Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 1. Назовите универсальные и уникальные рецепторы В-лимфоцитов. 2.Перечислите свойства Th1 и Th2-клеток. 3. Перечислите свойства γδТ-клеток. 3.3. Активация и функционирование Т- и В-лимфоцитов Активация Т- и В-лимфоцитов завершается увеличением численности лейкоцитарного клона (пролиферация) и затем дифференцировкой в эффекторные клетки; часть клеток становится клетками памяти. Активация Т- лимфоцитов приводит к синтезу и выделению ряда цитокинов, воздействующих на самые различные типы клеток, а также к формированию пула клеток, обладающих эффекторными функциями с развитием прямых цитотоксических эффектов. Активация и дифференцировка В-лимфоцитов приводят к синтезу антител. Активация CD4 + -лимфоцитов. CD4 + -лимфоциты отвечают активацией и пролиферацией практически на все белковые антигены, которые представляются антигенпрезентирующими (АПК) клетками. Специализированные АПК имеются во всех участках макроорганизма, через которые антигены могут попасть в организм – в дыхательных путях, ЖКТ, коже, а также в лимфоидных органах. Основными АПК являются дендритные клетки (ДК) и макрофаги (Мф), хотя функцию презентации может выполнять любая клетка, но эта функция для них является вспомогательной. Взаимодействие антигена с ДК способствует её созреванию. Инфекты, их компоненты (продукты жизнедеятельности, ДНК, РНК, липопротеин, липополисахарид) взаимодействуют с толл-подобными рецепторами. Белковые компоненты бактерий расщепляются до пептидов в вакуолях и попадают в сайты МНС II класса. На поверхности АПК появляется большое количество ко-стимулирующих молекул (CD80/CD86), концентрация молекул МНС II класса также возрастает. Этот процесс сопровождается продукцией 158 большого количества провоспалительных цитокинов (IL-1β, TNFα, IL-12) и хемокинов (IL-8). В Т-клеточной области лимфатического узла ДК презентирует пептиды в сайте молекулы МНС II класса наивной (не активированной) CD4 + -клетке, экспрессирующей Т-клеточный рецептор соответствущий комплексу МНС–пептид. Это взаимодействие называют первым сигналом Т-клеточной активации. Оно необходимо, но недостаточно для Т-клеточной активации, однако это повышает способность Т-лимфоцита отвечать на антиген. Экспрессированные ко-стимуляторные молекулы на поверхности АПК усиливают взаимодействие МНС–пептид–TCR. Наиболее важны в этом процессе молекулы семейства В7 (CD80, CD86, экспрессируются на дендритных клетках, макрофагах и активированных В- лимфоцитах) и CD28 (конститутивно экспрессируются на Т-клетках), которые взаимодействуют между собой. CD80, CD86 также взаимодействуют с другой молекулой на поверхности Т-лимфоцита – CD152 (CTLA-4), которая индуцируется при Т-клеточной активации. Взаимодействие МНС–пептид с TCR усиливает экспрессию молекулы CD154 на Т-лимфоците. CD154 взаимодействует с CD40, которая постоянно экспрессируется на АПК (на дендритных клетках, макрофагах и активированных В-лимфоцитах). Взаимодействие CD40 и CD154 усиливает экспрессию молекул В7 на поверхности АПК и тем самым увеличивает аффинность взаимодействия между АПК и Т-клеткой (рис. 3.2). Произошедшие события можно охарактеризовать как второй сигнал активации, который стабилизируют и усиливают другие адгезионные молекулы. Так CD54 (молекула межклеточной адгезии 1; intercellular adhesion molecule 1 – ICAM-1), экспрессируемая на АПК взаимодействует с интегрином CD11а/CD18 (антиген, связанный с функционированием лейкоцитов 1; leukocyte function-associated antigen-1 –LFA-1), на Т-клетке. 159 Рис.3.2. Механизм распознавания антигена Т-лимфоцитом с участием МНС (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Второе взаимодействие осуществляется между CD58 (LFA-3), экспрессируемой на АПК и CD2, экспрессируемой на Т-клетке. Считается, что это взаимодействие увеличивает время контакта между АПК и Т- лимфоцитом и, тем самым, способствует качественному сканированию TCR комплекса МНС–пептид. Взаимодействие АПК и антигена с CD4+-Т- лимфоцитом за счет комплекса МНС–пептид и Т-клеточный рецептор и адгезионных молекул формирует иммунологический синапс. Это взаимодействие продолжается около 8 часов, причем адгезионные молекулы появляются на поверхности взаимодействующих клеток в различное время от момента первичного контакта. Важную роль играет взаимодействие В7–CD28 и В7–CD152 в активации Т-лимфоцитов. Это способствует формированию высокоаффинного рецептора для IL-2 на активированном Т-лимфоците и способствует пролиферированию Т-лимфоцитов и увеличению их количества. Некоторые из этих клеток становятся CD4 + -клетками памяти. При отсутствии 160 такого ко-стимулирующего взаимодействия наивная CD4 + -Т-клетка остается анергичной. Взаимодействие В7–CD28 приводит к полной активации Т- лимфоцитов. Одними из важнейших путей этого процесса являются увеличение периода жизни некоторых иРНК (иРНК IL-2). Сигнал через CD28 увеличивает и жизнеспособность Т-лимфоцитов в результате синтеза белка Bcl-x, который угнетает апоптоз. Имеются особенности и в экспрессии адгезионных молекул. CD28 экспрессируется на покоящихся Т-клетках, а экспрессия CD152 осуществляется активированными Т-лимфоцитами. Взаимодействие В7 и CD152 приводит к передаче негативного сигнала в активированный Т-лимфоцит и к выключению синтеза IL-1, являющегося фактором роста Т-лимфоцитов (рис 3.3). Рис. 3.3. Взаимодействие антигенпрезентирующих клеток с лимфоцитами CD4 и CD8. Экспрессия адгезионных молекул,антигенов МНС (по A.K. Abbas, 2009). 161 Активированные Т-лимфоциты и клетки памяти покидают лимфатический узел и направляются в участки воспаления или в те, которые были контаминированы патогенными микроорганизмами. Миграция сопровождается сменой экспрессии поверхностных молекул. Это, в первую очередь, касается снижения экспрессии CD64L (L-селектина), рецептора хоминга наивных Т-клеток. Активированные Т-клетки увеличивают экспрессию других молекул клеточной поверхности, в частности интегрина - CD49dCD29 (VLA-4). Лиганды к этим молекулам экспрессируются за пределами лимфатического узла – в коже, в очагах воспаления. Также активированные Т-лимфоциты отличаются от наивных и по экспрессии хемокиновых рецепторов. Активация В-лимфоцитов. Основной путь активации В-лимфоцитов – Т–В кооперация. Практически все белки являются Тимусзависимыми антигенами, т.е. для синтеза антител необходима кооперция CD4 + - лимфоцитов с В-клетками. По этой причине такие лимфоциты принято называть Т-хелперами (Th). Th и В-лимфоцит обычно отвечают на разные эпитопы антигена, но для их эффективной кооперации эти эпитопы должны быть частью одной белковой последовательности. Ключевые стадии Т–В клеточной кооперции можно свести к следующим моментам. В-лимфоцит может выполнять роль АПК для CD4 + - лимфоцита. Вначале В-лимфоцит экспрессирует иммуноглобулин, специфичный конкретному антигену, захватывает его в результате связывания с иммуноглобулином на мембране клетки. Затем комплекс антигена с Ig перемещается внутрь клетки и антиген подвергается процессингу в вакуолях. Часть пептидов, образованных при разрушении антигена, связывается в вакуолях с молекулами МНС II класса. Комплекс пептид-МНС II класса транспортируется на поверхность В-клетки, где и взаимодействует с Th. Кроме этого комплекса на поверхности Т- и В- лимфоцитов взаимодействует еще несколько пар молекул, необходимых для 162 взаимной активации. CD11а/CD18-CD54 (LFA-1/ICAM-1) и CD2-CD58 (LFA- 3) – поддерживают контакт между Т- и В-лимфоцитами. В7-CD28 и CD40- CD154 также играют одну из ключевых ролей во взаимодействии Т- и В- лимфоцитов. Презентация В-лимфоцитом комплекса пептид–МНС II класса для Т- клеточного рецептора увеличивает экспрессию CD154 на Th. Взаимодействие CD40–CD154 усиливает экспрессию костимуляторной молекулы на В- лимфоците и В7 взаимодействует с CD28, экспрессированной на Т- лимфоците, что в итоге стимулирует синтез цитокинов Th и индуцируют пролиферацию как Th, так и В-лимфоцитов, и последующему синтезу иммуноглобулинов. Взаимодействие CD40–CD154 необходимо и для переключения синтеза изотипов иммуноглобулинов на IgG, IgА. Если такого не происходит, то возможен синтез только IgМ. Это возможно у индивидуумов с нефункциональным CD154. Изотип антител, которые синтезирует В-лимфоцит зависит от цитокинов, секретируемых Т- лимфоцитом. IL-4 способствует преимущественному синтезу IgЕ и IgG4. IFNγ способствует синтезу других изотипов IgG. Активация В-лимфоцитов антигенами без участия Th называется Т- независимой, а антигены – Т-независимыми антигенами. Они не приводят к образованию В-клеток памяти, а секретируемые иммуноглобулины относятся в основном к IgМ. Т-независимые антигены (ТН) – это обычно крупные полимерные молекулы с множественными повторяющимися антигенными детерминантами (ЛПС). Различают ТН1, которые в больших концентрациях являются митогенами, т.е. поликлональными активаторами В-лимфоцитов и ТН2 – имеют природу бактериальных и грибковых полисахаридов. Особенности иммунного ответа на Т-независимые антигены связаны с тем, что образуются только IgМ и не формируется иммунологическая память. Поливалентные антигены с повторяющимися эпитопами составляют большинство Т-независимых антигенов напрямую активируют В-лимфоциты. 163 Активация начинается с перекрестного связывания рецепторов. Это активирует внутриклеточные механизмы: фосфорилирование киназ, сборка и активация сигнальных комплексов на мембране клетки, активация внутриклеточных сигнальных путей. В итоге активация В-лимфоцита сопровождается транскрипцией и трансляцией генов IgG и цитокиновых рецепторов, тогда как при Т-клеточной активации ключевым является транскрипция и трансляция генов цитокинов. Активация В-лимфоцитов начинается с активации тирозиновых киназ (семейства Src – Lyn, Blk, Lck, Fyn), связанных сBCR. Возможно, эти киназы могут активироваться CD45. Активированные киназы фосфорилируют последовательности ITAM в молекулах Igα и Igβ (CD79a и b), которые связаны с цепями Ig в мембране. Фосфорилированные ITAM привлекают к комплексу молекул киназу Syk, которая рекрутируется и активирует адаптерные молекулы, способствующие активации внутриклеточных сигнальных механизмов (NF-AT, AP-1, NF-kB). Киназа Syk относится к тому же семейству, что и ZAP-70, играющей центральную роль в активации Т-лимфоцита. Эти события приводят к активации протеинкиназы С и важнейшему событию – увеличению концентрации внутриклеточных ионов кальция и к активации большого количества цитоплазматических ферментов, активирующих белки Ras, Rac, активирующие МАР-киназный каскад. Примерно через 12 часов после развивающихся событий В-лимфоцит увеличивается в размерах и превращается в бласт - плазматическую клетку, секретирующую иммуноглобулины. Модуляция сигнала. Ко-рецепторы BCR (CD19, CD21, CD81) и TCR (CD4 и CD8) усиливают сигнал от антигенсвязывающего рецептора. Это способствует более прочному связыванию АПК с Т-лимфоцитом или В- лимфоцитом (рис. 3.4). Ко-рецепторы снижают пороговый уровень стимуляции В-лимфоцитов на микробные антигены, что также активирует и систему комплемента. Установлено, что рецептором для субкомпонента 164 комплемента C3d является CD21, что способствует прикреплению возбудителя к CD21 на В-лимфоците. Так же возбудитель связывается с IgМ на В-лимфоците. Такое связывание способствует формированию нескольких активационных сигналов для В-лимфоцита. CD19 фосфорилируется и активирует последовательности ITAM в Igα/Igβ (CD79а/b). Рис. 3.4. Для активации Т-клетки необходим двойной сигнал: от TCR и молекулы CD28. При отсутствии костимулирующих молекул развивается анергия Т-лимфоцита. Это возможно при развитии периферической толерантности к собственным антигенам. Передача двойного сигнала с поверхности АПК инициирует продукцию Т-лимфоцитом IL-2 и IL-2R. Клетка дифференцируется в эффекторный Т-лимфоцит, которой уже не требуется второй сигнал. Супрессия развивается в результате экспрессии CTLA-4, которая подавляет CD28 и угнетает функцию Т-клетки (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) 165 Сигнал, передаваемый через BCR, может способствовать и развитию отрицательной обратной связи с антителами, т.е. антитела, синтезированные в ответ на антиген, могут угнетать функционирование В- лимфоцита. Антитела также могут угнетать функциональную активность В-лимфоцитов взаимодействием сформировавшегося комплекса антиген- антитело с низкоаффинным рецептором для IgG (FcγRIIb, CD32), который экспрессирует В-лимфоцит. 3.4. Структура антител и их функции Согласно определению, принятому ВОЗ, иммуноглобулины(Ig) представляют собой группу эволюционно и структурно родственных белков, обладающих свойствами антител. Основной структурной единицей молекул Ig является гетеротетрамер, построенный из идентичных полумолекул, образованных тяжелыми и легкими полипептидными цепями и расположенных по обе стороны от оси симметрии (рис. 3.5). Тяжелые цепи содержат от 450 до 550 аминокислотных остатков, а легкие около 220. Каждая легкая цепь соединена с тяжелой при помощи одной дисульфидной связи. Количество таких связей между полумолекулами варьирует в зависимости от строения тяжелой цепи. Рис. 3.5. Структура молекулы иммуноглобулинов (по А.К. Abbas, 2009) 166 Циркулирующие иммуноглобулины – это растворимые гликопротеины, присутствующие в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Они экспрессируются в виде мембранных рецепторов на поверхности В-лимфоцитов, растворимых молекул, присутствующих в сыворотке или тканевой жидкости. Взаимодействие В-клеточного рецептора со специфичным антигеном способствует дифференцировке В-лимфоцитов в плазматические клетки, секретирующие антитела. Разнообразие генов антител у различных видов возникло в результате множественных генных дупликаций и последующей дивергенции. В процессе эволюции в результате рекомбинаций и мутаций это разнообразие еще более выросло. Иммуноглобулин любого изотипа распознает и связывает антиген, способствует удалению иммунных комплексов. Различают 5 типов тяжелых цепей (Н-цепей): (альфа), (гамма), (мю), (эпсилон), (дельта) и 2 типа легких цепей (L-цепей): (каппа) и (лямбда). В соответствии с пятью типами тяжелых цепей различают пять классов (изотипов) иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Каждый класс Ig несет свои особые изотипические антигенные детерминанты – эпитопы, расположенные в константных областях тяжелых и легких цепей. Благодаря этим антигенным изотипическим детерминантам можно определять с помощью соответствующих антител принадлежность иммуноглобулина к определенному классу. Кроме того, в составе константных областей тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов могут быть выявлены аллотипические антигенные детерминанты, которые определяют антигенные различия внутри одного и того же изотипа антител (рис.3.6). В нормальной сыворотке крови 80% всех иммуноглобулинов составляют IgG, на долю IgM приходится 6%, на долю IgA – 13,5%, а на долю IgE и IgD – сотые или тысячные доли процента. 167 Рис 3.6. Вариабельность структуры иммуноглобулинов. Все иммуноглобулины имеют 4-х цепочечную структуру. Выделяют следующие вариабельности. Изотипическая – обусловлена экспрессией зародышевых генов, присутствующих у всех особей вида и кодирует все виды тяжелых и легких цепей и аминокислотные остатки вариабельных областей. Аллотипическая – характеризует внутривидовую аллельную изменчивость. Идиотипическая – представляет разнообразие паратопов и обусловлена разнообразием гипервариабельных участков (по А.К. Abbas, 2009) Особенностью этих полипептидных цепей является отсутствие единого гена, кодирующего структуру всей полипептидной цепи. Всякий раз сборка такого гена происходит из отдельных сегментов. Этим обеспечивается разнообразие структур молекул антител, способность распознать любую существующую в природе структуру антигена. Иными словами, набор специфических участков связывания в популяции иммуноглобулинов организма столь широк, что на любой попадающий в организм антигенный эпитоп (участок связывания) обязательно найдется строго комплементарный участок (паратоп) в составе антигенсвязывающего фрагмента (Fab-фрагмента) какого-то иммуноглобулина. 168 Итак, каждая молекула иммуноглобулина содержит две идентичные легкие и две идентичные тяжелые полипептидные цепи, каждая из которых, в свою очередь, состоит из нескольких доменов (клубков). Четырехцепочечная структура и структура доменов стабилизированы бисульфидными связями между цепями и внутри цепей. На N-концах тяжелых и легких цепей расположены те самые вариабельные области, которые в сочетании и образуют антигенсвязывающую структуру – паратоп (образуют антиген- связывающий центр) в составе Fab-фрагмента. Отдельные полипептидные сегменты вариабельных и областей тяжелых и легких цепей благодаря высокой изменчивости называют гипервариабельными участками, их еще называют еще участками, определяющими комплементарность. Три или четыре домена со стороны С концов тяжелых цепей составляют константную часть молекулы – Fc-фрагмент. Поскольку в состав молекулы иммуноглобулина входят две легкие и две тяжелые цепи, они формируют два паратопа в составе двух Fab-фрагментов, т.е. антитело двухвалентно: может соединиться с двумя идентичными антигенными эпитопами. Этому способствует наличие так называемой шарнирной области между первым и вторым доменами константного фрагмента тяжелых цепей, благодаря которой обеспечивается возможность пространственной ориентации Fab-фрагментов для связывания с антигенными эпитопами. Fab-фрагмент участвует в реакциях антиген-антитело, но не во всех, ввиду того, что обрезан Fc-фрагмент. Fc – обеспечивает побочный эффект антител: взаимодействует с комплементом, опсонинами, ревматоидным фактором, неспецифически взаимодействует с белком А Staphylococcus aureus и белком G стрептококков. Иммуноглобулин G единственный из иммуноглобулинов способен преодолевать плацентарный барьер и обеспечивать гуморальный иммунитет новорожденных первых месяцев жизни. Дополнительные порции, содержащегося в молозиве IgG поступают в кровоток новорожденного через 169 слизистую кишечника. IgG составляют основную массу антител при вторичном иммунном ответе, а также сравнительно легко выходят в тканевые жидкости, где обеспечивает антибактериальную и антитоксическую защиту. Схематически молекула антитела класса IgG (рис. 3.7) может быть изображена состоящей из трех структурных единиц приблизительно равного размера. Две из них идентичны по строению и содержат антигенсвязывающие центры (Fab-области), а третья (Fc-область) ответственна за взаимодействие с молекулами, вовлеченными в процессы элиминации антигена: клеточными рецепторами, компонентами комплемента и т.д. Рис. 3.7. Фрагменты молекулы иммуноглобулина G (по А.К. Abbas, 2009) Исходно подразделение IgG на четыре подкласса было основано на антигенных различиях. Впоследствии оно было подкреплено данными о структурных, физико-химических и функциональных особенностях каждого подкласса. Позднее было установлено, что все субклассы IgG являются продуктами отдельных высоко гомологичных генов и что, несмотря на принадлежность к одному классу молекул антител и значительное сходство отдельных характеристик, каждый из четырех подклассов IgG обладает индивидуальным профилем биологических свойств (табл. 3.1) и занимает в общей картине явлений иммунитета свое особое место. 170 Таблица 3.1. Биологические свойства подклассов IgG человека Биологические свойства подклассы IgG IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 Содержание в сыворотке, мг/мл 7.1 3.0 0.80 0.40 Содержание в сыворотке, % 58-71 19-31 5-10 3-6 Экспрессия на В-лимфоцитах, % 40 48 8 1 Доля плазмацитов-продуцентов, % 64 26 8 1 Связывание С1q ++ + +++ -- Связывание с Fc R-I +++ + +++ + Связывание с Fc R-II ++ + ++ + Связывание с Fc R-III ++ + ++ + Связывание с РФ + + - + Связывание с белком А стафилококка ++ ++ - ++ Связывание с белком G стрептококка ++ ++ ++ ++ Перенос через плаценту ++ + ++ ++ Время полужизни в крови (дни) 12-21 12-21 7-8 11-21 Блокирующая активность при аллергии - - - + Функциональная валентность 2 2 2 1 Активация системы комплемента ++ + +++ + Реактант при формировании антител против полисахаридов оболочки вирусов и капсулы бактерий +++ + + + Иммунный ответ на полисахаридные антигены - +++ - - Реакция на хроническую антигенную стимуляцию + + + +++ Примечания: "+++", "++" и "+" обозначают соответственно высокую, умеренную и низкую степень выраженности функций; "-" отсутствие функций. РФ - ревматоидные факторы. Первыми из подклассов IgG при вторичном иммунном ответе начинают синтезироваться IgG3 и затем IgG1, IgG2 и IgG4. Последовательность появления субизотипов при иммунном ответе соответствует порядку расположения на хромосоме и очередности активации генов, кодирующих константные области тяжелых цепей. Повышение концентрации подклассов IgG характерно для аллергических заболеваний, рассеянного склероза и ряда других заболеваний 171 (табл. 3.2). Однако гораздо чаще имеет место снижение уровня подклассов IgG (табл. 3.3). Таблица 3.2. Заболевания, сопровождающиеся повышением подклассов IgG Таблица 3.3. Заболевания, сопровождающиеся снижением концентрации подклассов 1gG Заболевание Подклассы IgG Аутоиммунные заболевания Бронхиальная астма у детей IgG2, IgG3 Идиопатическая тромбоцитопеническая пурпура IgG2, IgG4 Системная красная волчанка IgG3, IgG4 Иммунодефициты Трансплантация костного мозга IgG2, IgG4 Высокие дозы кортикостероидов IgG2, IgG3 ВИЧ-инфекция IgG2, IgG4 Дефицит IgA IgG2, IgG4 Дефицит IgM IgG4 Облучение рентгеновскими лучами, химиотерапия IgG2 Инфекции Средний отит (пневмококковая инфекция) IgG2 Возвратные инфекции некапсулированными бактериями IgG2, IgG4 Возвратные легочные инфекции, бронхоэктазы IgG2, IgG3, IgG4 Другие заболевания Алкогольный цирроз печени IgG2, IgG4 Телеангиоэктазия IgG2, IgG4 Конечная стадия почечной недостаточности IgGI Нефротический синдром IgG1 Доля IgG каждого подкласса среди антител, специфичных к данному антигену, может существенно отличаться от средних значений концентрации Заболевание Подклассы IgG Аллергия IgG4 (антитела появляются перед или одновременно с повышением уровня IgE) Атопическая экзема, дерматит IgG4 Кистозный фиброз при хронической инфекции Pseudomonas aeruginosaе IgG2, IgG3 (повышение IgG3 имеет прогностическое значение) Рассеянный склероз IgG1 172 IgG и широко варьировать в зависимости от характера антигенного стимула. Одна из известных закономерностей состоит в продукции антител только двух субизотипов (IgG1 и IgG3) – в ответ на иммунизацию белковыми, в частности, вирусными антигенами. Второй известный факт - преобладание продукции IgG2-антител против бактериальных полисахаридов. В последние годы, однако, при использовании высокоочищенных антигенов и более совершенных методов анализа удалось выявить в сыворотке здоровых лиц и присутствие IgG1-антител против капсулярных полисахаридов менингококков и липополисахаридов сальмонелл. Имеются данные, о прогрессивном усилении синтеза IgG4-антител в результате хронической антигенной стимуляции. IgG2 является основным подклассом при иммунном ответе на углеводные антигены, подобные полисахариду пневмококка. После рождения уровень IgG2 нарастает медленно, достигая значений, свойственных взрослым лишь к 10-12 годам. Это коррелирует с медленным формированием у детей способности синтезировать IgG2-антитела к полисахаридным антигенам и их подверженности инфекционным болезням, вызываемым такими бактериями как Haemophilus influenzae type b. Пациенты с избирательным дефицитом IgA и IgG2 особенно подвержены рецидивирующим септическим заболеваниям, связанным с капсульными бактериями, в то время как индивиды с недостаточностью одного IgA и отсутствием аналогичных инфекций имеют нормальное содержание IgG2. С другой стороны, известно, что пациенты с дефицитом IgA с нормальным уровнем сывороточного IgG2, но слабым ответом на полисахариды пневмококков значительно сильнее подвержены риску развития пневмококкового сепсиса. Эта связь пониженного уровня сывороточного IgG2 с высокой частотой рецидивирующих заболеваний дыхательных путей, воспалениями среднего уха, поражениями функций легких и частыми 173 инфекциями S. pneumoniae и H. influenzae подтверждена многочисленными наблюдениями. У человека определены три класса рецепторов для IgG: FcγRI (CD64), FcγRII (CD32), FcγRIII (CD16), которые экспрессируются конститутивно клетками многих типов ( рис 3.8). Экзогенные факторы могут индуцировать или повышать их экспрессию. Рис 3.8. Виды Fcγ-рецепторов, относятся к супесемейству иммуноглобулинов. Содержат один или два внеклеточных домена. Последовательности ITIM, ITAM, входящие во внутриклеточный домен являются объектами воздействия тиронкиназ и внутриклеточного проведения сигнала (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) FcγRI (CD64) участвует в фагоцитозе иммунных комплексов и высвобождении медиаторов. Связывает с высокой аффинностью (10 8 -10 9 ) IgG1и IgG3 и с низкой аффинностью (10 7 -10 8 ) IgG4. Экспрессируется моноцитами. FcγRII (CD32) экспрессируется в виде FcγRIIа (моноциты, нейтрофилы, эозинофилы, тромбоциты), связывается только с IgG1, IgG3 и FcγRIIb 174 (лимфоциты), при перекрестном связывании блокирует активность клеток, особенно В-лимфоцитов. Молекула FcγRIII (нейтрофилы, эозинофилы, макрофаги, NK-клетки, Т- клетки) экспрессируется в виде FcγRIIIа и FcγRIIIb. FcγRIIIа обладает умеренной активностью к мономерному IgG, FcγRIIIb избирательно экспрессируется нейтрофилами, также обладает низкой аффинностью к мономерному IgG. Иммуноглобулин М -пентамер, состоящий из пяти четырехцепочечных структур, его называют макроглобулином из-за высокой молекулярной массы (рис. 3.9). Поливалентность молекулы обеспечивает высокую суммарную авидность связывания антигенов со множественными эпитопами. IgM синтезируется раньше других классов в онтогенезе. Может продуцироваться в организме плода в ответ на внутриутробную инфекцию. Этот класс иммуноглобулинов первым появляется на самых ранних стадиях гуморального иммунного ответа на инфекцию и у взрослых, т.е. представляет собой антитела первичного ответа. Рис. 3.9. Строение молекулы иммуноглобулина М (по А.К. Abbas, 2009) 175 Функционально IgM представляют собой антитела с относительно низкими константами аффинности. Наличие десяти связывающих центров может существенно увеличить их интегральную связывающую способность, однако, из-за пространственных ограничений этот потенциал реализуется лишь при взаимодействии с малыми молекулами, масса которых не превышает 1,5 Кд. В реакциях с антигенами большего размера IgM ведут себя как молекулы, имеющие от двух до пяти центров связывания. Это позволяет им выступать в качестве факторов, агглютинирующих и инактивирующих вирусы и бактерии. Возможно, большой размер молекулы IgM благоприятствует связыванию и агрегации крупных частиц с малой плотностью антигенных детерминант на поверхности. Невысокий уровень аффинитета сопряжен с полиреактивностью антител класса IgM. Аутореактивность IgM-антител служит основой развития ряда заболеваний, в которых явления аутоиммунитета играют роль ведущего патогенетического фактора. В последние годы с помощью гибридомной техники были получены неоспоримые доказательства присутствия в нормальном организме клеток, продуцирующих антитела, способные связывать широкий круг структурно неродственных антигенов, таких как тиреоглобулин, β 2 -микроглобулин, инсулин, а также белки и углеводы вирусов и бактерий. Основную часть таких антител составляют IgМ. В качестве фактора противоинфекционной защиты IgM-антитела функционируют в сыворотке крови, лимфе и межклеточной среде. Они первыми появляются в крови в ходе иммунного ответа. Содержание IgM в сыворотке крови в норме колеблется от 0,5 до 1,5 мг/мл. Наличие в составе молекулы J-цепи делает возможным также трансэпителиальный перенос IgM с присоединением секреторного компонента. Поэтому IgM функционирует и как секреторный Ig слизистых оболочек и выделений экзокринных желез. Иммуноглобулин А представлен двумя подклассами (IgA1 и IgA2) и существуют в двух различных формах, секреторной и сывороточной. 176 Секреторный IgA состоит из димеров (рис. 3.10) и полимеров с молекулярной массой 400 кД и выше, среди которых оба подкласса представлены в равных количествах. В сывороточном доминируют мономерные молекулы IgA1 с массой 170 кД. Подклассы IgА1 и IgА2 выражено различаются по структуре шарнирной области. У IgА1 она довольно протяженная, а у IgА2 – укорочена. Рис. 3.10. Структура молекулы иммуноглобулина А (по А.К. Abbas, 2009) IgA является основным Ig секретов слизистых оболочек и экзокринных желез. Его синтезируют лимфоидные ткани, связанные со слизистыми покровами кишечника, дыхательных и мочеполовых путей, а также с железистым эпителием молочных, слюнных, слезных и других желез. В паренхиме этих тканей, под базальной мембраной и вокруг протоков, выводящих продукты секреции, расположены множественные лимфоидные фолликулы и одиночные клетки-продуценты IgA-антител. В тесной связи со слизистыми покровами и железами находятся скопления регионарных лимфатических узлов и особые лимфоэпителиальные образования, пейеровы бляшки и миндалины. Совокупность этих структур представляет собой отдел иммунной системы, обеспечивающий местный иммунитет. Слизистые оболочки являются основными воротами проникновения в организм инфекционных агентов и антигенных субстанций и потому развитие иммунного ответа при попадании антигенов на слизистые, и последующая секреция антител являются ключевыми механизмами поддержания иммунологического гомеостаза. 177 Система местного иммунитета, будучи тесно связанной, с остальными отделами иммунной системы, обладает в то же время известной автономностью, которая проявляется в особенностях синтеза и функционирования IgA-антител. Формирование плазматических клеток-продуцентов IgA начинается в лимфоидной ткани кишечника. В-лимфоциты, прошедшие первую стадию антиген-зависимой дифференцировки, т.е. способные к распознаванию определенного антигена и синтезу IgM-антител, с кровотоком попадают в пейеровы бляшки и там подвергаются воздействию нескольких дифференцировочных стимулов. Первый из них возникает при связывании антигена с мембранными IgМ- и IgD-рецепторами и индуцирует размножение клонов-продуцентов антител, специфичных к участвующему в реакции антигену. Второй сигнал исходит от локализованных в пейеровых бляшках антиген-специфичных Т-хелперов, называемых также клетками- переключателями. Их воздействие на созревание В-лимфоцитов состоит в избирательной активации генов кодирующих -цепь. В результате В- лимфоциты превращаются в клетки, комиттированные к продукции IgA. Затем с током лимфы они покидают пейеровы бляшки, проходят через мезентериальные лимфоузлы, попадают в кровоток и мигрируют в костный мозг или печень. Находясь, в этих тканях, они проходят заключительные этапы созревания и формируют пул клеток, продуцирующих сывороточный IgA и способных вторично мигрировать в лимфоидные ткани, ассоциированные со слизистыми оболочками и экзокринными железами. Основные особенности выработки IgA плазматическими клетками состоят в том, что в ходе биосинтеза в структуру молекулы включается полипептидная J- цепь и что конечные продукты синтеза являются моно- или димерными молекулами, содержащими два или четыре центра связывания антигена. 178 Продукция секреторного IgA имеет ряд дополнительных особенностей. Плазматические клетки системы локального иммунитета вырабатывают IgA в форме димеров или полимеров более высокого порядка. Транспорт IgA через слизистые покровы или железистый эпителий осуществляется путем взаимодействия с секреторным компонентом (СК), продуктом эпителиальных клеток, который они синтезируют и экспрессируют в виде связанного с мембраной рецептора. Функция СК состоит в присоединении полимерных Ig и транспорте их через слой эпителия в просвет железы или на поверхность слизистой. Мембраносвязанный СК обладает высоким сродством к J-цепи, находящейся в составе полимерных молекул IgA и IgM. Опосредованное J- цепью связывание димерной молекулы IgA с СК на мембране эпителиальной клетки ведет к образованию эндоцитозных пузырьков, которые проходят через цитоплазму к апикальной поверхности клетки. Во время переноса через цитоплазму секреторный компонент утрачивает связь с мембраной и превращается в компонент молекулы IgA, ковалентно связанный с -цепями дисульфидными связями. Часть локально синтезированных димерных молекул IgA, не достигшая слоя эпителиальных клеток, с током лимфы через грудной проток попадает в систему кровообращения. На мембранах клеток паренхимы печени и эпителия желчных путей также присутствует секреторный компонент, который обеспечивает захват IgA из кровотока, превращение его в секреторную форму, перенос в желчь и далее - в просвет кишечника. Таким образом, эпителий кишечника "омывается" двумя встречными потоками секреторного IgA. Иммунохимически секреторный IgA, выделенный из молозива, желчи или иных секретов, обладает рядом особенностей, связанных с полимерной структурой молекулы и наличием четырех и более центров связывания антигена. В опытах in vitro он агглютинирует бактерии, нейтрализует вирусы и преципитирует растворимые антигены, не уступая по эффективности 179 антителам класса IgM. В отличие от IgM молекулы IgA лишены участка связывания С1q и потому могут активировать комплемент только по альтернативному пути. Секреторный IgA функционирует в средах, богатых пищеварительными ферментами, которые выделяют клетки организма. Защиту IgA от разрушения протеазами обеспечивает секреторный компонент. С другой стороны, бактериальная флора слизистых оболочек также является источником ферментов, среди которых обнаружены протеазы, способные преодолевать защитное действие секреторного компонента и, разрушая IgA, снижать эффективность механизмов иммунной защиты от инфекций. В организме секреторный IgA выполняет несколько функций, связанных с поддержанием иммунологического гомеостаза. Связываясь с бактериями, они изменяют гидрофобность и заряд их поверхности, и этим препятствуют адгезии микроорганизмов на слизистых и реализации их патогенного потенциала. Связывание IgA-антител с вирусами, находящимися на поверхности слизистых или проникших в эпителиальные клетки, препятствует развитию и распространению вирусных инфекций. Образуя иммунные комплексы с инфекционными агентами, IgA- антитела активируют систему комплемента, и в то же время усиливают действие неспецифических бактерицидных факторов (лактоферрин, лизоцим). IgA-антитела участвуют в реакциях фагоцитоза и клеточно-опосредованной цитотоксичности в качестве присоединенного через Fc-рецептор компонента мембраны нейтрофилов, макрофагов или моноцитов. Связывая токсины и ферменты, они обеспечивают нейтрализацию их активности и удаление из организма. Чрезвычайно важная функция секреторного IgA состоит в подавлении переноса антигенов через поверхность слизистой и попадания их в кровоток. Это предотвращает избыточную антигенную стимуляцию иммунной системы и сенсибилизацию в отношении микробных и пищевых антигенов. Понижение уровня IgA-антител при вскармливании младенцев заменителями 180 материнского молока часто служит причиной аллергизации. Поэтому поступление секреторного IgA с молоком матери в период новорожденности необходимо не только для защиты от инфекций, но является также фактором снижения риска развития аллергических реакций на бактериальные и пищевые антигены. В отличие от секреторного IgA сывороточный слабо преципитирует растворимые антигены и агглютинирует бактерии. Его роль в иммунной защите организма в значительной мере определяется взаимодействием с клетками иммунной системы, несущими на своей мембране Fc -рецептор, и осуществляющими клеточно-опосредованные защитные реакции (цитотоксические эффекты, фагоцитоз и др.). Сывороточный IgA взаимодействует также с гуморальными факторами неспецифической защиты (комплементом, лактоферрином, лизоцимом) и усиливает их антибактериальное действие. В целом функции сывороточного IgA пока определены недостаточно четко, однако, некоторые из них уже известны в достаточной мере. Иммунные комплексы, формируемые сывороточным IgA, обладают высокой растворимостью, поэтому они медленно выводятся из кровотока и, как установлено, проявляют свойства толерогенных факторов, которые индуцируют неотвечаемость на антигены, проникающие в кровоток из пищеварительного тракта. Известно также, что сывороточные IgA- антитела могут блокировать реакции, опосредуемые антителами других классов, таких как IgM и IgE, и таким путем влиять на ход воспалительных процессов и реакций, связанных с гиперсенсибилизацией. Таким образом, согласно современным представлениям сывороточный IgA преимущественно играет роль регулятора иммунологических процессов. Общее количество IgA, синтезируемого системой локального иммунитета, составляет до 3-5 грамм в сутки. В сыворотке человека IgA присутствует в количествах (2-3 г/л), превышающих уровень IgM (1-2 г/л) и уступающих только содержанию IgG (8-16 г/л). Сывороточный IgA на 90% 181 состоит из мономерных молекул и представлен преимущественно IgA1. Около 10% составляют димеры IgA, несущие J-цепь. Молекулы, содержащие секреторный компонент, удается обнаружить в сыворотке в качестве примеси, составляющей доли процента. В то же время, согласно имеющимся оценкам, объем синтеза IgA в организме примерно вдвое превышает объем валового синтеза антител остальных изотипов, что, вероятно, связано с необходимостью, обеспечить иммунную защиту слизистых, площадь которых в 200 раз превосходит поверхность кожных покровов. Продукцию IgA могут стимулировать цитокины активированных Т- лимфоцитов и макрофагов: интерлейкины-4, -5 и -6, интерферон- , трансформирующий ростовой фактор- . Следует подчеркнуть, тесную связь механизмов, регулирующих выработку IgA и IgE-антител. Гиперпродукция IgE у пациентов и у экспери- ментальных животных сопровождается уменьшением числа и клеточности пейеровых бляшек и увеличением количества клеток-продуцентов IgE почти исключительно в мезентериальных лимфоузлах при очень малом количестве или полном отсутствии их в других лимфоидных структурах. Выработка секреторных IgA-антител может активизироваться при контакте антигена со слизистыми дыхательных путей или пищеварительного тракта. Этот факт послужил отправной точкой в разработке приемов вакцинации, индуцирующих формирование преимущественно секреторного иммунитета. Важно, что такая вакцинация вызывает синтез IgA-антител не только в месте аппликации антигена, но и в других органах - молочных, слюнных и слезных железах, в дыхательном и мочеполовом тракте. Примером успешной реализации этого подхода может служить широко известная практика вакцинации против полиомиелита. Однако, серьезным барьером на пути реализации этого подхода является развитие иммунологической неотвечаемости, которая сопутствует энтеральному введению антигена. Недостаточность продукции IgA является наиболее 182 частым первичным иммунодефицитом и проявляется в стойком снижении концентрации сывороточного IgA до уровня ниже 0,5 г/л. Среди здоровых лиц (доноров крови) такое отклонение встречается с частотой от 1:300 до 1:3000. Среди пациентов, страдающих аллергическими расстройствами, частота дефицита IgA составляет у детей 1:20-110, а у взрослых 1:160. Высокую частоту IgA-дефицита обнаруживают у больных с аутоиммунными заболеваниями, ревматоидным артритом. Приобретенный IgA-дефицит чаще всего возникает вследствие лечения пенициллином, сульфаниламидами. В значительной части случаев (до 50%) у пациентов с IgA-дефицитом обнаруживают аутоантитела, направленные к IgA. Большинство пациентов с IgA-дефицитом предрасположены к вирусным инфекциям, аутоиммунным и аллергическим заболеваниям, резистентность к бактериальным инфекциям у них обычно не нарушена. Повышенная продукция поликлонального IgA может быть следствием усиленной стимуляции иммунной системы. Такую картину наблюдают при острых инфекциях мочевых путей, при холере, колитах, цирротических поражениях печени. При ревматоидных артритах синтез IgA происходит в синовиальных оболочках суставов, пораженных воспалительным процессом. Известен ряд заболеваний, при которых IgA-антитела играют роль ведущего патогенетического фактора. Одним из них является IgA- нефропатия (болезнь Бергера), гломерулонефрит. Заболевание ведет к прогрессирующей почечной недостаточности вследствие вначале воспалительных, а затем - склеротических изменений структуры почечных клубочков. Поражение обусловлено массивным отложением в мезангии иммунных комплексов, содержащих IgA. Природа антигена, входящего в состав комплексов, окончательно не определена, однако, ряд данных указывает на важную роль пищевых белков - глиадина, казеина, лактальбумина, овальбумина, лизоцима и белков сои. С другой стороны, существуют данные о возможной связи IgA-нефропатии с вирусами, 183 цитомегалии и гепатита В. Иммунохимический анализ мезангиальных отложений выявил в них присутствие IgA1, но не IgA2. В 25-50 процентах случаев в сыворотке пациентов обнаруживали повышенный уровень IgA1, с низким аффинитетом. Повышенная продукция низкоаффинных антител является признаком иммунной недостаточности и может быть причиной малой эффективности механизмов выведения иммунных комплексов из циркуляции. Нарушения продукции IgA-антител к пищевым белкам лежат также в основе некоторых заболеваний пищеварительной системы. При целиакии (чревной болезни) отложения иммунных комплексов, содержащих глиадин и специфичные к нему IgA-антитела, обнаруживают на поверхности ворсинок тонкой кишки. Деструкция ворсинок нарушает процесс всасывания, развивается диарея. Для целиакии характерно повышение продукции антител к глиадину, относящихся к субклассу IgA1. Иммуноглобулин Е. В отличие от иммуноглобулинов других классов IgE-антитела не могут активировать комплемент, опсонизировать или агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы или преципитировать антигены. Основное свойство IgE состоит в способности сенсибилизировать в отношении определенного антигена (аллергена) мембраны тучных клеток и базофилов. Связывание молекул антигена с мембранным IgE служит сигналом для освобождения из этих клеток ряда биологически активных веществ, вызывающих спазм гладкой мускулатуры, повышение проницаемости сосудов, воспалительные реакции и другие сдвиги, лежащие в основе явлений гиперчувствительности немедленного типа. Доказано участие этого механизма в патогенезе анафилаксии и аллергии, а также в формировании и реализации иммунной защиты против паразитарных инвазий. Считают, что основная доля IgE в организме связана с рецепторами мембран тучных клеток, базофилов, лимфоцитов и других клеточных 184 элементов, что и является одной из главных причин низкого содержания антител этого класса в сыворотке. Паразитарные инвазии представляют собой ту группу заболеваний человека и животных, при которых повышенная продукция IgE-антител с наибольшей очевидностью связана с механизмами иммунной защиты. Продемонстрирована возможность переноса устойчивости животных к заражению паразитами с помощью IgE-антител. С другой стороны, установлено, что: 1) формирование противопаразитарного иммунитета зависит от функций Т-клеточного звена иммунной системы, 2) наряду с продукцией антител в процессе ответа на паразитарную инвазию возникают цитолитические Т-лимфоциты эффекторы, а также популяции регуляторных Т-клеток-хелперов и супрессоров, 3) проникшие в организм паразиты, выделяют вещества, усиливающие как эффекторные, так и супрессорные звенья механизмов иммунной защиты, и потому способны двунаправленно влиять на баланс реакций организма- хозяина, индуцируя либо ликвидацию инвазии, либо устойчивый симбиоз. Поэтому до сих пор биологическая роль и закономерности функционирования IgЕ в здоровом организме определены недостаточно ясно и требуют дальнейших исследований. В настоящее время есть достаточные основания полагать, что биологические свойства и функции IgE-антител не ограничиваются их участием в противопаразитарном иммунитете и в реализации аллергических реакций. Возможно, взаимодействие IgE с дендритными клетками в тканях, контактирующих с внешней средой, представляет собой часть гомеостатического механизма, который в нормальном организме обеспечивает элиминацию чужеродных антигенов без существенных тканевых повреждений и потому остается до сих пор малоизученным. Вероятно, интенсивные изыскания в этой области в скором времени позволят 185 точнее определить роль IgE как в поддержании гомеостаза нормального организма, так и в развитии аллергических заболеваний. У человека обнаружены два вида рецепторов для IgЕ – высокоаффинный Fc ɛ RI, который экспрессируют тучные клетки, Эозинофилы, базофилы и низкоаффинный - Fc ɛ RII, экспрессируют лейкоциты и лимфоциты. Структура IgD. IgD вместе с IgE составляет группу минорных классов Ig человека. Его содержание в сыворотке близко к 60 мкг/мл, а частота IgD- миелом колеблется от 1 до 3% от общего числа случаев возникновения этого заболевания. Данные исследования трех миеломных IgD человека показало, что молекулярная масса этого белка составляет около 184 КД. Масса класс- специфичной тяжелой -цепи равна 69 КД. Она построена из 512 аминокислотных остатков, из которых 383 входят в константную область и образуют три домена (C 1 C 3). Структура C 1 и C 2 доменов подобна структуре соответствующих областей Ig других классов, однако, C 3-домен и шарнирный участок построены необычно. Структура C 3-домена также характеризуется наличием двух глюкозаминовых олигосахаридных групп и необычным составом аминокислотных остатков. Высокое содержание остатков пролина создает условия для формирования изгибов полипептидной цепи, что вероятно, необходимо для поддержания особой конформации этого домена, которая не имеет аналогов в структуре Ig других классов. В области шарнира имеется всего один цистеиновый остаток, формирующий межцепьевую дисульфидную связь. Шарнирный участок - цепи имеет наибольшую степень гомологии с С 2-доменом IgM (33%), что, вероятно, указывает на эволюционное родство этих структур. Шарнирная область содержит 64 аминокислотных остатка, т.е. имеет наибольшую протяженность, и может быть разделена на два структурно различных 186 сегмента по 30 остатков в каждом. Аминоконцевой сегмент обогащен остатками аланина и треонина, содержит пять галактозаминовых олиго- сахаридных групп и характеризуется высокой устойчивостью к протеолизу. С-концевой сегмент обогащен остатками глутаминовой кислоты и лизина и проявляет исключительно высокую чувствительность к протеолизу. Естественным фактором, вызывающим спонтанный протеолиз IgD в сыворотке крови, является плазмин. Плазмин и трипсин расщепляют молекулы IgD на границе между C 1 и C 2-доменами, приводя к образованию одновалентных Fab-фрагментов и Fc-фрагмента с дисульфидной связью между остаткакми тяжелых цепей. Низкое содержание IgD в сыворотке, малая частота IgD-миелом и высокая подверженность спонтанной деградации являются причинами того, что до сих пор IgD остается одним из наименее изученных классов Ig. Общепринята точка зрения, согласно которой IgD выполняет свою основную функцию в качестве мембранного рецептора В-лимфоцитов, ответственного вместе с IgM-рецептором за активацию и кооперацию Т- и В-лимфоцитов при контакте с антигеном. Защитный эффект антител обусловлен их непосредственным связыванием с патогеном, лишая его возможности взаимодействовать с клетками и инфицировать их. Однако антитела чаще взаимодействуют своим Fc-фрагментом с соответствующими рецепторами, которые экспрессируются мононуклеарными клетками, нейтрофилами, NK-клетками, эозинофилами, базофилами, тучными клетками. Вопросы для самоконтроля 1. Какова роль субизотипов IgG в ингибировании инфектов различной природы? 2. Перечислите основные биологические эффекты секреторного IgА. 3. Какую роль играют IgЕ в защите макроорганизма от паразитарных инвазий? 187 |