клеток. После исчезновения первичного иммунного ответа эффекторные клетки иммунного ответа уничтожаются. [5]

Однако антитела , которые были ранее созданы в организме, остаются и представляют собой гуморальный компонент иммунологической памяти и составляют важный защитный механизм при последующих инфекциях. В дополнение к сформированным антителам в организме остается небольшое количество клеток памяти Т и В, которые составляют клеточный компонент иммунологической памяти. Они остаются в кровообращении в состоянии покоя, и при последующей встрече с тем же антигеном эти клетки способны немедленно отреагировать и устранить антиген. Клетки памяти имеют долгую жизнь и сохраняются в организме до нескольких десятилетий. [6] [2]

Иммунитет к ветряной оспе, кори и некоторым другим заболеваниям сохраняется на всю жизнь. Иммунитет ко многим заболеваниям со временем ослабевает. Реакция иммунной системы на некоторые заболевания, такие как лихорадка денге , контрпродуктивно ухудшает следующую инфекцию ( антителозависимое усиление ). [7]

По состоянию на 2019 год исследователи все еще пытаются выяснить, почему некоторые вакцины вызывают пожизненный иммунитет, в то время как эффективность других вакцин падает до нуля менее чем за 30 лет (для эпидемического паротита) или менее чем за шесть месяцев (для гриппа H3N2 ). [8]

Эволюция адаптивной иммунной памяти

Эволюционное изобретение Т- и В-клеток памяти широко распространено; однако условия, необходимые для развития этой дорогостоящей адаптации, специфичны. Во-первых, для того, чтобы развить иммунную память, начальная стоимость молекулярного аппарата должна быть высокой и потребует потерь в других характеристиках хозяина. Во-вторых, средне- или долгоживущие организмы имеют более высокие шансы на развитие такого аппарата. Стоимость этой адаптации увеличивается, если хозяин имеет среднюю продолжительность жизни, поскольку иммунная память должна быть эффективной на более раннем этапе жизни. [9]

Более того, исследовательские модели показывают, что окружающая среда играет существенную роль в разнообразии клеток памяти в популяции. Сравнение влияния множественных инфекций на определенное заболевание в отличие от разнообразия заболеваний окружающей среды дает доказательства того, что пулы клеток памяти накапливают разнообразие на основе количества отдельных патогенов, подвергшихся воздействию, даже за счет эффективности при столкновении с более распространенными патогенами. Индивиды, живущие в изолированных средах, таких как острова, имеют менее разнообразную популяцию клеток памяти, которые, однако, имеют более прочные иммунные реакции. Это указывает на то, что окружающая среда играет большую роль в эволюции популяций клеток памяти. [10]

Ранее приобретенная иммунная память может быть истощена корью у непривитых детей, что делает их подверженными риску заражения другими патогенами в последующие годы после заражения. [11]

В-клетки памяти

Клетки памяти В — это плазматические клетки , которые способны вырабатывать антитела в течение длительного времени. В отличие от наивных В-клеток, участвующих в первичном иммунном ответе, реакция клеток памяти В немного отличается. Клетка памяти В уже претерпела клональную экспансию , дифференциацию и созревание аффинности , поэтому она способна делиться в несколько раз быстрее и вырабатывать антитела с гораздо более высокой аффинностью (особенно IgG ). [1]

Напротив, наивная плазматическая клетка полностью дифференцирована и не может быть далее стимулирована антигеном для деления или увеличения продукции антител. Активность В-клеток памяти во вторичных лимфатических органах наиболее высока в течение первых 2 недель после заражения . Впоследствии, через 2–4 недели, ее реакция снижается. После реакции зародышевого центра плазматические клетки памяти располагаются в костном мозге , который является основным местом продукции антител в рамках иммунологической памяти. [12]

Т-клетки памяти

Т-клетки памяти могут быть как CD4+, так и CD8+ . Эти Т-клетки памяти не требуют дальнейшей антигенной стимуляции для пролиферации ; поэтому им не нужен сигнал через MHC. [13] Т-клетки памяти можно разделить на две функционально различные группы на основе экспрессии хемокинового рецептора CCR7 . Этот хемокин указывает направление миграции во вторичные лимфатические органы . Те Т-клетки памяти, которые не экспрессируют CCR7 (это CCR7-), имеют рецепторы для миграции к месту воспаления в ткани и представляют собой популяцию немедленных эффекторных клеток. Эти клетки были названы эффекторными Т-клетками памяти (TEM ) . После повторной стимуляции они продуцируют большое количество IFN-γ , IL-4 и IL-5 . Напротив, Т-клетки памяти CCR7+ не обладают провоспалительной и цитотоксической функцией, но имеют рецепторы для миграции в лимфатические узлы . Эти клетки были названы центральными Т-клетками памяти ( TCM ). Они эффективно стимулируют дендритные клетки , и после повторной стимуляции они способны дифференцироваться в эффекторные Т-клетки памяти CCR7. Обе популяции этих клеток памяти происходят от наивных Т-клеток и остаются в организме в течение нескольких лет после первоначальной иммунизации . [14]

Экспериментальные методы, используемые для изучения этих клеток, включают измерение пролиферации клеток, стимулированной антигеном, и высвобождения цитокинов, окрашивание мультимерами пептид-МНС или использование анализа маркеров, индуцированных активацией (AIM). [15]

Врожденная иммунная память

Было замечено, что многие беспозвоночные, такие как виды пресноводных улиток , веслоногих ракообразных и ленточных червей, активируют врожденную иммунную память, чтобы спровоцировать более эффективный иммунный ответ на вторую встречу с определенными патогенами, несмотря на отсутствие адаптивной ветви иммунной системы. [3] Мыши с дефицитом RAG1 без функциональных Т- и В-клеток смогли пережить введение летальной дозы Candida albicans , когда ранее подвергались воздействию гораздо меньшего количества, что показывает, что позвоночные также сохраняют эту способность. [4] Несмотря на отсутствие способности вырабатывать антитела , как адаптивная иммунная система , врожденная иммунная система также обладает свойствами иммунной памяти. Врожденная иммунная память (тренированный иммунитет) определяется как долгосрочное функциональное перепрограммирование врожденных иммунных клеток, вызванное экзогенными или эндогенными повреждениями и приводящее к измененному ответу на вторую угрозу после возвращения в неактивированное состояние. [16]

Когда врожденные иммунные клетки получают сигнал активации; например, через распознавание PAMP с PRR , они начинают экспрессию провоспалительных генов, инициируют воспалительный ответ и подвергаются эпигенетическому перепрограммированию. После второй стимуляции активация транскрипции происходит быстрее и надежнее. [17] Иммунологическая память была зарегистрирована в моноцитах , макрофагах , NK-клетках , клетках ILC1 , ILC2 и ILC3 . [18] [17] Одновременно некоторые неиммунные клетки, например, эпителиальные стволовые клетки на барьерных тканях или фибробласты , изменяют свое эпигенетическое состояние и реагируют по-разному после первичного инсульта. [19]

Механизм врожденной иммунной памяти

В устойчивом состоянии нестимулированные клетки имеют сниженную биосинтетическую активность и более конденсированный хроматин с пониженной транскрипцией генов. Взаимодействие экзогенных PAMP ( β-глюкан , мурамиловый пептид ) или эндогенных DAMP (окисленный ЛПНП , мочевая кислота ) с PRR инициирует клеточный ответ. Запущенные внутриклеточные сигнальные каскады приводят к повышению регуляции метаболических путей, таких как гликолиз , цикл Кребса и метаболизм жирных кислот . Увеличение метаболической активности обеспечивает клетки энергией и строительными блоками, которые необходимы для производства сигнальных молекул, таких как цитокины и хемокины . [17]

Сигнальная трансдукция изменяет эпигенетические метки и увеличивает доступность хроматина, чтобы обеспечить связывание факторов транскрипции и начать транскрипцию генов, связанных с воспалением. Существует взаимодействие между метаболизмом и эпигенетическими изменениями, поскольку некоторые метаболиты, такие как фумарат и ацетил-КоА, могут активировать или ингибировать ферменты, участвующие в ремоделировании хроматина . [16] После прекращения стимула нет необходимости в продукции иммунных факторов, и их экспрессия в иммунных клетках прекращается. Несколько эпигенетических модификаций, созданных во время стимуляции, остаются. Характерной эпигенетической перестройкой в ​​обученных клетках является накопление  H3K4me3 на промоторах иммунных генов и увеличение H3k4me1 и H3K27ac на энхансерах. Кроме того, клеточный метаболизм не возвращается к состоянию до стимуляции, и обученные клетки остаются в подготовленном состоянии. Это состояние может длиться от нескольких недель до нескольких месяцев и может передаваться дочерним клеткам. Вторичная стимуляция вызывает новый ответ, который быстрее и сильнее. [16] [17]

Эволюция врожденной иммунной памяти

Иммунная память дает важное эволюционное преимущество, когда организм сталкивается с повторными инфекциями. Воспаление обходится очень дорого, а повышенная эффективность ответа ускоряет устранение патогена и предотвращает повреждение собственных тканей хозяина. Классическая адаптивная иммунная память развилась у челюстных позвоночных и бесчелюстных рыб ( миноги ), которые составляют примерно 1% живых организмов. Поэтому некоторая форма иммунной памяти наблюдается и у других видов. У растений и беспозвоночных можно заметить более быструю кинетику, повышенную величину иммунного ответа и улучшенную выживаемость после встреч со вторичными инфекциями. Иммунная память распространена среди подавляющего большинства видов биоразнообразия на Земле. [20]

Было высказано предположение, что иммунная память в врожденном и адаптивном иммунитете представляет собой эволюционный континуум, в котором сначала развился более сильный иммунный ответ, опосредованный эпигенетическим перепрограммированием. Напротив, специфичность через антиген-специфические рецепторы развилась позже у некоторых позвоночных. [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Murphy, Kenneth; Weaver, Casey (2017). Janeway's Immunology (9-е изд.). Нью-Йорк и Лондон: Garland Science. стр. 473–475. ISBN 9780815345510.
  2. ^ ab Hammarlund, Erika, et al. (2003). «Продолжительность противовирусного иммунитета после вакцинации против оспы». Nature medicine 9.9, 1131.
  3. ^ ab Crișan, Tania O.; Netea, Mihai G.; Joosten, Leo AB (апрель 2016 г.). «Врожденная иммунная память: последствия для реакций хозяина на молекулярные паттерны, связанные с повреждением». European Journal of Immunology . 46 (4): 817–828. doi : 10.1002/eji.201545497 . ISSN  0014-2980. PMID  26970440.
  4. ^ аб Гурбаль, Бенджамин; Пино, Сильвен; Беккерс, Джерольд Дж. М.; Ван дер Меер, Йос ВМ; Конрат, Уве; Нетеа, Михай Г. (17 апреля 2018 г.). «Врожденная иммунная память: эволюционная перспектива». Иммунологические обзоры . 283 (1): 21–40. дои : 10.1111/imr.12647. ISSN  0105-2896. PMID  29664574. S2CID  4891922.
  5. ^ Спрент, Джонатан и Сьюзен Р. Уэбб. «Интратимическая и экстратимическая клональная делеция Т-клеток». Текущее мнение в иммунологии 7.2 (1995): 196-205.
  6. ^ Кротти, Шейн и др. «Передовые разработки: долгосрочная память В-клеток у людей после вакцинации против оспы». Журнал иммунологии 171.10 (2003): 4969-4973.
  7. ^ Эд Йонг. «Иммунология — это место, где умирает интуиция». 2020. цитата: «Иммунитет сохраняется на всю жизнь при некоторых заболеваниях — ветряной оспе, кори, — но со временем исчезает при многих других». цитата: «При некоторых заболеваниях, таких как лихорадка денге, реакция антител на одну инфекцию может, как ни странно, сделать следующую инфекцию более тяжелой».
  8. ^ Джон Коэн. «Как долго действуют вакцины?». 2019.
  9. ^ Best, Alex; Hoyle, Andy (2013-06-06). «Эволюция дорогостоящей приобретенной иммунной памяти». Ecology and Evolution . 3 (7): 2223–2232. Bibcode : 2013EcoEv...3.2223B. doi : 10.1002/ece3.611 . ISSN  2045-7758. PMC 3728959. PMID 23919164  . 
  10. ^ Graw, Frederik; Magnus, Carsten; Regoes, Roland R (2010). «Теоретический анализ эволюции иммунной памяти». BMC Evolutionary Biology . 10 (1): 380. Bibcode : 2010BMCEE..10..380G. doi : 10.1186/1471-2148-10-380 . ISSN  1471-2148. PMC 3018457. PMID 21143840  . 
  11. ^ Mina MJ, Kula T, Leng Y, Li M, Vries RD, Knip M и др. (2019-11-01). «Инфекция вирусом кори снижает уровень уже существующих антител, которые обеспечивают защиту от других патогенов». Science . 366 (6465): 599–606. Bibcode :2019Sci...366..599M. doi :10.1126/science.aay6485. hdl : 10138/307628 . ISSN  0036-8075. PMC 8590458 . PMID  31672891. S2CID  207815213. 
  12. ^ Слифка, Марк К., Мехрдад Матлубиан и Рафи Ахмед (1995). «Костный мозг является основным местом долгосрочного производства антител после острой вирусной инфекции». Журнал вирусологии , 69(3) , 1895–1902.
  13. ^ Кассиотис, Джордж и др. «Нарушение иммунологической памяти при отсутствии MHC, несмотря на выживание Т-клеток памяти». Nature immunitylogy 3.3 (2002): 244.
  14. ^ Саллусто, Федерика и др. «Два подтипа Т-лимфоцитов памяти с различными потенциалами возвращения и эффекторными функциями». Nature 401.6754 (1999): 708.
  15. ^ Полони, Чад; Шонхофер, Коул; Айвисон, Сабина; Левингс, Меган К.; Штайнер, Теодор С.; Кук, Лора (24.02.2023). «Анализ маркеров, индуцированных активацией Т-клеток, в здоровье и при заболеваниях». Иммунология и клеточная биология . 101 (6): 491–503. doi : 10.1111/imcb.12636 . ISSN  1440-1711. PMC 10952637. PMID 36825901  . 
  16. ^ abc Netea, Михай Г.; Домингес-Андрес, Хорхе; Баррейро, Луис Б.; Чавакис, Триантафиллос; Дивангахи, Мазиар; Фукс, Элейн; Йоостен, Лео А.Б.; ван дер Меер, Йос ВМ; Мхланга, Муса М.; Малдер, Уиллем Дж. М.; Риксен, Нильс П.; Шлитцер, Андреас; Шульце, Иоахим Л.; Стабель Бенн, Кристина; Сан, Джозеф К. (июнь 2020 г.). «Определение тренированного иммунитета и его роли в здоровье и болезни». Обзоры природы Иммунология . 20 (6): 375–388. дои : 10.1038/s41577-020-0285-6. ISSN  1474-1741. PMC 7186935. PMID  32132681 . 
  17. ^ abcd Фануччи, Стефани; Домингес-Андрес, Хорхе; Йоостен, Лео А.Б.; Нетя, Михай Г.; Мхланга, Муса М. (12 января 2021 г.). «Пересечение эпигенетики и метаболизма в тренированном иммунитете». Иммунитет . 54 (1): 32–43. doi : 10.1016/j.immuni.2020.10.011 . hdl : 2066/229964 . ISSN  1074-7613. PMID  33220235. S2CID  227124221.
  18. ^ Хартунг, Франциска; Эссер-фон Бирен, Джулия (2022-09-05). «Тренированный иммунитет при иммунных реакциях типа 2». Mucosal Immunology . 15 (6): 1158–1169. doi :10.1038/s41385-022-00557-0. ISSN  1935-3456. PMC 9705254. PMID 36065058  . 
  19. ^ Ордовас-Монтанес, Хосе; Беяз, Семир; Ракофф-Наум, Сет; Шалек, Алекс К. (май 2020 г.). «Распределение и хранение воспалительной памяти в барьерных тканях». Nature Reviews Immunology . 20 (5): 308–320. doi :10.1038/s41577-019-0263-z. ISSN  1474-1741. PMC 7547402. PMID  32015472 . 
  20. ^ Netea, Mihai G.; Schlitzer, Andreas; Placek, Katarzyna; Joosten, Leo AB; Schultze, Joachim L. (2019-01-09). «Врожденная и адаптивная иммунная память: эволюционный континуум в ответе хозяина на патогены». Cell Host & Microbe . 25 (1): 13–26. doi : 10.1016/j.chom.2018.12.006 . ISSN  1931-3128. PMID  30629914. S2CID  58623144.
  21. ^ Дивангахи, Мазиар; Ааби, Питер; Хадер, Шабаана Абдул; Баррейро, Луис Б.; Беккеринг, Сирун; Чавакис, Триантафиллос; ван Кревель, Рейнаут; Кертис, Найджел; Динардо, Эндрю Р.; Домингес-Андрес, Хорхе; Дуивенворден, Рафаэль; Фануччи, Стефани; Файад, Захи; Фукс, Элейн; Хамон, Мелани (январь 2021 г.). «Обученный иммунитет, толерантность, прайминг и дифференциация: различные иммунологические процессы». Природная иммунология . 22 (1): 2–6. дои : 10.1038/s41590-020-00845-6. ISSN  1529-2916. ПМК 8020292 . PMID  33293712.