Kurs_lektsy_po_mikrobiologii_2012
.pdfЛекция 9
Иммунная система организма человека. Иммунологические методы диагностики
Иммунная система организма человека. Анатомо-физиологический принцип устройства иммунной системы. Состав иммунной системы: общая схема
Иммунная система ИС (лимфоидная система) ― совокупность лимфоидных органов, клеток, молекул, анатомически обособленных и дискретно расположенных по всему организму.
Функции иммунной системы: распознавание чужеродного агента ― антигена (Аг) и реагирование на него образованием эффекторных молекул антител (АТ) или эффекторных Т-клеток.
Состав иммунной системы можно представить в виде схемы:
Рисунок 6 ― состав иммунной системы (общая схема)
Функционирующей основой иммунной системы являются иммунокомпитентные клетки ― Т-, В-клетки, макрофаги, дендритные и другие вспомогательные антигенпрезентирующие клетки.
Cтруктурной основой ИС в организме являются органы ИС.
81
Органы иммунной системы, иммунокомпетентные клетки, алгоритм взаимодействия лимфоцитов с органами и тканями организма. Сущность дифференцировки Т- и В-лимфоцитов
Различают центральные и периферические органы ИС.
Центральные органы ИС:
•тимус (вилочковая железа);
•красный костный мозг.
У птиц центральным органом иммунитета является сумка Фабрициуса (эктодермальный вырост клоаки).
Периферические органы ИС:
•селезенка;
•лимфоузлы;
•лимфоидные структуры слизистых оболочек ― глоточные и небные миндалины, аппендикс, групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки);
•диффузная лимфоидная ткань;
•лимфоидная ткань, ассоциированая с кожей (клетки Лангерганса, лимфоциты, кератиноциты);
•кровь и лимфа.
Периферические органы иммунной системы являются местом:
•встречи антигенов с иммунокомпетентными клетками;
•распознавания антигена и развития специфического иммунного
ответа;
•взаимодействия иммунокомпетентных клеток, их пролиферации (клональной экспансии), антигензависимой дифференцировки;
•накопления продуктов иммунного ответа.
Красный костный мозг отвечает за генерацию основных клеточных элементов ИС, продуцирует постоянное количество клеток из гемопоэтической клетки (ее маркер СD34).
Все клетки крови, в том числе и лимфоциты, возникают из единой стволовой клетки, которая находится у эмбрионов в печени и костном мозге. После рождения в красном костном мозге под действием различных цитокинов из стволовой клетки возникают предшественники В- и Т- лимфоцитов.
Вселезенке образуются пламоциты и антитела. Здесь В-лимфоциты преобладают над Т-лимфоцитами, что свидетельствует о преимущественной ориентации органа на развитие ГИО.
Тимус (вилочковая, зобная железа) ― лимфоэпитеальный дольчатый орган, находящийся за грудиной и функционирующий только у эмбрионов
идетей до полового созревания.
Втимусе происходит:
•дифференцировка и созревание Т-лимфоцитов;
82
•негативная селекция тех клеток, которые имеют рецепторы к собственным антигенам, примерно 98% таких клеток распознается и гибнет.
Лимфатические узлы функционируют в качестве своеобразных фильтров лимфы, задерживая микроорганизмы и другие частицы, попавшие в лимфу. Вместе с тем лимфоузлы являются местом:
•взаимодействия иммунокомпетентных клеток в ходе специфического иммунного ответа;
•синтеза антител;
•разыгрывания событий клеточного иммунного ответа.
Клетки периферических органов являются непосредственными участниками клеточного и гуморального иммунитета, поэтому их называют иммунокомпетентными клетками или иммуноцитами.
Особенности клеток иммунной системы:
1)постоянная рециркуляция из центральных в периферические органы, затем в ткани и снова возврат в лимфоток и кровоток. Рециркуляция обеспечивает непрерывный контроль всех тканей организма со стороны клеток ИС;
2)постоянная репопуляция клеток, что обеспечивает осуществление функции иммунологического надзора молодыми, функционально полноценными клетками.
К клеткам иммунной системы относят лимфоциты, макрофаги и другие антиген-представляющие клетки (А-клетки, от англ. аccessory ―
вспомогательный), а также так называемая третья популяция клеток (т.е. клеток, не имеющих основных поверхностных маркеров Т- и В- лимфоцитов, А- клеток). Алгоритм взаимодействия лимфоцитов с органами и тканями организма представлен в таблице.
Сущность дифференцировки Т- и В-лимфоцитов
Отдельные популяции и субпопуляции Т- и В-лимфоцитов дифференцируют (отличают) по:
•маркерам;
•наличию на внешней мембране уникального рецептора для распознавания Аг :
1) TCR (Т cell receptor) у Т-лимфоцитов; 2) BCR (В cell receptor) у В-лимфоцитов.
Маркеры (дифференцировочные антигены, или кластеры дифференцировки) ― специфические поверхностные белковые молекулы, присущие тем или иным субпополяциям ИКК.
Важнейшими маркерами являются СD-маркеры указывают на функциональные способности лимфоцитов и некоторых других клеток.
83
Алгоритм взаимодействия лимфоцитов с органами и тканями организма
Место |
Название |
Сущность процесса |
|
|
процесса |
|
|
Костный мозг, |
Лимфопоэз |
Дифференцировка лимфоцита от |
|
тимус |
|
стволовой кроветворной клетки до |
|
|
|
зрелого неиммунного лимфоцита: |
|
|
|
• вилочковая |
железа поставляет Т- |
|
|
лимфоциты |
(тимус-зависимые |
|
|
лимфоциты); |
|
|
|
• в костном мозге образуются В- |
|
|
|
лимфоциты. |
|
Периферические |
Иммуногенез |
Дифференцировка неиммунного |
|
лимфоидные |
|
лимфоцита в иммунные (эффекторные |
|
органы |
|
лимфоциты). В ходе |
|
|
|
дифференцировки лимфоциты |
|
|
|
начинают экспрессировать рецепторы, |
|
|
|
способные связываться с Аг. |
|
|
|
|
|
Ткань, где |
Эффекторное |
Организация деструкции антигена |
|
присутствует |
звено |
|
|
причинный |
иммунного |
|
|
антиген |
ответа |
|
|
TCR. Функции Т-лимфоцитов
Т-клеточный рецептор (TCR) является белковым гетеродимером,
главная часть которого у одного типа рецептора представлена полипептидными цепями α и β, а у другого γ и δ - с молекулярными массами соответственно 27 и 32, 35 и 45 кД.
В составе цепей имеется по два домена (глобулы):
•прилежащие к поверхности мембраны, константные (С);
•выступающие кнаружи от нее ― вариабельные (V).
Константными доменами рецептор нековалентно связан с CD3, в состав которого входит пять полипептидных цепей γ, δ, ε, ζ, η, являющихся трансмембранными белками, передающими внутрь клетки сигналы о связывании антигена.
В отличие от антител Т-клеточные рецепторы имеют только один связывающий участок, который может узнавать и связывать фрагменты чужеродных белков. Такие фрагменты презентируются белками МНС, локализованным на поверхности клеток
84
Кроме комплексов TCR-CD3, число которых на мембране зрелых клеток может составлять 30−40 тыс. молекул, находятся молекулыкорецепторы CD4 и CD8. По их наличию выделяют две основные популяции Т-лимфоцитов:
•СD4+-клетки, или Т-хелперы (помощники), распознающие комплексы антигенных пептидов на молекулах МНС II класса макрофагов, дендритных клеток и В-лимфоцитов;
•СD8+-клетки, или Т-киллеры (убийцы), часто называемые цитотоксиче-скими лимфоцитами (ЦТЛ), которые распознают пептиды на молекулах МНС I класса всех ядерных клеток; Т-супрессоры.
Существует 2 категории: Тh1 и Тh2 (или Тх1 и Тх2). Функциональные различия Тh1 и Тh2:
•Тh1:
1)обеспечивают дифференцировку и пролиферацию Т-киллеров (секретируют интерлейкины 2 и 3, фактор некроза опухолей, γ-интерферон
идр. цитокины);
2)активируют Тh2;
3)способствуют цитотоксической функции макрофагов;
4)стимулируют иммунитет против вирусов и внутриклеточных бактерий.
•Тh2:
1)вызывают пролиферацию и дифференциацию В-лимфоцитов в плазматические клетки (секретируют интерлейкины 4, 5 и 6 и вводят их в цитоплазму В-лимфоцитов);
2)тормозят функции Тh1;
3)усиливают иммунитет против обычных бактерий, их токсинов, образование IgЕ-антител.
Тh1 и Th2 дифференцируются из Тh0 (маркер СD4) под воздействием:
•микобактерий, вирусов гриппа, стрептокиназы, интерлейкин-12, контакта с В-лимфоцитами, которые направляют дифференциацию в сторону Тh1. Благоприятствует микроокружение лимфоузлов;
•интерлейкина-4 и аллергенов, контактов с дендритными клетками и макрофагами, которые направляют дифференцировку в сторону Th2. Благоприятствует микроокружение слизистых оболочек.
Т-киллеры (от англ. to kill ― убивать), или цитотоксические лимфоциты (ЦТЛ), лизируют клетки-мишени, несущие чужеродные антигены или видоизмененные аутоантигены (например, клетки опухолей, трансплантантов, инфицированные вирусами).
Т-супрессоры (supressum ― подавлять) в отличие от эффекторных Т- и В-клеток функционируют как регуляторы нормального иммунного ответа. Под их контролем находится:
•Т-клеточный и тимусзависимый гуморальный ответы;
85
• поддержание иммунной толерантности к аутоантигенам. Основной клеткой-мишенью Т-супрессоров считаются Т-хелперы.
Наивные Т-лимфоциты (Т0) ― зрелые, но не стимулированные антигеном Т-лимфоциты.
В-клеточный рецептор (BCR). Функции В-лимфоцитов
BCR имеет иммуноглобулиновую природу и в зрелой покоящейся В- клетке представлен мономерным IgM (сывороточный IgM пентамер) в комплексе с IgD и дополнительными молекулами Igα и Igβ, участвующими в передаче клетке сигнала о связывании антигена. Помимо иммуноглобулиновых рецепторов (BCR) зрелые В-лимфоциты располагают:
•мембранными молекулами CD80, CD86 и CD40, эффективно контактирующими с Т-хелперами;
•рецепторами для Fc-фрагмента IgG, СЗb фракции комплемента, интерлейкинов 1 и 4, интерферона γ;
•рецепторы к вирусам Эпштэйн-Бар;
•рецепторы к эритроцитам мыши;
•антигены МНС классов I и II, позволяющие В-лимфоцитам выполнять функцию антигенпрезентирующих клеток.
Основная функция В-лимфоцитов ― эффекторное участие в гуморальных иммунных реакциях, конечным результатом которого является синтез антител.
В популяции В-лимфоцитов различают две субпопуляции:
1.самоподдерживающуюся в брюшной полости, или сальниковую В1, содержащую молекулу CD5,
2.костномозговую (обычную) В2, не имеющую СD5-антигена. Основное отличие СD5-клеток состоит в том, что они в постнатальном
периоде остаются потенциально агрессивными в отношении собственных клеток и тканей и могут вырабатывать полиспецифические IgMаутоантитела, которые участвуют в развитии аутоиммунных патологических процессов.
Субпопуляции В2-клеток:
•предшественники антителообразующих (плазматических) клеток;
•В-клетки памяти (эффекторы вторичных иммунных реакций).
Факторы межклеточного взаимодействия иммунной системы и их характеристика. Цитокины: общая характеристика, общие свойства, биологический эффект цитокина, основные функциональные группы, хемокины
86
Основные цитокины иммунного ответа
Вещество |
Источник |
Мишень |
Эффекты |
ИЛ-1 |
Макрофаги, В- |
Т-клетки, В-клетки, |
Активация лимфоцитов и |
|
клетки, NK- |
макрофаги |
макрофагов, гипертермия, |
|
клетки |
|
острофазная реакция, усиление |
|
|
|
клеточной адгезии |
ИЛ-2 |
Т-клетки |
В-клетки, Т-клетки, |
Активация лимфоцитов и |
|
|
NK-клетки, макрофаги |
макрофагов, стимуляция секреции |
|
|
|
лимфокинов |
ИЛ-3 |
Т-клетки |
Костномозговые |
Пролиферация |
|
|
клетки- |
|
|
|
предшественницы |
|
ИЛ-4 |
Т-клетки |
В-клетки, макрофаги |
Пролиферация лимфоцитов, |
|
|
|
активация макрофагов, влияние на |
|
|
|
переключение класса |
|
|
|
синтезируемых AT: способствует |
|
|
|
продукции IgGI и IgE, подавляет |
|
|
|
синтез lgG2 и lgG3 |
ИЛ-5 |
Т-клетки |
В-клетки, стволовые |
Пролиферация, |
|
|
клетки |
дифференцировка, переключение |
|
|
|
на синтез IgA, эозинофилия |
ИЛ-6 |
Макрофаги, |
В-клетки, макрофаги, |
Пролиферация, стимуляция |
|
фибробласты, |
миелоидные |
секреции Ig, острофазная реакция |
|
опухолевые |
предшественники |
|
|
клетки |
|
|
ИЛ-7 |
Клетки стромы |
Пре-В-клетки, Т- |
Пролиферация |
|
|
клетки |
|
α-ФНО |
Макрофаги, Т- |
В-клетки, макрофаги, |
Рост и дифференцировка, |
|
клетки, NK- |
нейтрофилы |
активация, усиление адгезии, |
|
клетки |
|
кахексия |
γ-ФНО |
Т-клетки |
Клетки опухоли |
Цитотоксичность |
(лимфо- |
|
|
|
токсин) |
|
|
|
МИФ |
Тгзт |
Макрофаги |
Подавление миграции |
МАФ |
Тгзт |
Макрофаги |
Активация |
ФХМ |
Тгзт |
Макрофаги |
Стимуляция хемотаксиса |
ФИЛ |
Тгзт |
Нейтрофилы |
Ингибирование миграции |
Сокращения: МИФ — макрофаг-ингибирующий фактор; МАФ — макрофаг-активирующий фактор; ФХМ — фактор хемотаксиса макрофагов; ФИЛ — фактор, ингибирующий миграцию лейкоцитов; ФНО
— фактор некроза опухолей; Тгзт — Т-эффекторы ГЗТ; ЦТЛ — Т- цитотоксические клетки; NK— естественные киллеры; Т-х— Т-хелперы.
Различают следующие (основные) факторы межклеточного взаимодействия:
а) на поверхности клеток (рецепторы-лиганды):
87
•молекулы иммуноглобулинового суперсемейства: Ig, TСR, MHC, CD2,3,4,8, адгезины клеток иммунной системы (ICAM);
•селектины;
•интегрины;
•прочие молекулы (например, CD44).
б) факторы дистанционного взаимодействия:
•цитокины;
•интерфероны.
Адгезины клеток иммунной системы (ICAM) ― CD-молекулы лейкоцитов и эндотелия сосудов, обеспечивающие неспецифическую адгезию между различными клетками и сопутствующую их стимуляцию (костимуляцию).
Селектины ― белки из семейства молекул клеточной адгезии, являются трансмембранными гликопротеинами и состоят из единственной полипептидной цепи.
Интегрины ― главные молекулы, опосредующие взаимодействие клеток с межклеточным веществом (связывают цитоскелет клеток с компонентами межклеточного матрикса).
Взаимодействие клеток в иммунном ответе осуществляется с помощью гуморальных медиаторов ― цитокинов.
Семейства биологически активных пептидов:
•интерлейкины (ИЛ) 1−21;
•колониестимулирующие факторы (CSF);
•факторы некроза опухолей (ФНО);
•хемокины;
•интерфероны.
Хемокины (англ. chemokines) ― семейство цитокинов небольших размер (от 8 до 10 кДа) и с 4 консервативными цистеинами в молекуле, определяющими трехмерную структуру белка. Хемокины способны вызывать хемотаксис чувствительных к ним клеток (отсюда их название хемотаксические цитокины, сокращенно хемокины).
Общая классификация иммунологических методов диагностики
Иммунологическая реакция ― это взаимодействие антигена с антителом, которое определяется специфическим взаимодействием активных центров антитела (паратопа) с эпитопами антигенов.
Общая классификация иммунологических реакций:
•серологические реакции ― реакции между антигенами (Aг) и антителами (Ig) in vitro;
•клеточные реакции с участием иммунокомпетентных клеток;
•аллергические пробы ― выявление гиперчувствительности.
88
Серологические реакции: цели постановки, общая классификация.
Цели постановки:
а) для идентификации антигена:
•в патологическом материале (экспресс-диагностика);
•в чистой культуре:
1)серологическая идентификация (определение вида);
2)серотипирование (определение серовара);
б) для выявления антител (серодиагностика):
•наличия (качественные реакции);
•количества (нарастание титра ― метод «парных сывороток»). Общая классификация серологических реакций:
а) простые (2-х компонентные: Аг + Ат):
•реакции агглютинации РА (с корпускулярным антигеном);
•реакции преципитации РП (с растворимым антигеном);
б) сложные (3-х компонентные: Аг + Ат + комплемент); в) с использованием метки.
Варианты реакции агглютинации и преципитации
Реакция агглютинации:
а) с корпускулярным антигеном:
•прямая:
1)пластинчатая;
2)объемная;
•непрямая:
1)латекс-агглютинация;
2)ко-агглютинация;
3)реакция непрямой гемагглютинации (РНГА) = пассивной гемагглютинации (РПГА).
Реакция преципитации:
а) с растворимым антигеном:
•объемная (например, реакция кольцепреципитации);
•в геле (иммунодиффузия):
1)простая (по Манчини);
2)двойная или встречная (по Оухтерлони);
•реакция нейтрализации токсина антитоксином (РН) (например реакция флокулляции);
•другие варианты:
1)иммуноэлектрофорез;
2)иммуноблотинг.
89
Сложные серологические реакции (3-х компонентные Аг + Ат +
комплемент): а) видимые:
•иммобилизация;
•иммунного прилипания;
•лизиса (в том числе гемолиза); б) невидимые:
•реакция связывания комплемента (РСК).
Реакции с использованием метки:
•РИФ ― реакция иммунофлюоресценции;
•ИФА ― иммуноферментный анализ;
•РИА ― радиоиммунный анализ;
•ИЭМ ― иммунная электронная микроскопия.
90