Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
толерогенность. Специфичность. Антигенная специфичность представляет собой уникальное биологическое явление, которое лежит в основе иммунологических взаимодействий в организме, а также лабораторных методов определения разных антигенов, серодиагностики, методов специфической профилактики и терапии инфекционных заболеваний. Структура, обладающая индивидуальной антигенной специфичностью, называется антигенным детерминантом или эпитопом. Последнее название отражает то, что антигенной активностью обладают только структуры лежащие на поверхности молекулы, а глубокие проявляют антигенность лишь при изменении конформации или разрушении молекулы. Разнообразие белковых эпитопов достигается за счет мозаики аминокислотных остатков, расположенных на глобулярной поверхности молекулы белка. Эпитопы, определяющие антигенность белковой молекулы, состоят из 6-25 аминокислот и располагаются в разных частях молекулы, разделяясь неантигенными структурами. При этом эпитопы одной молекулы необязательно должны иметь одинаковый состав и одинаковую специфичность. Количество одинаковых эпитопов на молекуле определяет число молекул антител, которые могут к ней присоединиться, те. валентность данного антигенного субстрата. Валентность антигенов возрастает сих молекулярной массой. Так, валентность яичного альбумина с молекулярной массой 45000 равна 5, а валентность гемоцианина смол. массой 6,5 млн. — 231. Эпитоп, отделенный от молекулы, может иметь только одну валентность и обладать свойствами гаптена, а вся молекула для данного эпитопа-гаптена играет роль носителя. Поскольку эпитопы, определяющие антигенные свойства молекулы расположены на одних участках, а токсические свойства микробных токсинов определяют другие участки, могут быть приготовлены анатоксины-молекулы, лишенные токсических свойств, но сохранивших антигенные. Анатоксины служат основой вакцинных препаратов для создания антитоксического иммунитета. Чужеродность. Антиген вызывает позитивный иммунный ответ образование антител и активных лимфоцитов) только в тех случаях, когда он чужероден, те. обладает стектурами, отсутствующими в данном организме. К собственным антигенам организм толерантен. Только при изменениях, придающих антигену признаки чужеродности, он приобретает способность индуцировать позитивный иммунный ответ. Строение антигенов отражает эволюционную близость обладающих ими организмов. Существуют общие антигены, свойственные представителям разных семейств, родов, видов. Имеются вариантные антигены, различные для особей одного итого же вида. Определение антигенного состава используется для классификации разных групп живых существ и выявления эволюционных связей между ними. В ходе эволюции микроорганизмы, инфицирующие человека и животных, приобретают антигены, сходные с антигенами хозяина, что называется антигенной мимикрией Это способствует тому, что к таким антигенам долго не возникает иммунологической реакции, и микроорганизмы получают дополнительный шанс для выживания в организме хозяина, поскольку они не распознаются как чужеродные. Чужеродные антигены, обладающие структурами, сходными с антигенами хозяина, получили название перекрестнореагирующих антигенов (ПРА). Однако, поскольку ПРА находятся в комплексе с другими высокоиммуногенными для организма антигенами, иммунный ответ на них может возникнуть. В этом случае образовавшиеся гуморальные и клеточные антитела вступают в контакт с антигенами хозяина и могут вызвать иммунопатологический процесс. Известно, что некоторые штаммы гемолитических стрептококков могут обладать ПРА с антигенами эндокарда, почечных клубочков и нервной ткани человека, что способствует развитию ревматизма, гломерулонефрита и хореи. Соответственно вирус кори имеет ПРА с основным белком миелина, и иммунная реакция способствует демиелинизации нервных волокон и развитию рассеянного склероза. Антигены нервной системы, глаз, репродуктивных органов отделены от внутренней среды физиологическими барьерами. Их антигены не индуцируют полноценную толерантность и не вызывают в здоровом организме аутоиммунной реакции, поскольку не проникают в органы иммуногенеза. Такие антигены называют забарьерными. В случаях повреждения барьеров при травме или заболевании заба- рьерные антигены поступают в общую циркуляцию и могут вызвать иммунопатологический процесс. Собственные антигены организма могут подвергнуться модификации при действии внешних химических или физических факто Схема. Антигены ивы зы ваем ые ими реакции ров или вступить в контакт с чужеродными веществами гаптенной природы. В результате формируются антигены, гаптенная часть которых — чужеродная структура, а носитель — собственный антиген. Такие модифицированные антигены часто служат причиной развития аллергических реакций (см. схему 14.1). Иммуногенность и толерогенность — альтернативные свойства каждого антигенного субстрата. Для индукции иммунного ответа и толерантности необходимо воздействие антигена на лимфоцит, обладающий рецепторами для данного антигена — антиген-реактивную клетку (АРК). Отличия состоят в том, что при индукции позитивной иммунной реакции АРК получают стимулы от цитокинов, обеспечивающие их пролиферацию и формирование клона эффекторных клеток. При индукции иммунологической толерантности АРК не подвергается дальнейшей стимуляции и либо погибает, либо лишается рецепторов к антигену Формирование иммунологической толерантности Т-и В-лимфоци- тов к собственным антигенам, как уже отмечалось, происходит в организме постоянно и созревающие лимфоциты, обладающие рецепторами к аутоантигенам, гибнут в результате контакта сними в тимусе или в костном мозге. Чужеродные антигены в иммунологически полноценном организме встречают преимущественные условия для иммуногенного действия и лишь в особых ситуациях проявляют то- лерогенные свойства. Это наблюдается. При действии антигена в условиях неспособности организма обеспечить стимуляцию клеток, вошедших в контакт с антигеном в случаях действия иммунодепрессивных факторов, физиологической недостаточности факторов, способствующих иммуногенезу (незрелость организма, беременность. При отсутствии стимуляции активного иммунного ответа, вследствие недостаточной дозы антигена («низкодозная» толерантность, сверхбольшой дозы антигена («высокодозная» толерантность или иммунологический паралич. При попадании антигена в структуры, не формирующие позитивный иммунный ответ (пероральная толерантность). Толерогенными свойствами обладают также низкоиммуногенные антигенные препараты — деагрегированные белки, некоторые гаптены. Во всех этих случаях толерантность сохраняется, как правило, только в течение того времени пока в организме сохраняется и проявляет свое действие толероген. Как только созреют новые антиген- реактивные клетки (АРК), не подвергшиеся толерогенной обработке, толерантность прекращается, несмотря на то, что в организме еще сохраняются ареактивные клетки. Для характеристики иммунологической толерантности следует отметить, что чувствительность Т - и В-лимфоцитов к индукции толерантности различна Т-лимфоциты более чувствительны к индукции толерантности, чем В-лимфоциты, и сохраняются толерантными более длительное время. Поэтому в организме может возникнуть ситуация, когда Т-лимфоциты толерантны к данному антигену, а В-лимфоциты не толерантны. В этом случае иммунологическая толерантность на уровне организма сохраняется, так как для активации В-лимфоцитов необходим сигнал от Т-хелперов. Однако в некоторых случаях создаются условия для нарушения толерантности, так как на некоторые антигены В-лимфоциты реагируют без помощи Т-клеток. Условия, способствующие иммуногениому действию антигенов. Иммуногенность зависит от состояния иммунизируемого организма, дозы способа введения, интервалов между прививками, свойств антигена, в частности от скорости разрушения его в организме. Им- муногенный эффект лучше всего проявляется при внутрикожном и подкожном введении антигена, а при необходимости создать секреторный иммунитет — при пероральном или ингаляторном введении. Иммуногенность повышается при введении антигенов с адъюван тами (лат. adjuvare — помогать, препаратами, способствующими созданию депо антигена, стимуляции фагоцитоза. Адъюванты обладают митогенным действием на лимфоциты, способствуют продукции цитокинов. В качестве адъювантов используются гидроксид или фосфат алюминия, масляные эмульсии. Применяемый для иммунизации животных адъювант Фрейнда — смесь минерального масла, эмульгатора и убитых микобактерий туберкулеза. Роль адъюванта может выполнить липополисахарид (ЛПС) грамотрицательных бактерий, служащий неспецифическим стимулятором В-лимфоцитов. С уперантигены . Каждый антиген вызывает первичный иммунный ответ, взаимодействуя с предсуществующими антиген-реактив- ными клетками (АРК), изначальное количество которых составляет не более 0,01% всех АРК. В последнее время стало известно, что существуют суперантигены, способные активировать до 20% АРК. Такими свойствами обладают некоторые антигены (белковые токсины бактерий, энтеротоксин стафилококка, некоторые вирусы и др. Их суперантигенное действие связано со способностью активировать изолированно вариабильный (V) домен одной из двух (бета) цепей составляющих CD4+ рецептор Т-лимфоцита. Участия в том взаимодействии МНС не требуется. Поскольку домен бета цепи CD4 рецептора одинаков у значительного числа Т-лимфоцитов, происходит активация многих клонов АРК и формирование иммунного ответа на многие антигены, в том числе и на собственные. Это может привести к развитию аутоиммунных реакций (рис. 14.1, СВЯЗЫВАНИЕ АНТИГЕНА СТ- ЛИМФОЦИТОМ -----------впиi o n антигена----- р е цеп тор Т-лимфоцнтв ляющвя антнген к летка, представ Рнс. 14.1. Связывание антигена с Т-лнмфоцнгом СВЯЗЫВАНИЕ СУП В Р АНТИГЕНА С ТЛИ М Ф О Ц И ТОМ клетка, п рвдс тав- л ж вщ а я вжхвгвж • п я той суп в р - ажхигвнв р « ц « п тор Т - ламфоцжха Рис. 14.2. Связывание супераитигна с 'Г-лимфоцитом 14.2. АНТИГЕНЫ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Все ткани и клетки организма человека обладают антигенными свойствами. Одни антигены специфичны для всех млекопитающих, другие видоспецифичны для человека, третьи — для отдельных групп, их назвают изоантигенами (например, антигены групп крови. Антигены, свойственные только данному организму, называют аллоантигенами (греч. аллос — другой. К ним относятся антигены тканевой совместимости — продукты генов главного комплекса тканевой совместимости МНС (Major Histocompatibiliti Complex), свойственные каждому индивидууму (см. с. 273). Антигены разных лиц, не имеющие отличий, называют сингенными. Органы и ткани помимо других антигенов обладают специфичными для них органными и тканевыми антигенами. Антигенным сходством обладают одноименные ткани человека и животных. Существуют стадиоспеци- фические антигены, появляющиеся и исчезающие на отдельных стадиях развития тканей или клеток. Каждая клетка содержит антигены характерные для наружной мембраны цитоплазмы, ядра и других ком понентов. Антигены каждого организма в норме не вызывают в нем иммунологических реакций, поскольку организм к ним толерантен. Однако при определенных условиях они приобретают признаки чужеродности и становятся аутоантигенами, а возникшую против них реакцию называют аутоиммунной. Антигены опухолей и противоопухолевый иммунитет. Клетки злокачественных опухолей представляют собой варианты нормальных клеток организма. Поэтому им свойственны антигены тех тканей, из которых они произошли, а также антигены, специфичные для опухоли и составляющие малую долю всех антигенов клетки. Входе канцерогенеза происходит дедифференцировка клеток, поэтому может происходить утрата некоторых антигенов, появление антигенов, свойственных незрелым клеткам, вплоть до эмбриональных (фетопроте- ины). Антигены, свойственные только опухоли, специфичны только для данного вида опухоли, а нередко для опухоли у данного лица. Опухоли, индуцированные вирусами, могут иметь вирусные антигены, одинаковые у всех опухолей, индуцированных данным вирусом. Под влиянием антителу растущей опухоли может меняться ее антигенный состав. Лабораторная диагностика опухолевой болезни включает выявление антигенов, свойственных опухоли в сыворотках крови. Для этого в настоящее время медицинская промышленность готовит диагностические наборы, содержащие все необходимые ингредиенты для выявления антигенов при иммуноферментном, радиоиммунном, им- му нолюминесцентном анализе см. гл. Резистентность организма к опухолевому росту обеспечивается действием естественных киллерных клеток, которые составляют 15% всех лимфоцитов, постоянно циркулирующих в крови и всех тканях организма. Естественные киллеры (ЕК) обладают способностью отличать любые клетки, имеющие признаки чужеродности, в том числе опухолевые, от нормальных клеток организма и уничтожать чужеродные клетки. При стрессовых ситуациях, болезнях, иммунодепрессивных воздействиях и некоторых других ситуациях число и активность ЕК снижаются и это служит одной из причин начала опухолевого роста. Входе развития опухоли ее антигены вызывают иммунологическую реакцию, но она, как правило, недостаточна для остановки опухолевого роста. Причины этого явления многочисленны и недостаточно изучены. К ним относятся 1) низкая иммуногенность опухолевых антигенов вследствии их близости к нормальным антигенам организма, к которым организм толерантен; 2) развитие толерантности вместо позитивного ответа 3) развитие иммунного ответа по гуморальному типу, тогда как подавить опухоль могут только клеточные механизмы 4) иммунодепрессивные факторы, вырабатываемые злокачественной опухолью. Химио- и радиотерапия опухолей, стрессовые ситуации при хирургических вмешательствах могут быть дополнительными факторами, снижающими иммунную защиту организма. Меры по повышению уровня противоопухолевой резистентности включают использование иммуностимулирующих средств, препаратов цитокинов, стимуляцию иммуноцитов пациента in vitro с возвратом в русло крови больного. Изоантигены. Это антигены, по которым отдельные индивидуумы или группы особей одного вида различаются между собой В эритроцитах, лейкоцитах, тромбоцитах, а также в плазме крови людей открыто несколько десятков видов изоантигенов. Изоантигены, генетически связанные, объединены в группы, получившие названия система АВО, резус и др. В основе деления людей на группы пос ист ем е АВО лежит наличие или осутствие на эритроцитах антигенов, обозначенных Аи В. В соответствии с этим все люди подразделены на 4 группы. Группа I (0) — антигены отсутствуют, группа II (А) — в эритроцитах содержится антиген А, группа (В) — эритроциты обладают антигеном В, группа IV (АВ) — эритроциты обладают обоими антигенами. Поскольку в окружающей среде имеются микроорганизмы, обладающие такими же антигенами (их называют перекрестнореагирующими), у человека имеются антитела к этим антигенам, но только к тем, которые у него отсутствуют. К собственным антигенам организм толерантен. Следовательно, в крови лиц I группы содержатся антитела к антигенам Аи В, в крови лиц группы — анти-В, в крови лиц III группы — анти-А, в крови лиц группы антитела к Аи В-антигенам не содержатся. При переливании крови или эритроцитов реципиенту, в крови которых содержатся антитела к соответствующему антигену, в сосудах происходит агглютинация перелитых несовместимых эритроцитов, что может вызвать шок и гибель реципиента. Соответственно люди I (0) группы именуются универсальными донорами, а люди IV (АВ) группы — универсальными реципиентами. Кроме антигенов Аи В эритроциты человека могут обладать и другими изоантигенами ММ) и др. К этим антигенам нет изоантител, и следовательно, их присутствие не учитывается при переливании крови. У части людей эритроциты содержат еще особый антиген, получивший название резус-ант игена (Rh). Он является термолабильным липопротеидом и имеет 6 разновидностей. У человека R антиген обнаруживается, помимо эритроцитов, в слюне, амниотической жидкости ив желудочном соке. По наличию или отсутствию антигена людей разделяют на две группы — резус (кЪ)-положительных и резус (КЬ)-отрицательных. Установлено, что принадлежность данного индивидуума к той или другой группе детерминирована генетически и зависит от наличия или отсутствия гена D или d водной из хромосом. положительные особи имеют генотип D D или D d, отрицательные особи — генотип dd. Ген D контролирует образование в клетках поверхностных антигенных структур, обладающих высокой антигенностью. При переливании крови отрицательному реципиенту, если эритроциты донора содержат антиген, может развиваться гемолитическая желтуха. При беременности женщины, не имеющей антигена, от мужчины, имеющего антиген, клетки плода могут содержать D -ген и соответствующий ему Rh- антиген. Резус-антигены проникают в организм материи вызывают образование анти-ЯЬ-антител. Образовавшиеся антитела попадают в кровь плода, вызывая лизис его эритроцитов, вследствие чего ребенок рождается с признаками гемолитической желтухи, и даже возможен самопроизвольный аборт (мертворождение). Выраженный конфликт развивается чаще при повторной беременности отрицательной женщины положительным плодом, так как иммунизация плодным антигеном происходит вовремя первых родов в результате массивного попадания крови плода в кровоток матери. Антигены главного комплекса тканевой совместимости. Помимо антигенов, свойственных всем людям и групповых антигенов, каждый организм обладает уникальным набором антигенов, свойственных только ему самому. Эти антигены кодируются группой генов, находящихся у человека на 6 хромосоме, и называются антигенами главного комплекса тканевой совместимости и обозначаются МНС- антигены (англ. Major histocompatibility complex). МНС-антигены человека впервые были обнаружены на лейкоцитах и поэтому имеют другое название (Human leucocyte antigens). МНС-антигены относятся к гликопротеинами содержатся на мембранах клеток организма, определяя его индивидуальные свойства и индуцируют трансплантационные реакции, за что они получили третье название — трансплантационные антигены Кроме того, МНС-антигены играют обязательную роль в индукции иммунного ответа на любой антиген см. главу Гены МНС кодируют три класса белков, из которых два имеют прямое отношение к работе иммунной системы и рассматриваются ниже, а в число белков III класса входят компоненты комплемента см. главу 13), цитокины группы ФНО, белки теплового шока. Белки I класса находятся на поверхности практически всех клеток организма. Они состоят из двух полипептидных цепей (см. рис. 15.1): тяжелая а - цепь нековалентно связана со второй Р-цепью, a -цепь существует в трех вариантах, что определяет разделение антигенов класса натри серологические группы А, В и С. Тяжелая цепь обуславливает контакт всей структуры с мембраной клеток и ее активность. (цепь представляет собой микроглобулин одинаковый для всех групп. Каждый антиген I класса обозначается латинской буквой и порядковым номером данного антигена. Антигены I класса обеспечивают представление антигенов ци- тотоксическим С 0 8 +лимфоцитам, а распознавание этого антигена антиген-представляющими клетками другого организма при трансплантации приводит к развитию трансплантационного иммунитета табл. 14.1). МНС антигены II класса (см. рис. 15.1) находятся преимущественно на антиген-представляющих клетках — дендритных, макрофагах, В-лимфоцитах. На макрофагах и В-лимфоцитах их экспрессия резко увеличивается после активации клетки. Антигены II класса подразделяются на 5 групп, в каждой из которых имеется от 3 до 20 антигенов. В отличие от антигенов I класса, которые выявляются в серологических тестах с помощью сывороток, содержащих антитела к ним, антигены II класса лучше всего выявляются в клеточных тестах — Таблица Свойства структур МН Си классов Класс МНС I класс класс Основные структуры А, В, С, DQ, DR, DO, DN Местонахождение Большинство клеток Дендритные и В-клетки, макрофаги Представление антигенов Цитотоксическим (CD8+) Т-клеткам Т-хелперам (Отторжение трансплантатов пи +Образование антител + м и Гены иммунного ответа + ++++ Цитотоксичность эффекторов ++++ ++ Структура х цепей Гликопротеин 44 тыс. кДа Микроглобулин 12 тыс. кДа Гликопротеины 34 и 28 тыс. кДа Методы выявления Серологические Смешанная культура лимфоцитов О б означен и я : I I I 1 — максимальная реакция+ — реакция выражена слабо и возникает не всегда+ — реакция нетипична активации клеток при совместном культивировании испытуемых клеток со стандартными лимфоцитами. Наряду с этим применяются и серологические тесты с моноклональными антителами см. главу 20.1). Обозначаются антигены II класса двумя латинскими буквами DP, DQ, DR, DO, DN и порядковым номером антигена. Основная роль в иммуногенезе антигенов II класса — участие в представлении чужеродных антигенов Т-хелперным лимфоцитам см. главу М НС-антигены представлены на клетках человека продуктами двух ал лельных групп генов, находящихся в составе двух наборов (гаплотипов). Каждый гаплотип содержит по одному гену каждой группы. Следовательно, весь набор генов содержит по два антигена каждой группы. Например, генотип может иметь такую формулу А, АЗ, В, В, C w l, Cw3, DR1, DR3 и т.д. В том случае, если два гена одной группы совпадают, фенотипически проявляется один антиген. Потомок наследует от каждого из родителей по одному гаплотипу и, следовательно, может быть унаследован один из четырех вариантов (если обозначить гаплотипы отца как Аи Б, а гаплотипы матери — В и Г, то потомок может обладать наборами АВ, АГ, БВ или БГ). |