Пересадка роговицы является наиболее успешной и часто выполняемой процедурой аллотрансплантации по сравнению с пересадкой других органов и тканей. В мире ежегодно осуществляется более 65 000 трансплантаций роговицы [1].

Известно, что результат пересадки роговицы имеет выраженную зависимость от этиологии ее поражения. В то время как у реципиентов с кератоконусом и некоторыми формами дистрофии роговицы частота прозрачного приживления в первые 2 года после кератопластики в среднем равна 90%, у пациентов «группы высокого риска» с воспалительной этиологией повреждения после неоднократных кератопластик вероятность неблагоприятного исхода аллотрансплантации может достигать 70% [2, 3].

Иммунная реакция тканевой несовместимости (отторжение трансплантата, реакция трансплантационного иммунитета) остается одной из самых распространенных причин неудовлетворительного результата сквозной кератопластики. Случаи развития реакции отторжения трансплантата роговицы, по данным литературы, колеблются от 2,3 до 65% в зависимости от факторов риска, имеющих место у реципиента [4, 5]. Следовательно, для пациентов с высоким риском отторжения роговичного трансплантата нужны совершенные средства подавления выраженного иммунного ответа.

Pезультаты трансплантации внутренних органов за последние 40 лет существенно улучшились благодаря развитию более эффективных путей профилактики и лечения реакции тканевой несовместимости. Так, с развитием молекулярных технологий тканевое типирование стало намного точнее. Системная иммуносупрессия, применяемая в послеоперационном периоде, стала гораздо эффективней. Увеличилась доля пациентов, получающих орган от живых родственных доноров. Все эти процедуры в полной мере не применимы для трансплантации роговицы. Тканевое типирование не так результативно из-за существенно меньшей значимости антигенов гистосовместимости при кератотрансплантации. Значительное снижение остроты зрения считается показанием для кератопластики, но не является состоянием, напрямую угрожающим жизни больного. Следовательно, системная иммуносупрессия, связанная с вероятностью серьезных побочных влияний на жизненно важные органы, не всегда может быть оправданной. При выполнении сквозной кератопластики нет возможности забора роговицы у живого родственного донора без последующего нарушения функций глаза.

Иммунная привилегированность глаза — известный факт, однако механизмы, лежащие в основе этого феномена, изучаются со времен Медавара (1948) и до настоящего времени [6].

Вероятно, эта привилегия появилась в процессе эволюции и была связана с двойной ролью роговицы, которая является как оптическим элементом глаза, так и частью его внешней фиброзной оболочки, выполняющей защитную функцию и взаимодействующей с окружающей средой. Иммунная обособленность позволяет минимизировать повреждение структур роговицы при воспалительной реакции, максимально сохраняя оптические свойства. В основе иммунной привилегии лежит уникальное сочетание анатомии роговицы и физиологии передней камеры, которое посредством взаимодействия множества механизмов и молекул, функционирующих как единый комплекс, позволяет ей «уклониться» от иммунного ответа через низкую иммуногенность и выработку аллоантигенной толерантности [7, 8]. Иммунная привилегия прекращается в условиях, в которых иммунная система распознает убедительный «сигнал опасности» и «решает», что сохранение жизни важнее сохранения зрения. Так, у мыши с удаленным тимусом и нарушенной функцией Т-лимфоцитов герпетическая инфекция роговицы не ведет к слепоте вследствие ее помутнения, а приводит к гибели особи из-за вирусного энцефалита [9].

В настоящее время выделяют 3 основных механизма иммунной привилегии глаза: 1) блокада индукции иммунного ответа (афферентная блокада), обеспечиваемая особенностью морфологии глазного яблока и иммунологическим игнорированием; 2) изменение (девиация) иммунного ответа посредством установки иммунной толерантности; 3) удаление иммунных эффекторных элементов из интерфейса хозяин — трансплантат за счет иммуносупрессивного микроокружения глаза [10, 11].

1. Афферентнаяблокада

Особенности морфологии глаза. Гематоофтальмический барьер и отсутствие во внутренних отделах глаза подлинной лимфатической дренажной системы ограничивают возможность внутриорганной сенсибилизации лимфоцитов. В дополнение клетки неповрежденного эпителия роговицы ингибируют рост кровеносных и лимфатических сосудов.

Роговица — уникальная аваскулярная ткань, в которой отсутствуют как кровеносные, так и лимфатические сосуды. Кроме того, плотные контакты между клетками эндотелия капилляров внутри глаза являются основой гематоофтальмического барьера [12]. Гематоофтальмический барьер препятствует миграции через сосудистую стенку неактивированных лейкоцитов, например T- и B-клеток, естественных клеток-киллеров (NK-клеток), макрофагов и гранулоцитов. Гематоофтальмический барьер непроницаем для макромолекул, в частности для антител, комплемента и факторов свертывания. Считалось, что появление кровеносных сосудов в ложе роговичного трансплантата способствует индукции аллоиммунитета, обеспечивая свободный доступ иммунных элементов к донорскому лоскуту. Более 40 лет назад было отмечено, что стимулы, провоцирующие развитие неоваскуляризации, также способствуют росту лимфатических сосудов, дренирующих роговицу [13]. В настоящее время лимфатическим сосудам придается основное значение в стимуляции реакции отторжения роговичного аллотрансплантата. [14]. Блокада лимфангиогенеза резко уменьшает частоту реакции отторжения роговичного трансплантата, даже при наличии крупных кровеносных сосудов, проникающих в ложе трансплантата [15]. Имеются данные, что эпителий роговицы и стромальные клетки секретируют растворимую форму рецептора эндотелиального фактора роста сосудов-2 (vascular endothelial growth factor receptor-2 — VEGFR-2), который блокирует VEGF-C и ингибирует лимфангиогенез в роговице, но не влияет на гемангиогенез [16]. Местное продуцирование VEGFR-2 может объяснить, почему здоровая роговица сохраняет свой алимфогенный статус, предотвращая вторжение лимфатических сосудов. В роговице также обнаружена выработка эндостатина, который является протеолитическим фрагментом молекулы коллагена XVIII типа. Он ингибирует как гем-, так и лимфангиогенез [17].

Роговица человека относительно бесклеточна. В ней мало клеток, способных к обработке и презентированию антигена, имеющих решающее значение при инициировании реакции отторжения трансплантата. Те виды, в частности мыши, у которых в строме отмечена большая популяция антигенпрезентирующих клеток (АПК), склонны к спонтанной реакции отторжения трансплантата. В норме роговица человека имеет небольшое количество клеток Лангерганса в эпителии, ограниченную популяцию интерстициальных дендритных клеток и макрофагов на периферии стромы [18].

Иммунологическое игнорирование. Все клетки особей в пределах одного вида экспрессируют поверхностные полиморфные белки, называемые антигенами главного комплекса гистосовместимости (major histocompability complex — МНС), которые отличают одного индивида от другого. MHC-гены полиморфны и насчитывают множество аллельных вариантов, что создает большую вероятность несовпадения антигенов между донором и реципиентом при аллогенной трансплантации и может повышать риск реакции тканевой несовместимости [19]. У людей гены, которые кодируют антигены МНС, формируют плотный регион на 6-й хромосоме и называются генами человеческого лейкоцитарного антигена (HLA-human leukocyte antigen) [7]. МНС-антигены могут быть классифицированы на 2 вида. МНС типа I обнаруживается на всех ядросодержащих клетках организма и тромбоцитах. МНС-антигены типа II выражены более избирательно и ограничены клеточной поверхностью иммунокомпетентных АПК, таких как дендритные клетки, макрофаги и клетки Лангерганса [7, 8].

Клетки роговицы в покое не экспрессируют молекулы главного комплекса гистосовместимости типа II (однако при одновременной стимуляции интерфероном-гамма (ИФ-γ) и фактором некроза опухоли-альфа (ФНО-α) они появляются на эндотелии), а экспрессия главного комплекса гистосовместимости типа I снижена. Другой класс поверхностных клеточных белков — это минорные антигены гистосовместимости, которые в отличие от МНС, кодируются по всему геному в различных локусах. Для того чтобы быть распознанными как чужеродные антигены, минорные антигены гистосовместимости должны быть обработаны АПК реципиента и презентированы с МНС-II молекулой. Минорные антигены найдены на эпителиальных клетках. Их экспрессия повышается при реакции тканевой несовместимости. Вероятно, основной мишенью реакцию отторжения после кератопластики являются не МНС-антигены, а минорные антигены роговичного аллотрансплантата.

2. Периферическая толерантность к интраокулярным антигенам

Эта особенность системного иммунного ответа на антигены, попавшие внутрь глаза, называется «иммунным отклонением, связанным с передней камерой» — ACAID (от англ. «anterior chamber associated immune deviation»). Аллоантигены, оказавшиеся в передней камере, индуцируют уникальный спектр системной иммунной реакции, кульминацией которой становится подавление антиген-специфической гиперчувствительности замедленного типа (ГЧЗТ) [20, 21]. То есть, антигенный материал в передней камере глаза вызывает необычный иммунный ответ, характеризующийся тем, что не активируются клетки Т-хелперы 1-го и 2-го типа, лимфоциты секретируют только те классы антител, которые не связывают комплемент, а иммунный ответ осуществляют только активированные CD8⁺ Т-цитотоксические лимфоциты и антитела. Механизм развития ACAID достаточно сложен и не изучен до конца [21, 22]. Для его включения требуется определенное время. Он может быть недостаточен, чтобы предотвратить активную сенсибилизацию к чужеродным антигенам [23].

3. Иммуносупрессивное микроокружение в глазу (эфферентная блокада)

Регуляторные молекулы клеток глаза. Этот механизм иммунной привилегии обеспечивается экспрессией на поверхности интраокулярных клеток регуляторных молекул Fas-лиганда (CD95), индуцирующих апоптоз в активированных Т-клетках и стимулирующих нейтрофилы; мембранных ингибиторов компонентов активации комплемента (CD46,55,59,Crry); CD86, который препятствует активации Т-клеток; лиганда программируемой гибели клеток-1 (programmed death-ligand 1 — PD-L1) и др. Аллотрансплантаты, полученные от донора с нарушенной выработкой Fas-лиганда (gld/gld мутации c57bl/6 мыши), демонстрируют 2-кратное увеличение случаев реакции тканевой несовместимости по сравнению с их нормальными аналогами [24, 25]. Подобное происходит с PD-L1, который представлен на клетках роговицы, и при его взаимодействии со своими рецепторами PD-1 на Т-лимфоцитах ингибируется пролиферация этих клеток (лимфоцитов), индуцируется их апоптоз и блокируется производство провоспалительных цитокинов, ИФ-γ [25, 26]. Для аллотрансплантатов роговицы, лишенных PD-L1, характерен резкий рост частоты и выраженности иммунного отторжения по сравнению с нормальными типами донорского материала [30, 31]. Хотя в роговице также выявлен родственный фактору некроза опухоли апоптоз-индуцирующий лиганд (tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand — TRAIL), который, как FAS-лиганд и PD-L1, регулирует запрограммированную гибель Т-лимфоцитов, нет никаких опубликованных отчетов, указывающих, что TRAIL способствует иммунной привилегии аллотрансплантата роговицы [27, 28].

Регуляторные молекулы во влаге передней камеры. Эффекторное звено иммунной реакции направлено на все клеточные компоненты роговицы, но эндотелий является основной мишенью. Этот клеточный монослой не имеет возможности восстанавливаться и не замещается клетками реципиента в процессе приживления трансплантата.

На эндотелии роговицы, как и на множестве клеток центральной нервной системы, мало или нет молекул МНС типа I. Одной из задач натуральных клеток-киллеров (NK-клетки) является инактивация всех клеток, нормальных или опухолевых, на которых отсутствует экспрессия молекул МНС типа I [29]. Эндотелий роговицы может быть подвержен риску нападения NK-клеток, которые обнаруживаются во влаге передней камеры после аллотрансплантации роговицы. [30]. Однако внутриглазная жидкость, омывающая эндотелий роговицы, содержит по меньшей мере две молекулы, которые производят немедленное и пролонгированное ингибирование активности NK клеток и, предположительно, защищают роговичный аллотрансплантат от NK-клеточного отторжения и цитолиза. Это — трансформирующий фактор роста бета 2 (Transforming growth factor beta 2 — TGF-β2), который супрессирует активацию Т-клеток, NK-клеток и макрофагов и обеспечивает толерантно-генные свойства АПК, а также фактор, ингибирующий миграцию макрофагов, сдерживающий NK клетки от лизиса своих мишеней [31]. Помимо этих молекул, во влаге передней камеры выявлены вазоактивный интестициальный полипептид, супрессирующий антиген- и митогенвызванную пролиферацию Т-клеток; тромбоспондин, стимулирующий АПК к секреции TGF-β2, CXCL2 (chemokine (C-X-C motif) ligand 2) и снижающий продукцию ими интерлейкина-12 (ИЛ-12) и CD40; пептид, связанный с геном кальцитонина, снижающий продукцию NO макрофагами, подавляющий способность АПК индуцировать дифференцировку Т-хелперов1; растворимый ингибитор активации комплемента — СD46, CD55, CD59, CD95L, ингибирующий активацию полиморфно-ядерных лейкоцитов; рецепторный антагонист ИЛ-1, подавляющий провоспалительный эффект ИЛ-1 [21, 22, 32].

При остром воспалительном процессе в результате нарушения гематоофтальмического барьера в роговицу попадают иммунокомпетентные клетки и крупные молекулы [33]. При хроническом воспалении новообразованные сосуды становятся причиной «подключения» роговицы к сосудистой и лимфатической циркуляции [34]. Кроме того, при воспалении увеличивается экспрессия антигена гистосовместимости [35]. Грубое заживление ран, а также послеоперационные или рецидивирующие воспалительные явления существенно увеличивают в роговице популяцию клеток костно-мозгового происхождения, которые способны обрабатывать и презентировать (представлять) антиген. Эта популяция сохраняется в течение 1 года после подавления воспаления. А количество этих клеток в роговице реципиента прямо коррелирует с реакцией отторжения трансплантата и частотой его помутнения — чем больше число клеток в ложе реципиента, тем выше риск отторжения трансплантата [36].

Отторжение трансплантата роговицы происходит, когда иммунный ответ хозяина, вызванный клетками и медиаторами врожденной и адаптивной иммунной реакции и направленный на антигены донорского лоскута, приводит к разрушению тканей. Иммунный ответ может развиваться в любом из основных слоев роговицы избирательно или в сочетании. Реакция в эпителии роговицы и строме бывает обратимой, но отторжение в эндотелиальном слое неизменно приводит к потере эндотелиальных клеток, что часто становится причиной помутнения трансплантата [37].

Известно несколько этапов каскадной активации иммунных реакций при отторжении роговичного трансплантата, которые могут поддаваться терапевтическому воздействию. Эти этапы включают поглощение антигена, обработку антигена, презентацию антигена, T-клеточную экспансию, приток эффекторных клеток в глаз. Два первых этапа, вероятно, хотя бы частично проходят в глазу и подвержены влиянию местно применяемых препаратов или генной терапии.

Поглощение антигена. Для того чтобы антигены были «распознаны» Т-клетками, они должны быть поглощены и представлены АПК. Есть многочисленные популяции потенциальных АПК внутри глаза, которые могут поглощать аллоантиген. Макрофаги и дендритные клетки локализуются в радужной оболочке, в трабекулярной сети, в сосудистой оболочке и эписклере [33]. Клетки Лангерганса, находящиеся на периферии роговицы, мигрируют в трансплантат после кератопластики. Совсем недавно в центре роговицы были найдены незрелые дендритные клетки с отсутствием или малым количеством МНС-II. Но с изменением микроокружения роговицы от покоя к воспалительному состоянию, как при трансплантации роговицы, они начинали экспрессировать MHC-II и увеличивали свою плотность [38, 39]. После того как дендритные клетки созревают, они начинают продуцировать костимуляторные молекулы, такие как CD80, CD86 и CD40 [39], а также дифференциальные молекулы адгезии, которые активируют Т-клеточные рецепторы и индуцируют пролиферацию Т-клеток посредством одновременного высвобождения цитокинов. Среди таких цитокинов, вырабатываемых АПК, известны ИЛ-1, ИЛ-6 и ИЛ-12 [40].

AПК, которые захватывают антигены трансплантата и транспортируют их к лимфатическим узлам в течение нескольких часов после пересадки роговицы, вероятно, наиболее важны для сенсибилизации [41]. В то же время есть доказательства, что растворимые белковые антигены из передней камеры могут отдельно распространяться как в селезенку [42], так и мезенхимальные лимфатические узлы [43].

С терапевтической точки зрения можно достаточно эффективно подавлять процесс поглощения антигена в роговице путем уменьшения количества АПК.

На моделях грызунов снижение количества постоянно присутствующих макрофагов после субконъюнктивальной инъекции липосом, содержащих клодронат, уменьшало частоту реакции тканевой несовместимости на ранней стадии после трансплантации [44]. Тем не менее существенное уменьшение количества макрофагов повышает риск инфекционных, в том числе вирусных, осложнений. Кроме того, поскольку небольшое количество дендритных клеток, имеющих контакт с антигеном, все равно попадет в региональные лимфатические узлы и вызовет сенсибилизацию, терапевтический эффект этого подхода может оказаться недостаточным.

Обработка и презентация антигена. Для того чтобы быть представленным (презентированным) на поверхности АПК, экзогенный антиген должен быть обработан внутри этой клетки. Существует два пути презентации антигена. Прямой путь осуществляется презентацией донорских антигенов Т-клеткам непосредственно донорскими АПК путем распознавания чужой МНС-II на своей поверхности, в результате чего происходит пролиферация прямых аллореактивных эффекторных Т-клеток [8]. При непрямом пути донорские антигены захватываются АПК реципиента и транспортируются в дренажные лимфатические узлы, где происходит презентация антигена путем распознавания своей MHC-II необученными Т-клетками [8]. Сначала считалось, что только непрямой путь играет роль в реакции отторжения роговичного трансплантата [45]. В настоящее время доказано участие в реакции и прямого и непрямого пути, особенно у пациентов «высокого риска» с высокой иммуногенностью и нарушенной иммунной привилегией [46—49].

Преобладание непрямого пути представления антигена во время реакции отторжения роговичного трансплантата означает, что белки, участвующие в обработке МНС типа II, могут быть идеальной терапевтической целью. АПК, такие как макрофаги и дендритные клетки, содержат все необходимое для обработки и представления антигена с молекулой МНС типа II на их поверхности. Существует ряд возможностей для терапевтического воздействия на процесс обработки антигена. В то время как созревание АПК и обработка антигена, вероятно, происходят во время транспортировки к лимфатическому узлу, лечебные мероприятия, применяемые местно до операции или во время ее проведения, могут иметь влияние на представленные в глазу АПК. Катепсин S является ферментом, который вызывает деградацию инвариантной белковой цепи в процессе образования стабильного МНС-II антиген-комплекса на поверхности клетки, позволяющего взаимодействовать с CD4 Т-клетками хозяина, несущими родственный рецептор Т-клеток (T cell receptor — TCR). Ингибиторы катепсина, такие как протеазы семейства цистатинов, ингибирующие цистеин, останавливают обработку антигена. Задержка сенсибилизации из-за недостаточной обработки антигена может предотвратить острую реакцию отторжения и повысить частоту прозрачного приживления трансплантата [50].

Презентация антигена представляет собой процесс, в котором обработанный аллоантиген появляется на Т-клетке в ассоциации с молекулами МНС и TCR.

Несмотря на сложность процесса взаимодействия между АПК и иммуноцитами хозяина, не исключена перспективность аллоспецифического терапевтического вмешательства. Антитела к ключевым элементам презентации антигена, такие как анти-CD4- и анти-CD3-антитела и CTLA4-Ig-спаянный белок, относительно успешно использовались в клинической практике. Но подобные средства действуют больше неспецифически, подавляя иммунный ответ, и будучи примененными системно, вызывают системную иммуносупрессию, что не часто используется в трансплантации роговицы. Размер же целых молекул антител является слишком большим для проникновения в роговицу. Поэтому они неприменимы местно [51, 52].

Из-за того, что презентация антигена после трансплантации роговицы происходит дистально в регионарных лимфатических узлах, большинство препаратов, применяемых местно для воздействия на этот процесс, вряд ли будут иметь существенных эффект. Тем не менее одним из перспективных подходов к подавлению презентации аллоантигена донорской роговицы является прерывание взаимодействия клеток-хемокинов, вовлеченных в транспортировку «загруженных» антигеном АПК из глаза в лимфатические узлы. Экспериментальная блокада CCR7-CCL21 пути уменьшает в лимфатическом узле количество АПК, попавших туда из глаза [53]. Другие подходы, например местное использование ИЛ-10, вероятно, будут препятствовать созреванию и/или транспортировке АПК глаза. ИЛ-10 способствует развитию моноцитов с высокой фагоцитирующей возможностью, но низкой способностью к презентации антигена [54].

Эффекторное звено иммунного ответа на аллотрансплантат. Активация Т-клеток, их пролиферация и клональное распространение являются последствиями презентации антигена. Клональное распространение происходит под действием ИЛ-2 в дренажных лимфатических узлах и связанной с ними лимфоидной ткани. Наиболее выраженное воздействие блокаторов кальцинейрина, таких как циклоспорин, А и FK 506 (такролимус), на клональную экспансию, контролируемую ИЛ-2, происходит в лимфатических узлах и других лимфоидных тканях, за пределами досягаемости местной терапии глазными каплями. Следовательно, для профилактики и лечения реакции отторжения роговичного трансплантата необходимо системное введение блокаторов кальцинейрина. Ни циклоспорин А, ни FK-506 не показали достоверную эффективность при местном применении [50, 55—58].

Как отмечено выше, лимфатические узлы служат местом концентрации для аллогенной сенсибилизации и активации Т-клеток. После этого включается эффекторное звено или фаза экспрессии иммуноопосредованного отторжения трансплантата. Именно эта фаза приводит к фактическому разрушению трансплантата, делая лимфатические узлы очень важным звеном в процессе отторжения [10]. В поддержку важности дренажных лимфатических узлов при реакции отторжения говорят эксперименты по удалению у мышей перед трансплантацией роговицы шейных лимфатических узлов. При этом прозрачное приживление трансплантата происходило практически у всех особей вместе с подавлением аллоспецифической ГЧЗТ независимо от предоперационного риска [14, 59].

Иммуноопосредованное повреждение трансплантата начинается с высвобождения цитокинов, таких как ФНО-альфа и ИЛ-1. В условиях трансплантации роговицы у пациентов с «высоким риском» цитокины стимулируют дальнейшую продукцию различных ранних хемокинов. Избыточная экспрессия хемокинов белка хемотаксиса-1 моноцитов (MCP-1) (хемокинов CC мотив лиганда 2; CCL2), макрофагального воспалительного белка (MIP) MIP-1α (CCL3) и MIP-1β (CCl4) при остром отторжении трансплантата приводит к дополнительному привлечению АПК и Т-клеток в роговицу [7, 60].

После того как трансплантат и инфильтрирующие лейкоциты высвобождают поздние хемокины, начинается стимуляция проникновения аллореактивных Т-клеток в трансплантат [8]. Аллореактивные Т-клетки мигрируют в роговицу, распознают МНС-антигены донора и вызывают развитие Т-клеточной памяти [8].

За последние десятилетия были достигнуты значительные успехи в изучении комплекса физиологических, анатомических и иммунорегуляторных свойств, формирующих иммунную привилегию роговицы реципиента и роговичного трансплантата. Стала более понятна патофизиология реакции отторжения донорского лоскута после кератопластики. Тем не менее необходимы дальнейшие исследования, разделяющие иммунные клеточные сигналы и пути их передачи, изучающие регуляторные механизмы, клеточные и молекулярные медиаторы реакции тканевой несовместимости. Развитие таргетной биологической терапии в дальнейшем может обеспечить новые пути восстановления иммунной толерантности роговой оболочки глаза и лечения реакции тканевой несовместимости у пациентов из группы «высокого риска» с минимумом побочных явлений и длительным терапевтическим эффектом.

Конфликт интересов отсутствует.