Созревание, размножение, дифферениировка

Рис. 9.5. Межклеточная кооперация в индукции гуморального иммун­ного ответа (схема).

АГ— антиген; Ф — фагоцит; Тх — Т хелпер; В — 5-лимфоцит; Г-Н— Г-П- антиген гистосовместимости II класса (HLA-DR, la), РТ — рецептор Г хелпера для HLA-DR, АР — антигенспецифический рецептор 5-лимфоцита.

помощи особого рецептора чужеродное вещество в составе ан­тигена гистосовместимости II класса и выделяет в окружающую среду ИЛ 2. Оказавшийся рядом 5-лимфоцит, специфичный к данному антигену, связывается с ним при помощи соответству­ющего рецептора. Сигнал, полученный от антигенсвязывающего рецептора, и стимуляция интерлейкинами (ИЛ-1 — от фагоцита и ИЛ-2 — от Т-хелпера) «включают» в 5-лимфоцитах проли- феративные и дифференцировочные процессы. Клетка созрева­ет, размножается и дифференцируется, в результате чего обра­зуется клон высокоактивных лимфоцитов, синтезирующих ан­титела, специфичные к данному антигену.

Таким образом, для активации 5-клеточного иммунного ответа необходим тройной сигнал: от антигенспецифичного рецептора, фагоцита и Г-хелпера. Отсутствие хотя бы одного из стимулов (нарушение межклеточной кооперации, неспецифичность рецеп­тора 5-лимфоцита или элиминация антигена) блокирует разви­тие иммунного ответа.

Активация Г-киллера (Г-клеточный иммунный ответ) про­исходит по той же схеме. Отличие заключается в том, что мишенью для 7-киллера служит цельная клетка, а не отдель­ные молекулы антигена.Антиген — это полимер органической природы, генетически чужеродный для макроорганизма, при попадании в последний вызывающий иммунные реакции, направленные на его устранение.

Теоретически антигеном может быть молекула любого органи­ческого вещества, как вредного, так и безвредного для макро­организма. В частности, антигенами являются компоненты и продукты жизнедеятельности бактерий, грибов, простейших, ви­русных частиц, животных и растений.

Антигены имеют самое разнообразное происхождение. Они могут образовываться в процессе природного биологического синтеза в любом чужом организме или клетке. Иногда антигены могут появляться в собственном организме при структурных изменениях уже синтезированных нормальных молекул (эпиге­нетическая мутация) или при генетической мутации клеток. Кроме того, антигены могут быть получены искусственно в результате научной или производственной деятельности человека, в том числе направленного химического синтеза. Однако в любом случае молекулу антигена будет отличать генетическая чужеродность по отношению к макроорганизму, в который она попала.

Антигены могут попадать в макроорганизм самыми разнооб­разными путями: через кожные покровы или слизистые оболоч­ки, непосредственно во внутреннюю среду минуя покровы или образовываясь внутри организма. Антигены распознаются имму- нокомпетентными клетками и вызывают разнообразные иммун­ные реакции, направленные на их инактивацию, разрушение и удаление.

1. Свойства антигенов

Характерными свойствами антигенов являются антигенность, специфичность и иммуногенность. Под антигенностью понима­ют потенциальную способность молекулы антигена к специфи­ческому взаимодействию с факторами иммунной системы (ан­титела, клон лимфоцитов). При этом взаимодеиствие происхо­дит не со всей молекулой одновременно, а только с ее неболь­шим участком, который получил название «антигенная детер­минанта», или «эпитоп». Размер антигенной детерминанты не­велик — всего 5—6 аминокислотных (для белков) или липо- сахаридных (для ЛПС) остатков. Замена хотя бы одного ами­нокислотного остатка или другого структурного компонента молекулы приводит к образованию принципиально новой ан­тигенной детерминанты с иными свойствами.

Различают линейные, или секвенциальные, антигенные детер­минанты (например, первичная аминокислотная последователь­ность пептидной цепи) и поверхностные, или конформационные (расположенные на поверхности молекулы антигена и возник­шие в результате вторичной, третичной или четвертичной кон­формации). Кроме того, существуют концевые (расположенные на концевых участках молекулы антигена) и центральные эпи­топы Определяют также «глубинные», или скрытые, антигенные детерминанты, которые проявляются при разрушении биополи­мера. Денатурация приводит к полной или частичной потере антигенных детерминант или появлению новых, при этом те­ряется специфичность антигена.

Поскольку молекулы большинства антигенов имеют доволь­но большие размеры, в их структуре определяется множество антигенных детерминант, которые распознаются разными по специфичности антителами и клонами лимфоцитов. Поэтому антигенность вещества зависит от наличия и числа антигенных детерминант в структуре его молекулы.

Специфичностью называют способность антигена избиратель­но реагировать со строго определенными антителами или кло­нами лимфоцитов. Это свойство также зависит от наличия в структуре молекулы вещества тех или иных антигенных детер­минант.

Иммуногенность — свойство антигена вызывать в макроор­ганизме иммунный ответ. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов, которые можно объединить в 3 группы.

Первая группа. К ней относятся свойства самого антигена: чужеродность, природа, химический состав, молекулярная мас­са, структура и др.

Чужеродность является обязательным условием для реализа­ции иммуногенных свойств. Иммунная система невосприимчива к собственным биополимерам. Антигены, возникающие внутри макроорганизма, должны обязательно восприниматься как чу­жеродные. Если на какой-либо биополимер в макроорганизме возникла реакция, то соответственно он приобрел черты чуже- родности и перестал восприниматься иммунной системой как «свой» (см раздел 9.5.2).

Чем дальше в филогенетическом развитии организмы отстоят друг от друга, тем большей иммуногенностью обладают их антигены по отношению друг к другу. Это свойство используют биологи и палеонтологи (при изучении филогенеза, уточнении классификации и тд.), судебно-медицинские эксперты и кри­миналисты (установление кровного родства, принадлежности улик, фальсификации пищевых продуктов и т.д.).

Вместе с тем антигенные детерминанты генетически нерод­ственных животных или структурно различных биополимеров могут иметь определенное подобие. В этом случае их антигены оказываются способными специфически взаимодействовать с одними и теми же факторами иммунитета. Такие антигены по­лучили название перекрестно реагирующих. Указанное явление характерно, например, для альбуминов, коллагенов, миоглоби- нов различных видов животных. Обнаружено также сходство антигенных детерминант стрептококка, сарколеммы миокарда и базальной мембраны почек, Treponema pallidum и липидной вытяжки из миокарда крупного рогатого скота, возбудителя чумы и эритроцитов человека 0(1) группы крови. Явление, когда один микроб маскируется антигенами другого микроба или макроор­ганизма для защиты от факторов иммунитета, называется ан­тигенной мимикрией.

Иммуногенность в значительной степени зависит от природы антигена. Известно, что наиболее выраженными иммуногенны- ми свойствами обладают белки. Чистые полисахариды, нукле­иновые кислоты и липиды, напротив, слабоиммуногенны. В то же время ЛПС, гликопротеины, липопротеины способны в до­статочной мере активировать иммунную систему.

Определенное влияние на иммуногенность оказывает хими­ческий состав молекулы антигена. Так, большое значение для иммуногенности белков имеет наличие в их молекуле остатков ароматических аминокислот (тирозина, триптофана) и левовра­щающих изомеров. Полипептиды, построенные из D-аминокис- лот, практически лишены иммуногенности. Отмечено также, что сополимеры нескольких аминокислот более иммуногенны, чем одной.

Большое значение имеет относительная молекулярная масса антигена. Несмотря на то что белки хорошо стимулируют им­мунную систему в ответ на свое введение, небольшие полипеп- тидные молекулы с массой менее 5000, как правило, неимму- ногенны. Практически не проявляет иммуногенности декстран, который используют в клинике для трансфузионной терапии — его масса составляет около 75 ООО. В то же время полисахарид с молекулярной массой 600 000 достаточно хорошо индуцирует в организме человека иммунную реакцию. Примечательно, что на нуклеиновые кислоты описанные закономерности практичес­ки не распространяются.

На иммуногенность также влияет структура антигена. Боль­шей иммуногенностью обладают агрегаты молекул и корпуску­лярные антигены — целые клетки (эритроциты, бактерии и др.). Это связано с тем, что корпускулярные и высокоагрегирован- ные антигены лучше фагоцитируются, чем отдельные молекулы. При равной молекулярной массе (около 70 000) альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин. Фибрил­лярный белок коллаген, имеющий большую молекулярную массу (около 330 000), обладает значительно меньшей иммуногенно- стью по сравнению с таким глобулярным белком, как альбу­мин, масса которого почти в 5 раз меньше. При денатурации коллагена до желатина практически полностью исчезает имму­ногенность, что обусловлено потерей пространственной устой­чивости молекулы.

Важным условием иммуногенности является растворимость антигена. Например, такие высокомолекулярные белки, как кератин и меланин, не могут быть получены в виде коллоид­ного раствора в нормальном состоянии, и они не являются антигенами

Вторая группа. К этой группе факторов относят динамику поступления антигена в организм и его выведения. Так, хорошо известна зависимость иммуногенности антигена от способа его введения Это свойство обязательно учитывают при вакцинации или иммунизации. Например, вакцину против полиомиелита вводят перорально, против сибирской язвы — накожно, БЦЖ — внутрикожно, АКДС — подкожно, против столбняка — внут- римь шечно.

На иммунный ответ влияет количество поступающего анти­гена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Однако передозировка антигена вызывает обратную реакцию — иммунологическую толерантность (см. раздел 9.6.6). Между ко­личеством антигена и силой иммунного ответа в определенном интервале доз существует логарифмическая зависимость, выра­жаемая уравнением антигенности (ААВоробьев, А.В.Маркович):

lgH= а + р х IgD,

где аир — коэффициенты, характеризующие соответственно природу антигена и иммунореактивность макроорганизма, // — сила иммунного ответа, D — количество антигена.

Чувствительность к катаболическому разрушению фермента­ми макроорганизма также определяет степень иммуногенности Так, белки, построенные из L-аминокислот, легко поддаются ферментативной деградации и высокоиммуногенны. Полипептид- ная цепочка, построенная из правовращающих изомеров ами­нокислот, напротив, медленно расщепляется ферментами мак­роорганизма. Такие полипептиды могут проявлять ограниченную иммуногенность при введении в очень низких дозах, так как высокие дозы быстро приводят к развитию иммунологической толерантности.

Третья группа. Иммуногенность антигена зависит от состоя­ния макроорганизма. Хорошо известно, что результат иммуни­зации в определенной мере связан с генотипом особи. Суще­ствуют чувствительные и нечувствительные роды и виды жи­вотных, которых используют в лабораторной работе. Например, кролики и крысы практически не реагируют на некоторые бактериальные антигены, которые могут вызывать у морской свинки или мыши чрезвычайно бурный иммунный ответ. Уста­новлено, что даже внутри вида можно выделить группы близ­кородственных особей (например, инбредные линии животных), которые по-разному будут отвечать на вводимый антиген. Из­вестны значительные (в десятки и сотни раз) индивидуальные различия между людьми в чувствительности к вакцинам: вы­деляют иммунологически реактивных и иммунологически инер­тных индивидуумов.

Немаловажное значение имеет также функциональное состо­яние макроорганизма (психоэмоциональный и гормональный фон, интенсивность обменных процессов и др.). Функциональное состояние обусловливает различную чувствительность к одному и тому же антигену у одного и того же индивидуума в разные периоды развития.

Иммуногенностью антигена можно управлять, воздействуя на перечисленные выше факторы. Существует группа веществ, называемых адъювантами (см. раздел 10.2.2.2), которые способ­ны неспецифически усиливать это свойство антигена. Такой эффект широко используют при вакцинации и в научно-иссле­довательской работе.

2. Классификация антигенов

На основании отдельных характерных свойств антигены могут быть подразделены на несколько классификационных групп.

• По происхождению', экзогенные (возникшие вне организ­ма) и эндогенные (возникшие внутри организма).

• По природе: биополимеры белковой (протеины) и небел­ковой природы (полисахариды, липиды, ЛПС, нуклеино­вые кислоты и др.).

• По структуре: глобулярные (молекула имеет шаровидную форму) и фибриллярные (молекула имеет форму нити).

• По необходимости участия Т лимфоцитов в индукции им­мунного ответа: 7-зависимые и 7-независимые. Иммунная реакция в ответ на введение 7 зависимого антигена реа­лизуется при обязательном участии 7 лимфоцитов (Т-хел- перов). К 7-зависимым относится большая часть известных антигенов. Для развития иммунного ответа на 7-независи­мые антигены не требуется привлечения 7 хелперов. Эти антигены непосредственно стимулируют В лимфоциты к антителопродукции, дифференцировке и пролиферации. 7- независимые антигены имеют относительно простое стро­ение — монотонно повторяющиеся последовательности с многочисленными однотипными эпитопами. В качестве

примера можно привести полимерную форму флагеллина (сократительный белок жгутиков бактерий), ЛПС, сопо­лимеры /)-аминокислот и др. Такие молекулы в последнее время получили название суперантигенов.

• По иммуногенности: полноценные и неполноценные. Пол­ноценные антигены обладают выраженной антигенностью и иммуногенностью — иммунная система чувствительного организма реагирует на их введение выработкой факторов иммунитета. Такие вещества, как правило, имеют доста­точно большую молекулярную массу (более 10 ООО), боль­шой размер молекулы (частицы) в виде глобулы и хорошо взаимодействуют с факторами иммунитета.

Неполноценные антигены (или гаптены), напротив, не спо­собны при введении в нормальных условиях индуцировать в организме иммунный ответ, так как обладают крайне низкой иммуногенностью. Однако свойство антигенности они не утра­тили, что позволяет им специфически взаимодействовать с уже готовыми факторами иммунитета (антителами, лимфоцитами). Чаще всего гаптенами являются низкомолекулярные соединения (молекулярная масса меньше 10 ООО).

При определенных условиях иммунную систему макроорга­низма удается заставить специфически реагировать на гаптен как на полноценный антиген и вырабатывать факторы иммунитета. Для этого необходимо искусственно укрупнить молекулу гап- тена — соединить ее прочной связью с достаточно большой белковой молекулой. Молекула белка-носителя получила назва­ние «шлеппер» (в переводе — тягач). Синтезированный таким образом полноценный антиген при введении в организм будет вызывать выработку антител или клона лимфоцитов, специ­фичных к гаптенной части. Так получают антитела к гормонам, лекарственным препаратам и другим низкоиммуногенным со­единениям. Созданные на основе антител к низкомолекулярным веществам диагностикумы, диагностические наборы и иммуно­сорбенты позволили значительно расширить возможности и повысить эффективность лабораторной диагностики, фармако­терапии и синтеза особо чистых биоорганических соединений.

• По степени чужеродности: ксено-, алло- и изоантигены.

Ксеногенные антигены (или гетерологичные) — общие для организмов, стоящих на разных ступенях биологической клас­сификации, например, относящихся к разным родам и видам. Впервые феномен общности ряда антигенов был отмечен Д.Фор- сманом (1911). Ученый иммунизировал кролика суспензией органов морской свинки. Оказалось, что полученная в ходе эк­сперимента иммунная сыворотка была способна не только вза­имодействовать с антигенами морской свинки, но и агглюти­нировать эритроциты барана. Позже было установлено, что морская свинка и баран имеют ряд структурно сходных анти­генных детерминант, дающих перекрестное реагирование. В даль­нейшем перечень подобных ксеногенных антигенов был расши­рен десятками и сотнями пар, которые формировали между собой антигены как теплокровных, так и холоднокровных животных, растений и микробов. Все эти антигены получили обобщенное название «антигены Форемана». Исследование гетероантигенов широко применяется в судебно-медицинской экспертизе, пале­онтологии и других областях медицины и естествознания.

Аллогенные антигены (или групповые) — антигены, общие для генетически не родственных организмов, но относящихся к одному виду. По аллоантигенам из общей популяции можно выделить отдельные группы организмов. Примером таких анти­генов у людей являются антигены групп крови (системы А ВО и др.), раковоэмбриональные антигены (а-фетопротеин, транс- феррин) и многие другие. Аллогенные ткани при транспланта­ции иммунологически несовместимы — они отторгаются мак­роорганизмом. Микробы на основании групповых антигенов могут быть подразделены на серогруппы. Это имеет большое значение для микробиологической диагностики и эпидемиологического прогнозирования.

Изогенные антигены (или индивидуальные) — антигены, общие только для генетически идентичных организмов, напри­мер для однояйцовых близнецов, животных инбредных линий. Изотрансплантаты обладают практически полной иммунологи­ческой совместимостью и не отторгаются при пересадке. При­мером таких антигенов в популяции людей являются антигены гистосовместимости, а у бактерий — типовые антигены, не дающие дальнейшего расщепления.

Классификация антигенов человека и животных может иметь и более глубокую дифференцировку. Так, внутри изоантигенов различают органа- и тканеспецифические антигены. Они характер­ны для строго определенных анатомо-морфологических образова­ний и нигде в пределах целого организма больше не встречаются.

Аутогенные антигены (аутоантигены) — антигены собствен­ного организма. В нормальных условиях они не вызывают ре­акции иммунной системы вследствие либо иммунологической толерантности (невосприимчивости), либо недоступности для контакта с факторами иммунитета — это так называемые за- барьерные антигены. При срыве толерантности или нарушении целостности биологических барьеров (наиболее частая причина — травма) компоненты иммунной системы начинают специфичес­ки реагировать на аутоантигены выработкой специфических факторов иммунитета (аутоантитела, клон аутореактивных лим­фоцитов — см. раздел 9.10).

1. Антигены организма человека

С позиций клинической медицины наиболее интересны и важ­ны индивидуально специфические (изогенные) и группоспеци­фические (аллогенные) антигены. Начало изучению аллоанти- генных свойств тканей было положено открытием системы групповых антигенов эритроцитов К.Ландштайнером в 1901 г. (система АВО). На сегодняшний день известно более 250 различ­ных эритроцитарных антигенов.

Однако наиболее важное клиническое значение имеют антигены системы АВО и Rh (резус-фактор): при проведении гемотрансфузионной терапии, пе­ресадке органов и тканей, для предупреждения и лечения осложнений беременности и т.д.

Антигены системы АВО располагаются на наружной мембране всех клеток крови и тканей человека, но наиболее выражены на эритроцитах. Кроме того, у большинства людей (80 %) эти антигены содержатся в плазме крови, лимфе, секретах слизи­стых оболочек и других биологических жидкостях. Антигены системы АВО синтезируются предшественниками эритроцитов и многими другими клетками организма. Они свободно секрети- руются в межклеточное пространство, поэтому могут появиться на мембране клетки либо как продукт клеточного биосинтеза, либо в результате сорбции из межклеточных жидкостей.

Антигены системы АВО представляют собой высокогликози- лированные пептиды: 85 % приходится на углеводную часть и 15 % — на полипептидную. Пептидный компонент состоит из 15 аминокислотных остатков. Он постоянен для всех групп крови АВО. Иммуногенность этого гликопептида определяется его уг­леводной частью.

В системе антигенов АВО выделяют 3 варианта антигенов, различающихся по строению углеводной части — Н, А и В. Базовой молекулой является антиген Я, специфичность кото­рого обусловливают 3 углеводных остатка. Антиген А имеет в структуре дополнительный, четвертый, углеводный остаток — TV-ацетил-/)-галактозу, а антиген В — /)-галактозу.

Антигены системы АВО наследуются независимо аллельно, что определяет наличие в популяции 4 групп крови: 0(1), /1(11), 5(111) и /15(IV). Кроме того, следует отметить, что антигены А и В имеют несколько аллотипов (например, А_п А_Т А₃... или В_р В_т В_г..), которые встречаются в популяции людей с различной частотой. Переливание пациенту несовместимой по группе кро­ви, как правило, приводит к развитию острого состояния — гемолитического шока.

Второй важнейшей системой эритроцитарных антигенов яв­ляется система резус (Rh). Эти антигены синтезируются пред­шественниками эритроцитов и обнаруживаются главным обра­зом на эритроцитах, так как они нерастворимы в биологичес­ких жидкостях. По химической структуре резус-антиген пред­ставляет собой термолабильный липопротеин. Выделяют 6 раз­новидностей этого антигена. Генетическая информация о стро­ении резус-антигена находится в многочисленных аллелях 3 сцеп­ленных между собой локусов (D/d, С/с, Е/е).

В зависимости от наличия или отсутствия резус- антигена в популяции людей различают две группы — резус-положительных и резус-отрицательных индиви­дуумов.

Совпадение по резус-антигену важно не только при перелива­нии крови, но также для течения и исхода беременности. При беременности резус-отрицательной матери резус-положительным плодом может развиться резус-конфликт, который проявляется выработкой антирезусных антител и невынашиванием беремен­ности или желтухой новорожденного (внутрисосудистый иммун­ный лизис).

Помимо указанных выше, на цитоплазматических мембранах клеток организма находятся антигены гистосовместимости. У че­ловека эти антигены обозначают HLA (от англ. аббревиатуры Human Leukocyte Antigen — антигены лейкоцитов человека). HLA играют важную роль в развитии иммунного ответа, отторжении трансплантата и других реакциях. По химической природе эти антигены представляю! собой гликопротеины, которые прочно связаны с клеточной мембраной.

В зависимости от строения и функции HLA подразделяют на два класса. Молекулы I класса состоят из двух нековалентно связанных полипептидных цепей с разной молекулярной мас­сой: тяжелой a-цепи и легкой p-цепи (это р₂-микроглобулин). HLA I класса находятся на мембранах всех клеток организма за исключением эритроцитов. У человека их биосинтез контроли­руется генами, картированными в 3 сублокусах хромосомы 6 — HLA-A, HLA-В и HLA-C, которые наследуются и проявляются независимо. В настоящее время различают более 100 вариантов этих антигенов гистосовместимости. Типирование индивидуума по HLA I класса производят серологически, в реакции микро- лимфоцитолиза со специфическими антисыворотками.

Благодаря независимому наследованию генов сублокусов в популяции формируется бесконечное множество неповторяющих­ся комбинаций HLA 1 класса. Поэтому каждый человек строго уникален по набору антигенов гистосовместимости, исключение составляют только однояйцовые близнецы, которые абсолютно похожи по набору генов. Основная биологическая роль HLA

I класса состоит в том, что они обусловливают биологическую индивидуальность («биологический паспорт») и являются марке­рами «своего» для иммунокомпетентных клеток (Т-хелперы, Т- киллеры). Клетки, отличающиеся по HLA I класса, уничтожа­ются как чужеродные. При заражении клетки вирусом или возникновении мутации изменяется структура HLA I класса. Это служит ориентиром для 7-киллеров и сигналом к уничтожению ставших «чужеродными» клеток.

HLA II класса имеют более сложное строение. Они состоят из двух примерно одинаковых по молекулярной массе полипеп- тидных цепей, прочно связанных с цитоплазматической мемб­раной клетки. Эти антигены обнаруживаются на клеточной мембране антигенпредставляющих клеток: фагоцитов, 5-лимфо­цитов и др. Они участвуют в представлении чужеродного анти­гена иммунокомпетентным клеткам для их специфического распознавания. В состав HLA II класса входят HLA-DR, DP и DQ, генетическая информация о которых расположена также в хромосоме 6. Семейство этих антигенов тоже достаточно много­численно. Наличие и тип HLA II класса определяют в сероло­гических (например, в микролимфоцитотоксическом тесте) и клеточных реакциях иммунитета. У животных (мыши) антиген гистосовместимости II класса назван /д-антигеном.

9 5.2.2. Опухолевые антигены

Злокачественное перерождение нормальной клетки сформиро­ванного макроорганизма сопровождается началом биосинтеза особых белков, которые встречаются лишь в эмбриональном периоде развития. Такие белки получили название опухолевых, или раково-эмбриональных антигенов. Лабораторное определение этих антигенов имеет большое клиническое значение для ран­ней диагностики некоторых новообразований, в частности пер­вичного рака печени.

3. Антигены микробов

В структуре микробов определяются несколько типов антигенов. Антигены бактерий, вирусов, грибов и простейших имеют прин­ципиальные различия.

Микробные антигены могут быть и общими для отдельных систематических категорий. Так, существуют антигены, харак­терные для целых семейств, родов и видов. Внутри видов могут быть выделены серогруппы и серологические варианты (серова- ры). Антигены микробов используют для получения вакцин и сывороток, необходимых для диагностики, профилактики и лечения.

Рис. 9.6. Антигены бактерий. Объяснение в тексте.

Антигены бактерий. В структуре бактериальной клетки разли­чают жгутиковые, соматические, капсульные и некоторые дру­гие антигены (рис. 9.6). Жгутиковые, или Н-антигены, локали­зуются в локомоторном аппарате бактерий — в жгутиках. Пос­ледние представляют собой сократительный белок флагеллин. При нагревании Н антигены денатурируют и теряют свою специ­фичность. Фенол не действует на эти антигены.

Соматический, или О-антиген, связан с клеточной стенкой бактерий. Его основу составляют липополисахариды. О-антиген проявляет термостабильные свойства он не разрушается при длительном кипячении. Однако соматический антиген подвер­жен действию альдегидов (например, формалина) и спиртов, которые нарушают его структуру.

Если иммунизировать животное живыми бактериями, имею­щими жгутики, то будут вырабатываться антитела, направленные одновременно против О- и Я-антигенов. Введение животному прокипяченной культуры стимулирует биосинтез антител к со­матическому антигену. Культура бактерий, обработанная фено­лом, вызовет образование антител к жгутиковым антигенам.

Капсульные, или К-антигены, располагаются на поверхности клеточной стенки, встречаются у бактерий, образующих капсу­лу. Как правило, К антигены состоят из кислых полисахаридов (уроновые кислоты). В то же время у бациллы сибирской язвы этот антиген построен из полипептидных цепей. По чувстви­тельности к нагреванию различают 3 типа А^-антигена: А, В и L. Наибольшая термостабильность характерна для группы А. Они не денатурируют даже при длительном кипячении. Группа В выдерживает непродолжительное нагревание (около 1 ч) до 60 °С, группа L быстро разрушается при этой температуре. В связи с этим частичное удаление Л'-антигена возможно путем длитель­ного кипячения бактериальной культуры.

Вариантом капсульного антигена является И’-антиген. Этот антиген можно обнаружить на поверхности возбудителя брюш­ного тифа и некоторых других энтеробактерий, которые обла­дают очень высокой вирулентностью. Поэтому И-антиген полу­чил название антигена вирулентности.

Антигенными свойствами обладают также бактериальные белковые токсины, ферменты и некоторые другие белки, кото­рые секретируются бактериями в окружающую среду (напри­мер, туберкулин). При взаимодействии со специфическими антителами токсины, ферменты и другие биологически актив­ные молекулы бактериального происхождения теряют свою активность. Столбнячный, дифтерийный и ботулинический ток­сины относятся к числу сильных полноценных антигенов, поэтому их используют для получения анатоксинов для вакцинации людей.

В антигенном составе некоторых бактерий выделяется группа антигенов с сильно выраженной иммуногенностью. Наличие такой группы может полностью обеспечивать иммунитет макроорга­низма ко всему инфекционному агенту. Эти антигены названы протективными. Впервые протективный антиген был обнаружен в гнойном отделяемом карбункула, вызванного бациллой си­бирской язвы.

Антигены вирусов. В структуре вирусной частицы различают несколько групп антигенов: ядерные (или коровые), капсидные (или оболочечные) и суперкапсидные. На поверхности некото­рых вирусных частиц встречаются особые ^-антигены — гемаг- глютинин и фермент нейраминидаза. Антигены вирусов разли­чаются по происхождению. Часть из них — вирусспецифические антигены. Информация об их строении картирована в нуклеи­новой кислоте вируса. Другие являются компонентами клетки хозяина (углеводы, липиды), они захватываются во внешнюю оболочку вируса при его «рождении» путем почкования.

Антигенный состав вириона зависит от его строения. Анти­генная специфичность просто организованных вирусов связана с рибо- и дезоксирибонуклеопротеидами. Эти вещества хорошо растворяются в воде и поэтому обозначаются как ^-антигены (от лат. solutio — раствор). У сложно организованных вирусов часть антигена связана с нуклеокапсидом, а другая локализу­ется во внешней оболочке — суперкапсиде.

Антигены многих вирусов отличаются высокой степенью изменчивости. Это связано с мутациями, которые происходят в генетическом аппарате вирусной частицы. Примером могут слу­жить вирус гриппа, ВИЧ.9-5.3. Процессы, происходящие с антигеном в макроорганизме

Как уже говорилось ранее, антиген оказывается в макроорга­низме в результате двух процессов. Они могут появляться внут­ри самого макроорганизма (эндогенное происхождение) или поступать извне (экзогенное происхождение).

Существуют разнообразные пути проникновения антигена в макроорганизм:

• через дефекты кожных покровов и слизистых оболочек (как результат ранений, микротравм, укусов насекомых, расчесов и др.);

• путем всасывания в ЖКТ (эндоцитоз эпителиальными клет­ками);

• межклеточно (при незавершенном фагоцитозе, облигатном или факультативном внутриклеточном паразитировании микроб может разноситься по всему организму);

• чресклеточно (так распространяются облигатные внутри­клеточные паразиты, например вирусы).

Проникнув в организм тем или иным путем, антиген раз­носится лимфой и кровью по различным органам и тканям. Чаще всего он накапливается в лимфоидной ткани печени, селезен­ки, легких и других органов, где и вызывает иммунологические реакции. Процесс проникновения антигена и его контакт с иммунной системой протекают поэтапно и имеют свою дина­мику во времени.

На каждом этапе появления и распространения в макроорга­низме антиген сталкивается с мощным противодействием разви­той сети разнообразных факторов иммунитета. Ответная реакция этих факторов заключается в инактивации и удалении (элимина­ции) антигена из макроорганизма. Это достигается путем:

• фильтрации и концентрирования антигена в лимфоидных образованиях;

• специфического распознавания «свой—чужой»;

• осуществления иммунного реагирования;

• выработки факторов регуляции и иммунитета (антитела, клоны лимфоцитов);

• связывания и блокирования биологически активных уча­стков молекулы антигена;

• разрушения или отторжения антигена;

• полной утилизации, изоляции (инкапсуляции) или выве­дения из макроорганизма остатков антигена.

В итоге достигаются полное или частичное восстановление гомеостаза, формирование иммуннологической памяти, ареак- тивности или гиперергии.

Свою биологическую функцию иммунная система осуществляет с помощью сложного комплекса взаимосвязанных реакций, в которых «задействованы» все ее структурные и функциональные элементы. В зависимости от конкретного проявления весь ком­плекс иммунного реагирования можно подразделить на отдель­ные формы. Основными являются антителообразование, иммун­ный фагоцитоз, опосредованный клетками киллинг, реакции гиперчувствительности, формирование иммунологической памяти и иммунологической толерантности.

Все элементы иммунной системы имеют единый принцип активации и практически одновременно реагируют на измене­ние гомеостаза. Однако в зависимости от характера антигенного воздействия наблюдается неравномерное стимулирование: одна или несколько форм становятся ведущими, в то время как другие могут практически не проявляться. Например, при токсинеми- ческой инфекции преимущественно активируется продукция антител, так как организму необходимы иммуноглобулины-ан­титоксины, которые способны нейтрализовать активный центр молекулы токсина. При туберкулезной инфекции, наоборот, антитела практически не имеют значения. В этом случае основ­ную функциональную нагрузку несут факторы клеточного иммунитета (Г-киллеры, фагоциты).

1. Антитела и антителообразование

1. Природа и функция антител

Одной из форм реагирования иммунной системы в ответ на внедрение в организм антигена является биосинтез антител, т.е. белков, специфически реагирующих с антигенами. Антитела относятся к у-глобул и новой фракции белков сыворотки крови. На долю у-глобулинов приходится 15—25 % белков сыворотки крови, что составляет примерно 10—20 г/л. Поэтому они полу­чили название иммуноглобулинов, и их обозначают символом Ig. Следовательно, антитела — это иммуноглобулины, вырабатыва­емые в ответ на введение антигена и способные специфически связываться с антигеном и участвовать во многих иммунологи­ческих реакциях. Антитела синтезируются 5-лимфоцитами и их потомками — плазматическими клетками. Антитела, так же как и фагоцитоз, — это одна из наиболее филогенетически древних форм иммунной защиты. Иммуноглобулины можно обнаружить уже у некоторых видов рыб.

Иммуноглобулины существуют в форме циркулирующих антител, рецепторных молекул на иммунокомпетентных клетках и миеломных белков. Циркулирующие антитела подразделяются на сывороточные и секреторные. К антителам могут быть также отнесены белки Бенс-Джонса, которые являются фрагментами молекулы иммуноглобулина (его легкая цепь) и синтезируются в избытке при миеломной болезни.

Строение и функцию антител изучали многие выдающиеся ученые. П.Эрлих (1885) предложил первую теорию гуморального иммунитета. Э.Беринг и С.Китазато (1887) получили первые антитоксические сыворотки к дифтерийному и столбнячному токсинам. А.Безредка (1923) разработал метод безопасного вве­дения пациентам лечебных иммунных сывороток. Большая заслуга в расшифровке строения молекулы иммуноглобулинов принадле­жит Д.Эдельману и Р. Портеру (1959), а разгадка многообразия антител — трудам Ф.Бернета (1953) и С.Тонегавы (1983).

Вследствие высокой специфичности и значимости в форми­ровании гуморального иммунитета антитела используют для диагностики, профилактики и лечения соматических и инфек­ционных болезней. На основе специфических иммуноглобулинов созданы соответствующие иммунобиологические препараты (ле­чебные и диагностические сыворотки, диагностикумы и др.).

2. Молекулярное строение антител

Иммуноглобулины являются гликопротеинами. Их молекула состоит из полипептидной цепи, стабилизированной сахаридны- ми остатками. При нагревании выше 60 °С молекула денатури­рует. Иммуноглобулины различаются по структуре, антигенному составу, а также по выполняемым ими функциям. По этим свой­ствам они подразделены на 5 классов: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Специфически связываясь с антигенными детерминантами, ан­титела осуществляют маркирование антигена, инактивацию биологически активных молекул (например, токсинов), участву­ют в опсонизации антигена, антителоопосредованном лизисе клеток, иммунном фагоцитозе, в развитии реакций гиперчув­ствительности немедленного типа. Кроме того, антитела выпол­няют функцию антигенспецифического рецептора на поверхно­сти 5-лимфоцитов.

Молекулы иммуноглобулинов различных классов, несмотря на их видимое разнообразие, имеют универсальное строение (рис. 9.7). Если молекулу иммуноглобулина обработать мочеви­ной, то она распадется на две пары полипептидных цепей: две тяжелые (550—660 аминокислотных остатков, молекулярная масса 50 ООО) и две легкие (220 аминокислотных остатков, молеку­лярная масса 20 000—25 000). Обозначают их как Я- (от англ. heavy — тяжелый) и L- (от англ. light — легкий) цепи. Тяжелые и легкие цепи связаны между собой попарно дисульфидными связями (-S—S-). Мочевина разрушает дисульфидные мостики.Рис. 9.7. Строение молекулы иммуноглобулина класса G. Объяснение в тексте.

Между тяжелыми цепями также есть дисульфидная связь. Это так называемый «шарнирный» участок. Такой тип связи придает структуре молекулы динамичность: молекула может легко ме­нять свою конформацию в зависимости от окружающих усло­вий и состояния.

Легкие и тяжелые полипептидные цепи молекулы иммуно­глобулинов имеют определенные варианты структуры, или типы. Они определяются первичной аминокислотной последователь­ностью цепей и степенью их гликозилирования. Легкие цепи бывают двух типов — к и X. Известно 5 типов тяжелых цепей: а, у, ц, е и 6, — которые имеют также и внутреннее под­разделение. Среди многообразия цепей a-типа выделяют al- и а2-, а ц-цепей — ц1- и ц2-подтипы. Для у-цепи известно 4 подтипа: у 1, у2, уЗ и у4.

Вторичная структура полипептидных цепей молекулы имму­ноглобулинов имеет доменное строение: отдельные участки цепи свернуты в глобулы (домены), которые соединены линейными фрагментами. Домены стабилизированы внутренней дисульфид - ной связью. Таких доменов в составе тяжелой цепи бывает 4— 5, а в легкой — 2. Каждый домен состоит примерно из 110 аминокислотных остатков.

Домены различаются по постоянству аминокислотного соста­ва. Выделяют С-домены (от англ. constant — постоянный), с не­изменной, или постоянной, структурой полипептиднои цепи и V-домены (от англ. variable — изменчивый), с переменной струк­турой. В составе легкой цепи есть по одному V- и С-домену

,а в тяжелой — один V- и 3—4 С-домена. Примечательно, что не весь вариабельный домен изменчив по своему аминокислот­ному составу, а лишь его незначительная часть (гипервариабель- ная область) — на ее долю приходится около 25 % F-домена.

Вариабельные домены легкой и тяжелой цепи совме­стно образуют участок, который специфически свя­зывается с антигеном. Это антигенсвязывающий центр молекулы иммуноглобулина, или паратоп.

Гипервариабельные области тяжелой и легкой цепи определяют индивидуальные особенности строения антигенсвязывающего центра для каждого клона иммуноглобулинов и многообразие их специфичностей.

Обработка ферментами молекулы иммуноглобулина приво­дит к ее гидролизу на определенные фрагменты. Так, папаин разрывает молекулу выше шарнирного участка и ведет к обра­зованию 3 фрагментов (см. рис. 9.7). Два из них способны спе­цифически связываться с антигеном. Они состоят из цельной легкой цепи и участка тяжелой цепи (V- и С-домен), и в их структуру входят антигенсвязывающие участки. Эти фрагменты обозначают Fab (перев. с англ. — фрагмент, связывающийся с антигеном). Третий фрагмент, способный образовывать кристал­лы, обозначен Fc (перев. с англ. — фрагмент кристаллизующий­ся). Он ответствен за взаимодействие с первым компонентом комплемента (СУ) и активацию его по классическому пути, за связывание с рецепторами на мембране клеток макроорганизма (/г-рецепторы) и некоторых микробов (например, с белком А стафилококка). Пепсин расщепляет молекулу иммуноглобулина ниже шарнирного участка и приводит к образованию двух фрагментов: Fc и двух сочлененных Fab, или F(ab)_r

Помимо описанных выше, в структуре молекул иммуногло­булинов есть дополнительные полипептидные цепи. Так, поли­мерные молекулы IgM, IgA имеют J-nenmud (от англ. join — соединяю). Он объединяет отдельные мономеры в единое мак- ромолекулярное образование (см. раздел 9.6.1.5).

Молекулы секреторных иммуноглобулинов (в отличие от сывороточных) обладают особым S-пептидом (от англ. secret — секрет). Это так называемый секреторный компонент. Его моле­кулярная масса составляет 71 ООО, и он является р-глобулином. Секреторный компонент предохраняет антитела в секрете сли­зистых оболочек от ферментативного расщепления.

Рецепторный иммуноглобулин, который локализуется на цитоплазматической мембране 5-лимфоцитов и плазматических клеток, имеет дополнительный М-пептид (от англ. membrane — мембрана). Благодаря своим гидрофобным свойствам он прочно удерживается в липидном бислое цитоплазматической мембраны и, как якорь, фиксирует рецепторный иммуноглобулин на мембране иммунекомпетентной клетки.

J- и Л/-пептиды присоединяются к молекуле иммуноглобу­лина в процессе биосинтеза этого белка, ^-пептид синтезируется эпителиальными клетками и является их рецептором для IgA. Присоединение ^-пептида к молекуле IgA происходит при его прохождении через эпителиальную клетку.

3. Антигенностъ антител

Иммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью и выраженной иммуногенностью. В молекуле иммуноглобулина различают 4 типа антигенных детерминант: видовые, изотопи­ческие, аллотипические и идиотипические.

Видовые детерминанты характерны для иммуноглобулинов всех особей данного вида (например, кролика, собаки, человека). Они определяются строением легкой и тяжелой цепей. По этим детерминантам можно идентифицировать видовую принадлеж­ность антител.

Изотипические детерминанты являются групповыми. Они локализуются в тяжелой цепи и служат для дифференцировки семейства иммуноглобулинов на 5 изотипов (классов) и мно­жество подклассов.

Амотипические детерминанты являются индивидуальными, т.е. присущими конкретному организму. Они располагаются в легкой и тяжелой полипептидных цепях. На основании строения аллотипических детерминант можно различать особи внутри одного вида.

Идиотипические детерминанты отражают особенности стро­ения антигенсвязываюшего центра молекулы иммуноглобулина. Они образованы К-доменами легкой и тяжелой цепи молекулы иммуноглобулина. Обнаружение идиотипических антигенных детерминант послужило основанием для создания теории идио- тип-антиидиотипической регуляции биосинтеза антител.

4. Механизм взаимодействия антитела с антигеном

В процессе взаимодействия с антигеном участвует не вся моле­кула иммуноглобулина, а лишь ее ограниченный участок — ан- тигенсвязывающий центр, или паратоп, который локализован в /^-фрагменте Антитело взаимодействует не со всей молекулой антигена сразу, а лишь с ее антигенной детерминантой. Анти­тела отличает специфичность взаимодействия, т.е. способность связываться со строго определенной антигенной детерминантои. Наиболее доступные для взаимодеиствия эпитопы располагают­ся на поверхности молекулы антигена.

Связь антигена с антителом осуществляется за счет слабых взаимодействий (ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи, электростатические взаимодействия) в пределах антигенсвязы- вающего центра. Такая связь отличается неустойчивостью. Обра­зовавшийся иммунный комплекс (ИК) легко диссоциирует на составляющие его компоненты. Поэтому взаимодействие анти­гена (АГ) и антитела (АТ) можно представить в виде уравне­ния: [АГ] + [АТ] ^ [ИК]. Данная система существует в состо­янии равновесия, которое определяется действием многих фак­торов. При этом важное значение имеют особенности антител и антигена, а также условия, в которых происходит их взаимо­действие.

К особенностям антител следует отнести их аффинность и авидность.

Аффинность — сила специфического взаимодействия антите­ла с антигеном (или энергия их связи). Эта характеристика зависит от степени стерического (или пространственного) соответствия (комплементарности) структуры антигенсвязывающего центра и антигенной детерминанты. Чем выше их комплементарность, т.е. чем больше они подходят друг другу, тем больше образуется межмолекулярных связей и тем выше будет устойчивость обра­зовавшегося И К. Структурные несоответствия антигенсвязыва­ющего центра и антигенной детерминанты значительно снижа­ют число образующихся связей и прочность взаимодействия антитела с антигеном. Иммунный комплекс, образованный низкоаффинными антителами, чрезвычайно неустойчив, имеет малую продолжительность существования и быстро распадается на исходные компоненты.

Установлено, что в условиях макроорганизма с одной и той же антигенной детерминантой способно одновременно прореа­гировать и образовать иммунный комплекс около 100 различ­ных клонов антител. Все они будут отличаться структурой ан­тигенсвязывающего центра и, следовательно, аффинностью. Наи­большим аффинитетом обладают моноклональные антитела, которые получают при клонировании гибридом. Наименее аф­финными считаются нормальные антитела. Аффинность антител существенно меняется в процессе иммунного ответа в связи с селекцией наиболее специфичных клонов 5-лимфоцитов. По расчетам общее число различных антигенспецифических клонов В лимфоцитов достигает 10⁶—10⁷.

Другой характеристикой иммуноглобулинов является авид­ность. Под этим термином понимают прочность связывания антитела и антигена. Эта характеристика определяется аффинно­стью и числом антигенсвязывающих центров. При равной аф­финности наибольшей авидностью обладают антитела класса М, так как они не имеют 10 антигенсвязывающих центров

.

О

IgG ^J8^{M IgA}

Рис. 9.8. Строение молекул иммуноглобулинов различных классов. Объяс­нение в тексте.

w//

собенности антигена также влияют на эффективность его взаимодействия с антителом. Так, большое значение имеют стерическая (пространственная) доступность антигенной детер­минанты для антигенсвязывающего центра молекулы иммуно­глобулина и число эпитопов в составе молекулы антигена.

Эффективность взаимодействия антитела с антигеном зави­сит от условий, в которых происходит реакция, прежде всего от pH среды, осмотической плотности, солевого состава и тем­пературы среды. Наиболее приемлемыми для реакции антиген- антитело являются физиологические условия внутренней среды макроорганизма: близкая к нейтральной реакция среды, при­сутствие фосфат-, карбонат-, хлорид- и ацетат ионов, осмоляр- ность физиологического раствора (концентрация раствора 0,15 М) а также температура 36—37 °С.

5. Структурно-функциональные особенности иммуноглобулинов различных классов

В зависимости от строения тяжелой цепи (т.е. наличия изотопи­ческих, или групповых, антигенных детерминант) различают классы, или изотипы иммуноглобулинов (рис. 9.8). Молекулы, содержащие тяжелую цепь a-типа, относят к изотипу А (сокра­щенно IgA), IgD обладает 6-цепью, IgE — е-цепью, IgG— у- цепью и IgM — ц-цепью. Соответственно особенностям строе­ния подтипов тяжелых цепей различают и подклассы иммуно­глобулинов.

В структуре молекул иммуноглобулинов разных классов про­слеживается общая закономерность все они построены из одних и тех же элементов, которые были описаны в разделе 9.6.1.2. Однако для каждого изотипа характерны свои особенности. В частности, иммуноглобулины D, Е и G имеют мономерноестроение, IgM практически всегда является пентамером, а молекула IgA может быть моно-, ди- и тримером. Наиболее ха­рактерные черты, присущие различным изотипам иммуноглобу­линов, приведены ниже.

Иммуноглобулин класса G. Изотип G составляет основную массу иммуноглобулинов сыворотки крови. На его долю при­ходится 70—80 % всех сывороточных иммуноглобулинов, при этом 50 % содержится в тканевой жидкости. Среднее содержа­ние IgG в сыворотке крови здорового взрослого человека со­ставляет 12 г/л. Этот уровень достигается к 7—10-летнему воз­расту. Период полураспада IgG равен 21 дню.

IgG — мономер, имеет два антигенсвязывающих центра (он может связать две молекулы антигена подряд, следовательно, его валентность равна двум), молекулярную массу — около 160 ООО и константу седиментации — 7S. Различают подтипы Gl, G2, G3 и G4. IgG синтезируется зрелыми В-лимфоцитами (5) и плазматическими клетками. Он хорошо определяется в сыворотке крови на пике первичного и при вторичном иммун­ном ответе.

IgG обладает высокой аффинностью, связывает комплемент, может быть неполным антителом. IgG4, подобно IgE, обладает цитофильностью (тропностью, или сродством, к тучным клет­кам и базофилам) и участвует в развитии аллергической реак­ции I типа (см. раздел 9.6.4). IgG легко проходит через плацен­тарный барьер и обеспечивает гуморальный иммунитет ново­рожденного в первые 3—4 мес после рождения, способен также выделяться в секрет слизистых оболочек путем диффузии.

Иммуноглобулин класса М. Это наиболее крупная молекула из всех иммуноглобулинов. IgM — пентамер, который имеет 10 ан­тигенсвязывающих центров, т.е. его валентность равна 10. Его молекулярная масса около 900 000, константа седиментации 19£ Различают подтипы Ml и М2. Тяжелые цепи молекулы IgM в отличие от других изотипов построены из 5 доменов. Период полураспада IgM составляет 5 дней.

На долю IgM приходится около 5—10 % всех сывороточных иммуноглобулинов. Среднее содержание IgM в сыворотке крови здорового взрослого человека около 1 г/л. Этот уровень дости­гается уже к 2—4-летнему возрасту.

IgM — филогенетически наиболее древний иммуноглобулин, синтезируется предшественниками и зрелыми 5-лимфоцитами (В ). Он образуется в начале первичного иммунного ответа, также первым начинает синтезироваться в организме новорожденного (определяется уже на 20-й неделе внутриутробного развития).

IgM обладает высокой авидностью, связывает комплемент, участвует в формировании сывороточного и секреторного гумо­рального иммунитета. Он может выделиться в секрет слизистых оболочек путем диффузии. Бблыная часть нормальных антител и изоагглютининов относится к IgM.

IgM не проходит через плаценту. Обнаружение специфичес­ких антител изотипа М в сыворотке крови новорожденного указывает на бывшую внутриутробную инфекцию или дефект плаценты.

Иммуноглобулин класса A. IgA существует в сывороточной и секреторной формах. Около 60 % всех IgA содержится в секретах слизистых оболочек.

Сывороточный IgA\ на его долю приходится около 10—15 % всех сывороточных иммуноглобулинов. В сыворотке крови здо­рового взрослого человека содержится около 2,5 г/л IgA, этот уровень достигается к 10-летнему возрасту. Период полураспада IgA составляет 6 дней.

IgA — мономер, имеет два антигенсвязывающих центра (т.е. 2-валентный), его молекулярная масса около 170 ООО, константа седиментации 7S. Различают подтипы А1 и А2. IgA синтезируется зрелыми 5-лимфоцитами (В_а) и плазматическими клетками. IgA хорошо определяется в сыворотке крови на пике первичного и при вторичном иммунном ответе.

IgA обладает высокой аффинностью, может быть неполным антителом, не связывает комплемент, не проходит через пла­центарный барьер.

Секреторный IgA: в отличие от сывороточного секреторный IgA чаше существует в форме ди- или тримера (4- или 6-ва­лентный) и содержит J- и Л'-пептиды. Молекула секреторного IgA формируется при прохождении через эпителиальную клет­ку, где IgA присоединяется к секреторному компоненту. Моле­кулярная масса IgA 350 ООО и более, константа седиментации 135¹ и выше.

Секреторный IgA — основной фактор местного иммунитета слизистых оболочек ЖКТ, мочеполовой системы и респиратор­ного тракта. Этот иммуноглобулин препятствует адгезии микро­бов на эпителиальных клетках и генерализации инфекции в пределах слизистых оболочек.

Секреторный IgA активирует комплемент и стимулирует фагоцитарную реакцию в слизистых оболочках.

Иммуноглобулин класса Е IgE называют также реагином. Содержание его в сыворотке крови крайне невысоко — при­мерно 0,00025 г/л. Обнаружить IgE можно специальными вы­сокочувствительными методами. Его молекулярная масса около 190 000, константа седиментации примерно 8S. IgE — мономер. На его долю приходится около 0,002 % всех циркулирующих иммуноглобулинов, этот уровень достигается к 10—15 годам.

IgE синтезируется зрелыми 5-лимфоцитами (5) и плазма­тическими клетками преимущественно в лимфоидной'ткани брон­холегочного дерева и ЖКТ. IgE не связывает комплемент, не проходит через плацентарный барьер. Он обладает выраженной цитофильностью — тропностью к тучным клеткам и базофи- лам, участвует в развитии аллергической реакции I типа (см. раздел 9.6.4).

Иммуноглобулин класса D. Сведений об IgD немного. IgD практически полностью содержится в сыворотке крови в кон­центрации около 0,03 г/л (около 0,2 % общего количества циркулирующих иммуноглобулинов). IgD имеет молекулярную массу 160 ООО и константу седиментации 7S, мономер.

IgD не связывает комплемент, не проходит через плацентар­ный барьер, является рецептором предшественников 5-лимфо­цитов.

Рецепторные иммуноглобулины. Рецепторные, или мембранные, иммуноглобулины локализуются на цитоплазматической мемб­ране В -лимфоцитов. Они выполняют функции антигенспецифи- ческих рецепторов. Рецепторные иммуноглобулины имеют тот же изотип и специфичность, что и синтезируемые в межкле­точную среду антитела. Структурное отличие от секретируемых антител заключается в особом дополнительном Л/-пептиде, благодаря которому молекула рецепторного белка фиксируется в цитоплазматической мембране иммунокомпетентной клетки.

Нормальные антитела. В сыворотке крови человека всегда определяется базальный уровень иммуноглобулинов, которые получили название нормальных, или естественных, антител. К нормальным антителам относят изогемагглютинины — анти­тела, направленные против эритроцитарных антигенов групп крови (система АВО), а также против бактерий кишечной груп­пы, кокков и некоторых вирусов. Эти антитела постоянно об­разуются в организме без явной антигенной стимуляции. С одной стороны, они отражают готовность макроорганизма к иммунно­му реагированию, а с другой — могут свидетельствовать об отдаленном контакте с антигеном.

Моноклональные антитела. Каждый 5-лимфоцит и его потом­ки, образовавшиеся в результате пролиферации (т.е. клон), способны синтезировать антитела строго определенной специ­фичности. Такие антитела названы моноклональными. В природ­ных условиях макроорганизма получить моноклональные анти­тела практически невозможно. Дело в том, что на одну и ту же антигенную детерминанту одновременно реагирует до 100 раз­личных клонов 5-лимфоцитов, незначительно различающихся антигенной специфичностью. Поэтому в результате иммуниза­ции даже антигеном, состоящим из одной антигенной детерми­нанты, всегда получают поликлональные антитела.

Принципиально задача получения моноклональных антител выполнима, если провести предварительную селекцию антите­лопродуцирующих клеток и их клонирование (т.е. выделение отдельных клонов в чистые культуры). Однако это осложняется тем, что 5-лимфоциты, как и другие эукариотические клетки, имеют ограниченные продолжительность жизни и число воз­можных митотических делений.

Проблема получения моноклональных антител была успешно решена Д.Келлером и Ц.Мильштайном (1975). Авторы получили гибридные клетки путем слияния иммунных 5-лимфоцитов с миеломной (опухолевой) клеткой. Полученные гибриды облада­ли специфическими свойствами антителопродуцента и «бессмер­тием» раково-трансформированной клетки. Такой вид клеток получил название гибридом. Гибридома хорошо размножается на искусственных питательных средах и в организме животных, в неограниченном количестве продуцируют антитела. В результате дальнейшей селекции были отобраны отдельные клоны гибрид­ных клеток, обладавшие наивысшими продуктивностью и аф­финностью специфических антител.

Гибридомные моноклональные антитела широко применяют­ся при создании диагностических и лечебных иммунобиологи­ческих препаратов.

Полные и неполные антитела Среди многообразных иммуно­глобулинов выделяют полные и неполные антитела. Деление основано на способности образовывать в реакции агглютина­ции или преципитации (in vitro) хорошо различимую глазом макромолекулярную структуру гигантского иммунного комп­лекса. Таким свойством обладают полные антитела. К ним относятся полимерные молекулы IgM, а также некоторые IgA и IgG.

Неполные антитела лишены такой способности несмотря на то, что они специфически связываются с антигеном. В связи с этим их еще называют непреципитирующими (или блокирую­щими) антителами. Причиной данного явления могут быть экранирование или дефект второго антигенсвязывающего цен­тра мономерной молекулы иммуноглобулина, а также недоста­точное число или экранирование антигенных детерминант на молекуле антигена. Выявить неполные антитела можно при помощи реакции Кумбса — путем использования «вторых», антиимму­ноглобул иновых антител (см. раздел 9.11).

Другие виды антител. Помимо описанных выше, различают тепловые и холодовые антитела. Первые взаимодействуют с антигеном при температуре 37 °С, для вторых эффективность связывания наибольшая при 4—10 °С.

По способности активировать комплемент (классический путь) антитела подразделяются на комплементсвязывающие (IgM, IgGl, IgG2 и IgG3) и комплементнесвязывающие.

В последние годы открыт вид антител, которые выполняют функции катализаторов биохимических процессов. Они названы абзимами.

Большим достижением молекулярной биологии в области иммунологии явилось получение (помимо гибридом) белков со свойствами антител — это одноцепочечные антитела, бифункци­ональные антитела и иммунотоксины. Они синтезируются жи­выми биологическими системами. Одноцепочечные антитела пред­ставляют собой фрагмент вариабельного домена иммуноглобу­лина, который обладает определенной специфичностью и аф­финностью и способен проявлять блокирующее действие. Размер такой молекулы очень мал, она практически не обладает им­муногенностью. Бифункциональные антитела имеют антигенсвя- зывающие центры разной специфичности, т.е. направлены к различным антигенным детерминантам. Иммунотоксины пред­ставляют собой гибрид молекулы иммуноглобулина и токсина. Они способны направленно доставить молекулу токсина к клетке- мишени и убить ее или нарушить в ней метаболические про­цессы.

Иммунотоксины и бифункциональные антитела имеют боль­шое будущее. В перспективе их будут использовать для имму­нодиагностики, а также для профилактики и лечения ин­фекционных, онкологических, аллергических и других бо­лезней.

6. Генетика иммуноглобулинов

Для молекул иммуноглобулинов характерно не только уникаль­ное строение, но и своеобразное генетическое кодирование. Методами молекулярной генетики было доказано, что в отли­чие от других белков структура молекулы иммуноглобулинов изначально контролируется не одним, а большим числом генов. Гены иммуноглобулинов имеют фрагментарную организацию и образуют 3 группы, которые располагаются на 3 различных хромосомах и наследуются независимо.

Первая группа генов содержит информацию о первичной аминокислотной последовательности легкой цепи А.-типа, вто­рая — легкой цепи к-типа, а третья — всех типов тяжелых цепей (а, 6, е» у и ц). Гены, относящиеся к каждой группе, находятся на соответствующей хромосоме в непосредственной близости друг от друга. Они располагаются последователь­но (рис. 9.9) и разделены интронами (некодирующими облас­тями).

Участок ДНК, кодирующий строение легкой цепи А.-типа, содержит два К-сегмента (контролируют структуру V доменов) и 4 С-сегмента (контролируют структуру С-доменов). Между С-У, у₂ J с, с₂ с, с„

А₍«л.и«ь—§j-j—|—DOCK]—

^y

■п-

i К J, Л Jj л

К (плп*) -цепь

Qt с’т Q ¹

даош

А

Hi

Р м

//-цепь •

Рис. 9.9. Строение генов цепей молекул иммуноглобулинов. Объяснение в тексте.

и К-сегментами располагается J-сегмент (от англ. join — соеди­няющий). Легкая цепь к-типа кодируется несколькими сотнями К-сегментов ДНК, 4 У-сегментам и и одним С-сегментом. Группа генов, контролирующих структуру тяжелых цепей, имеет еще более сложное строение. Наряду с V-, С- и /-сегментами ДНК в их состав входят 20 D-сегментов (от англ. divercity — разно­образие). Кроме того, имеется Л/-сегмент, который кодирует био­синтез мембраноассоциированного участка молекулы рецептор­ного иммуноглобулина.

При созревании пре-5-лимфоцитов наблюдаются мощные перестройки в их генетическом аппарате. В результате происходят произвольное сближение отдельных фрагментированных генов и сборка в пределах соответствующих хромосом единых функци­ональных генов, которые кодируют всю молекулу иммуногло­булина. С этих генов транскрибируются про-мРНК, а затем мРНК как матрица для синтеза молекул циркулирующих либо рецеп­торных иммуноглобулинов. Пропущенные участки ДНК исклю­чаются из дальнейшего счить вания. Этот процесс имеет случай­ный характер и называется сплайсингом (англ. splicing - сращи­вание, состыковывание).

Параллельно со сплайсингом в отдельных участках V-cer- ментов генов иммуноглобулинов наблюдается мутационный процесс. Эти участки ДНК называются гипермутабельными об­ластями.

В результате произвольного сплайсинга возникает бесконечно большое число (миллионы) вариантов структуры антигенсвязы

-

вающего центра. Мутационный процесс, происходящий в генах иммуноглобулинов, в сотни раз повышает разнообразие V до­менов. Эти два механизма и являются причиной множественно­сти структуры идиотипических антигенных детерминант и спе­цифичности антител. Таким образом, в пределах организма уже предсуществуют или в любой момент могут возникнуть В лим­фоциты, специфичные к практически любому антигену. Моле­кулярно-генетическая теория происхождения многообразия спе­цифичностей антител была подробно разработана С.Тонегавой (1983).

Дальнейшая дифференцировка 5-лимфоцитов, которая идет параллельно с их размножением, также сопровождается реком­бинационными перестройками в пределах иммуноглобулиновых генов и про-мРНК. Этот процесс проявляется, в частности, последовательной сменой класса иммуноглобулинов. На ранних этапах дифференцировки 5-лимфоциты синтезируют иммуно­глобулины класса М, на более поздних — классов G, А или Е.

7. Динамика антителопродукции

Способность синтезировать антитела как одну из форм реаги­рования иммунной системы макроорганизм приобретает доволь­но рано. Уже на 13-й неделе эмбрионального периода развития 5 лимфоциты способны синтезировать IgM, а на 20-й неделе этот белок можно уже определить в сыворотке крови. С этого момента в организме начинают непрерывно появляться новые антителопродуцирующие клетки с различной специфичностью, которые исходно продуцируют базальный уровень антител пре­имущественно изотипа М — это нормальные антитела. Содер­жание иммуноглобулинов в сыворотке крови существенно ме­няется с возрастом, а также зависит от состояния макроорга­низма. Концентрация антител достигает максимума к периоду полового созревания и держится на высоких цифрах в течение всего репродуктивного периода (период половой зрелости до старости). В старческом возрасте содержание антител снижается. Повышение количества иммуноглобулинов наблюдается при инфекционных болезнях, аутоиммунных расстройствах; сниже­ние отмечается при некоторых опухолях и иммунодефицитных состояниях.

На появление во внутренней среде макроорганизма антигена иммунная система реагирует усилением биосинтеза специфичес­ких антител, что достигается путем размножения клонов анти- генспецифичных клеток-антителопродуцентов. При этом антиген выступает в роли селектирующего фактора, и преимущества по­лучают клоны с наивысшей к нему специфичностью, т.е. с наибольшей аффинностью рецепторных молекул иммуноглобу-

Уровень

антител

введения антигена

Рис. 9.10. Динамика образования антител при первичном (А) и вторичном (Б) иммунном ответе.

Фазы антителообразования: а — латентная; б — логарифмическая; в — стационарная; г — снижения.

линов. Параллельно с размножением идет процесс дифференци- ровки 5-лимфоцитов. Наблюдаются перестройка в геноме кле­ток и переключение биосинтеза с крупной высокоавидной молекулы IgM на более легкие и экономичные высокоаффин­ные IgG или IgA.

Антителопродукция в ответ на антигенный стимул имеет характерную динамику (рис. 9.10). Выделяют следующие фазы: латентную (индуктивную), логарифмическую, стационарную и снижения.

В латентную фазу антителопродукция практически не изме­няется и остается на базальном уровне. В этот период происходят переработка и представление антигена иммунокомпетентным клеткам, а также запуск пролиферации антигенспецифичных клонов клеток антителопродуцентов. Ввиду того что клетки делятся дихотомически (т.е. надвое), их численность возрастает в геометрической прогрессии. Поэтому после первых циклов деления прирост числа клеток в общей массе невелик, и титры специфических антител практически не изменяются. Параллель­но происходит созревание пре-5-лимфоцитов в зрелые формы, включаются процессы дифференцировки антителопродуцентов в плазматические клетки и переключение синтезируемых изоти­пов иммуноглобулинов.

Во время логарифмической фазы наблюдается интенсивный прирост числа антигенспецифичных 5-лимфоцитов, что находит отражение в существенном нарастании титров специфических антител.

В стационарной фазе количество специфических антител и синтезирующих их клеток достигает максимума и стабилизиру­ется. Освобождение макроорганизма от антигена устраняет ан­тигенный стимул, поэтому вслед за стационарной фазой начи­нается фаза снижения. В этот период наблюдается постепенное уменьшение численности клонов специфических антителопроду­центов и титров соответствующих антител.

Динамика антителообразования имеет характерную времен­ную зависимость. Она также существенно зависит от первично­сти или вторичности контакта с антигеном. При первичном контакте с антигеном развивается первичный иммунный ответ. Для него характерна длительная латентная (3—5 сут) и лога­рифмическая (7—15 сут) фазы. Первые диагностически значи­мые титры специфических антител регистрируются на 10—14-е сутки от момента иммунизации. Стационарная фаза продолжа­ется 15—30 сут, а фаза снижения — 1—6 мес.

В течение первичного иммунного ответа созревают и размно­жаются клоны антигенспецифичных 5-лимфоцитов. Их диффе- ренцировка приводит к образованию плазматических клеток. Происходит также переключение биосинтеза иммуноглобулинов с изотипа М на А или G. В итоге первичного иммунного ре­агирования формируются многочисленные клоны антигенспеци­фичных антителопродуцирующих клеток (5-лимфоциты имму­нологической памяти), а во внутренней среде макроорганизма в высоком титре накапливаются специфические IgG и/или IgA. Таким образом обеспечиваются активное противодействие им­мунной системы внедрению в макроорганизм антигена и высо­кая готовность к повторной с ним встрече.

Повторный контакт иммунной системы с тем же антигеном ведет к формированию вторичного иммунного ответа (см. рис. 9.10). В отличие от первичного для вторичного ответа характерна укороченная латентная фаза — от нескольких часов до 1—2 сут. Логарифмическая фаза отличается более интенсивной динами­кой прироста и более высокими титрами специфических анти­тел. Стационарной фазе и фазе снижения свойственна затяжная динамика (несколько месяцев или даже лет). При вторичном иммунном ответе в организме сразу же в подавляющем боль­шинстве случаев синтезируется IgG. Характерная динамика ан- тителопродукции обусловлена подготовленностью иммунной системы к повторной встрече с антигеном за счет формирова­ния иммунологической памяти (см. раздел 9.6.5). В результате этого клоны антигенспецифичных 5-лимфоцитов, оставшиеся после первичного иммунного реагирования, быстро размножа­ются и интенсивно включаются в процесс антителогенеза.

Явление интенсивного антителообразования при повторном контакте с антигеном широко используется в практических целях, например при вакцинопрофилактике. Для создания и поддержа­ния иммунитета на высоком уровне схемы вакцинации предус­матривают первичное введение антигена для формирования им­мунологической памяти и последующие ревакцинации через различные интервалы времени (см. главу 10). Этот же феномен используют при получении высокоактивных лечебных и диаг­ностических иммунных сывороток (гипериммунных). Для этого животным или донорам многократно вводят препараты антигена по специальной схеме.

Динамика и интенсивность антителообразования в значитель­ной степени зависят от иммуногенности и дозы антигена, способа и кратности его введения, а также состояния макроорганизма. Попытка повторного введения антигена в латентной фазе может привести к иммунологическому параличу.

9.6.1.8. Теории разнообразия антител

Для объяснения механизмов антителопродукции и разнообразия специфичности антител было высказано множество гипотез и теорий. Однако только немногие из них получили практическое подтверждение. Большинство теорий имеет лишь историческое значение.

Первой принципиально важной концепцией была теория «боковых цепей» П.Эрлиха (1898). Согласно этой теории, клетки органов и тканей имеют на своей поверхности рецепторы, способные в силу химического сродства связывать антиген и инактивировать его. Связанные с антигеном рецепторные моле­кулы отделяются от поверхности клетки и замещаются вновь синтезированными. Эта теория заложила основные представле­ния о гуморальном иммунитете и рецепторах иммунокомпетен­тных клеток.

Заслуживают внимания «инструктивные» (или «матричные») теории. Согласно концепциям, предложенным Ф.Брейнлем и Ф.Гауровитцем (1930), J1.Полингом (1940), антиген является матрицей, с которой штампуется молекула антител. Эти теории оказались тупиковыми в связи с открытием Д.Уотсоном и Ф.Криком (1953) механизма кодирования в ДНК генетической информации.

Некоторые теории исходили из предположения о предсуще­ствовании в организме антител практически ко всем возмож­ным антигенам [Ерне Н., 1955; Вернет Ф., 1959]. В настоящее время наиболее обоснованной считается теория Ф.Бернета, которая получила название «клонально-селекционной». Согласно этой теории, лимфоидная ткань состоит из огромного числа клонов антигенреактивных клеток (лимфоцитов), которые спе­циализируются на продукции антител к разнообразным анти­генам. Клоны возникли в ходе эволюции в результате мутаций и селекции под влиянием антигенов и уже предсуществуют в новорожденном организме. Попавший в организм антиген селек­тивно (избирательно) активирует специфичный к нему клон лимфоцитов, который размножается и начинает вырабатывать специфичные к данному антигену антитела. Если доза антигена велика, то клон реагирующих на него лимфоцитов устраняется (элиминируется) из организма. В соответствии с теорией Ф.Бернета этот путь ведет к формированию в эмбриональном периоде иммунологической толерантности (нечувствительности) к соб­ственным антигенам.

Теория Ф.Бернета объясняет многие иммунологические ре­акции (антителообразование, гетерогенность антител, имму­нологическую память, толерантность), однако она не может объяснить происхождение всего многообразия специфичности антител. Ф.Бернет предположил, что в организме существует около 10 ООО клонов специфических антителопродуцирующих клеток. Однако, как показывает практика, мир антигенов намного обширнее и организм отвечает практически на лю­бой из них.

Значительную ясность в представление о разнообразии спе­цифичностей антител внес С.Тонегава (1983), который дал этому явлению генетическое обоснование. Молекулярно-генетическая теория С.Тонегавы исходит из того, что в генах иммуноглобу­линов постоянно происходят мощные рекомбинационные и мутационные процессы. В результате этого возникает огромное число вариантов генов, которые кодируют разнообразные по специфичности иммуноглобулины. Каждый клон антителопро­дуцирующих лимфоцитов обладает своим уникальным вариан­том гена иммуноглобулина.

Следует также упомянуть теорию сетевой регуляции иммун­ной системы. Ее основой является выдвинутая Н.Ерне (1974) идея идиотип-антиидиотипического взаимодействия. Согласно этой теории, иммунная система представляет собой цепь взаи­модействующих антигенных идиотипов иммуноглобулинов и направленных к ним антиидиотипических антител. Введение антигена вызывает каскадную реакцию образования антител 1,

2. 3-го и т.д. порядка. Антитело 1-го порядка, действуя как антиген, вызывает образование к своему идиотипу антител 2-го порядка. К идиотипу антител 2-го порядка синтезируются антитела 3 го порядка и т.д. При этом антитело каждого поряд­ка как бы несет «внутренний образ» антигена, который пере­дается эстафетно в цепи образования антиидиотипических ан­тител. Доказательством этой теории являются обнаружение ан­тиидиотипических антител, способных вызвать в организме иммунитет к соответствующему антигену, а также существова­ние лимфоцитов, сенсибилизированных к антиидиотипическим антителам. С помощью теории Н.Ерне можно понять формиро­вание иммунологической памяти и возникновение аутоиммун­ных реакций. Однако она неспособна объяснить многие другие явления иммунитета: механизм иммунологического распознава­ния «свой—чужой», управление каскадом идиотип-антиидиоти- пических реакций и т.д Данная теория не получила дальней­шего развития.

В 60-е годы вьщающийся отечественный иммунолог П.Ф.Здро- довский сформулировал физиологическую концепцию иммуногене­за — гипоталамо-адреналовую теорию регуляции иммунитета. Основная идея сводилась к тому, что продукция антител под­чиняется общим физиологическим законам. Ведущая роль в этом процессе принадлежит гормонам и нервной системе.

2. Иммунный фагоцитоз

Феномен иммунного фагоцитоза основан на поглощении фаго­цитами (см. раздел 9.3.3.3) антигенов, входящих в состав им­мунных комплексов. При этом антигенами могут быть как отдельные молекулы или их агрегаты, так и цельные клетки или их обломки. Для осуществления иммунного фагоцитоза не­обходимо участие молекул иммуноглобулинов и/или компле­мента. Имеющиеся на клеточной мембране фагоцитирующей клетки рецепторы для /с-участка молекулы иммуноглобулина и компонентов комплемента обеспечивают «узнавание» и захват фагоцитом иммунных комплексов или опсонизированных анти­генов. Таким образом, фагоциты участвуют в элиминации (уда­лении) антигенов из организма и восстановлении его гомеос­таза.

3. Киллинг, опосредованный клетками

Иммунная система располагает независимым от системы ком­племента способом уничтожения чужеродных клеток. Эта фор­ма иммунного реагирования осуществляется непосредственно клетками-киллерами и получила название «киллинг, опосредо­ванный клетками». Киллинг способны осуществлять активиро­ванные фагоциты, Т киллеры, естественные киллеры (NK- клет­ки), К-клетки и некоторые другие. Мишенью для них являются раково-трансформированные, мутантные или зараженные виру­сами клетки, грибы, простейшие, гельминты, некоторые бак­терии и другие чужеродные клетки.

Киллеры вырабатывают рад веществ, обладающих цитоток- сическим или цитолитическим действием. Эти клетки осуществ­ляют свою функцию дистантно (на расстоянии) или при не­посредственном контакте. Распознавание генетической чужерод- ности клеток-мишеней имеет различные механизмы.

Активированные фагоциты (см. раздел 9.3.3.3) продуцируют перекисные ион-радикалы и ферменты, которые могут пора­жать клетки на расстоянии или после фагоцитоза. Первичное распознавание чужеродных клеток происходит по антителам, которые предварительно связались с поверхностными антигена­ми клеток-мишеней. Киллерную функцию фагоцитов активиру­ют лимфокины, эндотоксин, двунитевая ДНК и некоторые другие биологически активные соединения.

Т-киллеры самостоятельно, без участия антител, распознают генетически чужеродные клетки по строению антигенов гисто­совместимости, расположенных на поверхности цитоплазмати­ческой мембраны этой клетки. Процесс инактивации (убийства) клетки-мишени осуществляется в несколько этапов.

• Установление плотного контакта: Г-киллер прикрепляется к поверхности клетки-мишени; при этом между клетками образуется узкое синаптическое пространство.

• Активация Т-киллера: происходит полярное перераспреде­ление внутриклеточных органелл киллера — гранулы, со­держащие фермент-токсин, и аппарат Гольджи перемеща­ются в сторону клетки-мишени.

• Экзоцитоз фермента-токсина: фермент-токсин выделяется в узкое синаптическое пространство между клетками.

• Токсическое воздействие: в результате воздействия фермен­та-токсина в мембране клетки-мишени образуются сквоз­ные поры, и клетка лизируется.

Т-киллеры активируются при непосредственном контакте с чужеродными клетками и при воздействии интерлейкинов (ИЛ-1, ИЛ-2), интерферона у и других иммуноцитокинов. Один киллер способен последовательно убить несколько клеток-ми­шеней. Точный механизм специфического распознавания Т- киллером мембранных антигенов клетки-мишени предотвраща­ет ошибочный лизис собственных нормальных клеток как путем контакта, так и через выделение ферментов-токсинов в меж­клеточную среду. В процессе контакта с чужеродными клетка­ми формируется иммунологическая память, и повторное появ­ление в организме клеток, несущих те же антигенные детер­минанты, приводит к формированию реакции по типу вто­ричного иммунного ответа, т.е. киллерная активность отлича­ется высокой интенсивностью и проявляется в очень корот­кие сроки.

Г-киллеры различаются по типу синтезируемого фермента- токсина и быстроте действия. Наиболее изучены киллеры, про­дуцирующие фермент-токсин перфорин. Между моментом выб­роса перфорина и гибелью клетки проходит несколько десятков минут. Другие Г-киллеры, лишенные перфорина, синтезируют медленно действующие медиаторы. Они лизируют клетку-ми­шень только через несколько недель.

Механизм действия естественных киллеров (см. раздел 9.4.3) изучен мало. Известно, что он отличается от действия Г-киллера. У yVAT-клеток нет рецепторов для специфического распознавания антигенов, тем не менее естественные киллеры способны уби­вать отдельные виды раково-трансформированных клеток без предварительной подготовки. Известно, что их функциональная активность регулируется ИЛ-2 и интерфероном у.

К-клетки — это особая субпопуляция лимфоцитов, которые также способны лизировать клетки в присутствии специфичес­ких антител — антителозависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦ). Механизм этой реакции подобен действию активиро­ванных фагоцитов.

Обсуждая вопросы клеточно-опосредованного киллинга, нужно обязательно отметить не так давно открытый феномен индуцированной запрограммированной гибели клеток, или апогх- тоз. Механизм апоптоза еще до конца не известен и находится в стадии интенсивного изучения. Апоптоз имеет большое био­логическое значение. При помощи апоптоза организм управляет численностью клонов иммунокомпетентных клеток и может ее значительно снижать или вообще уничтожать эти клетки в случае ненадобности или аутоагрессивности. Апоптоз индуцируется лим- фокинами. Данный феномен предполагается использовать для лечения опухолей, рассеянного склероза и некоторых других заболеваний.

4. Реакции гиперчувствительности

В отличие от иммунологических реакций на введение антигена, выражающихся в антителообразовании, клеточных защитных реакциях, толерантности, иногда в ответ на антиген может развиться аномальная гиперергическая реакция, которая имеет черты патологического процесса и является прямой противопо­ложностью иммунологической толерантности. Эта необычная форма реагирования, основу которой составляют естественные физиологические механизмы, получила название аллергии (от греч. alios — иной и ergon — действие). Изучает аллергию самосто­ятельная наука — аллергология. Соответственно антигены, вызы­вающие аллергические реакции, названы аллергенами.

Впервые понятие «аллергия» было введено в практику фран­цузским ученым К.Пирке (1906). Он понимал аллергию как измененную реакцию макроорганизма на повторное введение ан­тигена. При этом к аллергии ученый относил как гипер-, так и гипореактивность. Современный термин понимает аллергию как повышенную извращенную реакцию макроорганизма на повторный контакт организма с антигеном (аллергеном).

Для формирования аллергии необходима предварительная сенсибилизация макроорганизма аллергеном. Сенсибилизацию можно вызвать введением очень малых субиммунизирующих доз антигена (например, введением морской свинке 0,000001 мл лошадиной сыворотки). Доза антигена, вызывающая сенсибили­зацию, называется сенсибилизирующей. Повторное введение того же антигена через определенный промежуток времени вызывает аллергическую реакцию. Дозу антигена, вызывающую аллерги­ческую реакцию, называют разрешающей.

В генезе аллергической реакции выделяют 3 стадии: иммунологическую, патохимическую и патофизи­ологическую. В течение иммунологической стадии в ответ на антиген (аллерген) образуются антиген- чувствительные клетки, специфические антитела и иммунные комплексы. Патохимическая стадия ха­рактеризуется образованием медиаторов воспаления и биологически активных аминов, которые играют основную роль в механизме аллергических реакций. В течение патофизиологической стадии проявляется клиническая картина аллергической реакции. Как правило, клинические проявления аллергии поли­морфны.

Первая классификация аллергий была предложена Р. Куком в 1947 г. В ее основу положено время развития аллергической реакции. Выделена гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ) и замедленного типа (ГЗТ). Свойства ГНТ и ГЗТ пере­числены в табл. 9.3. К ГНТ были отнесены аллергические ре­акции, проявляющиеся уже через 20—30 мин после повторной встречи с аллергеном, тогда как реакции ГЗТ возникают через

6. 8 ч и позже. Механизмы и клинические проявления ГНТ и ГЗТ различны. ГНТ связана с выработкой специфических ан­тител (опосредована 5-звеном иммунитета), а ГЗТ — непосред­ственно с лимфоцитами (опосредована Г-звеном иммунитета).

ГНТ описали в 1902—1905 гг. французские ученые Ш.Рише и Ж.Портье и русский ученый Г.П.Сахаров. Они показали, что ГНТ имеет стереотипное течение, которое может заканчиватьсяПоказатель	ГНТ	ПТ
Время развития	Менее 20—30 мин	Более 6—8 ч
реакции
Фактор	Антитела	Г-лимфоциты
Фактор переноса в	Пассивный (антите­	Адоптивный
интактный организм	лами) и адоптивный	(иммунокомпетентны-
	(иммунокомпетент-	ми клетками)
	ными клетками)
Десенсибилизация	Возможна	Невозможна

смертью. Она может проявляться в виде анафилаксии, атопи­ческих болезней, сывороточной болезни, феномена Артюса (см. раздел 9.10). ГЗТ была описана Р.Кохом (1890). Этот тип аллер­гии может протекать в виде контактной аллергии, реакции на кожно-аллергическую пробу, замедленной аллергии к белкам (см. раздел 9.10).

Изучение молекулярно-генетических механизмов аллергий привело к созданию П.Джеллом и Р.Кумбсом в 1968 г. новой классификации аллергий в зависимости от вовлечения в генез аллергии тех или иных механизмов. В соответствии с этой классификацией различают 4 основных типа аллергий: анафи­лактический (I тип), цитотоксический (II тип), иммунокомп- лексный (III тип) и клеточно-опосредованный (IV тип). Первых 3 типа относят к ГНТ, 4-й — к ГЗТ. Сравнительная характе­ристика механизмов указанных групп аллергий приведена в табл.

4. из которой следует, что в механизме аллергий основную роль играют IgE, IgG и IgM, а также Г-лимфоциты. IgE и IgG4 обладают цитофильностью, т.е. сродством к тучным клеткам и базофилам, на поверхности которых они образуют иммунные комплексы аллерген—антитело. ИК активируют тучные клетки и базофилы, которые высвобождают гистамин и гистаминопо­добные вещества (серотонин, кинины и др.). Эти биологически активные вещества вызывают сокращение гладкой мускулатуры кишечника, бронхов, мочевого пузыря, действуют на секретор­ные и другие клетки. В результате развиваются клинические симптомы аллергии.

Цитотоксические антитела (IgG, IgM)_y направленные против поверхностных структур (антигенов) соматических клеток мак­роорганизма, связываются с клеточными мембранами клеток- мишеней. Это ведет к функциональному и органическому по­вреждению клеток (цитотоксическое действие) и соответству­ющим клиническим проявлениям. Цитотоксическим (цитолити-

Таблица 9.4. Классификация аллергических реакций по патогенезу [Джелл П., Кумбс Р., 1968] Тип	Форма	Фактор	Механизм патогенеза	Клинический
реакции	реагиро­	патоге­		пример
	вания	неза
I анафи­	ГНТ	IgE,	Образование	Анафилаксия
лактичес­		IgG4	иммунного комп­	Анафилактичес­
кий			лекса IgE (G4) — аллерген Активация тучных клеток и базофи- лов Высвобождение ме­диаторов воспаления и других БАВ	кий шок Поллинозы
II цито-	ГНТ	IgM,	Выработка цито-	Лекарственная
токсичес-		IgG	токсических анти­	волчанка
кий			тел Активация антите­лозависимого цитолиза с участи ■ ем комплемента или фагоцитов	Аутоиммунная гемолитическая болезнь Аутоиммунная тромбоцитопения
III имму-	ГНТ	IgM,	Образование избыт­	Сывороточная
нокомп-		IgG	ка иммунных	болезнь
лексный			комплексов Отложение иммун­ных комплексов на базальных мембра­нах, эндотелии и в соединительноткан ной строме Активация антите­лозависимого цитолиза с участи­ем комплемента или фагоцитов и повреждение соеди­нительнотканной стромы	Системные заболевания соединительной ткани Феномен Артюса
IV	пт	Г-лим­	Сенсибилизация Т-	Кожно-аллерги­
клеточ-		фоциты	лимфоцитов	ческие пробы
но-			Активация клеточ-	Контактная
опосре-			но-опосредованно-	аллергия
дован-			го цитолиза с	Белковая аллер­
ный			участием Т- киллеров и фаго цитов	гия замедленного типа

Примечание. Более подробное описание аллергических болезней см. в разделе 9.10.3.

ческим) действием обладают также циркулирующие в крови комплексы антиген—антитело, осаждающиеся на клетках и в тканях макроорганизма. Перечисленные выше механизмы вызы­вают реакции ГНТ.

Реакция ГЗТ осуществляется цитотоксическими клетками (Г-киллеры в «содружестве» с фагоцитами), сенсибилизирован­ными к аллергену при первом контакте. Повторный контакт с аллергеном вызывает клинически выраженную цитотоксическую реакцию.

Лабораторная диагностика аллергии при аллергических реак­циях I типа основана на выявлении суммарных и специфичес­ких реагинов (IgE, IgG4) в сыворотке крови. При аллергических реакциях II типа в сыворотке крови определяют цитотоксичес- кие антитела (антиэритроцитарные, антилейкоцитарные, анти- тромбоцитарные и др.). При аллергических реакциях III типа в сыворотке крови выявляют иммунные комплексы. Для диагно­стики аллергических реакций IV типа используют кожно-аллер­гические пробы. Последние широко применяют в диагностике инфекционных и паразитарных болезней и микозов, которые сопровождаются аллергизацией макроорганизма (туберкулез, лепра, бруцеллез, туляремия и др.).

Лечение аллергий основано на десенсибилизации макроорга­низма малыми субиммунизирующими дозами аллергена, кото­рый вводят в макроорганизм в течение продолжительного пе­риода времени. В тяжелых случаях применяют глкжокортикоид- ную терапию.

Следует отметить, что гиперергические иммунные реакции имеют большое значение и в норме. Их механизмы лежат в основе воспалительных реакций, которые способствуют локали­зации инфекционного агента или иного антигена в пределах входных ворот и формированию полноценной иммунной реак­ции защитного характера.

5. Иммунологическая память

При повторной встрече с одним и тем же анти­геном организм реагирует более активным и более быстрым формированием иммунитета (вторичный иммунный ответ). Этот феномен получил название иммунологической памяти.

Иммунологическая память распространяется как на гуморальный, так и на клеточный иммунитет, имеет высокую специфичность к конкретному антигену и обусловлена 5-лимфоцитами и Г-килле­рами. Иммунологическая память формируется практически всег­да и сохраняется годами и даже десятилетиями. Благодаря ей орга­низм надежно защищен от повторных антигенных интервенций.

На сегодняшний день существует две наиболее вероятные теории формирования иммунологической памяти. Одна из них считает, что иммунологическая память обусловлена длительно сохраняющимся в организме антигеном, и этому имеется мно­жество примеров. Так, инкапсулированный возбудитель тубер­кулеза, персистирующие вирусы кори, полиомиелита, ветряной оспы и некоторые другие длительное время (иногда всю жизнь) сохраняются в организме и таким образом могут оказывать антигенное воздействие на иммунную систему. По другой тео­рии, на наш взгляд более приемлемой, в процессе развития первичной иммунной реакции в организме часть лимфоцитов размножается без дифференцировки и превращается в малые покоящиеся клетки (В- и Г-клетки иммунологической памяти). Эти клетки отличаются высокой специфичностью к конкретной антигенной детерминанте и большой продолжительностью жиз­ни (до 10 лет и более), что обеспечивает постоянную готовность иммунной системы реагировать на повторный контакт с анти­геном по вторичному типу.

Феномен иммунологической памяти широко используется в практике вакцинации людей для создания напряженного имму­нитета и поддержания его длительное время на защитном уров­не. Осуществляют это 2—3-кратными иммунизациями при пер­вичной вакцинации и периодическими повторными прививка­ми — ревакцинациями (см. главу 10).

Однако феномен иммунологической памяти имеет и отрица­тельные стороны Так, пересадка иммунологически несовмести­мых органов и тканей завершается отторжением трансплантата и формированием посттрансплантационного иммунитета. По­вторная попытка пересадить те же ткани вызывает быструю и бурную реакцию — криз отторжения.

9.6.6. Иммунологическая толерантность

Иммунологическая толерантность — явление, про­тивоположное иммунному ответу и иммунологичес­кой памяти. Оно проявляется в том, что на повтор­ное введение антигена вместо выработки иммуни­тета организм проявляет ареактивность, инертность, неотвечаемость на антиген, т.е. толерантен к анти­гену.

В организме прекращается продукция специфических антител, блокируется киллинг, опосредованный клетками.

Феномен иммунологической толерантности был открыт в 1953 г. независимо чешским ученым М.Гашеком и группой английских исследователей во главе с П.Медаваром. Так, П.Медавар и соавт. показали, что если ввести какой-либо антиген в эмбрион мыши,

то родившееся животное будет нечувствительно к этому анти­гену. Открытию иммунологической толерантности предшество вали работы Р.Оуэна (1945), который обследовал разнояйцовых телят близнецов. Ученый установил, что животные в эмбрио­нальном периоде обмениваются через плаценту кровяными ростками. Поэтому после рождения они обладают одновременно двумя типами эритроцитов — своими и чужими. Наличие чу­жеродных эритроцитов не вызывало иммунной реакции и не приводило к их внутрисосудистому гемолизу. Явление было названо эритроцитарной мозаикой. Однако Р.Оуэн не смог его объяснить.

Иммунологическую толерантность вызывают антигены, ко­торые получили название толерогены. Ими могут быть практи­чески все антигены, однако наибольшей толерогенностью об­ладают полисахариды.

Иммунологическая толерантность бывает врожденной и при­обретенной. Примером врожденной толерантности является от­сутствие реакции иммунной системы на свои собственные ан­тигены. Приобретенную толерантность можно создать, вводя в организм вещества, подавляющие иммунитет (иммунодепрессан­ты]), или же путем введения антигена в эмбриональном периоде или в первые дни после рождения человека или животного. Приобретенная толерантность может быть активной и пассивно t Активная толерантность создается путем введения в организм толерогена, который формирует специфическую толерантность Пассивную толерантность можно вызвать введением в организм веществ, снижающих биосинтетическую или пролиферативную активность иммунокомпетентных клеток (антилимфоцитарная сыворотка, цитостатики и др).

Иммунологическая толерантность отличается специфичнос­тью: она направлена к строго определенным антигенам. По степени распространенности различают поливалентную и рас­щепленную толерантность. Поливалентная иммунологическая толерантность возникает одновременно на все антигенные де­терминанты, входящие в состав конкретного антигена. Для расщепленной (или моновалентной) толерантности характерна избирательная невосприимчивость каких то отдельных антиген­ных детерминант.

Степень проявления иммунологической толерантности суще­ственно зависит от ряда свойств макроорганизма и толерогена. Так, на проявление толерантности влияют возраст и состояние иммунореактивности организма. Иммунологическую толерантность легче индуцировать в эмбриональном периоде развития и в первые дни после рождения, лучше всего она проявляется у животных со сниженной иммунореактивностью и с определенным гено­типом.

Из особенностей антигена, которые определяют успешность индукции иммунологической толерантности, нужно отметить степень чужеродности антигена для организма, его иммуноген­ность и природу, дозу препарата и продолжительность воздей­ствия антигена на организм. Наибольшей толерогенностью об­ладают наименее чужеродные по отношению к организму ан­тигены, имеющие низкие иммуногенность и молекулярную массу и отличающиеся высокой гомогенностью. Легче всего формиру­ется толерантность на тимуснезависимые антигены, например на бактериальные полисахариды.

Важное значение в индукции иммунологической толерантно­сти имеют доза антигена и продолжительность его воздействия. Различают высоко- и низкодозовую толерантность. Высокодозо- вую толерантность вызывают введением больших количеств вы­сококонцентрированного антигена. При этом наблюдается пря­мая зависимость между дозой вещества и производимым им действием. Низкодозовая толерантность, наоборот, вызывается очень малым количеством высокогомогенного молекулярного антигена. Соотношение доза—эффект в этом случае имеет об­ратную зависимость.

В эксперименте толерантность возникает через несколько дней (а иногда часов) после введения толерогена и, как правило, проявляется в течение всего времени, пока толероген циркули­рует в организме. Эффект ослабевает или прекращается при удалении из организма толерогена. Обычно иммунологическая толерантность наблюдается непродолжительный срок — всего несколько дней. Для пролонгирования толерантности необходи­мы повторные инъекции препарата.

Механизм толерантности многообразен и до конца не иссле­дован. Известно, что в развитии иммунологической толерантно­сти участвуют Т- и 5-лимфоциты и основу ее составляют нормальные механизмы функционирования иммунной системы. Наиболее вероятными причинами развития иммунологической толерантности могут быть следующие:

Возможен адоптивный перенос² иммунологической толеран­тности интактному животному путем введения ему иммуно­компетентных клеток, взятых от донора. Толерантность можно также искусственно отменить. Для этого необходимо активи­ровать иммунную систему адъювантами, интерлейкинами или переключить направленность ее реакции иммунизацией мо­дифицированными антигенами. Другой путь — удалить из организма толероген, сделав инъекцию специфических анти­тел.

Феномен иммунологической толерантности имеет большое практическое значение. Он используется для решения многих важных проблем медицины, таких как пересадка органов и тканей, подавление аутоиммунных реакций, лечение аллергий и других патологических состояний.

7. Особенности местного иммунитета

Как отмечено ранее, в структуре системы иммунной защиты выделяют местный umiymmem. Впервые концепцию местного иммунитета как системы защиты «забарьерных» структур пред­ложил А.М Безредка (1919). В отличие от общего местный им­мунитет имеет локальное расположение: он формируется в пре­делах кожных покровов и слизистых оболочек — наиболее вероятных входных ворот экзогенных антигенов.

Основная задача местного иммунитета — обеспече­ние местной, локальной, иммунной зашиты в преде­лах ткани.

Кроме того, факторы местного иммунитета могут действовать экстракорпорально (выходить за пределы макроорганизма): на поверхности кожных покровов и в составе секрета слизистых оболочек.

Система местного иммунитета не имеет выраженного анато- мо-морфологического обособления. Между общим и местным иммунитетом существует тесная связь. Во-первых, система об­щего иммунитета служит резервным источником факторов за­щиты. При нарушении микроциркуляции локальный воспали­тельный процесс быстро переходит в затяжную септическую форму. Во вторых, при развитии инфекционного процесса от

­четливо прослеживается взаимный переход местной и общей иммунной реакции одна в другую. В-третьих, между этими двумя системами постоянно осуществляется обмен факторами иммуни­тета (антитела, клоны лимфоцитов, фагоциты). Это важно для распространения по всему организму клеток иммунологической памяти (см. раздел 9.6.5), но также часто приводит к генера­лизации инфекции. Тем не менее система местного иммунитета функционирует достаточно обособленно и имеет рад особенно­стей.

1. Иммунитет кожи

Кожа выполняет пограничную функцию. Она предохраняет макроорганизм от внешних воздействий как фактор механичес­кой защиты и в случае повреждения способна самостоятельно восстанавливать целостность покрова. Кожный покров имеет также физико-химическую защиту в виде потовых и сальных желез, продукты которых обладают бактерицидной активностью. Кроме того, кожа наделена эффективной системой местного иммунно­го реагирования.

Внешний слой кожи, эпидермис, формируется эпителиаль­ными клетками — кератиноцитами. Эти клетки образуют не­сколько слоев. В толще кератиноцитов встречаются дендритные клетки двух типов: белые отростчотые эпидермоциты (клетки Лонгергонса) и клетки Гретитайна. В тканях дермы и эпидер­миса локализуются лимфоциты и тучные клетки. Лимфоидная популяция представлена в основном Т-хелперами и 7-киллера­ми. В дерме и эпидермисе незрелые Г-лимфоциты дифференци­руются в зрелые клетки.

Кератиноциты выполняют в коже важную иммунорегуля- торную функцию. Они, подобно тимоцитам, продуцируют ти- мопоэтин и другие цитокины, необходимые для созревания Т-лимфоцитов, а также ИЛ-1, который стимулирует развитие иммунной реакции. Белые отростчатые эпидермоциты и осуще­ствляют функции фагоцитов — захватывают и перерабатывают антигены, представляют их лимфоцитам, регулируют актив­ность иммунного реагирования. Белые отростчатые эпидермо­циты чувствительны к ультрафиолетовому излучению, которое их убивает и тем самым угнетает развитие иммунной реакции в коже.

В коже преимущественно развивается клеточный иммун­ный ответ. Напряженность местного иммунитета в коже, так же как и интегральное состояние клеточного звена иммуни­тета в целом, диагностируется постановкой кожно-аллерги­ческих проб,

2. Иммунитет слизистых оболочек

Местный иммунитет слизистых оболочек обеспечивает иммун­ную защиту желудочно-кишечного и респираторного тракта, мочеполовой системы и других органов и тканей. Слизистые оболочки отличаются развитой лимфоидной тканью и высокой насыщенностью иммунокомпетентными клетками. В собственной пластинке обнаруживается большое число фагоцитов. Привле­ченные хемоаттрактантами, они способны совершать маятнико­образные миграции: выходить через эпителий за его пределы (в просвет кишки, бронха, ротовой полости и т.д.) и возвращать­ся обратно. Подсчитано, что в ротовой полости постоянно при­сутствует около 100 ООО фагоцитов.

В собственной пластинке слизистой оболочки находятся лим­фоциты, рассеянные и в виде скоплений, или лимфоидных фолликулов. Рассеянные лимфоциты представлены в основном 5-лимфоцитами (до 90 %) и 7’-хелперами. Также среди них, но ближе к эпителиоцитам, обнаруживаются постоянно мигрирую­щие Т- киллеры.

Центр лимфоидных скоплений — это зона 5-лимфоцитов. Здесь происходят дозревание пре-5-лимфоцитов, их дифференциров- ка в зрелые формы, образование плазматических клеток и клеток иммунологической памяти. На периферии лимфатических фол­ликулов находится зона 7’-хелперов.

В слизистых оболочках идет интенсивный биосинтез иммуно­глобулинов классов А, М, G и Е. Они действуют как в пределах самих тканей, так и в составе секрета слизистых оболочек, куда проступают в результате диффузии. Однако наибольшую фун­кциональную нагрузку несет секреторный IgA (см. раздел 9.6.1.5), хорошо защищенный от протеолитических ферментов секрета.

В пределах слизистых оболочек обнаруживается много тучных клеток. Синтезируя гистамин, фактор некроза опухоли (ФНО), лейкотриены и другие биологически активные вещества, они участвуют в регуляции иммунной и воспалительной реакции в пределах ткани. В случае гиперпродукции IgE и особой генети­ческой предрасположенности тучные клетки потенцируют раз­витие ГНТ I типа (анафилактическая реакция).

Сами эпителиоциты также участвуют в осуществлении ме­стного иммунитета. Они представляют собой хороший механи­ческий барьер и, кроме того, способны эндоцитировать (погло­щать) антигены и синтезировать при контакте с микробом ИЛ-8, который является хемоатграктантом для фагоцитов.

Секрет слизистых оболочек выполняет функции физико­химического барьера (см. раздел 9.3.3.2), а нормальная микро­флора — иммунобиологического барьера за счет участия в формировании колонизационной резистентности (см. раздел 4.2).

7. Особенности иммунитета при различных инфекциях и состояниях

Реакция макроорганизма на антигены достаточно однотипна, гак как она ограничена набором факторов иммунной защиты и фи­зиологическими возможностями макроорганизма. Однако в за­висимости от природы антигена иммунная система необязатель­но должна включать для его устранения все механизмы и факторы защиты — достаточно использовать лишь наиболее эффектив­ные в отношении конкретного антигена. Поэтому характер им­мунного реагирования макроорганизма имеет свои особенности при воздействии различных по природе и свойствам антигенов.

1. Особенности иммунитета при бактериальных инфекциях

Иммунная реакция макроорганизма в ответ на бактериальную инфекцию в значительной степени определяется факторами патогенности микроба, в том числе его способностью к токси- нобразованию. Различают антибактериальный (против структур­но-функциональных компонентов бактериальной клетки) и ан­титоксический (против белковых токсинов) иммунитет.

Основными факторами антибактериальной защиты в подав­ляющем большинстве случаев являются антитела и фагоциты. Ан итела инактивируют биологически активные молекулы бак­териальной клетки (токсины, ферменты агрессии и др.), мар­кируют их, запускают механизм комплементзависимого бакте­риолиза и участвуют в иммунном фагоцитозе. Фагоциты осуще­ствляют фагоцитоз, в том числе иммунный, внеклеточный киллинг патогена при помощи ион радикалов и антителозави­симый бактериолиз.

Некоторые бактерии, относящиеся к факультативным внут­риклеточным паразитам, отличаются повышенной устойчивос­тью к действию комплемента, лизоцима и фагоцитов (незавер­шенный фагоцитоз). К ним относятся микобактерии туберкуле­за, возбудители лепры, бруцеллы, сальмонеллы и др. В отноше­нии этих микробов антитела и фагоциты недостаточно эффек­тивны, а сам инфекционный процесс имеет склонность к хроническому течению. В такой ситуации макроорганизм вынуж­ден переключать нагрузку на клеточное звено иммунитета: активируются 7-лимфоциты (в том числе 7-киллеры), что ведет к аллергизации организма и формированию специфической реакции ГЗТ.

Кроме перечисленных, на внедрившиеся бактерии воздей­ствует весь арсенал факторов неспецифической резистентности. Среди них важная роль в борьбе с грамположительными мик­робами принадлежит лизоциму

Напряженность специфического антибактериального иммуни­тета оценивают в серологических тестах по титру или динамике титра специфических антител, а также по состоянию его кле­точного звена (например, по результатам кожно-аллергической пробы).

2. Особенности противовирусного иммунитета

Иммунную защиту макроорганизма при вирусных инфекциях осуществляет противовирусный иммунитет. Его особенности обусловлены двумя формами существования вируса: внеклеточ­ной и внутриклеточной. Основными факторами, обеспечиваю­щими противовирусный иммунитет, являются специфические антитела, Т-киллеры, интерферон и сывороточные ингибиторы вирусных частиц.

Специфические противовирусные антитела способны взаимо­действовать только с внеклеточным вирусом, внутриклеточные структуры прижизненно для них недоступны. Антитела нейтра­лизуют вирусную частицу, препятствуя ее адсорбции на клетке- мишени, инфицированию и генерализации процесса, и обес­печивают иммунный фагоцитоз «маркированных» вирусных ча­стиц. Специфические антитела также связывают вирусные белки и нуклеиновые кислоты, которые попадают в межклеточную среду и секреты после разрушения зараженных вирусами клеток.

Клетки, инфицированные вирусом и приступившие к его репликации, экспрессируют (представляют) вирусные белки на поверхности цитоплазматической мембраны в составе молекул антигенов гистосовместимости — HLA I класса (см. раздел 9.5.2.1). Изменение структуры этих антигенов гистосовместимости слу­жит сигналом для активации Т-киллеров. Последние специфи­чески распознают клетки макроорганизма, зараженные вирусом и приступившие к биосинтезу его компонентов, и уничтожают их (см. раздел 9.6.3).

Мощным противовирусным действием обладает интерферон (см. раздел 9.3.3). Он не влияет непосредственно на внеклеточ­ный и внутриклеточный вирус, а адсорбируется на мембране клеток и индуцирует ферментные системы, подавляющие син­тез компонентов вируса

Сывороточные ингибиторы неспецифически связываются с вирусной частицей и нейтрализуют ее, тем самым препятствуя адсорбции вируса на клетках-мишенях.

3. Напряженность противовирусного иммунитета оценивают пре­имущественно в серологических тестах — по нарастанию титра специфических антител в парных сыворотках в процессе болез­ни. Иногда определяют концентрацию интерферона в сыворотке крови.Особенности противогрибкового иммунитета

Благодаря особенностям своей структуры антигены грибов имеют относительно низкую иммуногенность. Они практически не ин­дуцируют антителообразование (титры специфических антител остаются низкими), но стимулируют клеточное звено иммуни­тета. Основными действующими факторами противогрибкового иммунитета являются Г-киллеры и фагоциты, которые осуще­ствляют антителозависимый лизис грибов.

При микозах наблюдается аллергизация макроорганизма. Кож­ные и глубокие микозы сопровождаются, как правило, реакцией ГЗТ (реакция IV типа) на антигены грибов. Грибковые пораже­ния слизистых оболочек дыхательных и мочеполовых путей вызывают аллергизацию по типу ГНТ (реакция I типа). Напря­женность противогрибкового иммунитета оценивают по резуль­татам кожно-аллергических проб с грибковыми аллергенами.

4. Особенности иммунитета при протозойных инфекциях

Противопаразитарный иммунитет изучен недостаточно. Извест­но, что паразитарная инвазия сопровождается формированием в макроорганизме гуморального и клеточного иммунитета. В крови определяются специфические антитела классов М и G, которые чаще всего не обладают протективным действием. Активируется также звено Т-киллеров, что проявляется усилением аллерги- зации макроорганизма — реакции ГЗТ (реакции IV типа) на протозойные антигены. Активируется также фагоцитоз.

Характер противопаразитарного иммунитета определяется структурно-функциональными особенностями паразита и его жизненного цикла при инвазии макроорганизма. Многие пара­зиты обладают большой антигенной изменчивостью, что позво­ляет им избегать действия факторов иммунитета. Например, каждой стадии развития плазмодия малярии соответствуют свои специфические антигены.

Напряженность противопаразитарного иммунитета оценивают в серологических тестах по титру специфических антител и в кожно-аллергических пробах с протозойным антигеном.

5. Трансплантационный иммунитет

Трансплантационным иммунитетом называют иммунную реак­цию макроорганизма, направленную против пересаженной в не­го чужеродной ткани (трансплантата). Знание механизмов транс­плантационного иммунитета необходимо для решения одной из важнейших проблем современной медицины — пересадки орга­нов и тканей. Многолетний опыт показал, что успех операции по пересадке чужеродных органов и тканей в подавляющем большинстве случаев зависит от иммунологической совместимо­сти тканей донора и реципиента.

Иммунная реакция на чужеродные клетки и ткани обуслов­лена тем, что в их составе содержатся генетически чужеродные для организма антигены. Эти антигены получили название трансплантационных, или антигенов гистосовместимости (см. раздел 9.5.2.1). Комплекс антигенов гистосовместимости наибо­лее полно представлен на цитоплазматической мембране лейко­цитов крови — в системе HLA.

Реакция отторжения не возникает в случае полной совмес­тимости донора и реципиента по антигенам гистосовместимос­ти — такое возможно лишь у однояйцовых близнецов. Выражен­ность реакции отторжения во многом зависит от степени чуже- родности и объема трансплантируемого материала.

При контакте с чужеродными трансплантационными антиге­нами организм реагирует факторами клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Основным фактором трансплантационного иммунитета являются Г-киллеры. Эти клетки после сенсибили­зации антигенами донора мигрируют в пересаженную ткань (трансплантат) и оказывают на нее цитолитическое действие.

Механизм иммунного отторжения пересаженных клеток и тканей имеет две фазы. В первой фазе вокруг трансплантата и сосудов наблюдается скопление иммунокомпетентных клеток (лимфоидная инфильтрация), в том числе сенсибилизированных Г-киллеров. Во второй фазе клетки трансплантата разрушаются Г-киллерами, возникают воспаление и тромбоз кровеносных сосудов, нарушается питание трансплантата и последний гибнет. Погибшие клетки утилизируются фагоцитами. Формируется клон Г-клеток иммунологической памяти.

Повторная попытка пересадки тех же органов и тканей вызывает вторичный иммунный ответ, который протекает очень бурно и быстро заканчивается реакцией отторжения трансплан­тата. Этот феномен назван кризом отторжения.

Киллерный эффект лимфоцитов воспроизводится in vitro в опытах на культурах клеток и тканей. Возможен адоптивный перенос трансплантационного иммунитета с помощью активи­рованных лимфоцитов от сенсибилизированного животного интактному.

Специфические антитела, которые образуются в ответ на чу­жеродные антигены (гемагглютинины, гемолизины, лейкотокси- ны, цитотоксины), имеют меньшее значение в формировании трансплантационного иммунитета. Однако возможен перенос транс­плантационного иммунитета со специфической антисывороткой.

Напряженность трансплантационного иммунитета определяют в клеточных тестах in vitro.

6. Противоопухолевый иммунитет

В сложном организме наряду с нормальными физиологическими процессами, направленными на поддержание гомеостаза, проис­ходят и дезинтегрирующие процессы, обусловленные ошибками и старением сложно организованной биологической системы. В частности, под действием различных факторов возникают му­тации, в результате .которых появляются клетки-мутанты, и раковая трансформация клеток, которая ведет к образованию опухолей

Мутантные и раково-трансформированные клетки отличают­ся от нормальных клеток метаболическими процессами и анти­генным составом. Так, мутантные клетки имеют измененные ан­тигены гистосовместимости. Некоторые опухолевые клетки на­чинают синтезировать раково-эмбриональные антигены (см. раздел 9.5.1), которые не встречаются в норме в постнатальном пери­оде, но характерны для развития зародыша. Опухоли, индуци­рованные вирусами, а также химическими и физическими канцерогенами, имеют свои специфические антигены. Посколь­ку многие опухолевые антигены являются чужеродными для организма, они вызывают клеточные и гуморальные реакции.

Между состоянием иммунной защиты и развитием злокаче­ственных опухолей существует тесная связь. Об этом свидетель­ствуют следующие факты:

• повышенная заболеваемость злокачественными новообразо­ваниями у лиц с первичными и вторичными иммуноде­фицитами, а также у лиц в пожилом и старческом возрасте в связи с понижением активности иммунной системы;

• наличие у больных с опухолями специфических противо­опухолевых антител и 7-киллеров, сенсибилизированных к опухолевым антигенам;

• возможность экспериментального воспроизведения имму­нитета к опухолям.

Основную роль в противоопухолевом иммунитете играют кле­точные реакции. Мутантные клетки распознаются и уничтожа­ются Т киллерами, раково-трансформированные клетки — ес­тественными киллерами. Адоптивный перенос иммунных Т- киллеров формирует в организме реципиента противоопухоле­вый иммунитет.

Гуморальный иммунитет имеет второстепенное значение и не всегда играет защитную роль. Специфические антитела могут, по-видимому, экранировать антигены опухолевых клеток от иммунных лимфоцитов. Пассивный перенос противоопухолевых антител не обусловливает у реципиента соответствующего им­мунитета.

Отмечено, что противоопухолевый иммунитет эффективен против мутантных клеток и мало влияет на течение уже раз вившегося опухолевого процесса. Причиной, вероятно, является блокада антигенраспознающих рецепторов Г-киллеров опухоле­выми антигенами, отсутствие защитного действия у противо­опухолевых антител, иммуносупрессивное влияние опухоли.

Иммунодиагностика рака основана на определении в сыво­ротке крови раково-эмбриональных антигенов и антигенов, специфичных для каждой опухоли. Так, в настоящее время диагностируют рак печени, желудка, кишечника и др. Для лечения опухолей нашли применение иммуномодуляторы (интерлейки­ны, интерфероны), а также адъюванты (мурамилдипептиды, вакцина БЦЖ и др.).

7. Иммунный статус

Иммунный статус — это структурное и функци­ональное состояние иммунной системы индивиду­ума, определяемое комплексом клинических и лабораторных иммунологических показателей.

Таким образом, иммунный статус (иммунный профиль, имму­нореактивность) характеризует способность организма данного конкретного индивидуума к иммунному ответу на определен­ный антиген в данный момент времени.

Наличие у человека иммунной системы автоматически под­разумевает способность к иммунному ответу, но сила и форма иммунного ответа на один и тот же антиген у разных инди­видуумов может варьировать в широких пределах. Поступление антигена в организм у одного человека вызывает антителооб- разование, у другого развивается гиперчувствительность, у третьего формируется иммунологическая толерантность и т.д. Иммунный ответ на один и тот же антиген у разных лиц может различаться не только по форме, но и силе, т.е. по степени выраженности (например, по различному уровню сывороточных антител у иммунизированных лиц).

Иммунореактивность различна не только у разных людей, она изменяется и у одного и того же человека в различные периоды его жизни. Так, иммунный статус у ребенка, особенно новорожденного или 1-го года жизни, когда иммунная система еще функционально не созрела, существенно отличается от иммунного статуса взрослого человека. У детей легче индуциро­вать иммунологическую толерантность, у них ниже титры сы­вороточных антител при иммунизации. Иммунный статус моло­дого и пожилого человека также различны. Тимус рассматрива­ется как «биологические часы» иммунной системы Возрастная инволюция тимуса означает медленное угасание Т-клеточных реакций по мере старения. Способность к распознаванию «сво­его» и «чужого» с возрастом постепенно снижается, поэтому в старческом возрасте выше частота злокачественных новообразо­ваний. Частота обнаружения аутоантител с возрастом нарастает, в связи с чем старение иногда даже рассматривается как хро­нически текущая аутоагрессия.

Иммунный статус подвержен не только возрастным, но и суточным колебаниям в зависимости от биоритма. Эти колеба­ния обусловлены изменениями гормонального фона и другими причинами.

Таким образом, при оценке иммунного статуса следует учи­тывать большой размах колебаний иммунологических парамет­ров даже в норме.

Иммунная система филогенетически относится к молодым (наряду с нервной и эндокринной) и очень лабильным к различным внешним воздействиям. На состояние иммунной системы влияют климатогеографические, социальные, экологи­ческие (физические, химические и биологические) и «меди­цинские» факторы.

Из климатогеографических факторов на иммунный статус влияют температура, влажность, солнечная радиация, длина светового дня и др. Например, фагоцитарная реакция и кожные аллергические пробы менее выражены у жителей северных регионов, чем у южан. Вирус Эпштейна—Барр у представителей белой расы вызывает инфекционное заболевание — мононукле-

оз, у лиц негроидной расы — лимфому Беркитта, а у лиц желтой расы — назофарингеальную карциному, причем только у муж­чин. Жители Африки менее подвержены заболеваниям дифтери­ей, чем население Европы.

К социальным факторам, влияющим на иммунный статус, относятся питание, жилищно-бытовые условия, профессиональ­ные вредности и т.д. Важность сбалансированного рационального питания обусловлена тем, что с пищей в организм поступают вещества, необходимые для синтеза иммуноглобулинов и для построения иммунокомпетентных клеток. Поэтому нарушения питания быстро отражаются на состоянии иммунореактивности. Особенно важны для организма незаменимые аминокислоты и витамины, в частности А и С. Значительное влияние на иммун­ный статус организма оказывают жилищно-бытовые условия. Проживание в плохих жилищных условиях ведет к повышению инфекционной заболеваемости.

К производственным факторам, которые могут неблаго­приятно воздействовать на организм, снижая его иммунореак­тивность, относятся ионизирующая радиация, разнообразные химические вещества, белковые аэрозоли, температура, шум, вибрация и др. Следовательно, профессиональные вредности, влияющие на иммунный статус, могут испытывать работни­ки различных отраслей промышленности и сельского хозяй­ства.

На иммунный статус человека воздействуют экологические факторы, прежде всего физические, химические и биологичес­кие, обусловленные радиоактивным загрязнением территорий отработанным топливом из ядерных реакторов, утечкой радио­нуклидов из реакторов при авариях, широким применением пестицидов в сельском хозяйстве, промышленными выбросами химических предприятий, выхлопными газами автотранспорта, отходами биотехнологических производств заводами по произ­водству антибиотиков, ферментов, гормонов, кормового белка и др.

Среди «медицинских» факторов на иммунный статус могут влиять различные диагностические и лечебные манипуляции и процедуры, лекарственная терапия, стресс, травмы, оператив­ные вмешательства.

Несмотря на вариабельность иммунологических показателей в норме и влияние на них разнообразных факторов, иммунный статус можно объективно оценить путем постановки комплекса лабораторных тестов, по которым можно судить о состоянии факторов неспецифической резистентности, гуморального (if- система) и клеточного (Г-система) иммунитета.

Оценку иммунного статуса проводят в клинике при транс­плантации органов и тканей, при аутоиммунных и других им­мунопатологических заболеваниях, тяжелых аллергиях, онколо­гических, инфекционных и многих соматических болезнях. Для заключения о состоянии иммунной системы необходимо руко­водствоваться: 1) данными общего клинического обследования; 2) состоянием факторов неспецифической резистентности; 3) по­казателями гуморального иммунитета; 4) показателями клеточ­ного иммунитета; 5) результатами дополнительных тестов (на­пример, состояние нейрогормональной системы, биохимические реакции).

Данные общего клинического обследования включают жалобы пациента, анамнез, описание клинического состояния, резуль­таты общего анализа крови (в том числе абсолютное число лимфоцитов) и биохимического исследования. Знакомство врача с больным начинается обычно со сбора анамнеза. Уже на этом этапе врач может отметить наличие профессиональных вредно­стей, обратить внимание на рецидивирующую оппортунистичес­кую инфекцию, аллергию. При сборе анамнеза важно знать, какие болезни были перенесены в детстве (особенно вирусные и паразитарные, часто «оставляющие» после себя иммунодефи­цит), наличие наследственных болезней, аллергий, злокачествен­ных новообразований, сведения о перенесенных травмах и операциях, о наличии хронических соматических болезней, надо знать о тех лекарственных препаратах, которые пациент прини­мает.

При осмотре больного обращают внимание на чистоту кож­ных покровов и слизистых оболочек, на которых можно обна­ружить проявления аллергических заболеваний, оппортунисти­ческих инфекций. При пальпации и перкуссии обращают вни­мание на состояние центральных (тимус) и периферических (лим­фатические узлы) органов иммунной системы, их размер, спаенность с окружающими тканями, болезненность. При пер­куссии и аускультации необходимо фиксировать симптомы, ха­рактерные для оппортунистических инфекций при поражении внутренних органов.

Заканчиваются клинические исследования общим анализом крови, в том числе определением абсолютного числа лимфоци­тов и фагоцитов.

Для оценки состояния факторов неспецифической резистен­тности определяют состояние системы фагоцитоза и компле­мента. Иногда при необходимости определяют содержание ин­терферона и лизоцима. Функциональную активность фагоцитов определяют по их подвижности, адгезии, способности к по­глощению бактерий, дегрануляции клеток, внутриклеточному киллингу и образованию активных форм кислорода. С этой целью используют такие тесты, как определение фагоцитарного ин­декса, НСТ-тест (нитросиний тетразолий), хемилюминесцен- цию и др. Для оценки системы комплемента его обычно тит­руют в реакции гемолиза и результат учитывают по 50 % гемолизу.

Для изучения гуморального звена иммунитета опре­деляют содержание иммуноглобулинов разных клас­сов в сыворотке крови, титры специфических антител, катаболизм иммуноглобулинов, ГНТ, количество В-лимфоцитов в периферической кро­ви, их бласттрансформацию под действием В кле­точных митогенов и др.

Концентрацию иммуноглобулинов в сыворотке крови определя­ют радиальной иммунодиффузией по Манчини, титр специфи­ческих антител — в серологических реакциях, катаболизм им­муноглобулинов — радионуклидным методом. Для определения числа 5-лимфоцитов в периферической крови используют кла­стерный анализ (выявление специфических С/)-рецепторов с помощью моноклональных антител) или реакцию розеткообра- зования с эритроцитами; бласттрансформацию 5-лимфоцитов, свидетельствующую о функциональном состоянии этих клеток, оценивают после стимуляции митогенами (туберкулин и др.).Для оценки состояния клеточного звена иммуните­та определяют количество Г-лимфоцитов и их субпопуляций в периферической крови, бласттран- сформацию Г-лимфоцитов под действием Г-кле- точных митогенов, содержание гормонов тимуса, уровень секретируемых цитокинов, а также ставят кожные пробы с аллергенами, проводят контакт­ную сенсибилизацию динитрохлорбензолом (ДНХБ).

Для постановки кожных аллергических проб используют анти­гены, к которым в норме должна быть сенсибилизация у боль­шинства людей (например, проба Манту с туберкулином или с ДНХБ). Число Г-лимфоцитов, а также субпопуляции Г-лим- фоцитов в периферической крови определяют кластерным ана­лизом по специфическим С/)-рецепторам с помощью монокло­нальных антител или реакции розеткообразования с эритроци­тами барана. Для оценки бластгрансформации Г-лимфоцитов их стимулируют Г-клеточными митогенами, такими как конкана- валин А (Кон А) или фитогемагглютинин (ФГА). Под влиянием митогенов зрелые лимфоциты трансформируются в лимфобла­сты, которые можно подсчитать под микроскопом или обнару­жить по радиоактивной метке. Уровень гормонов тимуса (тимо- зина, тималина) и секретируемых цитокинов (интерлейкины, миелопептиды и др.) определяют иммуноферментным методом, основанным на применении специфических к ним моноклональ­ных антител.

В качестве дополнительных тестов для оценки иммунного статуса можно использовать определение бактерицидности сы­воротки крови, титрование СЗ- и С4-компонентов комплемен­та, содержания С-реактивного белка в сыворотке крови, рев­матоидных факторов и других аутоантител и т.д.

Таким образом, оценку иммунного статуса проводят на основании результатов большого числа лабораторных тестов. Некоторые тесты сложны для исполнения, требуют дорогосто­ящих иммунохимических реагентов и лабораторного оборудова­ния, а также высокой квалификации персонала, выполнимы в ограниченном круге лабораторий. Поэтому по рекомендации академика Р.В.Петрова все тесты разделены на 1-й и 2-й уров­ни. К тестам 1-го уровня отнесены основные показатели состо­яния иммунной системы; эти тесты могут быть выполнены в любой клинической иммунологической лаборатории и достаточ­ны для первичного выявления лиц с иммунопатологией. Для более точной диагностики выявленных отклонений в состоянии иммунной системы используют тесты 2-го уровня.

В случае выявления отклонений от нормы показателей им­мунного статуса назначают иммунокорригирующую терапию.Т

Тесты 1-го уровня

есты 2-го уровня

Определение количества и мор­фологии лимфоцитов в перифе­рической крови (абс., %) Определение субпопуляций Т- и fi-лимфоцитов по С/)-антигенам или в реакции Е- и ЕЛ С-розет­кообразован ия

Определение сывороточных им­муноглобулинов Определение фагоцитарной ак­тивности лейкоцитов Кожные тесты

Рентгенография, рентгеноско­пия лимфоидных органов, а также других внутренних орга­нов (прежде всего легких) в за­висимости от клинических пока­заний

Гистохимический анализ лимфо­идных органов

Анализ поверхностных маркеров мононуклеарных клеток с ис­пользованием моноклональных антител

Бласттрансформация Т- и В- лимфоцитов

Определение цитотоксичности Определение активности фер­ментов, ассоциированных с им­мунной недостаточностью Определение синтеза и секреции цитокинов

Определение гормонов тимуса Анализ респираторного взрыва фагоцитов

Определение компонентов ком­племента

Анализ смешанных клеточных культу

р