Иммунная система

Иммунные процессы осуществляются клетками костномозгового про-

исхождения, относящимися к двум кроветворным линиям — миелоидной

и лимфоидной . Миелоидные клетки ≪отвечают≫ за реакции врожденного,

лимфоидные — преимущественно за реакции адаптивного и только час-

тично — врожденного иммунитета (рис. 1.2).

Врожденный иммунитет реализуется клетками (преимущественно фаго-

цитами), практически не нуждающимися в межклеточных контактах и ком-

муникациях. В связи с этим отсутствует необходимость их локализации в

специализированных органах иммунной системы: амебоциты беспозвоноч-

ных и миелоидные клетки позвоночных широко распределены по организ-

му; особенно богаты ими барьерные ткани. До формирования адаптивного

иммунитета (например, у беспозвоночных) специальные органы иммунной

системы отсутствовали.

Адаптивный иммунный ответ основан на постоянных межклеточных

контактах и кооперации между клетками. Кроме того, в связи с клональной

природой ответа возникает необходимость в особых механизмах концент-

рации (рекрутирования) клеток конкретных клонов в определенном месте.

Обеспечение диалога между клетками и их вовлечение в иммунный ответ

возможно лишь в условиях органной структуры. Поскольку адаптивный

иммунный ответ обеспечивается лимфоидными клетками, органы иммун-

ной системы являются прежде всего лимфоидными органами.

Иммунная система состоит из центрального и периферического отде-

лов (рис. 1.3).

Центральный отдел содержит органы (первичные, или цент-

ральные,лимфоидные органы), в которых происходят дифференцировка и

созревание лимфоцитов: костный мозг и тимус (вилочковая железа ).

Костный мозг — основной орган лимфо- и гемопоэза. Кроме того, он служит местом

сосредоточения эффекторных клеток адаптивного иммунитета (например,

плазмоцитов). Таким образом, только тимус является чисто центральным

лимфоидным органом. Основная его функция — обеспечение развития

Т-лимфоцитов (см. ниже). У птиц, некоторых рептилий, а также у жвачных

млекопитающих имеется особый тип центральных лимфоидных органов или

лимфоидных структур, в которых развиваются В-лимфоциты (у птиц иреп-

тилий — сумка, или бурса Фабриция ).

Название центральных лимфоидных органов определило обозначение основных типов лимфоцитов: Т (тимусзависимые) иВ (бурсазависимые ).

Название третьего типа лимфоидных клеток —

NK-клеток— происходит от выполняемой ими функции(естественные кил-

леры— naturalkillers ).

Периферический отдел иммунной системы образован вторичными (пери-

ферическими) лимфоидными органами : неинкапсулироваными лимфоид-

ными структурами, связанными со слизистыми оболочками, диффузно

распределенными лимфоидными и миелоидными клетками и инкапсули-

рованными (т.е. истинными, морфологически изолированными) лимфоид-

ными органами. Лимфоидные органы взаимосвязаны путями рециркуляции

лимфоцитов (лимфатическая и кровеносная системы). Выделяют 3 раз-

новидности инкапсулированных лимфоидных органов — лимфатические

узлы, селезенка и пейеровы бляшки . Все лимфоидные органы организова-

ны сходным образом. В качестве примера можно рассмотреть структуру

лимфатических узлов (см. рис. 3.68). В них выделяют зоны сосредоточения

Т-лимфоцитов (паракортикальные зоны), В-лимфоцитов (фолликулы), а

также сегменты, в которых В- и Т-клетки соседствуют друг с другом.

В селезенке аналогично структурирована белая пульпа. Собственно,именно

белая пульпа представляет вторичный лимфоидный орган, тогда как крас-

ная пульпа имеет иную структуру и ее функции только частично относятся

к иммунитету. Аналог лимфатических узлов — пейеровы бляшки кишеч-

ника, содержащие структуры, связанных с транспортом антигенов через

эпителиальный барьер; их главным компонентом являются эпителиальные

М-клетки. Лимфоидные образования слизистых оболочек ( миндалины,

одиночные фолликулы, аппендикс) соответствуют отдельным структур-

ным элементам лимфоидных органов, чаще всего лимфоидным фолли-

кулам. Комплекс этих образований вместе с диффузно распределенными

лимфоцитами, пейеровыми бляшками и региональными лимфатическими

узлами формирует лимфоидную ткань, связанную со слизистыми оболочками

(Mucosa-associated lymphoidtissue — MALT). Стромальныеклетки лимфоид-

ных органов и MALT способны привлекать клетки соответствующих типов

и поддерживать их жизнеспособность, т.е. формируют для них нишу.

Завершив развитие в костном мозгу, миелоидные клетки поступают в

кровь и некоторое время (обычно короткое) циркулируют в кровотоке.Из

кровотока они мигрируют в ткани, в которых живут от нескольких сутокдо

месяцев или лет. Кроме такого конститутивного пути миграции, существует

экстренная миграция клеток (в основном миелоидных) из кровотока вместа

контакта с патогеном и очаг воспаления. Миелоидные клетки, участвую-

щие в иммунных процессах, представлены моноцитами, нейтрофильными,

эозинофильными и базофильными гранулоцитами. Некоторые разновидности

миелоидных клеток практически не выявляются в кровотоке (хотя онитоже

проходят стадию циркуляции), но присутствуют в тканях: тучные клетки

и 2 типа тканевых клеток, образующихся из моноцитов, — макрофагии

дендритные _клетки. Последние играют роль посредника между врожденным

и адаптивным иммунитетом. Миелоидные клетки экспрессируют комплекс

рецепторов, распознающих PAMP.

Как уже было упомянуто, выделяют 3 основных типа лимфоцитов —

Т-, В- и естественные киллеры. NK-клетки относят к клеткам врожденного

иммунитета. Естественные киллеры распознают молекулы (стрессорные

молекулы), отличные от распознаваемых миелоидными клетками(PAMP).

Как отмечалось, В- и Т-лимфоциты распознают антигены, однако это

распознавание происходит по-разному. Иммуноглобулиновый рецептор

В-клеток (BCR) дает им возможность распознавать нативный антигенкак

в свободной, так и в связанной с мембранами формах. Рецептор Т-клеток

(TCR) распознает только фрагменты антигена, связанные с молекулами

MHC. В процесседифференцировки в Т- и В-лимфоцитах происходит

перестройка генов, кодирующих рецепторы для антигенов. В результате

каждая клетка экспрессирует рецептор, уникальный по специфичности.

Рецепторы такой же специфичности имеют все потомки этой клетки (клон).

В процессе селекции погибает большинство опасных аутоспецифических

клонов как Т-, так и В-клеток. Популяции Т- и В-лимфоцитов участвуют в

иммунных реакциях клонального типа, при которых в ответ вовлекаются

только клетки клонов, экспрессирующих рецепторы нужной специфичнос-

ти (в отличие от естественных киллеров, не отличающихся друг от другапо

специфичности).

Популяции лимфоцитов гетерогенны не только по структуре анти-

генраспознающего рецептора. К естественным (т.е. формирующимся в

процессе нормальной дифференцировки, не связанной с действием чуже-

родных антигенов) относят 3 субпопуляции В-клеток. В1-клетки локали-

зованы в серозных полостях и барьерных тканях, несут рецептор с низкой

специфичностью к антигену, спонтанно вырабатывают низкоаффинные

антитела преимущественно IgM-изотипа, в том числе к аутоантигенам.

В- клетки маргинальной зоны — клетки, сходные с В1, но локализующиеся в

маргинальной зоне селезенки. В2-клетки, которые мы привыкли называть

обычными В-клетками, локализованы в селезенке и лимфатических узлах

(в том числе в фолликулах), костном мозгу, лимфоидных тканях кишечни-

ка; эти клетки отвечают за образование высокоспецифичных и высокоаф-

финных антител разных изотипов.

Число естественных субпопуляций Т-лимфоцитов значительно боль-

ше. Прежде всего это — γδ Т и αβ Т-клетки,отличающиеся типом TCR,

а следовательно специфичностью распознавания и спектром функ-

ций. Среди αβ Т-клеток выделяют NKT-лимфоциты, совмещающие боль-

шинство функций NK клеток и некоторые функции Т-лимфоцитов.

От обычных αβ Т-клеток они отличаются ограниченностью репертуара спе-

цифичностей TCR и преимущественным участием в распознавании липид-

ных (а не пептидных) эпитопов. Среди ≪классических≫ αβ Т-клетоквыделя-

ют субпопуляции CD4+ и CD8+ Т-клеток, отличающиеся двумя основными

особенностями — распознаванием антигенных пептидов в составе разных

молекул MHC (соответственно классов II и I) и функцией: после стиму-

ляции антигеном CD4+ Т-клетки выступают в качестве хелперов,а CD8+

Т-клетки — в качестве цитотоксических Т-лимфоцитов. Если CD8+ Т-клетки

в процессе иммунного ответа функционируют как единая субпопуляция,

то среди CD4+ клеток выделяют несколько ≪адаптивных≫ субпопуляций, о

которых будет сказано ниже. Однако существует одна естественная субпо-

пуляция CD4+ Т-клеток, существенно отличающаяся от остальных Т-хелпе-

ров — естественные регуляторные Т-клетки . Их функция состоит в контроле

активности аутоспецифических клонов Т-лимфоцитов, не удаленных в про-

цессе отрицательной селекции, мигрировавших в периферический отдел

иммунной системы и создающих опасность аутоагрессии.

Лимфоциты, особенно Т-клетки, постоянно рециркулируют — выходят

из лимфоидных органов в лимфу, мигрируют с ней в кровоток и возвраща-

ются через посткапиллярные венулы обратно в орган. При этом благодаря

экспрессии молекул адгезии и рецепторов для хемокинов (хемотаксических

факторов, определяющих направление миграции клеток) рециркулирую-

щие клетки при каждом ≪витке≫ рециркуляции с высокой избирательнос-

тью попадают в участки лимфоидных органов, специализированные для

этого типа клеток. Некоторые миелоидные и лимфоидные клетки (в осо-

бенности ранее контактировавшие с антигеном) диффузно распределяются

в барьерных и в меньшей степени — в других нелимфоидных тканях.

Клетки иммунной системы существенно различаются по сроку жизни.

В соответствии с этим варьирует скорость их обновления.

Численность клеток каждого типа строго контролируется гомеостатическимимеханизмами.

АНТИГЕНЫ

Самое простое и по сути точное определение антигена (Аг) — это определение его как некоего вещества, которое по своей химической природе способно связать какие–либо антигенраспознающие рецепторы (Рц) лимфоцитов — T или В.

Тем не менее оно недостаточно удовлетворяет прикладным интересам биологов, иммунологов и врачей разных специальностей. Чтобы лимфоциты имели возможность что–либо распознавать во внутренней среде, человек сначала должен нечто ввести в организм или констатировать самопроизвольное попадание этого нечто в организм. Процедуру введения Аг в организм называют иммунизацией. В патологическом аспекте аллергологи иммунизацию называют сенсибилизацией. Ту форму вещества, которую вводят в организм с целью индукции иммунного ответа, называют иммуногеном или, что бывает чаще, тоже Аг.

Таким образом, в прикладном смысле Аг называют вещества или те формы веществ, которые при введении во внутреннюю среду организма способны индуцировать на себя иммунный ответ в виде выработки специфических антител (АТ) и/или иммунных T–лимфоцитов. Это не те же самые формы, которые способны связывать, например, Рц T–лимфоцитов для Аг.

Другие клетки — антигенпредставляющие (АПК), предварительно перерабатывают внутри себя иммуноген, превращая его в «видимую» для T–лимфоцита форму — комплекс пептида с молекулами MHC. Иммуноглобулины (АТ) же в отличие от T–лимфоцитов способны распознавать, т.е. связывать, эпитопы на нативных, непереработанных молекулах веществ. Какие же формы внешних веществ способны индуцировать иммунный ответ в организме млекопитающих, т.е. являются Аг в прикладном смысле? Опыт показывает, что иммуногенны достаточно крупные молекулы с молекулярной массой в несколько десятков тысяч дальтон, но в конкретных случаях можно индуцировать иммунный ответ и на относительно небольшие молекулы с относительной

молекулярной массой порядка сотен. По химической природе иммуногенны белки, полисахариды, фосфолипиды и их комбинации. Можно получить специфические АТ, связывающие малые молекулы, например, ароматических веществ, но для этого перед введением в организм животного эти малые молекулы необходимо конъюгировать с какой–либо макромолекулой. Малую молекулу в данном случае называют гаптеном,макромолекулу — носителем.

Строение антигена

Все антигены, несмотря на их огромное разнообразие, имеют общий принцип строения (Рис. 1-1). Основная часть молекулы антигена – несущая часть – определяет его иммуногенность. Антигенность же обуславливает участок молекулы антигена специфического состава и конфигурации (Рис.2-2), называемый эпитопом (в качестве синонимов используются также термины «антигенная детерминанта», «детерминантная группа антигена»).

Рис 1-1 Схема строения антигена

Рис 2-2. Схематическое расположение эпитопов на поверхности несущей части антигена

А. Количество идентичных эпитопов, содержащихся молекулой антигена, определяет его валентность. Например, на рис. 2.-2 антиген двухвалентен по всем пяти эпитопам. Б. Эпитоп формируется, как правило, 5-6 аминокислотными остатками (у белков) или 5-6 липополисахаридными остатками (у липополисахаридов). В. В зависимости от расположения в молекуле антигена (например, белка) эпитопы классифицируются на три группы. 1. Линейные (секвенциальные) эпитопы формируются первичной аминокислотной последовательностью белковой молекулы. Такие эпитопы взаимодействуют как с Т-, так и с В-лимфоцитами. 2. Поверхностные (конформационные) эпитопы образуются в результате вторичной, третичной или четвертичной конформации молекулы белка. Такие эпитопы реагируют с В-лимфоцитами. 3. Глубинные (скрытые) эпитопы проявляются при разрушении биополимера. Такие эпитопы реагируют с Т-лимфоцитами.

Главным свойством, определяющим, может или не может то или иное вещество быть Аг для данного организма, является способность этого вещества прочно связываться с клетками или/и межклеточным матриксом (т.е. тканями) данного организма и при этом быть доступным для распознавания лимфоцитами.

В прикладных аспектах Аг (точнее, иммуногены) классифицируют в соответствии с теми свойствами, которые важны для конкретного прикладного аспекта. Например, аллергологи классифицируют Аг (аллергены) на пищевые, пыльцевые, эпидермальные, бытовые, инсектные и т.п., т.е. в соответствии с источником происхождения и путями попадания в организм человека. Врачи, занимающиеся профессиональными болезнями, выделяют иммуногенные вещества «на рабочем месте»: латекс, красители, ксенобиотики и т.д. Трансплантологи классифицируют тканевые Аг на алло–, ксено– или сингенные, ткане–, органоспецифичные. Микробиологи классифицируют Аг микроорганизмов в соответствии с таксономической классификацией последних на видо–, типо–, подтипо– и группоспецифичные и т.д. Онкологи выделяют опухолеспецифичные Аг, раково-эмбриональные Аг, маркѐрные Аг. Биологи, занимающиеся морфогенезом, выделяют стадиоспецифические тканевые Аг, эмбриоспецифические Аг. И так в любой частной специальности вещества, способные индуцировать иммунный ответ, классифицируют по признакам, имеющим наибольшее значение именно для данной специальности.

Индукция иммунного ответа — сложный физиологический процесс. На одну и ту же форму иммуногена в одном и том же организме можно индуцировать иммунный ответ разной интенсивности в зависимости от применения или неприменения неких сопутствующих воздействий. Речь идѐт об адъювантах — веществах, способных усиливать иммунный ответ на заданный иммуноген. Адъювантными свойствами обладают вещества, способные индуцировать доиммунное воспаление в тканях, а медиаторы доиммунного воспаления — цитокины дендритных клеток, макрофагов, фибробластов, кератиноцитов (TNF–, ИЛ–1, ИЛ–12 и др.) способствуют развитию реакций лимфоцитарного иммунитета, т.е. собственно иммунного ответа. Классическими адъювантами являются адъювант Фройнда (смесь вазелиновых масел с инактивированными микобактериями туберкулѐза — это полный адъювант или без микобактерий — это неполный адъювант), гидроокись алюминия (алюминиевые квасцы), мурамилди– или трипептиды — синтетические аналоги компонентов бактериальных стенок. Большое количество работ выполнено отечественными исследователями в Институте иммунологии МЗ РФ по разработке новых полимерных синтетических адъювантов или носителей на основе поливинилпиридинов, азоксимера и других соединений полиэлектролитной/полиионной природы.

Как будет показано в дальнейшем, Аг могут быть вовсе не только чужеродные, но в той же, если не в большей мере и молекулы своего собственного организма. Антигенраспознающий Рц лимфоцита формируется в процессе дифференцировки, которую называют иммунопоэзом.Иммунопоэз большинства лимфоцитов происходит во внутренней среде организма, без доступа экзогенных субстанций, на территории лимфопоэтических органов (костного мозга, тимуса, барьерных слизистых оболочек). Таким образом, дифференцировка и отбор антигенраспознаюших Рц, в том числе предназначенных для связывания потенциальных чужеродных Аг, проходят при взаимодействиях исключительно со своими эндогенными антигенами.

Конкретные исследования показывают, что по природе Аг, т.е. то, что распознаѐт иммунная система, а именно антигенраспознающие Рц лимфоцитов — это молекулы наружных мембран клеток и клеточные продукты, секретированные из клетки. По биохимической природе Аг относятся к белкам, их производным — гликопротеинам, липопротеинам. Кроме того, Аг

бывают чистые углеводы, липополисахариды, фосфорилированные производные различных органических молекул.

Иммунитет не контролирует собственно генетический гомеостаз организма. Геном как таковой не объект действия для иммунитета. Иммунная система по своей природе распознаѐт то, что в классической генетике называют фенотипом, т.е. молекулы поверхности клеток и межклеточного матрикса.

Рецепторы распознавания «чужого»

 

 

Каким образом организм отличает «чужое», которое надо переварить (расщепить), от своего органического вещества, которое, напротив, нельзя расщеплять, по крайней мере, в норме? Какие клетки и молекулы первыми распознают, что инфекция проникла во внутреннюю среду данного организма?

 

Иммунология второй половины XX в., открывшая строение и беспрецедентное молекулярное разнообразие Рц лимфоцитов для Аг, «по умолчанию» исходила из представления, что лимфоциты и есть те уникальные клетки, которые распознают чужое своими Рц для Аг. Но иммунология начала XXI в. уже располагает такими новыми данными, которые позволяют осмыслить (в том числе и «старые» наблюдения) в аспектах новой теоретической концепции. Новая концепция рассматривает защиту от инфекций более системно (в пределах индивидуального организма) и более эволюционно (в плане родства всех форм жизни на Земле). В самом конце XX в. были получены некие новые данные. Эти результаты получены в работах по «ковровым» исследованиям геномов (в том числе генома человека), в моделях на мышах с нокаутом заданных генов в комбинации с трансфекцией тоже заданных генов с индуцибельной экспрессией и работах с использованием множества других новых методов. Новые данные, однако, побуждают современных исследователей все чаще вспоминать и цитировать работы И. И. Мечникова, посвященные функциям фагоцитирующих клеток.

 

Давно известно, что лимфоцитарный иммунный ответ начинает бороться с инфекцией не раньше чем через 7–8 дней от момента проникновения микроба в организм. Но в течение этого начального времени микробы вовсе не размножаются беспрепятственно на территории организма. Им противостоят перечисленные нами ранее биологические механизмы доиммунной защиты от инфекций (покровные ткани, сосудистые реакции, бактерицидные и бактериосвязывающие гуморальные компоненты секретов и сыворотки, фагоциты). Следовательно, клетки-носители доиммунной защиты от инфекций и их растворимые продукты распознают факт проникновения патогена в организм первыми, задолго (дни) «до» лимфоцитов.

Микробов во внешней среде бессчѐтное количество. Инфекционных заболеваний у млекопитающих мало по сравнению с многочисленностью окружающих микробов. Очевидно, что бoльшую часть микробов инактивируют именно доиммунные механизмы резистентности к инфекциям, не доводя процесс до развития иммунного воспаления с участием лимфоцитов. И лишь те инфекции и те дозы инфектов, с которыми не справляются доиммунные механизмы резистентности, «достаются» лимфоцитам. Причѐм клетки доиммунной резистентности — дендритные клетки и макрофаги — подают Аг лимфоцитам в прямом смысле «в и на» своѐм клеточном «теле» и секретируют ряд биологически активных веществ — цитокинов доиммунного воспаления. Среди последних крайне важны хемокины, которые сигнализируют лимфоцитам, что пора начинать иммунный ответ и какой именно характер он должен иметь. Лимфоциты не самодостаточны для начала иммунного ответа.

Можно утверждать, что без процессов доиммунного воспаления правильного (а может быть, и никакого) лимфоцитарного иммунного ответа in vivo не бывает.

 

Относительно новой информацией являются экспериментальные факты, полученные при исследовании репертуара Рц лимфоцитов (Т и В), нормально выживающих и функционирующих в периферических тканях организма в состоянии гомеостаза лимфоидной ткани. Эти данные получены на моделях «нокауттрансгенных» мышей, без которых они были бы непостижимы. Так вот, данные показывают, что в тканях организма выживают те и только те лимфоциты, Рц (для Аг) которых распознают те или иные молекулярные структуры своих собственных тканей. При этом, что очевидно, деструктивного ответа против собственных тканей в норме лимфоциты не развивают. Следовательно, факт комплементарного взаимодействия Рц лимфоцита для Аг с лигандом ещѐ не достаточен для того, чтобы лимфоцит начал иммунный ответ на уничтожение. Лимфоциту необходима информация (и значительная по объѐму) о патогенности лиганда, которую он получает от клеток, осуществляющих доиммунное воспаление в очаге повреждения в покровных тканях — дендритных клеток, макрофагов, клеток эндотелия, тучных клеток, покровного эпителия, фибробластов.

 

Какие же Рц на клетках доиммунной резистентности, или растворимые Рц, распознают патогены, и что именно они распознают? Отдельные факты по этому вопросу известны давно, но как цельный процесс явление доиммунного воспаления находится в стадии активного изучения и в настоящее время. В поле зрения попали на сегодня два типа Рц, обеспечивающих информирование организма о проникновении патогена.

Первый тип — растворимые Рц для патогенов — C1q комплемента, ЛПC–связывающий протеин, связывающий маннозу лектин, C–реактивный белок (СРБ). Эти белки жидких сред организма непосредственно связывают, т.е. распознаютмикробные продукты. Для «хвостов» этих молекул есть специальные Рц на мембранах фагоцитов, что обеспечивает «передачу информации» о патогене из раствора в клетки доиммунного воспаления.

 

Второй тип Рц для патогенов — Рц, встроенные во внешнюю мембрану дендритных клеток и макрофагов. Они получили название TOLL и TOLL–подобных (TLR) Рц. Какие-то из мембранных Рц сами непосредственно связывают продукты патогенов (Рц для маннозы макрофагов, TLR2, TLR9 и другие TLR дендритных клеток). Какие-то из TOLL–подобных Рц работают в мембране кооперативно с другими Рц и только обеспечивают проведение сигналов о патогенах в клетку. Например, Рц CD14 макрофагов связывает комплексы бактериального ЛПС с ЛПC–связывающим белком сыворотки, a TLR4 вступает в кооперативное взаимодействие с оккупированным CD14 и обеспечивает конкретный путь проведения сигнала об ЛПС во внутренней среде внутрь клетки.

Именно Рц, непосредственно связывающие микробов и их растворимые продукты, очевидно, являются носителями эволюционной памяти многоклеточных о том, что «не своѐ — чужое!».

Чарльз Джанвей ввел понятие PRR (Pattern Recognition Receptors) — Рц, распознающие «узор» на поверхности патогена. На поверхности микроорганизмов (вероятно всех) присутствуют повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные структуры. В подавляющем большинстве случаев таких структур нет на клетках организма хозяина. Следовательно, по ним и можно распознать микробные клетки. У млекопитающих известны по крайней мере 4 растворимые молекулы, являющиеся непосредственными Рц для микробных структур. Это белки сыворотки крови, синтезируемые печенью: СМЛ (связывающий маннозу лектин), CРБ (C–реактивный белок), LBP (липополисахаридсвязывающий белок), а также компонент системы комплемента C1q. СМЛ и CРБ — белки острой фазы. СМЛ и C1q — лектины, принадлежащие к семейству коллектинов. Все коллектины имеют по нескольку доменов (от 2 до 6), связывающих углеводы. СМЛ реагирует с углеводами, содержащими остатки маннозы и фукозы в определѐнной стереоориентации.

 

Существуют и мембранные PRR, например, на макрофагах есть Рц для маннозы — лектин C–типа и способен связывать ряд бактериальных клеток и вирусов, в том числе ВИЧ. Связывание Рц для маннозы влечет за собой фагоцитоз связанного лиганда. На тех же макрофагах выявлено минимум 6 вариантов так называемых Рц для мусора (scavenger receptors). Это тоже Рц фагоцитоза, и распознают они некоторые анионные полимеры, ацетилированные липопротеины низкой плотности, участки мембран клеток своего организма, утратившие экран из сиаловых кислот (по такому механизму макрофаги фагоцитируют старые эритроциты).

 

Есть примеры, когда микробный продукт распознаѐт растворимый Рц, а их комплекс связывает другой Рц — на фагоците. Так происходит с характерным компонентом грамотрицательных бактерий — ЛПС. Его распознаѐт и связывает белок сыворотки — LBP, а их комплекс (ЛПС + LBP) распознаѐт и связывает Рц на макрофаге — CD14. В молекулах LBP и CD14 — в обеих — присутствуют повторяющиеся последовательности АК, богатые лейцином. Сам по себе Рц CD14 — непроводящий, несигнализирующий (во всяком случае таких данных нет). Однако как только CD14 оказывается связанным своим лигандом, с ним вступает в ассоциацию другой Рц — TOLL–подобный Рц макрофагов TLR–4. Именно он проводит внутрь клетки особый сигнал, вызывающий экспрессию в макрофагах определѐнных цитокинов доиммунного воспаления, обеспечивающих развитие защитных сосудистых реакций, хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг, активацию дендритных клеток и их миграцию из покровных тканей в регионарные лимфатические узлы. Это необходимый процесс для инициации развития лимфоцитарного иммунного ответа на тот случай, если доиммунное воспаление не остановит развитие инфекции.

 

TLR–4 открыли у мышей, генетически не реагирующих на попадание ЛПС в организм. ЛПС является причинным агентом для развития клинических симптомов септического шока. Так вот, у таких мышей не выявили дефектов ни в LBP, ни в CD14, у них оказался инактивированным ген TLR–4. Отвечаемость на ЛПС таким мышам удалось привить путѐм введения трансгена TLR–4. В дальнейшем выяснили, что в мембране клетки Рц TLR–4 взаимодействует с комплексом «CD14 + LBP + ЛПС» через богатый лейцином внеклеточный домен молекулы CD14. У мышей с мутацией в гене TLR–4 не развиваются болезненные симптомы септического шока, но их организм не способен защититься от ЛПC–содержащих бактерий (например, Salmonella typhimurium), и мыши погибают от сепсиса. У нескольких людей, «не справляющихся» с локализацией инфекции грамотрицательными бактериями, организм которых «допустил» бактериемию, т.е. грамотрицательный сепсис, тоже нашли мутации в гене TLR–4.

 

Термины «TOLL» и «TOLL–подобные Рц» появились в словаре иммунологов с 1998 г. Пионерские же исследования этих Рц были выполнены C. Nusslein-Vollhardt, K.V. Anderson и коллегами на плодовых мухах дрозофилах в 1985–1988 гг. и поначалу не имели отношения к иммунитету.

 

TOLL–Рц назвали некие вновь открытые молекулы клеточной мембраны, необходимые для правильного дорсовентрального морфогенеза в процессе эмбрионального развития мух Drosophila melanogaster. В дальнейшем, почти через 10 лет, нашли, что те же TOLL–Рц у взрослых мух ответственны за защиту организма от грибов и бактерий, так как сигнал с TOLL–Рц обеспечивает биосинтез антигрибковых и антибактериальных пептидов (дрозомицина). В эти же годы (1991–1995) в независимых работах обнаружили, что в цитоплазматическом участке Рц для ИЛ–1 у млекопитающих существует явная гомология с цитоплазматическими последовательностями TOLL–Рц плодовых мух. С этого момента исследования приняли уже более целенаправленный и азартный характер, так как появился намек на то, что в поле научного зрения попали молекулы (именно эти TOLL, в переводе с английского — звон колокольчика у входных дверей), имеющие прямое отношение к защите от микробных инфекций у столь филогенетически далеких многоклеточных, как плодовые мухи и млекопитающие. Гомологичные сигнальные последовательности в цитоплазматических участках интересующих Рц получили отдельное наименование — TIR (Toll/Interleukin–1 receptor).

 

В настоящее время TOLL–Рц понимают как древний сигнальный путь защитного назначения, имеющийся у всех многоклеточных организмов, включая растения, беспозвоночных и позвоночных животных.

 

У человека по завершении программы «Геном человека» нашли 10 аналогичных (или гомологичных) кодирующих последовательностей нуклеотидов и соответствующих TOLL–подобных белков. Их лиганды и значение в жизненных процессах в настоящее время активно изучают.

Соответствующие Рц у млекопитающих стали называть TOLL–подобными (TLR — TOLL–like receptors). Пока что TLR у млекопитающих выявили на дендритных клетках и макрофагах. Кроме TLR–4, сигнализирующего о наличии ЛПС грамотрицательных бактерий, у млекопитающих описан ещѐ TLR–2, который сигнализирует о наличии ряда иных микробных продуктов, а именно протеогликанов грамположительных бактерий. Частично охарактеризованы Рц дендритных клеток TLR–7 и TLR–9. Их лиганды — вирусные продукты и бактериальная ДНК, содержащая неметилированные нуклеозиды CpG. Подробности этого распознавания в настоящее время изучают. Но уже показано, что активация дендритных клеток и макрофагов млекопитающих через TLR имеет следствием активацию в клетке определѐнного «древнего» фактора транскрипции — NFB, что приводит к следующим биологическим последствиям:

 

 в этих клетках инициируется транскрипция с последующей экспрессией продуктов генов провоспалителъных цитокинов(TNF, ИЛ–1, ИЛ–6, ИЛ–12 — набор и соотношения цитокинов — разные при разных патогенах) и хемокинов (ИЛ–8); TNFобеспечивает такую активацию дендритных клеток в покровных тканях, которая необходима для осуществления их миграции в регионарную лимфоидную ткань по путям лимфодренажа;

 

 происходит экспрессия костимуляторных молекул B7.1 (CD80) и B7.2 (CD86), без которых дендритные клетки и макрофаги не могут выполнить функции антигенпрезентирующих клеток (АПК) для T–лимфоцитов, т.е. возможность начала развития лимфоцитарного иммунного ответа in vivo облигатно зависит от факторов доиммунного воспаления в очаге проникновения патогена.

Молекулы-мишени иммунитета (образы патогенности,

антигены) и распознающие их рецепторы

В недавнем прошлом существовало единственное понятие для обозначения чужеродных агентов, против которых может быть направлен иммунитет —

антигены. В настоящее время ситуация коренным образом изменилась и

возникла необходимость в выделении нескольких групп таких агентов.

Образы патогенности , или патогенассоциированные молекулярные пат терны ( Pathogen-associated molecular patterns —PAMP ) — группы молекул , как

правило, отсутствующие в организме-хозяине, но характерные для патоге

нов (вирусов, бактерий, грибов, простейших, паразитов). При этом PAMP

однозначно связаны с патогенностью и поэтому могут рассматриваться

как знаки опасности, наиболее универсальный сигнал о проникновении

в организм не просто чужеродного, но биологически агрессивного агента.

Рецепторы для PAMP ( паттернраспознающие рецепторы ) позволяют рас

познавать все возможные типы патогенов и представлены у всех многокле точных, включая не только животных, но и растения.

Узнавание PAMP — основа распознавания во врожденном иммунитете; в определенной степе ни PAMP способны узнавать и клетки адаптивного имунитета.

Антигены — высокомолекулярные соединения, способные специфичес

ки стимулировать иммунокомпетентные лимфоидные клетки и обеспе чивать тем самым развитие иммунного ответа. Распознавание антиге

нов происходит индивидуально (а не по группам, как в случае PAMP).

Антигены распознаются антигенспецифическими рецепторами, представ

ленными на клетках одного типа — лимфоцитах. Распознавание антиге нов — позднее эволюционное приобретение, связанное с возникновени ем адаптивного иммунитета.

Стрессорные молекулы — собственные молекулы организма, экспресси

руемые на мембране при клеточном стрессе и сигнализирующие преиму щественно об опасности эндогенного происхождения. Они распознаются

рецепторами некоторых разновидностей лимфоцитов (например, естест венными киллерами). По своей активности эти молекулы и их рецепторы

занимают промежуточное положение между врожденным и адаптивным иммунитетом.

Родственную группу молекул образуют образы опасности (danger-associated molecular patterns, DAMP) — эндогенные молекулы , сиг нализирующие о любом повреждающем воздействии (температурном, лучевом, инфекционном и т.д.); эти процессы не полностью контролиру ются иммунной системой. Некоторые образы опасности ( белки теплового шока) распознаются паттернраспознающими рецепторами и их можно рассматривать как эндогенные эквиваленты PAMP.

Чужеродность — не обязательное, но очень важное свойство факторов, против которых направлены реакции иммунитета.

Именно поэтому должна существовать четкая граница, отделяющая внутреннюю среду организма от внешней — барьерные ткани (кожа и слизистые оболочки). Однако иногда возникает необходимость расширить или сузить границы чужеродности.

Так, отнюдь не на все компоненты содержимого кишечника и других трак-

тов развивается иммунный ответ (например, компоненты пищи,микроор-

ганизмы-симбионты не рассматриваются иммунной системой как чужерод-

ные), а некоторые участки внутренней среды организма, в силу особого рода

изоляции, оказываются в значительной степени исключенными и ззоны

контроля со стороны адаптивного иммунитета (например, ЦНС,полость

глаза) и при нарушении изоляции, становятся объектом иммунной атаки.

Молекулы трех названных выше групп распознаются тремя типами

рецепторов клеток иммунной системы.

Рецепторы, распознающие патогены (Pathogen-recognizing receptors, PRR),

предназначены для распознавания PAMP.

К этой группе относятмембранные и внутриклеточные толл-подобные рецепторы (Toll-likereceptors — TLR), т.е. рецепторы, подобные первоначально обнаруженным у

Drosophila melanogaster toll-рецепторам; внутриклеточные NOD-рецеп-

торы (от Nucleotide oligomerizing domains) и ряд других мембранных,

внутриклеточных и растворимых рецепторов. Наибольшее количество

и наиболее широкий спектр патогенраспознающих рецепторов экс-

прессируют миелоидные клетки врожденного иммунитета. Однако в

той или иной степени эти рецепторы присутствуют и на (или в) дру-

гих клетках, включая лимфоидные. Патогенраспознающие рецепторы

обладают сродством к PAMP и некоторым эндогенным образам опас-

ности. Через эти рецепторы в клетку поступают сигналы, включающие

≪ гены воспаления ≫ ,что обусловливает последующее развитие воспали-

тельного процесса и других реакций врожденного иммунитета.

Антигенраспознающие рецепторы

представлены только на В- и Т-лимфо-

цитах. Важная особенность этих рецепторов — гигантская вариабель-

ность их антигенраспознающих доменов (миллионы вариантов в преде-

лах одного организма). Все варианты антигенраспознающих рецепторов

не могут быть одновременно представлены на одной клетке. Они распре-

деляются между клетками клонально, т.е. рецепторы, отличающиеся по

специфичности, представлены на разных клонах лимфоцитов. Выделяют

3 разновидности антигенраспознающих рецепторов.

На В-клетках представлены В-клеточные рецепторы (BCR — B-cellreseptors), имеющие

иммуноглобулиновую природу. При дифференцировке В-лимфоцитов в

плазматические клетки в ходе иммунного ответа эти рецепторы секрети-

руются в растворимой форме, называемой антителами. BCR распознают

свободный и связанный с мембраной антиген, точнее, фрагмент моле-

кулы антигена, называемый эпитопом.

Т-клеточные рецепторы (TCR — T-cell receptor) существуют в двух вариантах. Поназванию входящих в их состав полипептидных цепей, эти рецепторы обозначают как αβ TCR и

γδ TCR . Они представлены на мембране двух различных типовТ-клеток

и не секретируются. αβ TCR распознает не нативный антиген, а его фраг-

мент (эпитоп), презентируемый в составе специализированных молекул

главного комплекса гистосовместимости — MHC (Major histocompatibility

complex ),которые экспрессируются на поверхности клеток. Существует

2 класса молекул MHC — I и II. MHC-I присутствуют на всех клеткахи

связывают эндогенные пептиды, транспортируемые в эндоплазматичес-

кий ретикулум — место синтеза MHC — из цитозоля. MHC-II экспрес-

сированы только на специализированных — антигенпрезентирующих

клетках (АПК) (см. далее) и связывают пептиды экзогенного происхож-

дения, попадающие в клетку в результае эндоцитоза.Соответственно

распознавание чужеродных пептидов в составе MHC-I сигнализирует о

цитозольной локализации патогена или его продуктов, а распознавание

таких пептидов в составе MHC-II — о внеклеточной локализациипато-

гена или присутствии его в эндосомах или фагосомах. В распознавании

TCR-комплексов антигенного пептида с молекулами MHC принимают

участие корецепторы — CD4 и CD8, обладающие сродством соответствен-

но к молекулам MHC-II и MHC-I (но не к антигенному пептиду).Таким

образом, антигенный пептид в составе молекул MHC-I распознают

Т-клетки, несущие корецептор CD8, а в составе MHC-II — Т-клетки,

несущие CD4. Распознавание липидных эпитопов происходит при

участии ≪ неклассических молекул MHC ≫ — CD1. Эти комплексы рас-

познаются αβ TCR ограниченной вариабельности, экспрессируемыми

T-клетками популяции NKT. Условия распознавания антигена γδ TCR

изучены слабо; известно, что для этого не требуется образования комп-

лекса фрагментов антигена с молекулaми MHC.

Рецепторы, распознающие стрессорные молекулы, представлены преиму-

щественно на естественных киллерах (NK-клетках), однако их выявля-

ют также на γδ T-клетках, реже — на других субпопуляциях Т-лимфоци-

тов. Выделяют несколько групп этих рецепторов — NKG2D, NСR и др.

NK-клетки экспрессируют также группу рецепторов, распознающих

молекулы MHC, независимо от связанного с ними антигенного пептида

(NKG2, некоторые рецепторы группы KIR и др.). Однако, в отличие от

рассмотренных выше, рецепторы, распознающие стрессорные молеку-

лы, нередкогенерируют не активирующий, а ингибирующий сигнал

Антитела (АТ)

— это особые растворимые белки с определённой биохимической структурой (иммуноглобулины), которые присутствуют в сыворотке крови и других биологических жидкостях и которые организм вырабатывает для связывания разнообразных Аг.

Все без исключения АТ принадлежат к одному типу белковых молекул, имеющих глобулярную вторичную структуру, поэтому и назван этот тип молекул иммуноглобулинами.

Международная аббревиатура иммуноглобулинов — Ig. Заглавная латинская буква справа от Ig обозначает один из 5 существующих у млекопитающих классов иммуноглобулинов — М, G, А, Е, D, последующая арабская цифра обозначает подкласс. Подклассы есть только у иммуноглобулинов классов G (G1, G2, G3, G4) и A (A1, A2). Классы и подклассы, вместе взятые, называют изотипами иммуноглобулинов. Таким образом, изотипов 9.

Структура молекул иммуноглобулинов

В 1959 г. Родни Портер подверг IgG кролика протеолизу под действием фермента папаина и в результате получил разделяемые ионообменной хроматографией три фрагмента. Два из них были одинаковыми и сохраняли способность связывать Аг, поэтому автор обозначил их Fab–фрагмент (Fragment, Antigen Binding — связывающий Аг фрагмент). Третий фрагмент отличался от первых двух и имел свойство легко кристаллизоваться, он был обозначен как Fc–фрагмент (Fragment, Crystallizable — кристаллизующийся фрагмент). Впоследствии стало известно, что Fc–фрагменты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа у данного организма строго идентичнынезависимо от специфичности АТ по Аг. За эту инвариантность их стали называть константными — Fc–фрагмент (Fragment, Constant — константный фрагмент, аббревиатура удачно совпала)

В 1961 г. Джеральд Эдельман с М.Д. Поуликом сумели диссоциировать цельные молекулы АТ на отдельные белковые цепи. Они выяснили, что цепи ассоциированы между собой дисульфидными связями. В 1962 г. Родни Портер предложил схему строения молекул иммуноглобулинов, которая оказалась совершенно верной: 4 полипептидные цепи — пара одинаковых тяжёлых плюс пара одинаковых лёгких. Тяжёлые цепи обозначают буквой «Н» (от Heavy — тяжёлый), лёгкие — буквой «L» (от Light — лёгкий). Принципиальная схема строения молекул иммуноглобулинов приведена на рис 1

Антигенсвязывающие домены обеих цепей имеют сильно варьирующий АК–состав (поэтому и способны связывать разные Аг). Поэтому эти участки (или области) молекулы — как Н-, так и L–цепи называют вариабельными и обозначают буквой «V» (Variable Region — вариабельный участок). Внутри вариабельных участков выделяют и гипервариабельные. V–область занимает один домен в H–цепи и один домен в L–цепи. Все, что «ниже» вариабельных участков, имеет строго инвариантный для каждого изотипа иммуноглобулинов АК–состав, и эту часть молекулы называют C–областью (от Constant Region). Соответствующие домены в полипептидных цепях называют C–доменами. В тяжёлой цепи 3 или 4 C–домена: С_Н1, С_Н2, С_Н3, С_Н4. В лёгкой цепи один C–домен, обозначаемый как C_L.

АТ синтезируют только и исключительно B–лимфоциты. Ниже будет показан генетический механизм дифференцировки B–лимфоцитов и биосинтеза иммуноглобулинов, в результате которого каждый отдельный B–лимфоцит оказывается способен к синтезу единственного варианта АТ по признаку структуры антигенсвязывающего центра молекулы. В динамике по мере дифференцировки B–лимфоцита, уже распознавшего свой Аг и вступившего в межклеточные взаимодействия, необходимые для развития иммунного ответа, происходитпереключение синтеза изотипа иммуноглобулина при сохранении неизменной структуры антигенсвязывающего центра.

Классы иммуноглобулинов

различаются между собой по тяжёлым цепям. Тяжёлые цепи обозначают греческими буквами соответственно латинской аббревиатуре класса: для IgM — , для IgG — , для IgA — , для IgE — , для IgD —  (рис. 2).

У цельной молекулы мономерного иммуноглобулина два цельных и потенциально равнодееспособных симметрично расположенных активных центра для связывания Аг. Сродство между Аг и АТ количественно характеризуют такими понятиями, как аффинность иавидность.

Аффинность связи АТ с Аг — сила химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центровмолекулыиммуноглобулина.

Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации одного антигенного эпитопа с одним активным центром в моль^–1. Так как в цельных молекулах АТ классов IgG и IgE в норме по два активных центра, а в молекулах IgA — 4, IgM — 10, скорость диссоциации цельной молекулы иммуноглобулина от цельной молекулы Аг меньше, чем скорость диссоциации одного из активных центров.

Авидность связи АТ с Аг — сила связи цельной молекулы АТ со всеми антигенными эпитопами, которые ей удалось связать.

Авидность количественно также измеряют как константу диссоциации соответственно цельной молекулы АТ со всеми связанными эпитопами.

Эпитоп — это небольшой участок цельной молекулы Аг, который непосредственно вступает в ионные, водородные, ван–дер–ваальсовы и гидрофобные связи с активным центром АТ.

Если Аг — пептид, то размер эпитопа составляет от 5 до 7 АК–остатков. Площадь связи активного центра с эпитопом равна 70–90 нм². Синоним антигенного эпитопа — антигенная детерминанта.

Гены иммуноглобулинов

Индивидуальный организм здорового человека в течение жизни в B–лимфоцитах создаёт несколько миллионов вариантов АТ по способности связывать разные Аг (потенциально 10¹⁶ Аг). Никакой геном физически не несет столько отдельных структурных генов. Всего в геноме человека более 23 тыс. генов. Наследуемое от родителей количество генетического материала (ДНК), предназначенного для программирования биосинтеза АТ, не так уж и велико — всего 120 структурных генов. Это наследуемое множество генов называют зародышевыми генами иммуноглобулинов, или зародышевой конфигурацией генов.

Разнообразие генетических кодов для миллионов вариантов вариабельных участков молекул иммуноглобулинов формируется в течение всей жизни в процессе дифференцировки B–лимфоцитов: в каждом отдельном B–лимфоците происходит неповторимаярекомбинация ДНК из сегментов зародышевых генов, и трансляция РНК, и последующий синтез белка уже идут с уникального для каждого B–лимфоцита генетического кода V–области.

Феномен рекомбинации ДНК в соматических клетках, по крайней мере насколько известно современной науке, строго уникален исключительно для лимфоцитов. Подобного никто не наблюдал не только при дифференцировке каких–либо других клеток млекопитающих, но даже и каких–либо клеток иных эукариот. Соматическая рекомбинация ДНК «ниспослана» только генам антигенраспознающих молекул лимфоцитов — иммуноглобулинов в B–лимфоцитах и Рц T–клеток для Аг в T–лимфоцитах.

Этот уникальный процесс генерации разнообразия антигенраспознающих молекул внутри организма понадобился для того, чтобы многоклеточные видов с малым числом потомков сумели выжить под инфекционным давлением разнообразных земных микроорганизмов. Млекопитающие эволюционируют так медленно, что человеку трудно это даже представить. Микроорганизмы, наоборот, эволюционируют в считанные дни — недели. Так вот, лимфоциты — специальное уникальное творение природы внутри организма многоклеточных с неслучайной, но запрограммированной изменчивостью только в генах антигенсвязывающих молекул (иммуноглобулины, TCR) в количественном отношении хоть в какой-то мере сопоставимой с разнообразием микробов. Разнообразие это столь велико (например, относительно общего числа клеток в организме млекопитающего), что механизм генерации разнообразия соответствующих структурных генов мог быть (и стал) в основе запрограммированно случайным. Свойство случайности при рекомбинации соответствующей ДНК объясняет тот широко известный факт, что иммунная система «в лице» лимфоцитов распознаёт разные вещества, а не только инфекционные микроорганизмы. В естественных природных условиях инфекционные микроорганизмы в большей мере, чем другие внешние объекты, способны прорываться сквозь барьерные ткани многоклеточных. Если покровные ткани «подтекают», т.е. в силу каких–либо патологических причин, например, барьеры ЖКТ или слизистые оболочки дыхательной системы пропускают лишнее из пищи или вдыхаемых веществ, то лимфоциты распознают и реагируют на пищевые и ингаляционные Аг. Но вот к чему природа не готовила иммунную систему, так это к быстрому внедрению непосредственно во внутреннюю среду, минуя барьерные ткани, чужеродных веществ. Это чисто антропогенные деяния по парентеральным введениям, вливаниям чужой крови, трансплантациям органов. Например, трансплантат чужого органа организм реципиента отторгает, как это не покажется странным, по ошибке, которую совершают примерно 1–10% T–лимфоцитов, они принимают Аг главного комплекса гистосовместимости на чужих клетках трансплантата за свои. Если бы все 100%, а не 90% T–лимфоцитов никогда не ошибались, то чужая почка, печень, кожа, кровь и т.п. оставались бы «невидимыми» для иммунной системы.

Примерно 30 лет назад ещё методами классической биохимии, а именно аналитическим электрофорезом фрагментированной ДНК, обнаружили, что генетический материал для кодирования белков-иммуноглобулинов структурирован («разорван») на сегменты,расположенные друг относительно друга на уловимом расстоянии. Во всех клетках тела, включая стволовую кроветворную, кроме начавших дифференцировку B–лимфоцитов, гены иммуноглобулинов навсегда остаются в «разорванном» состоянии, которое называют зародышевой конфигурацией. И только в B–лимфоцитах на самом раннем этапе их специальной дифференцировки начинается сложный генетический процесс объединения сегментов ДНК, предназначенных для кодирования разных частей молекулы иммуноглобулина — V– и C–фрагментов, причём по отдельности для каждой из 3 типов полипептидных цепей — 2 типов лёгких ( и ) и тяжёлой. Это и есть феномен рекомбинации ДНК в соматической клетке. Этот феномен открыли С. Тонегава и его коллеги (1975–1976) при электрофорезе ДНК, выявившем разницу во фрагментах рестрикции ДНК из антителопродуцирующих B–лимфоцитов и из любых других не продуцирующих АТ клеток данного организма (зародышевая конфигурация).

Иммунологическая память

Доиммунные механизмы резистентности «не запоминают» свою реакцию на Аг (патоген): он попадает в организм первый раз или десятый — реакция будет одинаковой (при одинаковом общем состоянии здоровья организма). Лимфоцитарный иммунитет «запоминает». Феномен иммунологической памятипроявляется в том, что в случае успешного иммунного ответа при первом попадании патогена в организм, при его повторных попаданиях санация наступаетсущественно быстрее и эффективнее, и патоген не успевает вызвать патологический инфекционный процесс. Это и называют протективным, т.е. защищающим от болезни иммунитетом.

В основе феномена иммунологической памяти лежат два явления:

 При первом иммунном ответе произошло размножение лимфоцитов антигенспецифичного клона, и не все из них израсходованы в текущем иммунном ответе, не все претерпевают апоптоз. Часть лимфоцитов клона «замораживается» и персистирует в организме в течение неопределённого времени (для различных Аг время очень разное — от нуля до пожизненного). Оценка количества лимфоцитов, например иммунных CD8⁺ T–лимфоцитов, на которых произошла экспрессия ингибирующих Рц, показывает, что это единицы процентов в сумме по всем клонам.

 Лимфоциты памяти существенно меньше, чем неиммунные лимфоциты, нуждаются в медиаторах доиммунного воспаления и в костимуляторных сигналах, чтобы начать иммунный ответ на свой Аг, и могут начать его вне воспаления или при минимальных симптомах воспаления.

Несмотря на то что как клинический феномен «иммунологическая память» был известен с древних времён (практика иммунизации у античных греков и китайцев), клеточные и молекулярно–генетические механизмы иммунологической памяти до настоящего времени неизвестны. Неизвестно, почему на какие-то Аг иммунологическая память остаётся, на какие-то нет, на какие-то надолго, на какие-то быстро исчезает, а у различных особей — по-разному. Поэтому в настоящее время прогнозы результатов вакцинации — только эмпирические и статистические, но персонально их нельзя составить разумно при нынешнем уровне знаний. Одно из сомнений заключается в том, что, возможно, продолжительная иммунологическая память сохраняется лишь в тех случаях и на тот период времени, когда и пока в организме остаётся персистирующий Аг в виде латентной инфекции или каком-то ином виде.

Соотношение первичного иммунного ответа, вторичного ответа и ответа иммунологической памяти схематически показано на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Первичный иммунный ответ, вторичный иммунный ответ и ответ иммунологической памяти. Такого рода соотношение величин первичного иммунного ответа, вторичного иммунного ответа и ответа иммунологической памяти бывает при введении в организм неразмножающихся Аг. Ответ иммунологической памяти бывает не всегда, и интенсивность его весьма различна в разных случаях. 1 — первичный иммунный ответ; 2 — вторичный иммунный ответ; 3 — ответ иммунологической памяти.

Параметры вторичного ответа по b–лимфоцитам в сравнении с первичным иммунным ответом приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Параметры B–лимфоцитов при первичном и вторичном иммунном ответе

Параметр	Припервичномответе	Привторичномответе
Частота встречаемости Аг–специфичных B–лимфоцитов в лимфоидных тканях	10–4–10–5	10–3
Изотип продуцируемых АТ	IgM >IgG	IgG, IgA, IgE
Аффинность АТ	Низкая	Высокая

T–лимфоциты памяти отличаются от зрелых неиммунных T–лимфоцитов и по частоте встречаемости антигенспецифичного клона в лимфоидной ткани (больше в 10–100 раз), и по экспрессии ряда мембранных молекул. Главное, что T–лимфоциты памяти существенно меньше, чем впервые активируемые к иммунному ответу лимфоциты, нуждаются в костимулирующих воздействиях и поэтому быстрее и легче выходят в продуктивную эффекторную фазу иммунного ответа.

Комплемент обнаружен на переломе XIX и XX веков (Бюхнер, Борде , Эрлих ) в виде гипотетического фактора, присутствующего в нормальной сыворотке крови, инактивируемого прогреванием сыворотки при 56 ° C , обладающего свойствами опсонизировать бактерии для фагоцитоза и содействовать лизису бактерий в присутствии антибактериальных АТ, т.е. это «что-то» дополняет ( complementer ) АТ в ходе лизиса и фагоцитоза бактерий.

В дальнейшем выяснили, что комплемент — это система сывороточных белков и нескольких белков клеточных мембран.

Девять первых открытых белков системы комплемента обозначили буквой «С» (по первой букве слова « complement ») с цифрой: C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9.

В процессе реализации своей биологической активности первые пять белков комплемента расщепляются в определённой последовательности на активные действующие продукты «запланированного» расщепления. Эти продукты обозначают «С» с номером и малой латинской буквой, например C 1 q , C5a, C2b. Букву « b » присваивают большему по размеру фрагменту, букву «а» — малому фрагменту.

Часть из компонентов комплемента является протеазами, часть выполняет другие функции: связывание с микроорганизмами и мембранами клеток, связывание с комплексами «АТ–Аг», активация тучных клеток и, следовательно, сосудистых реакций воспаления, перфорация мембран бактериальных клеток.

Остальные компоненты обозначают каждый своей аббревиатурой (табл. 3.2).

Таблица 3 . 2 . Компоненты комплемента , их функции и обозначения

Функции	Обозначения
Связывание с комплексом Аг–АТ	C1q
Связывание с мембраной бактерий и опсонизация к фагоцитозу	C4b C3b
Протеазы, активирующие другие компоненты системы путём расщепления	C1r C1s C2b Bb D
Медиаторы воспаления (дегрануляция тучных клеток, сосудистые реакции)	C5a  C3a  C4a
Комплекс мембраноатакующих белков (перфорация мембраны клеток–мишеней)	C5b  C6  C7  C8  C9
Рц для белков комплемента на клетках организма	CR1 CR2 CR3 CR4 C1qR
Комплементрегулирующие белки (ингибиторы активации, блокаторы активности)	Clinh C4bp CR1 MCP DAF H I P CD59

Всего вместе с ингибиторами и регуляторами в табл. 3.2 перечислено 30 компонентов системы комплемента.

В норме, когда внутренняя среда организма «стерильна» и нет патологического распада собственных тканей, система комплемента находится в «спящем состоянии», т.е. уровень спонтанной активности без «спроса» на нее невысок. «Спрос» на работу системы комплемента возникает при появлении во внутренней среде определённых раздражителей, а именно микробных продуктов.

Известно 3 пути активации системы комплемента, называемых классическим, альтернативным и лектиновым.

Иммунопрофилактика —

система мероприятий, осуществляемых в целях предупреждения, ограничения распространения и ликвидации инфекционных заболеваний путём проведения профилактических прививок. Предупреждение инфекционных заболеваний путём иммунизации — одно из главных достижений исследователей в истории медицины. Использование вакцин для профилактики заболеваний — наиболее важное применение исследований в XX в.

Впервые в 1721 г. после возвращения из экспедиции по Африке американский адвокат С. Матер сообщил о методе защиты от оспы коренного населения с помощью втирания заразного материала в кожу. В то время медицинская общественность не оценила этот метод как принципиально новый в профилактике инфекционных заболеваний. Через несколько десятилетий, в 1796 г., Э. Дженнер (английский врач) использовал подобный метод для «защиты» от натуральной оспы, а с 1880 г., когда Л. Пастер открыл метод аттенуации микроорганизмов, началась эпоха вакцинации.

Становление массовой иммунизации населения проходило в

3 этапа.

• Первый — 1890–1950 гг. С появлением технологии культивирования бактерий стало возможным создание бактериальных вакцин и анатоксинов против туберкулёза, дифтерии, коклюша, столбняка.

• Второй — 1950–1970 гг. С появлением технологии культивирования вирусов в культуре тканей появились вакцины против полиомиелита, кори, паротита, краснухи, ветряной оспы.

• Третий — с 1970 г. Отмечен успехами молекулярной генетики и разработками новых биотехнологий, а также созданием вакцин нового типа. К ним относят:

♦ субъединичные — инфанрикс (вакцина для профилактики дифтерии, коклюша и столбняка), агрипал^℘;

♦ рекомбинантные вакцины против вируса гепатита В;

♦ конъюгированные полимер-субъединичные вакцины, например, гриппол^♠ [вакцина для профилактики гриппа (инактивированная)];

♦ расщеплённые вакцины против гриппа (сплит-вакцины) — ваксигрип^♠ [вакцина для профилактики гриппа (инактивированная)], флюарикс^♠ [вакцина для профилактики гриппа (инактивированная)], бегривак^♠ [вакцина для профилактики гриппа (инактивированная)];

♦ конъюгированные полисахаридные вакцины (против гемофильных микроорганизмов);

♦ полисахаридные (пневмовакцины, менинговакцины);

♦ рекомбинантные векторные (против цитомегаловируса).

Эффективность отечественных программ массовой вакцинации представлена

в табл. 5-1.

Таблица 5-1. Эффективность отечественных программ массовой вакцинации

Заболевание	Начало вакцинации	Результаты	Планы
Натуральная оспа	1919 г.	Ликвидация оспы в СССР в 1936 г.	С 1980 г. вакцинация отменена
Полиомиелит	1940–1950 гг. (ОПВ*, ИПВ**)	Ликвидация полиомиелита к 2002 г.	Использование ИПВ** с целью профилактики вакциноассоциированного полиомиелита
Бешенство	1885 г.	Единичные случаи	–
Корь	1963 г. (ЖКВ***)	В 2005 г. 416 случаев в России	Ликвидация к 2010 г.
Паротит	1981 г.	2,1 случаев на 100 000 населения	К 2010 г. уровень заболеваемости не должен превышать 1 случая на 100 000 населения
Краснуха	1996 г.	Варьирует	Профилактика врождённой краснухи
Гепатит В (в России с 2002 г.)	1981 г. (плазменная вакцина); 1986 г. (рекомбинантная вакцина)	Варьирует	Снижение заболеваемости гепатитом В

* Живая вакцина против полиомиелита.

** Инактивированная вакцина против полиомиелита.

*** Живая коревая вакцина.

ВИДЫ ВАКЦИН

Профилактические прививки — введение в организм человека медицинских иммунобиологических препаратов для создания специфической невосприимчивости к инфекционным заболеваниям. Медицинские иммунобиологические препараты — вакцины, анатоксины, иммуноглобулины и прочие ЛС, предназначенные для создания специфической невосприимчивости к инфекционным заболеваниям.

В настоящее время выделяют несколько видов вакцин (табл. 5-2).

Таблица 5-2. Виды вакцин

Виды вакцин	Инфекционные заболевания, для профилактики которых применяют вакцины
Живые вакцины	Бруцеллёз, грипп, корь, ку-лихорадка, жёлтая лихорадка, эпидемический паротит, полиомиелит, сибирская язва, туберкулёз, сыпной тиф, туляремия, чума, краснуха.
Убитые (инактивированные) и субъединичные вакцины	Бешенство, брюшной тиф, грипп, клещевой энцефалит, коклюш, холера, лептоспироз, гепатит А, сыпной тиф, герпес
Химические вакцины	Инфекционные заболевания, вызываемые менингококком; холера, брюшной тиф
Анатоксины	Дифтерия, столбняк, гангрена, ботулизм, холера; инфекционные заболевания, вызываемые стафилококками и синегнойной палочкой
Рекомбинантные вакцины	Гепатит В
Конъюгированная полимер-субъединичная вакцина	Гриппозная вакцина с полиоксидонием

ЖИВЫЕ ВАКЦИНЫ

Живые вакцины представляют взвесь вакцинных штаммов микроорганизмов (бактерий, вирусов, риккетсий), выращенных на различных питательных субстратах. Вакцины готовят на основе аттенуированных в искусственных или естественных условиях непатогенных возбудителей. Аттенуированные штаммы вирусов и бактерий получают путём инактивации гена, ответственного за образование фактора вирулентности, или за счёт мутаций, неспецифически снижающих вирулентность.

Наряду с генетически закреплённой утратой патогенных свойств и потерей способности вызывать у человека инфекционное заболевание вакцинные штаммы сохраняют способность размножаться в месте введения, а в дальнейшем в регионарных лимфатических узлах и внутренних органах. Элиминация возбудителя длится несколько недель, при этом характерная клиническая картина заболевания отсутствует. В результате происходит формирование иммунитета к патогенным штаммам микроорганизмов.

В единичных случаях могут возникать вакциноассоциированные заболевания, связанные с остаточной вирулентностью вакцинного штамма, реверсией его вирулентных свойств и наличием у привитого пациента иммунодефицитного состояния. В этом случае возникают клинические признаки инфекционного заболевания, против которого была проведена прививка.

Живые вакцины имеют ряд преимуществ перед убитыми и химическими. Живые вакцины создают стойкий и длительный иммунитет, приближающийся по напряжённости к постинфекционному. Для создания стойкого иммунитета во многих случаях достаточно одной инъекции. Такие вакцины можно вводить достаточно простыми методами, например скарификационным методом или внутрь.

Для обеспечения безопасности живых вакцин необходимо иметь генетически стабильный гомогенный аттенуированный штамм и проводить постоянный контроль реверсии вирулентности возбудителя. Поскольку действующее начало таких вакцин — живые микроорганизмы, следует строго соблюдать требования, обеспечивающие сохранение жизнеспособности микроорганизмов и специфической активности препарата. Большинство живых вакцин выпускают в сухом лиофилизированном виде. Такие препараты имеют достаточно длительный (до года и более) срок годности. Живые вакцины следует хранить и транспортировать при температуре 4–8 °С. Замораживание таких вакцин не оказывает существенного влияния на их активность.

За 1–2 сут до применения живых вакцин и на протяжении 7 нед после вакцинации следует избегать применения антибиотиков, сульфаниламидов и иммуноглобулинов, которые могут снижать эффект вакцинации вследствие своих бактерицидных свойств.

УБИТЫЕ (ИНАКТИВИРОВАННЫЕ) ВАКЦИНЫ

Убитые вакцины готовят из инактивированных вирулентных штаммов бактерий и вирусов, обладающих полным набором необходимых антигенов. Надёжной инактивации и минимального повреждения структуры антигенов достигают путём нагревания, обработки формалином, ацетоном или спиртом. Высушивание вакцин обеспечивает высокую стабильность препаратов и снижает концентрацию некоторых примесей (формалина, фенола). Хранить вакцины следует при температуре 4–8 °С, замораживание жидких убитых вакцин ведёт к уменьшению активности препаратов и повышению их реактогенности за счёт выхода отдельных компонентов в жидкую фазу. Убитые вакцины обладают в целом более низкой эффективностью по сравнению с живыми, однако при повторном введении создают достаточно стойкий иммунитет, предохраняя привитых пациентов от заболевания или уменьшая его тяжесть. Наиболее частый способ применения убитых вакцин — парентеральное введение.

Корпускулярные бактериальные вакцины обладают высокой реактогенностью. Субъединичные расщеплённые вакцины (сплит-вакцины) лишены липидов, имеют хорошую переносимость и достаточную иммуногенную активность.

ХИМИЧЕСКИЕ ВАКЦИНЫ

Химические вакцины состоят из антигенов, полученных из микроорганизмов различными способами (преимущественно химическими методами). Как правило, химические вакцины не гомогенны, содержат примесь отдельных органических соединений или комплексов, состоящих из белков, полисахаридов и липидов.

В некоторых случаях используют рибосомальные фракции микроорганизмов.

Основной принцип получения химических вакцин заключён в выделении протективных антигенов (обеспечивают развитие стойкого иммунитета) и очистке этих антигенов от балластных веществ. Химические вакцины обладают слабой реактогенностью; часто требуют многократного введения в больших дозах. Применение адъювантов повышает эффективность вакцинации. Химические вакцины, особенно сухие, устойчивы к влиянию внешней среды, хорошо подвержены стандартизации и могут быть применены в различных комбинациях, направленных на формирование иммунитета к ряду возбудителей.

АНАТОКСИНЫ

Анатоксины готовят из экзотоксинов различных видов микроорганизмов. Токсины обезвреживают формалином, при этом они не теряют иммуногенных свойств и способности вызывать образование антител (антитоксинов). Очищенный oт балластных веществ и концентрированный анатоксин сорбируют на гидроксиде алюминия. В случае недостаточной инактивации анатоксина могут возникать признаки интоксикации, характерные для данного заболевания.

Анатоксины обеспечивают формирование антитоксического иммунитета, уступающего иммунитету после перенесённого заболевания и не предотвращающего бактерионосительства. В связи с этим не прекращают попытки создания более сложных вакцин, содержащих помимо анатоксина другие антигены бактерий.

РЕКОМБИНАНТНЫЕ ВАКЦИНЫ

Технология рекомбинантных ДНК открыла новые перспективы в создании вакцин. К сожалению, из всего календаря прививок только рекомбинантная вакцина против гепатита В заняла твёрдое положение в практике вакцинаций.

Получение рекомбинантных вакцин включает следующие этапы: клонирование генов, обеспечивающих синтез необходимых антигенов, введение этих генов в вектор, введение векторов в клетки-продуценты (бактерии, грибы и др.), культивирование клеток in vitro, отделение антигена и его очистка. Второй путь — применение клеток-продуцентов в качестве вакцины.

Готовый генно-инженерный продукт должен быть исследован в сравнении с естественным референс-препаратом или одной из первых серий генно-инженерного препарата, прошедшего доклинические и клинические испытания.

Различия между сериями вакцины могут свидетельствовать о нестабильности вектора или о его потере клетками в процессе культивирования. В конце культивирования следует определять процент клеток, содержащих вектор.

К вирусу-вектору предъявляют строгие требования: он должен иметь достаточную степень аттенуации, не обладать онкогенной активностью и не вызывать побочных явлений.

Рекомбинантные вакцины безопасны и достаточно эффективны; для их получения применяют высокоэффективную технологию. Они могут быть использованы для разработки комплексных вакцин, направленных на формирование иммунитета против нескольких патогенных микроорганизмов.

Новое направление в разработке искусственных вакцин развивают

Р.В. Петров и Р.М. Хаитов. Принцип создания таких вакцин состоит в использовании антигенов, полученных различными методами, в первую очередь иммунобиотехнологическими, и синтетических носителей — иммуностимуляторов (адъювантов нового поколения). Один из вариантов таких вакцин — гриппозная вакцина, состоящая из белков вируса гриппа (гемагглютинина и нейраминидазы) и синтетического стимулятора (полиоксидония), обладающего выраженными адъювантыми свойствами. Вакцина внедрена в практику здравоохранения.

ПОСТВАКЦИНАЛЬНЫЙ ИММУНИТЕТ И МЕХАНИЗМЫ ИММУННОГО ОТВЕТА

Критерий эффективности вакцинации — выработка адекватного иммунного ответа на вакцину при отсутствии сильных прививочных реакций и поствакцинальных осложнений (ПВО).

Выделяют три фазы формирования поствакцинального ответа: латентную, фазу роста и фазу снижения иммунитета. Такая динамика изменений в иммунной системе универсальна для формирования как гуморального, так и клеточного иммунитета.

Латентная фаза — интервал между введением антигена и появлением антител, цитотоксических клеток и эффекторов гиперчувствительности замедленного типа. Длительность этой фазы — несколько суток.

Фаза роста — накопление антител и иммунокомпетентных клеток в крови; её продолжительность для разных антигенов составляет от 4 сут до 4 нед.

Фаза снижения иммунитета происходит сначала быстро, а затем медленно

(в течение нескольких лет или десятилетий). Титры антител классов IgM и IgA падают быстрее, чем класса IgG. Чем быстрее происходит ослабление иммунитета, тем чаще необходимо вводить бустерные дозы вакцины для поддержания напряжённого иммунитета.

При первичном иммунном ответе вначале происходит синтез антител класса IgM. Они обладают высоким аффинитетом и превосходят антитела других классов по активности в реакциях агглютинации и лизиса микроорганизмов. В последующем происходит переключение изотипа антител с IgM на IgG.

Вторичный иммунный ответ основан на быстром и интенсивном образовании IgG антител. Повторное введение вакцины — основа для достижения длительного и напряжённого иммунитета против большинства патогенов. Интервал между вакцинациями должен быть не меньше 1 мес; в противном случае антитела, сохранившиеся после предыдущего введения вакцины, будут инактивировать вводимый антиген и ослаблять вторичный ответ.

Патогенетические механизмы выработки специфического иммунитета на бактериальные вакцины и анатоксины связаны с преимущественной активацией Th1-лимфоцитов ИЛ-2, включением в иммунный ответ В-лимфоцитов и дифференцировкой их до плазматических клеток и В-лимфоцитов памяти. При первом введении вакцины происходит синтез низкоаффиннных антител IgM изотипа. При повторных иммунизациях происходит переключение синтеза на IgG антитела, которые составляют основу противоинфекционной защиты.

Особенность вакцин вирусного происхождения и противотуберкулёзной вакцины (БЦЖ) — формирование преимущественно клеточного иммунитета. Реализация клеточной противовирусной защиты происходит путём активации макрофагов и цитотоксических Т-лимфоцитов. Макрофаги получают активационный сигнал от ИФ-γ, синтезируемого Th1-лимфоцитами при воздействии на них ИЛ-12. Этот цитокин продуцируют антигенпрезентирующие клетки, захватившие вакцинальный антиген.

Этапы формирования иммунного ответа на вакцины (рис. 5-1)

• Активация антигенпрезентирующих клеток (дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты).

• Дифференцировка наивных Т-клеток в Th1-, Th2- и Tre♦-лимфоциты, специфичные к различным эпитопам вакцины.

• Презентация дендритными клетками и макрофагами антигена В-лимфоцитам в фолликулах лимфоидных органов; активация и пролиферация антигенспецифичных В-клеток и их дифференцировка в плазматические клетки; синтез антигенспецифических антител.

• Формирование Т- и В-лимфоцитов памяти.

Рис. 5-1. Этапы формирования иммунного ответа на вакцины.

ИММУНОГЕННОСТЬ ВАКЦИН

Иммуногенность полных антигенов, входящих в состав вакцин, зависит от размера и полимерности их молекул; иммуногенность гаптенов — от их эпитопной плотности на молекуле носителя. Низкополимерный антиген может вызывать не только слабый, но и качественно иной иммунный ответ по сравнению с высокополимерным антигеном. Прямая корреляция между иммуногенностью и полимерностью антигена имеет определённый предел, выше которого антиген приобретает толерогенные свойства. Это особенно характерно для полисахаридных антигенов. Для белков свойственна толерантность, вызванная низкополимерными антигенами.

С точки зрения молекулярной и клеточной иммунологии, вакцина должна удовлетворять следующим требованиям:

♦ активировать вспомогательные клетки (макрофаги, дендритные клетки, клетки Лангерганса), участвующие в процессинге и презентации антигена;

♦ содержать эпитопы для Т- и В-клеток, обеспечивающие необходимое соотношение гуморального и клеточного иммунитета;

♦ вакцинные антигены должны легко процессироваться; её эпитопы должны обладать способностью взаимодействовать с антигенами главного комплекса гистосовместимости класса I или II (MHC I, MHC II);

♦ индуцировать дифференцировку антигенспецифичных регуляторных клеток (Т-хелперов и Т-регуляторов), эффекторных клеток (Т-киллеров, НК-клеток, Т-эффекторов гиперчувствительности замедленного типа, антителообразующих клеток) и клеток иммунологической памяти.

Поствакцинальный иммунитет состоит из двух видов иммунных реакций: гуморальной и клеточной. Отсутствие циркулирующих антител ещё не доказательство слабого иммунитета. В основе резистентности к некоторым патогенам лежат клеточные механизмы иммунного ответа, поэтому вакцины, используемые для профилактики инфекционных заболеваний, вызываемых этими патогенами, должны формировать клеточный иммунитет.

Антигенность (способность антигена вызывать образование антител и взаимодействовать с ними) не всегда совпадает с иммуногенностью и протективной активностью антигенов. Например, очищенная фракция гликопротеина, полученная из респираторного синцитиального вируса, индуцирует образование антител, которые не только не защищают, а наоборот, усиливают поражение лёгких при последующем заражении вирусом. Этот феномен ещё недостаточно изучен. Предполагают, что в основе ослабления резистентности может лежать гиперчувствительность, которая возникает после введения этого гликопротеина.

Иммуногенность вакцин составляет основу их эффективности. Как правило, корпускулярные вакцины (живые или убитые) обладают необходимой иммуногенностью; в остальных случаях часто возникает потребность в использовании дополнительных методов повышения иммуногенности вакцин.

Определение терминов

Термин «аллергия» в 1906 г. ввел австрийский педиатр К. Пирке для обозначения состояний необычно повышенной реактивности у детей, которые он наблюдалиногда при инфекционных болезнях или при сывороточной болезни.

Allos — другой, иной, не такой как все. Синоним аллергии — реакции гиперчувствительности. Острое и сильно выраженное проявление гиперчувствительности называют ещё анафилаксией (anaphylaxis как противоположность prophylaxis). И если «профилактический» — защитный, то «анафилактический» — противоположный защитному, т.е. разрушающий. Суть аллергических реакций, позволяющая отличать их от других реакций, заключается в том, что они в принципе не защитные, так как развиваются равно как на биологическибезопасные воздействия, так и на опасные, т.е. факт опасности воздействия не имеет никакого значения. Поэтому аллергия — всегдапатология, защитного «смысла» в ней нет. Механизмы развития аллергических реакций — те же (но только с элементом патологии) эффекторные иммунные и доиммунные механизмы резистентности млекопитающих к воздействиям факторов внешней среды. При аллергии человек может смертельно задохнуться в ответ на попадание на его барьерные ткани минимальных количеств пыльцы берёзы или от запаха рыбы и др.

Аллергены классифицируют по разным принципам. В практической клинической работе удобно группировать их либо по происхождению (аллергены пыльцы растений, яды насекомых, эпидермис или выделения животных, пищевых продуктов, ЛС и т.п.), либо по «входным воротам» поступления в организм (ингаляционные или аэроаллергены, контактные, пероральные), либо по встречаемости в тех или иных условиях (бытовые, профессиональные) и т.п.

1. Пыльцевые аллергены.

Поллинозы (от pollen - пыльца) характеризуются строгой сезонностью, поражением дыхательных путей, конъюнктивы глаз, реже - кожи. Аллергия у детей может проявиться реакцией не только на пыльцу, но и на части растения и плоды.

Аллергенность пыльцы зависит от сенсибилизирующих свойств ее собственных частей, количества в воздухе и т.п. Выделяют несколько групп аллергоопасных растений. В средней полосе России это - ряд деревьев (береза, ольха, орешник и др.), злаковые (тимофеевка, ежа, овсяница), культурные злаки (рожь, пшеница, ячмень и др.), сорные травы (одуванчик, полынь, лебеда и др.), фруктовые деревья.

  Рис1 - пыльца под микроскопом

2. Бытовые аллергены.

К категории бытовых аллергенов относят домашнюю пыль, в состав которой входят аллергены микроклещей, тараканов и других внутрижилищных насекомых, споры грибов, эпидермис и слюна домашних животных, частицы отделочных материалов и т.д. В последнее время значимыми признаны не только клещевые, но и другие инсектные аллергены - тараканов, моли, оконных муравьев и др.

Рис.2 Клещи домашней пыли

3. Эпидермальные аллергены

являются наиболее незаметными и частыми причинами аллергии у детей. Наиболее значимыми источниками эпидермальных аллергенов являются домашние животные - кошки, собаки. Эпидермальные аллергены исследуются с целью проведения специфической диагностики, ибо относятся к категории факторов, которые можно устранить из окружающей человека среды.

4. Грибковые аллергены

Аллергия у детей к вдыхаемым грибковым аллергенам жилища (споры плесневых грибов, ржавчинный, головневый, дрожжевой грибы) является причиной респираторных аллергических заболеваний. Концентрация грибковых аэроаллергенов особенно высока в квартирах с высокой влажностью. Грибы заселяют бумажные изделия, обои, кожу, комнатные растения, землю в цветочных горшках (здесь создаются условия для их интенсивного размножения).  5. Инфекционные аллергены

Группу инфекционных аллергенов представляют аллергены микробные (бактериальные), грибковые и вирусные. Инфекционная аллергия у детей - одно из самых сложных для лечения заболеваний. Особое значение в последние годы придают аллергенам условно-патогенных микроорганизмов - активным сенсибилизаторам тканей бронхолегочного аппарата человека. Следует указать и на выраженную активность патогенных микробов, заселяющих бронхи больных инфекционной бронхиальной астмой. Активным сенсибилизатором является дрожжеподобный гриб рода Candida - С. albicans.  6. Пищевые аллергены

Основные аллергены этой группы - коровье молоко, куриные яйца, рыба, цитрусовые, шоколад. Аллергия у детей на пищевой продукт зависит от его химической структуры и концентрации в нем белка. Пищевые добавки и красители, широко используемые при изготовлении консервов и кондитерских изделий, способны провоцировать аллергию у детей.  7. Промышленные аллергены

Это химические и биологические загрязнители среды - выбросы различных производств, отходы, образующиеся при внедрении неудачных технологий. С проблемой антропогенных аллергенов тесно связаны проблемы защиты окружающей среды.

Номенклатура аллергенов

Номенклатура аллергенов была унифицирована в 1994 году Подкомитетом по аллергенам Международного союза иммунологических обществ. Эта номенклатура основана на таксономическом названии рода и вида источника аллергена: первые три буквы обозначают род, следующая за ними буква — вид, а арабские цифры указывают порядок открытия. Так, Amb a 1 обозначает первый из очищенных аллергенов, полученный из пыльцы растения Ambrosia artemisifolia.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЛЛЕРГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Классификация и основные типы реакций гиперчувствительности

Смысл, вкладываемый в настоящее время в термин «аллергия», существенным образом отличается от того, который соответствовал этому термину в начале XXвека. С. von Pirquet (1906 г.) ввел термин «аллергия» для обозначения состояния «изменённой реактивности» (к антигенной стимуляции) безотносительно к тому, проявляется ли эта «изменённая» реактивность иммунитетом или повышенной чувствительностью к Аг. Сейчас термином «аллергия» принято обозначать именно реакции повышенной чувствительности и даже более узко —реакции, опосредованные IgE. Термин «гиперчувствительность» (специфическая) как раньше, так и теперь применяют для обозначения нежелательных клинических реакций на Аг или аллергены. Сложилась ситуация, при которой термины «аллергия» и «гиперчувствительность» используют как синонимы для описания нежелательной «преувеличенной» ответной реакции «системы иммунитета» на антигенные или аллергенные продукты. В этом легко заметить явное противоречие в дефинициях терминов «иммунитет» и «система иммунитета», так как функцией последней должно быть формирование «иммунитета» («невосприимчивости», «устойчивости», «защиты»), а не повышение чувствительности к Аг. «Аллергический энцефаломиелит» никак нельзя определить как «иммунный энцефаломиелит». Равным образом, состояние гиперчувствительности к аутоантигенам куда более оправданно обозначать как аутоаллергическое, а не «аутоиммунное», коль скоро в данном случае речь не идёт о формировании иммунитета к собственным Аг (например, не аутоиммунный тиреоидит, а аутоаллергический тиреоидит).

Приведенные очевидные терминологические противоречия явились поводом для обоснования точки зрения о необходимости возвратиться к толкованию термина «аллергия» в понимании С. von Pirquet. Справедливости ради следует заметить, что такого рода взгляд отечественные исследователи аллергии разделяли и в прежние годы (Адо А.Д.).

Упомянутые противоречия предлагают устранить использованием вместо термина «аллергия» (в современном понимании) термина «аллергические болезни», оставив за «аллергией» обозначение понятия биологического ответа организма с изменённой реактивностью на Аг, не реализованного («некомментированного» ответа) в то или иное клиническое состояние (в состояние иммунитета или гиперчувствительности). У конкретного индивида такой некомментированный ответ может привести либо к иммунитету, либо к гиперчувствительности (к аллергическому заболеванию). Таким образом, предлагают под аллергией (аллергическим ответом) понимать состояние, характеризующееся образованием АТ и специфически реагирующих лимфоцитов и обеспечивающее «вооруженность» организма либо для реакций иммунитета, либо для гиперчувствительности (аллергических болезней) (Kay A.B., 1997).

Появление термина «аллергические болезни» с таким, более узким значением нашло отражение в медицинской практике «клинической аллергии» («клинической аллергологии»): специалисты в этой области медицины («аллергисты»/ «allergists» по международной терминологии) заняты диагностикой, лечением и профилактикой только нозологически ограниченной группы состояний гиперчувствительности, а не широкого спектра расстройств системы, обеспечивающей состояние иммунитета организма. Во многих странах эти специалисты заняты ведением больных IgE–опосредованными заболеваниями, такими, как поллиноз со всеми его проявлениями, аллергическая бронхиальная астма, аллергический ринит, атопический дерматит, аллергические реакции на пищевые продукты, лекарственные аллергические реакции. Кроме того, в компетенцию этих специалистов входит и ведение пациентов с так называемыми ложными аллергическими реакциями, требующими профессионального дифференциального диагноза, лечения и профилактики, сходных с таковыми при ведении пациентов с истинными аллергическими заболеваниями. Другие болезни гиперчувствительности, такие, например, как болезни комплексов Аг–АТ, гемолитическая болезнь новорождённых, контактный дерматит и некоторые другие, отнесены к компетенции специалистов по болезням соответствующих органов и систем.

Организм, ткани и клетки, способные к реакциям гиперчувствительности, принято называть сенсибилизированными, т.е. имеющими подготовленную чувствительность к данному агенту.

Аллергическая реакция является высокоспецифичной, поскольку в её основе лежит иммунологический механизм. Сенсибилизированный организм отвечает аллергической реакцией лишь на те антигенные структуры (детерминанты), которые вызвали иммунизацию (сенсибилизацию), или же на родственные структуры.

Условно все реакции гиперчувствительности можно разделить на три типа в зависимости от временного интервала между моментом контакта сенсибилизированного организма с Аг и возникновением внешних (клинических) проявлений аллергической реакции. Это реакции немедленные, поздние (отсроченные) и замедленные. Немедленные реакции возникают через несколько минут (или ранее) после контакта с Аг, поздние — через несколько часов, а замедленные — через 2–3 суток. Совершенно очевидно, что столь существенные временные различия внешних проявлений реакций гиперчувствительности должны быть обусловлены различными внутренними механизмами. Реакции немедленного и позднего типа могут быть воспроизведены различными видами АТ, присутствующими в сыворотке крови, и, соответственно, могут быть перенесены от одного (сенсибилизированного) организма другому (несенсибилизированному) сывороткой, содержащей такие АТ. Реакции замедленного типа связаны с присутствием сенсибилизированных клеток, и потому перенос их сывороткой крови не осуществим.

Пассивный перенос состояния иммунитета клетками принято называть адоптивным переносом иммунитета (адоптивной иммунизацией), так как реципиент принимает (англ. adopt — принимать, усыновлять) клетки донора, вовлёченные в иммунный ответ в другом организме. Пассивную передачу состояния гиперчувствительности посредством клеток принято называть адоптивной сенсибилизацией. Естественно, что адоптивный иммунитет, также как и адоптивная сенсибилизация, осуществимы между генетически идентичными особями. В экспериментальных условиях это осуществимо на особях одной и той же генетически чистой линии (в сингенных условиях), а у человека эти состояния могут быть воспроизведены в чистом виде только на однояйцовых близнецах.

Наиболее широко используемой в настоящее время классификацией реакций гиперчувствительности является классификацияДжелла и Кумбса, которая предусматривает четыре типа реакций гиперчувствительности. Позже был выделен пятый тип. В основе механизма реакций гиперчувствительности типов I, II,III и V лежит взаимодействие Аг с АТ. Тип IV реакций гиперчувствительности зависит от присутствия сенсибилизированных лимфоцитов, несущих на своей поверхности структуры, специфически распознающие Аг. Этот тип реакций относят к замедленной гиперчувствительности. Ниже приведена краткая характеристика разных типов реакций гиперчувствительности по упомянутой классификации.

Тип I (анафилактический, IgE–зависимый) зависит от образования особого типа АТ, имеющих высокое сродство (аффинность) к определённым клеткам (тучным клеткам, базофилам и, как оказалось в последнее время, к некоторым другим типам клеток). Эти АТ называют гомоцитотропными (к ним относятся и реагины человека), поскольку у них выражена тропность к клеткам (тканям) того же вида животного, от которого они получены. Связывание Аг с фиксированными на тучных клетках или базофилах гомоцитотропными АТ приводит к активации клеток и секреции из них разнообразных предсуществующих и вновь образуемых биологически активных веществ (медиаторов аллергии) (рис. 8).

Рис. 8. Тип I реакций гиперчувствительности. гцАТ — гомоцитотропные АТ (реагины).

Эти медиаторы, воздействуя на периферические ткани, вызывают повышение проницаемости сосудов, отёк ткани, сокращение гладкой мускулатуры, гиперсекрецию слизи из слизистых желёз, раздражение периферических чувствительных нервных Рц, что в целом приводит к клиническим проявлениям аллергии. Типичными примерами этого вида реакций является аллергическая бронхиальная астма, вызываемая экзоаллергенами, аллергические риниты, конъюнктивиты, аллергическая крапивница, анафилактический шок и др.

Тип II (цитотоксический, или цитолитический) — антителозависимая цитотоксическая гиперчувствительность (рис. 9). При этом виде реакции АТ взаимодействуют с естественными Аг клеточных поверхностей или же с Аг, вторично сорбированными на клеточной поверхности. Повреждение и лизис клеток возникают вследствие активации системы комплемента образующимся комплексом Аг–АТ. Примером такого типа цитотоксической реакции являются гемотрансфузионные реакции, возникающие вследствие несовместимости групп крови. В этом случае в качестве Аг, с которыми взаимодействуют АТ, выступают естественные клеточные структуры. Аг могут быть представлены и внеклеточными структурами. Такая ситуация возникает при нефротоксическом нефрите, когда АТ взаимодействуют с Аг базальной мембраны почечных клубочков. В других случаях, как, например, при лекарственной тромбоцитопенической пурпуре, АТ взаимодействует с Аг (ЛС или с продуктом его метаболизма), включенным в состав клеточной поверхности.

Рис. 9. Тип II реакций гиперчувствительности.

К этому же типу гиперчувствительности могут быть отнесены реакции, при которых в результате взаимодействия Аг с АТ опсонизируется клеточная поверхность (Fc–фрагментом АТ, ориентированным наружу) или формируется иммунное прилипание (за счёт фиксации С3–компонента комплемента), что подготавливает фагоцитоз фагоцитирующими клетками.

Наконец, к типу II гиперчувствительности может быть отнесена и антителозависимая клеточно–опосредованная цитотоксичность. В этом случае лизис клеток наступает вследствие действия на них клеток-киллеров (например, NК–клеток), вовлекаемых в реакцию молекулами АТ, которые антигенсвязывающим участком связываются с поверхностью клеток–мишенеё, а Fc–фрагментом — с Рц клеток-киллеров. Лизис происходит в этом случае без участия комплемента. Виды второго типа гиперчувствительности показаны на рисунке 9.

Тип III гиперчувствительности зависит от образования иммунных комплексов (артюсоподобная реакция; повреждения токсическими комплексами). При этом типе реакции растворимые Аг взаимодействуют с АТ (преципитирующими АТ), образуя иммунные комплексы не на клеточных поверхностях, а в жидких средах организма, что ведёт к активации комплемента и к агрегации тромбоцитов со всеми последующими событиями, приводящими к повреждению тканей. Примером таких реакций является сывороточная болезнь и феномен Артюса. Этот тип реакции приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Тип III реакций гиперчувствительности.

Тип IV — клеточно–опосредованная (замедленная или туберкулиновая) гиперчувствительность. В основе этого типа гиперчувствительности лежит взаимодействие T–лимфоцитов, несущих на своей поверхности специфические Рц (сенсибилизированные T–лимфоциты), с представленным на макрофаге Аг, что стимулирует T–клетку и вызывает высвобождение из нее лимфокинов, опосредующих внешние проявления замедленной гитерчувствительности. Классическим примером таких реакций является туберкулиновая реакция, контактная аллергия. В том случае, если действие лимфоцитов направлено против вирусов, инфицирующих клетки, или против трансплантационных Аг, стимулированные лимфоциты трансформируются в бластные клетки, обладающие свойствами клеток-киллеров по отношению к клеткам–мишеням, несущим данный Аг. К этому типу реакций относят аллергию при некоторых инфекционных заболеваниях, реакцию отторжения трансплантата, некоторые виды аутоиммунных поражений. Невозможность элиминации Аг приводит к скоплению в ткани макрофагов и к образованию характерных гранулем. Принципиальный механизм типа IVгиперчувствительности показан на рисунке 11.

Рис. 11. Тип IV реакций гиперчувствительности.

Тип V гиперчувствительности — стимулирующий тип реакции (рис. 12). В этих реакциях участвуют АТ, не обладающие комплемент–связывающей активностью. Если эти АТ направлены против тех или иных компонентов клеточной поверхности, участвующих в физиологической активации клетки, то можно ожидать, что АТ будут вызывать стимуляцию данного типа клеток со всеми вытекающими отсюда последствиями. Такие реакции наступают при воздействиии на клетку АТ, направленных против Рц физиологических медиаторов. Примером могут быть АТ, взаимодействующие с антигенными структурами, расположенными вблизи или в самом Рц тиреотропного гормона (ТТГ). Воздействие таких АТ на тиреоидные клетки приводит к реакции, аналогичной действию самого ТТГ: к активации аденилатциклазы клеточной мембраны и затем — к стимуляции циклическим АМФ тиреоидных клеток.

Рис. 12. Тип V реакций гиперчувствительности.

Несмотря на то, что приведённая классификация была предложена более 30 лет назад, она и сегодня помогает дать общее представление о видах иммунологически опосредованных реакций повышенной чувствительности. Во-первых, она довольно удачно систематизирует сходные по внешним признакам реакции повышенной чувствительности, во-вторых, приводит принципиальные различия механизмов, лежащих в основе их возникновения и внешних клинических проявлений, в-третьих, имеет чисто утилитарное значение, состоящее в принципиальном объяснении основных возможных способов лечебного контроля реакций гиперчувствительности. Этим можно объяснить то, что эта классификация наиболее часто используется во многих руководствах, учебниках, книгах и пособиях по иммунологии и аллергологии («Клиническая иммунология и аллергология», 1986; Порядин и др., 1996; Пыцкий и др., 1991; Abbas et al., 1994; Kay, 1996;Middleton et al., 1972; Roitt, 1980).

Следует иметь в виду то важное обстоятельство, что в клинических проявлениях аллергии и в механизме развития отдельных нозологических форм принимает участие, как правило, не один, а несколько типов гиперчувствительности. Например, в анафилактических реакциях помимо основного ведущего типа I может участвовать и тип II, а при лекарственной аллергии удаётся находить признаки 4 типов гиперчувствительности. Сказанное является, кстати, одним из аргументов ограниченности классификации Джелла и Кумбса. Как и другие классификации, она полезна на начальных этапах знакомства с предметом. При более глубоком освоении материала куда оправданнее оказывается иной подход: последовательный анализ существующих сведений о конкретных патологических процессах и состояниях (Middleton et al., 1972). В таком случае не будет ни злоупотребления использованием классификации, ни обязательности включения рассматриваемых процессов в прокрустово ложе классификации.

При рассмотрении даже самых общих закономерностей развития разных типов аллергических реакций обращает на себя внимание то, что во всех этих реакциях представлены три главные стадии: иммунологическая стадия, патохимическая, состоящая в образовании и в высвобождении из тех или иных активированных клеток медиаторов аллергических реакций, и патофизиологическая стадия, которая состоит в действии этих медиаторов на различные периферические ткани и клетки и в развитии внешних (клинических) проявлений гиперчувствительности. Такое разделение аллергических реакций на три стадии, предложенное в своё время А.Д. Адо (1978), помогает последовательному рассмотрению разных типов реакций гиперчувствительности.

Анафилактический шок (АШ) — острая системная аллергическая реакция на повторный контакт с аллергеном, угрожающая жизни и сопровождающаяся выраженными гемодинамическими нарушениями, а также нарушением функций других органов и систем.

КОД ПО МКБ-10

T78.2. Анафилактический шок неуточнённый.

T78.0. Анафилактический шок, вызванный патологической реакцией на пищевые продукты.

T80.5. Анафилактический шок, связанный с введением сыворотки.

T88.6. Анафилактический шок, обусловленный патологической реакцией на адекватно назначенное и правильно применённое ЛС.

ЭПИДЕМИОЛОГИЯ

Частота АШ среди анафилактических реакций составляет 4,4%. У пациентов с атопическими заболеваниями частота развития АШ выше.

• Введение различных лекарственных средств (ЛС) — наиболее частая причина развития АШ (20,8%). Чаще всего АШ возникает в ответ на введение антибактериальных препаратов, НПВС (причём у женщин подобная реакция возникает в пять раз чаще, чем у мужчин), анестетиков, гетерологичных сывороток, вакцин и некоторых других препаратов.

• Причиной АШ также могут быть ужаления перепончатокрылых насекомых - пчел, ос, шмелей и др. - (0,8–3,3% в общей популяции, а у пчеловодов — 15–43%), причём смертность при этом составляет 4–20 летальных исходов на 10 млн населения в год.

• Возможно развитие АШ на пищевые (куриное яйцо, молоко, соя, арахис, ракообразные, рыба), пыльцевые и некоторые бактериальные аллергены, а также латекс (до 0,3%) и др.

КЛАССИФИКАЦИЯ

По выраженности гемодинамических нарушений выделяют четыре степени тяжести течения АШ (см. ниже).

По преимущественной выраженности основных (гемодинамических) и сопутствующих симптомов анафилаксии выделяют пять форм АШ:

•гемодинамический;

•асфиксический;

•абдоминальный;

•церебральный;

•АШ с преимущественным поражением кожных покровов и слизистых.

 

Также выделяют острое злокачественное, доброкачественное, затяжное, рецидивирующее или абортивное течение АШ.