Гуморальный иммунитет. Антитела (иммуноглобулины) определение, химическая природа, структура, доменная организация. Роль антител в элиминации антигенов
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
История изучения гуморального звена иммунитета. Антитела (иммуноглобулины): определение, химическая природа, структура, доменная организация. Роль антител в элиминации антигенов. Антитела – это специфические белки – это особый класс гликопротеинов (т.е. белков с присоединенных к ним углеводными остатками), присутствующих в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Иммуноглобулины синтезируются Влимфоцитами (плазматическими клетками) в ответ на вещества определенной структуры – антигены. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных и нежелательных эндогенных объектов – например, бактерий и вирусов, опухолевых клеток и др. Они являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета. Антитела выполняют две функции: антиген-связывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ, например, запускают классическую схему активации комплемента). Антитела по их функциональным свойствам подразделяются на нейтрализующие, лизирующие и коагулирующие. К нейтрализующим отнесены антитоксины, антиферменты, вируснейтрализующие, антитела лизины; к коагулирующим – агглютинины и преципитины, лизирующие – бактериолизины, гемолизины, выделены комплементсвязывающие антитела. Антитела подразделяются на полные и неполные. Полные антитела при взаимодействии с антигеном дают видимые реакции (агглютинации, лизиса, преципитации и др.). Неполные антитела после взаимодействия со специфическим антигеном не дают видимого проявления серологических реакций. При введении антигена в организм образуются антитела с различной функциональной активностью (преципитины, агглютинины, лизины и др.). Все они идентичны, различно их действие, этих антител не менее 10000. В соответствии с Международной классификацией антитела называются иммуноглобулинами и обозначаются Ig. Иммуноглобулины делят на классы, а также на подклассы. Известно 5 классов: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE. Иммуноглобулины – это белки, построенные из нескольких полипептидных цепей. Молекула каждого класса состоит из 4 полипептидных цепей – двух тяжелых и двух легких, которые связанны между собой дисульфидными мостиками. Мелкие цепи (I) – общие для всех классов и подклассов. Тяжелые цепи (Н) имеют характерные особенности строения у каждого класса и подкласса. При своей специфичности антитела неоднородны и отличаются друг от друга, они гетерогенны. Существует более 100000 антигенов и к каждому из них синтезируется «свое» специфическое антитело. Антитела реагируют с антигенами благодаря наличию у них определенных структур – активных центров. Активный центр представляет собой полость или щель, которая по конфигурации соответствует детерминантной группе антигена. Активный центр, куда входит детерминантная группа, должен быть ей комплиментарен, без этого не поступит феномен серологической специфичности. Структура и функции различных классов иммуноглобулинов. Иммуноглобулины – это белки, построенные из нескольких полипептидных цепей. Молекула каждого класса состоит из 4 полипептидных цепей – двух тяжелых и двух легких, которые связанны между собой дисульфидными мостиками. Мелкие цепи (I) – общие для всех классов и подклассов. Тяжелые цепи (Н) имеют характерные особенности строения у каждого класса и подкласса. Молекулы антител различных классов различают по валентности, т.е. по количеству у них активных центров. Так, IgG и IgA бивалентны (обладают двумя активными центрами), IgM поливалентен, может связать 5 – 10 молекул антигена. Активность связывания антител с антигеном оценивается такими понятиями, как аффинитет и авидность. Аффинитет характеризует степень совпадения (комплементарности) конфигураций активного центра антитела и антигенной детерминанты (как ключ входит в замочную скважину). Под авидностью понимают количество (валентность) и расположение активных центров, характеризующие «жадность» связывания с антигеном всей молекулы антитела. Функции антител в организме: 1. Взаимодействие с комплементарными структурами антигена с целью его нейтрализации и последующей элиминации. 2. Обеспечение кооперации иммунокомпетентных клеток. 3. Участвуют в различных защитных реакциях организма (активации комплемента, фагоцитозе – опсонизирующее действие, аллергии, иммунологической памяти и толерантности). 4. Антитоксический эффект. 5. Цитотоксический эффект. 6. Иммунорегулирующие свойства. 7. Образование циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) Иммуноглобулины класса G (IgG) – основной иммуноглобулин сыворотки здорового человека, составляет 70–75 % всей фракции иммуноглобулинов. IgG наиболее активны во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Являются единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивают иммунитет плода и новорожденного. IgG являются самыми небольшими молекулами по сравнению с другими классами Ig (молекулярная масса М = 146 кДа). Иммуноглобулины класса А (IgA) содержатся в сыворотке (15–20 % всей фракции Ig), в секреторном компоненте: слюне, слезах, молозиве, молоке, отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы. IgA представлены в виде мономеров (80 % в сыворотке), димеров (в секрете), и тримеров. Средняя молекулярная масса IgA М = 500 кДа. Иммуноглобулины класса М (IgM) являются пентамерами IgG и составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Появляются IgM при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген. IgM встроены в плазматическую мембрану B-лимфоцитов и выполняют роль антиген распознающего рецептора. Средняя молекулярная масса IgМ М = 970 кДа. Иммуноглобулины класса D (IgD) представлены в виде мономеров и содержатся в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов, а также в небольшом количестве в плазме (< 1 % Ig плазмы). Функции IgD до конца не выяснены, предположительно они являются антигенными рецепторами с высоким содержанием связанных с белком углеводов для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену. М = 175 кДа. Иммуноглобулины класса Е (IgE) – мономеры. Их функция заключается в связывании с поверхностью базофилов и тучных клеток, с последующим присоединением к ним антигена, при этом происходит дегрануляцию и выброс в кровь гистамина и серотонина – медиаторов воспаления. IgE участвуют в защите от паразитарных инфекций, обуславливают многие аллергические реакции. М = 200 кДа. Антитела также классифицируют по типу антигена и, соответственно, по выполняемым Ат функциям. По этому принципу можно выжделить несколько основных классов антител: ● Антиинфекционные или антипаразитарные антитела, вызывающие гибель или нарушение жизнедеятельности возбудителя инфекции либо паразита. ● Антитоксические антитела, не вызывающие гибели самого возбудителя или паразита, но обезвреживающие вырабатываемые им токсины, либо другие экзогенные токсические вещества. ● «Антитела-свидетели заболевания», наличие которых в организме сигнализирует о знакомстве иммунной системы с данным антигеном (возбудителем) в прошлом или о текущем присутствии этого антигена (возбудителя), но которые не играют существенной роли в борьбе организма с возбудителем (не обезвреживают ни самого возбудителя, ни его токсины, а связываются со второстепенными белками возбудителя). ● Естественные антитела – антитела к эндогенным соединениям, присутствующие в здоровом организме и выполняющие регуляторные функции; ● Аутоагрессивные антитела, или аутологичные антитела, аутоантитела – антитела, способные образовываться из естественных антител и вызывающие разрушение или повреждение нормальных, здоровых тканей самого организма хозяина и запускающие механизм развития аутоиммунных заболеваний. ● Аллореактивные антитела, или гомологичные антитела, аллоантитела – антитела против антигенов тканей или клеток других организмов того же биологического вида. Аллоантитела играют важную роль в процессах отторжения аллотрансплантантов, например, при пересадке почки, печени, костного мозга, и в реакциях на переливание несовместимой крови. ● Гетерологичные антитела, или изоантитела – антитела против антигенов тканей или клеток организмов других биологических видов. Изоантитела являются причиной невозможности осуществления ксенотрансплантации даже между эволюционно близкими видами (например, невозможна пересадка печени шимпанзе человеку) или видами, имеющими близкие иммунологические и антигенные характеристики (невозможна пересадка органов свиньи человеку). К изоантителам относятся также вторичные (антивидовые) антитела, используемые в различных видах ИХМ. ● Антиидиотипические антитела – антитела против антител, вырабатываемых самим же организмом. Динамика продукции различных типов иммуноглобулинов. Динамика накопления в крови и исчезновение из нее антител зависят от того, первично или вторично контактирует организм с данным антигеном. Соответственно этому различают первичный и вторичный иммунный ответ. Выделяют 3 фазы образования антител: латентная – до первого появления антител в организме 72-96 часов. фаза роста титра ат – пик 2-7 дней. фаза снижения продукции ат При первичном и.о. латентная фаза более длинная (до 1 нед.), первыми синтезируются IgM, через несколько дней происходит переключение синтеза на IgG. При вторичном ответе сразу синтезируются антитела класса G, латентный период более короткий, более быстрый рост и большие значения титра антител. Регуляция иммунного ответа: вначале образуются низкоаффинные ат, стимулирующие продукцию ат, при достижении определенного титра ат начинают синтезироваться высокоаффинные ат, которые подавляют продукцию 44 ат. Кроме того, роль регуляторов продукции ат выполняют иммунорегуляторные клетки. Участие антител в иммунном ответе проявляется в трех основных формах: Нейтрализация – ат препятствуют проникновению патогена в клетку, блокируя антигены, которые взаимодействуют с рецепторами клеток- хозяина. Опсонизация – макрофаги несут на своей поверхности рецепторы к Fcфрагменту иммуноглобулинов. Ат взаимодействуют с антигенами патогена, опсонизируют последний и обеспечивают более быстрый захват его мф. Активация комплемента – ат, вступившие в реакцию с аг, активируют белки системы комплемента, которые вызывают лизис клеток- мишеней, а также опсонизацию патогена. Первичный и вторичный иммунный ответ. Метод парных сывороток. Первичный иммунный ответ развивается после первого контекта с антигеном. Для него характерны следующие особенности: – Наличие латентного периода (2-3 дня после первого контакта с антигеном). Это связано с отсутствием лимфоцитов памяти. Все клоны лимфоцитов находятся в фазе покоя G0. При поступлении в организм антигена вначале синтезируются IgM (антитела выявляются через 2-3 суток), а затем – IgG (пик приходится на 10-14 сутки, причем эти антитела могут сохранятся в низком титре в течение всей жизни). Отмечается также небольшое увеличение уровней IgA, IgE и IgD. Образуются комплексы антиген- антитело. – Уже с третьих суток появляются иммунные Т-лимфоциты. – Первичный иммунный ответ затихает через 2-3 недели после стимуляции антигеном. – Появляются лимфоциты памяти и может долго поддерживаться следовой уровень IgG. Вторичный иммунный ответ развивается после повторного контакта с тем же антигеном и имеет следующие особенности. – В организме уже имеются долгоживущие клоны антигенспецифических Т- и Влимфоцитов памяти, ответственных за «память» об антигене и способных к рециркуляции, они находятся не в покое, а в фазе G1. – Стимуляция синтеза антител и иммунных Т-лимфоцитов наступает через 1- 3 дня. – Т-клетки памяти быстро превращаются в эффекторные. – Количество антител сразу резко увеличивается, причем синтезируются иммуноглобулины высокой специфичности – IgG – Чем больше контактов с антигенами имело место в данном организме, тем выше будет концентрация и специфичность (аффинность) антител. Первичный иммунный ответ –ответ, возникающий на первое попадание антигена в организм, вторичный иммунный ответ– возникает при повторном попадании антигена. При гуморальном иммунном ответе есть две фазы: индуктивная и продуктивная. Индуктивная фаза– это время от момента попадания антигена в организм до начала выработки антител, она включает клеточную перестройку, восприятие антигена АПК, пролиферацию и трансформацию определенного клона лимфоцитов. Продуктивная фаза– это выработка антител и уничтожение антигена. При первичном иммунном ответе индуктивная фаза длительная, ее продолжительность 3-5 суток. Выработка антител начинается с Ig M, титр антител достигает максимума к концу 2, началу третьей недели, титр антител быстро падает, к концу 4 недели антител в сыворотке крови остается очень мало. Во время первичного иммунного ответа образуются клетки иммунной памяти, которые быстро распознают антиген и быстро реагируют на него при повторном его попадании в организм. При вторичном иммунном ответе индуктивная фаза короткая – максимально 24 часа ( как правило, она короче), выработка антител начинается с Ig G, титр антител достигает максимума к 7- 8 дню, титр антител в несколько раз выше, чем при первичном иммунном ответе и сохраняется несколько недель или даже месяцев. Парные сыворотки– это две сыворотки, взятые у больного с интервалом в 5-10 дней. Титр инфекционных антител в парных сыворотках возрастает в 4 раза и более, что подтверждает клинический диагноз заболевания. Титр анамнестических и прививочных антител в парных сыворотках не меняется или меняется незначительно. Для обнаружения антител необходимы известные антигены. Диагностические препараты, содержащие антитела и используемые для серологической диагностики, называются диагностикумы.Диагностикумы могут содержать взвесь убитых микробов, отдельные антигены микробов, эритроциты с нагруженным на их поверхность антигеном (эритроцитарные диагностикумы). Принцип метода «парных сывороток» основан на повторном исследовании сывороток от одного больного, взятых в разные периоды болезни, для определения точности качественных изменений их состояния за период наблюдения. В-лимфоциты как продуценты иммуноглобулинов. Классификация, рецепторный аппарат. В- лимфоцитами являются лимфоциты, способные синтезировать антитела. Большинство образованных в костном мозге пре-В- лимфоцитов (> 95%) погибают там же в результате процесса селекции клеток. Зрелые В- лимфоциты из костного мозга мигрируют в кровь, а затем во вторичные лимфоидные органы (селезенку, лимфатические узлы, лимфоидные ткани желудочно-кишечного тракта и слизис тых). Они имеют антигенспецифический В-клеточкый рецептор (ВКР) в виде мембраносвязанных молекул антител, а также ряд поверхностных CD антигенов и рецепторов. В-лимфоциты могут узнавать нативный антиген в свободном состоянии. Взаимодействие антигена с В-клеточным антигенспецифическим рецептором приводит к активации В-лимфоцитов и их развитию(дифференцировке) в эффекторные клетки, специализирующиеся в биосинтезе антител. Большинство В-лимфоцитов периферической крови экспрессирует на поверхности клетки два изотипа иммуноглобулинов- IgM и IgD. Очень небольшое количество циркулирующих клеток экспрессирует им муноглобулины G, А или Е изотопов. Характеристика CD антигенов В- лимфоцитов CD 19] CD20 | основные дифференцировочные и идентификационные маркеры CD22J CD21 рецептор для СЗд фрагмента системы комплемента CD 23 рецептор для Fc фрагмента lgE CD25 рецептор для ИЛ 2 CD32 рецептор для Fc фрагмента IgG CD35 рецептор для СЗб и С4б белков комплемента CD 45RB + участие в трансдукции сигнала CD 49d + рецептор для связывания молекул адгезии -VCAM-1 CD 71 + рецептор для трансферрина CD 74 + антиген II класса гистосовместимости CD антигены выполняют три основные функции: a) рецепция молекул цитокинов и адгезинов; b) передача внутриклеточного сигнала; c) осуществление клеточно-клеточных взаимодействий. В-лимфоциты человека способны связывать эритроциты мыши и образовывать с ними розетки (Вм-розетки), а также формировать розетки с эритроцитами, сенсибилизированными молекулами антител (IgG) и молекулами фрагмента системы комплемента, что используется в лабораторной практике Строение и функционирование В-клеточного рецептора. Генетический контроль синтеза иммуноглобулинов различных классов. Методы изучения гуморального иммунитета. Методы исследования, используемые для оценки состояния гуморального иммунитета (В-системы иммунитета) К тестам 1-го уровня оценки В-системы иммунитета, позволяющим выявить грубые поломки в иммунной системе (с помощью которых диагностируются наиболее частые нарушения в данном компоненте иммунной системы), относятся: Определение содержания иммуноглобулинов основных классов (A, M, G) в сыворотке крови. Наиболее распространенный метод радиальной иммунодиффузии в агаре или с помощью нефелометрии; Определение содержания IgE в сыворотке крови. Используется ИФА. Причем можно определять суммарное количество IgE в сыворотке крови и уровень аллерген-специфического IgE; Определение процентного и абсолютного количества В-лимфоцитов (CD19, CD20, CD72) в периферической крови (10 – 23%; 150-600 в 1 мкл). Все остальные тесты оценки состояния гуморального иммунитета относятся к развернутым тестам 2-го уровня. Наиболее важные из них: Определение субклассов IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) в сыворотке крови; Определение концентрации sIgA в секретах слизистых. Именно этот иммуноглобулин обеспечивает местную защиту слизистых; Определение содержания антител к бактериальным белковым и полисахаридным антигенам в сыворотке крови. Ведь именно конкретные антитела к конкретному возбудителю обеспечивают защиту организма, а не общий уровень антител (иммуноглобулинов); Определение способности лимфоцитов давать пролиферативный ответ на митогены (липополисахариды, митоген лаконоса). Позволяет оценить важную патогенетическую способность В-лимфоцитов – пролиферировать при контакте с митогенами, антигенами; Определение поверхностных маркеров В-лимфоцитов (рецепторов интерлейкина-2, трансферрина, DR-антигенов HLA и других); Определение циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови. Другие тесты, позволяющие количественно оценить способность В- лимфоцитов синтезировать иммуноглобулины, функциональные способности В-клеток, полноценность иммуноглобулинов. Выявлено, что при нормальном уровне иммуноглобулинов в сыворотке крови и даже при высоком титре антител к определенному возбудителю, у человека могут быть хронические, рецидивирующие заболевания, вызванные этим возбудителем. Связано это, в ряде случаев, с низким аффинитетом антител или низким гликозилированием молекул IgG. (Низкий аффинитет приводит к неэффективному связыванию антитела с антигеном и, как следствие, низкая элиминация антигена. Молекула IgG является гликопротеином и степень гликозилирования важна при взаимодействии Ig c Fc-рецепторами фагоцитов. Не полностью гликозилированные молекулы IgG неэффективно вступают во взаимодействие с фагоцитами, с их Fc- рецепторами.). |