И ммуноглобулины

Для гуморального иммунитета характерна выработка специфических антител (иммуноглобулинов).

Антитела – специфические белки гамма-глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами (Ig).

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Установлено, что Ig являются гликопротеинами сыворотки крови, сосредоточены в γ-глобулиновой фракции и имеют глобулярную вторичную структуру.

I g разделены в зависимости от локализации на три группы:

• сывороточные Ig (в крови);

• секреторные Ig (в секретах - содержимом желудочно-кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно - в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

• поверхностные Ig (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В-лимфоцитов).

Ig характеризуются общим типом строения. Структурной единицей антител является мономер, состоящий из двух легких (L) и двух тяжелых (H) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgD и IgE. У полимерных Ig имеется дополнительная джей-полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

По специфичности и способности связывать антиген в молекуле Ig выделяют 3 фрагмента:

Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со «своим» рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как вариабельные V_L и V_H области. В их составе выделяют гипервариабельные участки (3 в L- и 4 в Н-цепях), которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающего центра или паратопа). Разновидности последовательности аминокислот в этих гипервариабельных участках определяют специфичность антитела. Именно с антигенсвязывающим центром взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу «ключ-замок» и образован гипервариабельными областями L- и Н-цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.

При определенных условиях эти гипервариабильные области могут также выступать в роли антигенов (идиотипов).

В молекуле Ig меньше двух антигенсвязывающих центров быть не может, но один может быть завернут внутрь молекулы – это неполное антитело. Оно блокирует антиген, и тот не может связаться с полными антителами.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков – доменов. В легких (L) цепях - два домена - один вариабельный (V) и один константный (С), в тяжелых (Н) цепях - один V и 3 или 4 (в зависимости от класса Ig) С домена.

Существуют легкие цепи двух типов - каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Выявлено пять классов тяжелых цепей - альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эпсилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов - A, G, Е, М и D. Именно константные области Н-цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.

С ледовательно, известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико-химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса (IgG_l, IgG₂, IgG₃, IgG₄), в составе IgA - два подкласса (IgA_l, IgA₂).

А нтигенность антител. Иммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью и выраженной иммуногенностью. В молекуле Ig различают 4 типа антигенных детерминант: видовые, изотипические, аллотипические и идиотипические.

Видовые антигенные детерминанты характерны для Ig всех особей данного вида (например, кролика, собаки, человека). Они определяются строением легкой и тяжелой цепи, по этим детерминантам можно идентифицировать видовую принадлежность АТ.

И зотипические антигенные детерминанты являются групповыми. Они локализуются в тяжелой цепи и служат для дифференцировки семейства Ig на 5 изотипов (классов) и множество подклассов.

Аллотипические антигенные детерминанты являются индивидуальными, т.е. присущими конкретному организму. Они располагаются в легкой и тяжелой полипептидных цепях. Позволяют различать особи внутри одного вида.

Идиотипические антигенные детерминанты отражают особенности строения антигенсвязывающего центра самой молекулы Ig. Они образованы V-доменами легкой и тяжелой цепи молекулы Ig. Обнаружение идиотипических антигенных детерминант послужило основанием для создания теории «идиотип-антиидиотипической» регуляции биосинтеза антител.

У антител, специфичных к антигенным детерминантам, конструкция активных центров неодинакова за счет наличия разнообразных аминокислот в гипервариабельных областях. Это обеспечивает уникальность антигенсвязывающего участка молекулы иммуноглобулина, названного идиотипом (idious – уникальный, не такой как все) антитела.

Следовательно, идиотип антитела – это отражение специфичности антитела по отношению к антигену.

Все молекулы Ig, выделяемые отдельными лимфоцитами и его потомками (клоном), имеют одинаковый идиотип и обозначаются как моноклональные антитела. К этому уникальному участку также можно получить антитела, которые называются антиидиотипическими. Эти антитела образуются в норме и могут участвовать в регуляции иммунного ответа.

Таким образом, в молекуле Ig различают 3 типа антигенных детерминант – изотипические, аллотипические, идиотипические. Эти детерминанты определяют специфичность антител (около 10¹⁶–10⁹ вариантов) по отношению к разнообразным антигенам. Антигенное разнообразие молекул Ig генетически детерминировано.

О сновные биологические характеристики Ig

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

1. Валентность - количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией – моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела называют полными антителами. Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

2. Аффинность - (степень сродства) – это прочность связывания между одним антигенным эпитопом и одним активным центром антитела, зависит от их пространственного соответствия.

3. Авидность связи антигена с антителом – это интегральная характеристика силы связи цельной молекулы антигена (всех его эпитопов) со всеми активными антигенсвязывающими центрами цельной молекулы антитела. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител Связывание антигена с антителом основывается на тесном контакте, который обеспечивается ван-дер-ваальсовыми силами (через облако электронов), водородными связями, электростатическим притяжением или гидрофобными связями.

• Г етерогенность – обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант: изотипических, аллотипических и идиотипических – отражающих индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками паратопов антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения гипервариабельных участков Н- и L-цепей – множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

О сновные биологические функции Ig

Благодаря уникальной особенности специфически связываться с антигенными детерминантами, Ig выполняют в организме ряд важнейших функций, как форма иммунного реагирования (эффекторная) и фактор регуляции иммунореактивности (регуляторная). При этом необходимо дифференцировать эффекты специфического высокоаффинного взаимодействия и неспецифического (низкоаффинного). Прямые эффекты:

• в результате специфического взаимодействия эпитопа молекулы Аг с паратопом молекулы АТ осуществляется связывание антигенов, в том числе токсинов и ферментов (образование ИК) и их нейтрализация – на принципе нейтрализации основан механизм действия антитоксических, противовирусных и многих других лечебных иммунных сывороток;

• энзиматическая активность Ig (связана с С-областью V-домена L-цепи; благодаря протеазной или нуклеазной активности, Ig способны вызывать деструкцию молекулы Аг, например, расщепление отдельных пептидов или ДНК).

В большинстве случаев взаимодействие АТ с Аг в организме не влечет за собой непосредственную нейтрализацию биологического действия Аг, а также его разрушение или утилизацию. Прочно связываясь с эпитопом, АТ «маркируют» молекулы Аг – обозначают его как мишень для факторов элиминации или деструкции (фагоцитоз, лизис). К непрямым эффектам относятся:

• индукция иммунного фагоцитоза, приводящая к элиминации любых форм Аг из организма (с участием комплемента);

• опосредование ГНТ, или I типа;

• запуск антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности*;

• активация комплемента по классическому пути и индукция комплемент-опосредованного лизиса чужеродных или измененных клеток;

• опсонизация корпускулярных антигенов и подготовка их к поглощению фагоцитами – за счет неспецифической адсорбции или низкоаффинного связывания, неспецифического ингибирования биологического действия Аг;

• АТ являются активными регуляторами иммунореактивности (служат специфическими рецепторами В-лимфоцитов; специфическими ко-рецепторными факторами базофилов и тучных клеток; антиидиотипические АТ могут управлять силой антительного иммунного реагирования).

* В антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности принимают участие NK с фенотипом CD16⁺. На своей поверхности они несут низкоаффинный FcR к молекуле IgG, связанной антигеном в ИК. Этот фенотип NK (EK) постоянно циркулирует в кровотоке и других биологических жидкостях в «поиске» клеток, инфицированных различными паразитами (вирусами, бактериями, простейшими) и «помеченных» IgG. При контакте с зараженной клеткой NK индуцирует разрушение клеток-мишеней осмотическим лизисом (перфорином) или индукцией в них апоптоза (гранзимы).

Молекулы Ig присутствуют в организме в растворимой форме в крови и других биологических жидкостях, а также на ЦПМ В-лимфоцита в составе трансмембранного антигенспецифического рецептора. Рецепторные Ig имеют те же изотип и специфичность, что и синтезируемые в межклеточную среду АТ. Структурное отличие от секретируемых АТ заключается в особом, дополнительном М-пептиде, благодаря которому молекула рецепторного Ig фиксируется в ЦПМ иммунокомпетентных клеток.

Характеристика основных классов Ig

Ig G. Мономеры, включают четыре субкласса, м.м. 160 кД, константа седиментации 7S (т. е. являются микроглобулинами), составляют 75–80% от общего количества Ig в организме человека. Концентрация в крови - от 8 до 17 г/л, период полураспада - около 3-4 недель.

Э то основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG-антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние антитела), при вторичном иммунном ответе. IgGl и IgG4 специфически (через Fab-фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация), благодаря Fc-фрагментам IgG взаимодействуют с Fc-рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM-антител, IgG-антитела относятся к категории поздних – появляются позже и более длительно выявляются в крови.

I gM. Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J-цепью, имеет 10 антиген-связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM антитела – наиболее ранний класс антител (ранние антитела, макроглобулины 19S), образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM-антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам Гр– бактерий, жгутиковым антигенам – преимущественно IgM-антитела. Отличаются высокой активностью в реакциях агглютинации, лизиса и связывания эндотоксинов Гр– бактерий.

IgM – основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных – это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG – 0,5-2,0 г/л, период полураспада – около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG. Мономерная форма этого Ig выполняет функцию антигенраспознающего рецептора на поверхности В-лимфоцитов.

К их основной биологической функции относится мощная антибактериальная защита, которая выражается в лизисе клеток в присутствии комплемента. Особенно активны Ig этого класса в отношении Гр– бактерий: шигелл, сальмонелл, патогенных эшерихий, вибрионов. Вместе с гуморальными факторами естественной резистентности они обусловливают бактерицидную активность крови. В процессе первичного иммунного ответа это первые, наиболее ранние Ig.

IgA. Структурной особенностью Ig этого класса является способность образовывать мономерные, димерные, реже три- и мультимерные молекулы благодаря наличию J-цепи и секреторного компонента. Поэтому выделяют сывороточные IgA – мономеры и секреторные sIgA (или IgAs), которые представлены на поверхности эпителиальных клеток димерными молекулами с секреторным S-компонентом. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа - IgA₁ преобладает в сыворотке, субкласс IgA₂ – в экстраваскулярных секретах.

С екреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов. Основная роль IgA – обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.

I gE. Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях. Основная роль – своими Fc-фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся «антитела аллергии» – реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab-фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc-фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.

IgD. Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В-лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.

С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини) – разновидность реакции преципитации и ИФА.

Определение антител различных классов имеет большое значение для диагностики инфекционных заболеваний. Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови – важный критерий при постановке диагноза - серологический метод диагностики. Антитела класса IgM появляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда - годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.

Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM-антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия – антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных – взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней-недель проб.

Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами («антиген – антитело») проявляются в виде ряда феноменов - агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.

В сыворотке крови здорового человека Ig обнаружены в следующих количествах (мг/100 мл): IgG – 1000–1500, IgM – 60-180, IgA - 100-400, IgE-0,1, IgD - 3-5.

Конститутивные (нормальные) АТ. В сыворотке крови всегда определяется базальный уровень Ig – нормальных (или естественных) АТ. К ним относят, например, изогемагглютинины, направленные против эритроцитарных Аг групп крови (система АВО), а также против бактерий кишечной группы, кокков и некоторых вирусов. Эти АТ постоянно образуются без явной антигенной стимуляции и могут свидетельствовать об отдаленном контакте с Аг или наличии малых количеств Аг в организме. Они участвуют в поддержании гомеостаза, защите против инфекций, удалении из организма отживших клеток, в представлении антигенов Т-клеткам, индукции синтеза противовоспалительных цитокинов и др.

Соединения из антигенов и антител называют иммунными комплексами (ИК). Обычно ИК фагоцитируются моноцитами, нейтрофилами, эозинофилами и др. либо связываются через рецепторы комплемента с эритроцитами, попадают с ними в печень или селезенку, где фагоцитируются местными клетками. В некоторых случаях ИК циркулируют в крови длительно и вызывают воспалительное поражение органов или подавляют иммунитет.

Динамика образования антител при первичном и повторном введении антигена различна. При первичном введении антигена выделяют:

• латентную (индуктивную) фазу, в течение которой происходят захват макрофагом, переработка и представление антигена Т-хелперным клеткам, размножение специфического клона В-лимфоцитов и трансформация в плазматические клетки, начало выработки антител. Продолжительность этой фазы составляет 3–5 дней. В этот период антитела в крови не обнаруживаются;

• логарифмическую фазу, которая характеризуется поступлением антител в кровь и лимфу, увеличением количества плазмоцитов и геометрическим ростом (в десятки раз) количества антител. Продолжительность этой фазы составляет 7– 15 сут;

• стационарную фазу продолжительностью 15–30 сут, во время которой количество антител достигает максимума и стабилизируется;

• фазу снижения уровня антител, что происходит в результате гибели плазмоцитов ранней генерации. Остаточный низкий уровень антител может сохраняться длительное время – до нескольких месяцев.

В ходе первичного иммунного ответа плазмоциты переключаются на синтез антител разных классов. В начале иммунного ответа синтезируются IgM, а позже появляются IgG.

Д инамика иммунного ответа при повторном проникновении антигена в организм имеет следующие отличия: латентная фаза короче (от нескольких часов до 2 дней), логарифмическая фаза продолжительнее, скорость прироста антител и их уровень выше. В последующих фазах количество антител снижается медленно, иногда в течение нескольких лет. С первых часов появляются антитела класса IgG. Различается и последовательность синтеза АТ различных классов: при первичном иммунном ответе более длительно преобладают IgM, при вторичном – быстро синтезируются и преобладают IgG.

У казанные различия в динамике иммунного ответа объясняются феноменом иммунологической памяти. При иммунном ответе некоторые В-лимфоциты не дифференцируются в плазмоциты-антителопродуценты, а сохраняются в лимфоидной ткани как клетки памяти. При повторном поступлении антигена количество их быстро увеличивается и формируются клоны плазматических клеток, которые обеспечивают высокоэффективный вторичный ответ.

Примером такого типа иммунного ответа является реакция на повторное введение вакцины (ревакцинация), что стимулирует иммунологическую память. Поствакцинальный и постинфекционный иммунитет также поддерживается иммунологической памятью.

Все Т-лимфоциты, вовлеченные в реакции иммунного ответа, так же как и В-клетки, способны формировать клетки памяти и обеспечивать более эффективный и ускоренный ответ (по вторичному типу). В иммунных реакциях, где эффекторные функции выполняют макрофаги, иммунологическая память создается исключительно Т-хелперами.

Р оль антител в формировании иммунитета

Антитела имеют значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

1. Связываясь с токсинами, АТ нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

1. Блокируя рецепторы вирусов, АТ препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

2. Комплекс Аг-АТ запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

3. АТ принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. АТ способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых Аг в виде ЦИК.

I gG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM – в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении Гр– бактерий, IgA - в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs – в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE – в реакциях ГЧНТ.