Основы иммунологии

Секреция цитокинов.

Макрофаги образуют значительное количество

провоспалительных цитокинов. Среди них – ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ18, ФНО , различные хемокины. Они выделяются после взаимодействия фагоцита с бактериальными клетками и стимулируют переход Тх0 в Тх1, стимулируя клеточное воспаление.

Гранулоциты

Нейтрофильные, базофильные и эозинофильные гранулоциты происходят из гемопоэтической стволовой клетки (ГСК) в костном мозгу через ряд предшественников: миелобласт – промиелоцит – миелоцит – юный – палочкоядерный – зрелый под влиянием ГМКСФ.

Нейтрофилы.

Их увеличение в крови – нейтрофилез – наблюдается при воспалении и инфекциях. Азурофильные гранулы содержат - глюкуронидазу, катепсины, кислые гидролазы, кислые и нейтральные протеазы, эластазу, миелопероксидазу. В специфических гранулах находятся коллагеназа, лизоцим, белок, связывающий витамин B12.

Основной функцией нейтрофилов является фагоцитоз чужеродных объектов (бактерий, клеток), после чего они превращаются в «гноеродные тельца» – составную часть гноя. При фагоцитозе происходит усиление метаболизма по гексозомонофосфатному пути с активацией клеточного дыхания – "респираторного взрыва" и из гранул высвобождаются ферменты.

Через высокоаффинные Fc -рецепторы и Fcε-рецепторы, появляющиеся после активации, нейтрофилы связывают IgG и IgEантитела и за счет них могут специфично взаимодействовать с антигенами и аллергенами.

Базофилы (0,5-1% в крови) участвуют в аллергических реакциях. На поверхности базофилов имеется от 6000 до 60000 высокоаффинных Fc -рецепторов, связывающих IgE. В гранулах базофилов содержится большое количество медиаторов аллергии.

Эозинофилы играют большую роль в противопаразитарном иммунитете и аллергии. В норме в крови их 0,5-3%, созревают под действием ИЛ-5. При аллергии и паразитарных инвазиях количество их в крови увеличивается до 10-20% – эозинофилия.

31

Эндотелий капилляров и посткапиллярных венул играет значительную роль в иммунитете.

Эти клетки экспрессируют много молекул адгезии после активации: селектины Р и Е (распознают углеводы), интегриновые рецепторы ICAM-1 и 3, рецепторы для хемокинов, для ИЛ-1, 3, 4, 6, ФНО- , интерферона- , для C1q-компонента комплемента. При аутоиммунном ответе и воспалении эндотелий выделяет ряд цитокинов – ИЛ-1, 6, 7, ФНО- и др.

Эпителий кожи и слизистых оболочек служит не только механическим защитным барьером, но и активно участвует в иммунных реакциях и воспалении. При любом повреждении эпителия выделяются хемокины (RANTES, ИЛ-12, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α и др.), привлекающие лейкоциты.

Система антигенпредставляющих клеток (АПК). Дендритные клетки

Антигенпредставляющие клетки (АПК) – это гетерогенная популяция лейкоцитов с весьма выраженной иммуностимулирующей активностью. Большая часть АПК обеспечивает активацию Т- хелперов, некоторые взаимодействуют с другими клетками иммунной системы.

Главную роль в системе АПК играют дендритные клетки (ДК). Они возникают из костно-мозговых миелоидных и моноцитарных предшественников под влиянием ГМ-КСФ, ФНО , ИЛ-3.

АПК локализованы преимущественно в коже, лимфатических узлах, селезенке, эпителиальном и субэпителиальном слоях большинства слизистых оболочек и в тимусе. Относящиеся к ним клетки Лангерганса из кожи и других эпителиальных тканей мигрируют клеток по афферентным лимфатическим сосудам в паракортикальные области регионарных лимфоузлов. Там они взаимодействуют с Т-хелперами, представляя для них антиген (интердигитальные ДК). Такая миграция обеспечивает эффективный механизм доставки антигенов из кожи и слизистых оболочек к Тхклеткам лимфоузлов.

Фолликулярные дендритные клетки (ФДК), презентирующие антигены В-клеткам, содержатся в первичных и вторичных

32

фолликулах В-клеточных областей лимфоузлов, селезенки и лимфоидной ткани слизистых.

Свойства ДК:

–связывание, переработка и презентация белковых и липогликопротеиновых антигенов CD4 Тх, CD8 Т-клеткам (интердигитальные ДК) и В-лимфоцитам (фолликулярные ДК);

–секреция и выделение цитокинов, хемокинов, привлекающих и активирующих другие лейкоциты;

–индукция аутотолерантности Т-лимфоцитов в тимусе и периферических органах;

–участие в развитии аллергических и аутоаллергических (аутоиммунных) реакциях при патологической активации;

–участие в противоопухолевом иммунитете;

–удаление апоптозных клеток.

Лимфоидная система

Общая масса лимфоидной ткани сопоставима с массой печени и содержит 1013 лимфоцитов.

Все клетки крови, в том числе и лимфоциты, возникают из

гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), которые находятся у эмбрионов в печени и костном мозге, а у взрослых только в костном мозге. Из ГСК под влиянием различных цитокинов возникают предшественники лимфоцитов (Т- и В-типа), а также других лейкоцитов и эритроцитов (рис. 1.3).

Лимфоциты неоднородны. Различают две их популяции: Т- лимфоциты, которые дифференцируются в тимусе («тимусные») и В- лимфоциты, созревающие в костном мозге. Процесс первичной дифференцировки и созревания обозначается как лимфопоэз. Деление лимфоцитов и последующая диференцировка под влиянием антигенов с образованием иммунных лимфоцитов и антител –

иммунопоэз.

Особенностью лимфоидной ткани слизистых оболочек является наличие «мукозноассоциированной лимфоидной ткани», ее тесный контакт с эпителием, через который проникают антигены и который может участвовать в представлении антигенов. Другой ее особенностью является отличие в субпопуляционном спектре

33

лимфоцитов и их функциях. Местами общения лимфоцитов и бактерий в кишечнике служит слизистая оболочка и эпителий, покрывающий пейеровы бляшки, а в бронхах – эпителий, покрывающий места расположения бронхоассоциированной лимфоидной ткани, в миндалинах – эпителий крипт. Эти места эпителия всегда инфильтрированы лимфоцитами, которые взаимодействуют с антигенами, находящихся на нем микроорганизмов.

В-лимфоциты происходят из ГСК и дифференцируются в эмбриональной печени, затем в костном мозге.

В-1 субпопуляция возникает вне костного мозга из лимфоидной стволовой клетки (ЛСК) и локализуется в брюшной и плевральной полостях, сальнике, миндалинах. Она активно участвует в реакциях врожденного иммунитета, контролируя образование естественных антител. Маркер субпопуляции – молекула CD5.

В-2 субпопуляция – обычные В-лимфоциты, они имеют на поверхности Ig-рецепторы для распознавания антигена. При стимуляции антигенами они созревают в плазмоциты,

секретирующие иммуноглобулины – антитела.

В норме в крови у человека содержится 17-30% В-клеток от общего числа лимфоцитов.

Иммуноглобулины и антитела

Иммуноглобулины (антитела) – это большое семейство белков, которые синтезируются В-лимфоцитами и плазматическими клетками. Иммуноглобулины находятся в крови и при электрофорезе сыворотки крови они образуют фракцию -глобулинов. Часть особых иммуноглобулинов – секреторных – присутствует во всех секретах, продуцируемых слизистыми оболочками (слезная жидкость, слизь носа, бронхов, кишечника, половых органов). В структуре иммуноглобулиновой молекулы различают 2 тяжелые (H – heavy) и 2 легкие (L – light) полипептидные цепи, соединенные между собою дисульфидными связями. Тяжелые цепи определяют принадлежность иммуноглобулинов к соответствующему классу: IgG – тяжелая цепь –

IgA – , IgM – , IgD – , IgE – (рис. 1.4).

34

В цепях молекулы иммуноглобулинов различают константные

(constant) и вариабельные (variable) участки.

Отдельные замкнутые в виде глобул части цепей иммуноглобулина получили название доменов. В константном участке различают CL, СН1, СН2 и СН3 домены, а в IgM и IgE и СН4 домены, в V-участке – VH и VL домены (в зависимости от цепи).

Гипервариабельные участки, где часты замены аминокислот,

относятся к регионам, определяющим комплементарность

иммуноглобулиновых молекул. Эти регионы локализованы в доменах тяжелой (VH) и легкой (VL) цепей. Они формируют активный центр молекулы иммуноглобулина (антитела).

Между СН1 и СН2 доменами тяжелой цепи локализуется подвижный – "шарнирный" участок молекулы иммуноглобулина, чувствительный к протеолитическим ферментам (папаину, пепсину, трипсину). Под действием папаина молекула иммуноглобулина расщепляется на 2 Fab-фрагмента (fragment antigen binding – фрагмент, связывающий антиген) и Fc-фрагмент (fragment crystallizable – фрагмент кристаллизующийся).

Когда молекула Ig связывает антиген, CН2 домен Fc-фрагмента иммуноглобулина активирует комплемент по классическому пути, а СH3 домен может связываться с Fc-рецепторами, имеющимися на лейкоцитах и других клетках.

Иммуноглобулины класса G составляют основную массу иммуноглобулинов сыворотки крови (75-85%) – 10 г/л (8-12 г/л). Они неоднородны по строению Fс-фрагмента и различают их четыре субкласса: G1, G2, G3, G4.

Снижение уровня IgG в крови обозначается как

гипогаммаглобулинемия IgG, увеличение – гипергаммаглобулинемия

IgG.

Основную массу антител против бактерий, их токсинов и вирусов составляют IgG.

Иммуноглобулины класса М (м.м. 950 кДа) содержатся в сыворотке крови в концентрации от 0.8 до 1.5 г/л, в среднем – 1 г/л. В крови они находятся в виде пентамеров. Антитела IgM синтезируются в организме при первичном иммунном ответе, низкоаффинны, но высокоавидны из-за большого числа активных центров.

Иммуноглобулины класса А (от 1,5 до 3 г/л) IgA в крови присутствуют в виде мономеров, а в секретах в форме димеров и тримеров. Секреторные IgA (sIgA), будучи антителами, формируют местный иммунитет, препятствуют адгезии микроорганизмов к

36

эпителию слизистых оболочек, опсонируют микробные клетки, усиливают фагоцитоз.

Иммуноглобулины класса D содержатся в сыворотке крови в концентрации 0,03-0,04 г/л. Они служат рецепторами созревающих В- лимфоцитов.

Иммуноглобулины класса Е присутствуют в сыворотке крови в концентрации около 0,00005 г/л или от 0 до 100 МЕ/мл (1 МЕ ~ 2,4 нг). При аллергии их содержание в крови увеличивается и многие из них специфичны к аллергену, т.е. являются антителами.

Тяжелая цепь

VH VL

Вариабельные области

Легкая цепь (L)

Fab-фрагмент

шарнир

CH2

Fc-фрагмент постоянные области тяжелой цепи

CH3

IgG

Рис. 1.4. Структура молекулы иммуноглобулина G

Различают естественные и иммунные антитела. Естественные АТ находятся в организме без предварительного введения антигена (иммунизации). Примером таких АТ являются - и - изогемагглютинины сыворотки крови человека I группы, направленные против А и В антигенов эритроцитов людей других групп крови (II-IV) – это чаще антитела класса IgM. Встречаются естественные антитела против микробов.

37

Иммунные АТ накапливаются и выявляются в сыворотке крови после предварительной иммунизации антигенами.

Механизм действия антител:

нейтрализация активных центров токсинов (токсиннейтрализующий эффект);

образование комплекса антиген-антитело, который активирует комплемент с последующим лизисом клетки (литический эффект при участии комплемента);

опсонизация объектов фагоцитоза (усиление фагоцитоза); связывание с Fc-рецепторами лейкоцитов, которые

приобретают способность специфично взаимодействовать с антигенами ("вооружающий" эффект антител);

антирецепторные антитела, связываясь с соответствующим рецептором, блокируют его или стимулируют функцию клетки (блокирующие и стимулирующие эффекты);

антитела обладают собственной медленной ферментативной активностью и могут расщеплять некоторые субстраты (абзимная активность).

Бивалентные АТ (обычно класса G), имеющие 2 активных центра, получили название полных АТ. Наряду с ними существуют моновалентные неполные АТ, у которых действует один связывающий активный центр из-за пространственной блокировки второго центра.

Сила связывания (сродство) одного активного центра АТ с эпитопом антигена получила название аффинности (аффинитета). Прочность связывания всей иммуноглобулиновой молекулы с антигеном называется авидностью (авидитетом). Обычно она прогрессивно увеличивается с увеличением количества активных центров в иммуноглобулиновой молекуле. Отсюда наибольшей авидностью обладают IgM.

При иммунизации антигеном в сыворотке крови появляется широкий спектр АТ с различной аффинностью. Это обусловлено тем, что антиген стимулирует большое количество клонов В-клеток.

Получаемые таким образом поликлональные иммунные антитела и

сыворотки представляют смесь иммуноглобулиновых молекул различных классов.

Иммунные комплексы образуются при взаимодействии активных центров (паратопов) антител и детерминант (эпитопов) антигенов в нейтральной среде (рН 7,2-7,3) за счет связей Ван-дер-

38

Ваальса (нековалентная связь – наименьший энергетически выгодный радиус между атомами), водородных (атомы водорода в составе функциональных групп), электростатических и гидрофобных.

Взаимодействия антител и антигенов вызывают феномены агглютинации, преципитации и лизиса. Иммунные комплексы активируют комплемент по классическому пути, связывая его С1q компонент СН2 доменом Fc-фрагмента IgG или IgM. Если эти Igантитела направлены против антигенов мембраны клетки, то она при этом лизируется (см. «комплемент»).

Моноклональные антитела

Моноклональные антитела разработаны на основе соматической гибридомной технологии. Такие АТ моноспецифичны, направлены к одному эпитопу АГ.

Для их получения мышей иммунизируют изучаемым антигеном (в клеточной или растворимой форме). Из селезенки иммунизированных животных получают суспензию клеток, среди которых есть антителообразующие. Затем проводят слияние этих антителообразующих В-клеток, срок жизни которых невелик, с В- клетками мышиной опухоли – плазмоцитомы (делятся непрерывно, «бессмертные» клетки). Сама плазмоцитома к синтезу АТ не способна. Слияние геномов этих клеток под одной клеточной мембраной (с помощью полиэтиленгликоля) приводит к появлению гибридных клеток. Они приобретают способность к синтезу специфических антител (от иммунных В-лимфоцитов) и становятся долгоживущими, непрерывно делящимися (как плазмоцитома). Чтобы их выявить, взвесь клеток культивируют в специальной среде, в которой не растут обычные негибридные клетки.

Из выращенной смеси гибридных клеток выделяют по 1 клетке и помещают в одну лунку с жидкой питательной средой и размножают (клонируют). После роста клонов в их надосадочной жидкости ищут антитела к изучаемому антигену. После их обнаружения, в одной из лунок, соответствующий клон отбирают и размножают. Накопившийся клон клеток продуцирует моноклональные АТ специфичные к единственному эпитопу изучаемого антигена.

Моноклональные АТ оказались исключительно удобным диагностическим средством. С их помощью выявляют антигены

39

бактерии и вирусов, маркеры клеточных популяций, гормоны, медиаторы и т.д.

Внастоящее время их все шире используют для лечения (пример

–препарат инфликсимаб – моноклональные АТ, блокирующие

действие ФНОи тем самым подавляющие местное и системное воспаление).

Т-лимфоциты

После поступления в тимус (вилочковую железу) происходит

антигеннезависимая дифференцировка Т-клеток под влиянием гормонов тимуса ( и -тимозины, тимулин, тимопоэтин). Здесь Т- лимфоциты дифференцируются в иммунокомпетентные клетки и приобретают способность к распознаванию антигена.

Основные молекулы-маркеры, присутствующие на поверхности Т-лимфоцитов: CD2 (один эпитоп-рецептор к эритроцитам барана), СD3, СD4 (у Т-хелперов), СD8 (у Т-цитотоксических (Тц)).

В норме у человека Т-лимфоциты составляют 60% (50-75%) всех лимфоцитов крови.

Т-лимфоциты неоднородны по функциям. Различают следующие основные их субпопуляции: Т0 (нулевые, тимические, «наивные», незрелые), Т-хелперы, Т-супрессоры и Т-клетки памяти (см. рис. 1.1).

Т-хелперы (Тх) стимулируют пролиферацию и дифференцировку Т- и В-лимфоцитов, выделяя интерлейкины. На поверхности Т- хелперов имеются те же маркеры, что и на остальных Т-лимфоцитах (СD2, СD3), а также свойственная им СD4-молекула адгезии, которая участвует как вспомогательная при взаимодействии с антигеном Т- клеточного рецептора (см. ниже), служит рецептором к ВИЧ-вирусу и к молекулам главного комплекса гистосовместимости II класса (МНС-II) других клеток. В норме у человека Тx составляют 34-45% лимфоцитов крови. Среди них различают Тx первого типа (Тx1) , выделяющие ИЛ-2, -интерферон и другие, и в итоге обеспечивающие реакции Т-клеточного иммунитета; Тx второго типа (Тx2), секретирующие ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10, ИЛ-13 и стимулирующие синтез антител.

Тх 3-регуляторная субпопуляция (фенотип CD4+ CD25+) при активации синтезирует ИЛ-10 и TGF(трансформирующий фактор

40