Иммуноглобулины - это молекулы гликопротеинов, которые продуцируют плазматические клетки в ответ на иммуноген-антиген (чужеродная молекула, включающая иммунный ответ - молекулы поверхности бактерий, вирусов, грибов). Иммуноглобулины выполняют функцию антител.
Общие функции иммуноглобулинов:
- Специфическое связывание антигена - защитная функция
- Активация комплемента,
- Связь с различными клетками иммунной системы
Общая структура иммуноглобулинов (рис.1).
Иммуноглобулины (Igs) - гликопротеины, состоят из легких (L) и тяжелых (Н) полипептидных цепей.
Простейшая молекулу антитела имеет форму Y и состоит из четырех полипептидных цепей: двух Н-цепей и двух цепей L. Четыре цепи связаны дисульфидными мостиками. В молекуле антител различают вариабельные (V L и V H) и константные (C L и C H) области и шарнирный участок.
Н-цепи различны для каждого из пяти классов (изотипов) иммуноглобулинов и обозначаются γ, α, μ, δ и ε, Тип тяжелой цепи определяет название класса, а именно
IgA, IgG, IgM, IgD, IgE. Легких цепей только два вида κ и λ
. В структуре
молекулы иммуноглобулинов содержатся только один из двух видов легких цепей.
L и Н-цепи подразделяются на вариабельные и константные области. Области состоят из трехмерно уложенных, повторяющихся сегментов, называемых доменами. L цепь состоит из одного переменного (V L) и одного постоянного (C L) домена. Большая часть H цепей состоят из одного переменного (V H) и трёх постоянных (C H) доменов (IgG и IgA имеют три C H доменов, в то время как IgM и IgE - четыре.
Вариабельные области несут ответственность за связывание антигенов, тогда как константные - ответственны за различные биологические функции, например, активацию комплемента, связывание с рецепторами клеточной поверхности, перенос через плаценту..
Обе вариабельные области L и Н-цепей имеют три чрезвычайно переменных («гипервариабельных") аминокислотных последовательности на N конце. Они формируют сайт связывания антигена.
Под действием протеолитического фермента пепсина молекулы иммуноглобулинов расщепляются на два фрагмента: F(ab)2 - связывающий антиген, и Fc - кристаллизующийся. Домены Fc выполняют биологические, эффекторные функции иммуноглобулинов.
При электрофо резе сыворотки крови иммуноглобулины мигрируют во фракции гамма-глобулинов. Т ест на гамма-глобулины используется для оценки количества иммуноглобулинов в крови. Иммуноглобулины вырабатываются организмом в ответ на чужеродные вещества, такие как бактерии, вирусы и раковые клетки.
Тест на гамма-глобулины является диагностической процедурой, которая может помочь врачам определить проблему с тем, чтобы начать лечение. Следует отметить, что этот тест выполняется только в случае серьезных заболеваний.
Результаты определения иммуноглобулинов выдаются через несколько дней, нормальными значениями являются следующие:
- IgA : 85 - 385 мг / дл
- IgG : 565 - 1765 мг / дл
- IgM : 55 - 375 мг / дл
- IgD : 8 мг / дл или меньшей
- IgE : 4,2 - 592 мг / дл
Оценка результатов анализа на иммуноглобулины (антитела)
Высокие и низкие значения не являются нормальными и могут быть признаком основного заболевания.
Высокие значения IgA могут быть признаком множественной миеломы, цирроза печени, хронического гепатита, ревматоидного артрита и системной красной волчанки или СКВ.
Низкие значения IgA могут быть признаком повреждения почек, некоторых видов лейкемии и энтеропатии.
Высокие значения IgG могут быть признаком СПИДа, рассеянного склероза и хронического гепатита.
Низкие значения IgG могут быть признаком макроглобулинемии, нефротического синдрома и некоторых видов лейкемии.
Низкие значения IgM могут указывать на множественную миелому, некоторые виды лейкемии и наследственные иммунные заболевания.
Низкие значения IgE являются показателем болезни, называемой атаксия-телеангиэктазия. Это редкое заболевание, при котором нарушена функция мышц.
Терапия гамма-глобулином
При электрофорезе белков сыворотки крови на бумаге или агаре из-за разного соотношения молекулярная масса/заряд белки перемещаются с разной скоростью. Как следствие образуются фракции альбумина, альфа - , бета- и гамма-глобулинов. Гамма-глобулиновая фракция представлена антителами, совокупность которых называют гамма-глобулин.
Доказано, что гамма-глобулин из крови человека может использоваться для лечения инфекций. Этот метод называется терапия гамма-глобулином. Процедура включает введение препарата гамма-глобулина в вену или мышцу.
Динамика продукции антител в ответ на антигенную стимуляцию опреде-ляется в значительной степени видовой принадлежностью индивидуума, по-скольку генетически детерминирована (Вершигора А.В., 1990). Тем не менее, обнаружены общие закономерности антителообразования, свойственные раз-личным видам животных и человеку. Последние заключаются в следующем.
Интенсивность антителообразования зависит от структурных особен-ностей антигена, способа введения антигена и пути его проникновения в ор-ганизм.
Выработка антител зависит от состояния иммунологической реактив-ности организма, определяемой, в свою очередь, уровнем представи-тельности того клона лимфоцитов, который способен рецептировать данный антиген, наличием или отсутствием мутаций указанного клона, способных повлиять на количество и качество синтезируемых иммуно - глобулинов.
Характер иммунного ответа, безусловно, определяется функциональной активностью макрофагальных элементов, включающих различные популя-ции классических фагоцитов с менее выраженной способностью к презента-ции антигена в реакциях первичного иммунного ответа, а также антигенпре-зентирующих макрофагов с незначительно выраженной фагоцитарной актив-ностью.
Интенсивность антителообразования зависит от гормонального статуса, функциональной активности центральной нервной системы. Избыточный гормональный фон, создаваемый АКТГ, глюкокортикоидами, а также недос-таточность инсулина могут сказаться неблагоприятно на процессах антите-лообразования.
Сила иммунного ответа зависит и от общего состояния организма, дли-тельности предшествующих заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, характера воздействия стрессорных раздражителей, состояния электролитного баланса организма, кислотно-основного состояния, степени интенсификации свободнорадикального окисления липидов в биологических мембранах.
Общеизвестно, что при развитии разнообразных типовых патологических процессов возникают неспецифическая дестабилизация биологических мем-бран клеток различных органов и тканей, набухание митохондрий, дефицит АТФ, подавление всех энергозависимых реакций в клетках, в том числе и синтеза антител различных классов иммуноглобулинов.
Установлено, что иммунизация человека антигенами белковой, вирусной природы, липополисахаридными антигенами энтеробактерий стимулирует образование антител преимущественно класса IgG, а у морских свинок по-добные же антигены в основном усиливают синтез антител класса IgM. На одну молекулу введенного антигена синтезируется сравнительно большое количество антител. Так, на каждую молекулу введенного дифтерийного ана-токсина в течение 3 недель синтезируется свыше миллиона молекул антиток-сина.
Для каждого антигена имеются оптимальные дозы воздействия на иммун-ную систему. Малые дозы индуцируют слабый ответ, чрезвычайно большие могут вызвать развитие иммунологической толерантности или оказать ток-сическое влияние на организм.
При первичном антигенном воздействии развиваются 4 фазы иммунного ответа.
1-я фаза выработки антител
1-я фаза выработки антител (фаза покоя, лаг-фаза, фаза индукции, или ла-тентная фаза), то есть период между временем поступления антигена в орга-низм и до начала экспотенциального прироста антител (Йегер Л.,1986; Лед-ванов М.Ю., Киричук В.Ф., 1990).
Длительность указанной фазы может быть различной в зависимости от характера антигена: от нескольких минут и часов до месяца.
Сущность указанной фазы заключается в развитии макрофагальной реак-ции, фагоцитозе или эндоцитозе антигена антигенпредставляющими или фа-гоцитирующими макрофагами, в образовании высокоиммуногенных фракций антигена в комплексе с антигенами МНС I и II класса, презентации антигена В- и Т-лимфоцитам, кооперативном взаимодействии макрофагальных кле-точных элементов и антигенчувствительных субпопуляций Т- и В-лимфоцитов, развитии плазматизации лимфоидной ткани. Как указывалось выше, одной из особенностей лимфоидных клеток является сохранение в них уникального репарирующего хромосомы фермента стволовой кроветворной клетки - теломеразы, что обеспечивает возможность неоднократной цикличе-ской пролиферации в течение жизни на фоне антигенной стимуляции.
Как известно, существуют два механизма активации покоящихся В-лимфоцитов с последующим включением их в пролиферацию и дифферен-цировку.
Для основной субпопуляции В2-лимфоцитов, дифференцирующихся в ко-стном мозге, включение в иммунный ответ обеспечивается их взаимодейст-вием с Т-хелперами, рестриктированными по главному комплексу гистосов-местимости, а также различными цитокинами - факторами роста и пролифе-рации.
Отобранный клон В-лимфоцитов вступает в фазу пролиферации, что обеспечивает увеличение представительства в лимфоидной ткани антиген-чувствительного клона В-лимфоцитов, способного к дальнейшей трансфор-мации.
ВI (CD5) субпопуляция лимфоцитов, покидающая костный мозг в раннем периоде эмбрионального развития и дифференцирующаяся вне костного моз-га, способна на Т- независимую активацию под влиянием определенной группы антигенов - бактериальных полисахаридов. В процессе плазматиза-ции ВI-субпопуляции лимфоцитов на фоне антигенной стимуляции образу-ются иммуноглобулины класса М с широкой перекрестной реактивностью.
2-я фаза выработки антител
2-я фаза выработки антител (логарифмическая фаза, лог-фаза, продуктив-ная фаза). Эта фаза получила название фазы экспотенциального прироста ан-тител. Она занимает промежуток времени от появления антител до достиже-ния максимального количества их в крови, в среднем продолжается от 2 до 4 дней. В некоторых случаях длительность фазы возрастает до 15 дней.
Экспотенциальный рост количества антител, удвоение их титров, проис-ходят первоначально каждые 2-4 часа, а затем каждые- 4-6 часов. Однако скорость антителообразования уже к концу вторых-третьих суток замедляет-ся, оставаясь на определенном уровне в течение различного периода време-ни.
3-я фаза выработки антител
3-я фаза выработки антител - фаза стабилизации, или стационарный пери-од, в течение которого титр антител остается стабильно высоким. В этот пе-риод прекращается переход клеток из класса активированных предшествен-ников в класс антителообразующих клеток.
Длительность фазы стабилизации в значительной мере определяется структурными особенностями антигенов-аллергенов. В ряде случаев она продолжается в течение нескольких дней, недель, месяцев. Антитела к неко-торым микробным антигенам продолжают синтезироваться в достаточно вы-соком титре на протяжении ряда лет.
Касаясь значимости указанной фазы стабилизации, следует отметить, что антитела не только обеспечивают инактивацию бактериальных, токсических, аллергических патогенных факторов в различных реакциях агглютинации, преципитации, активации комплемента, антителозависимого цитолиза, но и выполняют роль ауторегуляторов иммунопоэза.
4-я фаза снижения продукции антител
Длительность этой фазы различна и зависит от сохранности антигена в тканях.
Вышеописанная динамика антителообразования возникает в случае пер-вичной иммунизации. Повторная иммунизация спустя несколько месяцев из-меняет динамику иммунного ответа. Латентный период и период нарастания титра антител становятся значительно короче, количество антител достигает максимума быстрее и дольше сохраняется на высоком уровне, повышается аффинность антител.
В развитии вторичного иммунного ответа важная роль отводится возрас-танию уровня клеток иммунологической памяти к данному антигену. С уве-личением длительности иммунизации повышается специфичность антител к растворимым антигенам.
Следует отметить, что образование комплексов антиген-антитело в про-цессе многократной иммунизации увеличивает силу антигенного воздействия и интенсивность антителообразования.
Как установлено на протяжении последних десятилетий, синтез иммуног-лобулинов является саморегулирующимся процессом. Доказательством этого служит ингибирующее воздействие на продукцию антител специфических иммуноглобулинов, введенных в кровоток, причем, чем выше аффинность антител, тем интенсивнее их ингибирующее действие на процессы иммуно-поэза. Антитела могут оказывать тормозящее влияя-ние на синтез не только гомологичных, но и родственных иммуноглобулинов. Образование антител могут тормозить и большие дозы неспецифических -глобулинов.
Структура и функциональная значимость иммуноглобулинов.
Белки, входящие в семейство иммуноглобулинов, имеют одинаковый принцип строения: их молекулы включают легкие и тяжелые полипептидные цепи (Долгих Р.Т.,1998).
Согласно номенклатуре ВОЗ (1964) различают 5 классов иммуно-глобулинов: IgG, IgA, IgM, IgE, IgD. Для каждого класса иммуно-глобулинов характерны свои специфические тяжелые Н-цепи, обозна-чаемые соответст-венно классу иммуноглобулинов (m, g, а, d, e). Именно особенности структу-ры Н-цепей определяют принадлежность иммуно-глобулина к тому или ино-му классу.
Иммуноглобулины образованы по меньшей мере четырьмя поли-пептидными цепями, соединенными между собой дисульфидными мостика-ми. Две из них представлены тяжелыми Н-цепями, а две - легкими L-цепями. Различают два вида легких цепей k и l, которые могут встречаться в имму-ноглобулинах каждого из 5 классов. Иммуноглобулины классов G, D и E яв-ляются мономерами, в то же время IgM встречается преимущественно в виде пентамера, а IgA - в виде моно-, ди- и тетрамера. Полимеризация мономеров в молекулах иммуноглобулинов классов А и М обеспечивается наличием до-полнительных J-цепей (Вершигора А.В., 1990; Ройт А., 1991; Стефани Д.Ф., Вельтищев Ю.Е.,1996).
Как в тяжелых, так и в легких цепях, имеются вариабельная V-область, в которой последовательность аминокислот непостоянна, а также постоянная, константная, С-область.
Вариабельные участки легких и тяжелых цепей принимают участие в формировании активного центра антител, определяют специфичность струк-туры антидетерминанты антител, обеспечивающей связывание детерминанты антигена.
У одной молекулы антител могут быть однозначными легкие цепи (k или l).
Антитела разной специфичности могут содержаться в любом из классов иммуноглобулинов. В лимфоидной ткани в ответ на действие одного и того же антигена одновременно происходит синтез полипептидных цепей различ-ных классов иммуноглобулинов.
Общим в структуре иммуноглобулинов различных классов является нали-чие так называемых Fab-фрагментов (Fragment antigen binding), Fc-фрагмента (Fragment crystalline) и Fd-фрагмента (Fragment difficult).
Fab-фрагмент включает антигенчувствительные рецепторные групппы, способные специфически связывать антиген. В формировании Fab-фрагмента принимает участие CD-участок (аминоконцевая часть тяжелой цепи), а, воз-можно, и фрагмент вариабельной части легкой цепи.
Fc-фрагмент определяет неспецифические функции антител: фиксацию комплемента, способность проходить через плаценту, фиксацию иммуногло-булинов на клетках.
Исследование структуры иммуноглобулинов затруднено из-за их гетеро-генности. Гетерогенность иммуноглобулинов обусловлена тем, что молекулы иммуноглобулинов являются носителями различных совокупностей детер-минант. Различают три основных разновидности гетерогенности антител: изотипию, аллотипию, идиотипию.
Изотипические варианты антител встречаются у всех индивидов. К ним следует отнести подклассы различных типов иммуноглобулинов.
В классе IgG известны 4 изотипа (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) , в классах IgA, IgM и IgD имеются 2 изотипа, или подкласса.
Изотипические детерминанты антител одного класса и подкласса у особей данного вида идентичны. Изотипические различия определяются аминокис-лотной последовательностью в постоянной части тяжелых цепей, а также ко-личеством и положением дисульфидных мостиков. Так, IgG1 и IgG4 имеют четыре межцепочечные дисульфидные связи, две из которых соединяют Н-цепи. В молекуле IgG2 есть шесть дисульфидных мостиков, четыре из кото-рых связывают полипептидные цепи.
К изотипическим вариантам следует причислить k и l - типы и подтипы L-цепей.
Вариабельные области легких цепей определенного типа могут быть раз-делены на подгруппы. У L-цепей k-типа существует 4 подгруппы, у L-цепей l - 5 подгрупп. Цепи разных подгрупп помимо отличий первичной структуры характеризуются вариацией последовательности двадцати N-концевых ами-нокислот.
Для вариабельной части Н-цепи описаны 4 подгруппы.
Аллотипические варианты иммуноглобулинов у человека и животных генетически детерминированы, частота их варьирует у индивидов различных видов. Аллотипы представляют собой аллельные варианты полипептидных цепей, возникающие в процессе мутаций. Синтез аллотипов контролируется различными аллелями генов. Имеется шесть аллотипов глобулинов кролика. В настоящее время известно много систем аллотипических маркеров имму-ноглобулинов человека, расположенных в С-области L и Н-цепей. Существо-вание некоторых из этих маркеров обусловлено развитием точечной мутации и заменой лишь одной аминокислоты в полипептидной последовательности. Если мутация затрагивает структуру области, специфичную для определен-ного класса и подкласса иммуноглобулинов, образуется аллотипический ва-риант.
В сыворотке одного индивидуума можно обнаружить несколько аллоти-пических маркеров.
Идиотипические различия антител по существу отражают специфич-ность антител. Они связаны с вариабельными участками полипептидных це-пей, не зависят от особенностей структуры различных классов иммуноглобу-линов, оказываются идентичными у разных лиц при наличии у них антител к одному и тому же антигену.
Идиотипических вариантов существует примерно столько же, сколько и различных по специфичности антител. Принадлежность антитела к опреде-ленному идиотипу иммуноглобулинов обусловливает специфичность взаи-модействия его с антигеном. Принято считать, что наличие от 5000 до 10000 различных вариантов специфичности антител достаточно, чтобы связать с большей или меньшей аффинностью любую из возможных разновидностей антигенных детерминант. В настоящее время антигенные детерминанты V-областей также принято называть идиотипами.
Аффинность и авидность являются важнейшими свойствами антител раз-личных классов иммуноглобулинов, причем аффинность отражает прочность связи активного центра антител с детерминантой антигена, в то время как авидность характеризует степень связывания антигена антителом, опреде-ляемую аффинностью и количеством активных центров антитела.
Гетерогенная популяция антител имеет набор различных по аффинности антидетерминант, поэтому, определяя ее авидность, мы определяем усред-ненную аффинность. При равной аффинности авидность IgM может быть больше, чем авидность IgG, поскольку IgM функционально имеет пять ва-лентностей, а IgG двухвалентен.
Генетика образования антител
Как указывалось выше, иммуноглобулины различных классов и подклас-сов представлены тяжелыми и легкими полипептидными цепями, в каждой из которых имеются вариабельные и константные участки. В настоящее вре-мя установлено, что синтез вариабельной области находится под контролем многих V-генов, количество которых ориентировочно равняется 200.
В противоположность этому для константной области известно ограни-ченное число С-генов в соответствии с ее незначительной вариабельностью (класс, подкласс, тип, подтип).
На начальных этапах формирования лимфоидной ткани V- и С- гены рас-полагаются в далеко отстоящих друг от друга сегментах ДНК, а в геноме со-зревающих иммунокомпетентных клеток они объединяются за счет трансло-кации в одном сублокусе, контролирующем синтез Н- и L-цепей.
Формирование многообразия антител объясняется гипотезой соматиче-ской гипермутабельности V-генов, что маловероятно, а также гипотезами ге-нетической рекомбинации генов и ошибок рекомбинации.
Общая характеристика отдельных классов иммуноглобулинов
В связи с особенностями физико-химической структуры, антигенности и биологических функций различают 5 основных классов иммуноглобулинов (IgM, IgG, IgA, IgE, IgD).
Следует отметить, что антитела одной специфичности могут принадле-жать к различным классам иммуноглобулинов; в то же время к одному клас-су иммуноглобулинов могут принадлежать антитела различной специфично-сти.
Иммуноглобулины класса М
Иммуноглобулины класса М являются наиболее ранними как в филогене-тическом, так и в онтогенетическом отношении. В эмбриональном периоде и у новорожденных синтезируются в основном IgM. На долю IgM приходится около 10% общего количества иммуноглобулинов, средняя концентрация их в сыворотке женщин составляет 1,1 г/л, в сыворотке мужчин - 0,9 г/л.
Антитела класса IgM пятивалентны, обладают выраженной способ-ностью агглютинировать, преципитировать и лизировать антигены. Из всех типов антител IgM проявляют наибольшую способность к связыванию ком-племента. IgM находятся преимущественно в плазме крови и лимфе, ско-рость их биосинтеза составляет около 7 мг/сутки, период полужизни - 5,1 дня. IgM не проходят через плаценту. Обнаружение у плода IgM в высокой концентрации свидетельствует о внутриматочной инфекции.
Касаясь структурной организации IgM, необходимо отметить, что моле-кулы IgM имеют ММ, равную 900“000 с константой седиментации 19S, включают 5 субъединиц, соединенных дисульфидными связями между тяже-лыми цепями. Каждая субъединица IgM имеет ММ 180“000 и константу се-диментации 7S, идентична по структуре молекуле IgG.
Воздействуя на молекулу IgM пепсином, трипсином, химотрипсином, па-паином, можно получить различные фрагменты (Fab, Fd, Fc). В составе IgM имеется J-цепь,участвующая в полимеризации молекулы.
В зависимости от способности фиксировать комплемент при участии Fc-фрагмента IgM делятся на два подкласса: IgM1 и IgM2. IgM1 связывают ком-племент, IgM2 не связывают комплемент.
При электрофоретическом исследовании макроглобулины мигрируют в зоне -глобулиновой фракции.
К концу 2-го года жизни ребенка содержание IgM составляет 80% от его содержания у взрослых. Максимальная концентрация IgM отмечается в 8 лет.
Иммуноглобулины класса G
IgG представляют собой наиболее изученный класс иммуноглобу-линов, содержатся в сыворотке крови в максимально высокой по сравнению с дру-гими иммуноглобулинами концентрации (в среднем 12,0 г/л) , составляют 70-75% общего количества иммуноглобулинов.
Молекулярная масса IgG равна 150“000, константа седиментации-7S.
Обладая двумя антигенсвязывающими центрами,IgG образуют с полива-лентными антигенами сетевую структуру, вызывают преципитацию раство-римых антигенов, а также агглютинацию и лизис корпускулярных и патоген-ных агентов.
Выделяют наличие 4 подклассов IgG: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4.
Максимальной способностью активировать комплемент по классическому пути обладают подклассы IgG3, IgG1 и IgG2. Подкласс IgG4 способен акти-вировать комплемент по альтернативному пути.
Антитела, относящиеся к подклассам IgG1, IgG3, IgG4, беспрепятственно проникают через плаценту, антитела подкласса IgG2 обладают ограниченной способностью трансплацентарного транспорта.
IgG образуют основную линию специфических иммунологических меха-низмов защиты против различных возбудителей. Антитела подкласса IgG2 в основном продуцируются против антигенов полисахаридной природы, анти-резусные антитела относятся к IgG4.
Молекулы IgG свободно диффундируют из плазмы крови в тканевую жидкость, где находится почти половина (48,2 %) имеющегося в организме IgG.
Скорость биосинтеза IgG составляет 32 мг/кг массы в сутки, период полу-распада - 21-23 дня. Исключение составляют IgG3, для которых период полу-распада значительно короче - 7-9 дней.
Трансплацентарный переход IgG обеспечивается особой группировкой Fc-фрагмента. Переходящие через плаценту антитела от матери к ребенку имеют существенное значение для защиты организма ребенка от ряда микро-бов и токсинов: возбудителей дифтерии, столбняка, полиомиелита, кори. К концу первого года жизни ребенка в крови содержится 50-60% IgG от их со-держания у взрослого человека, к концу 2-го года - около 80% такового пока-зателя у взрослых.
Дефицит IgG2 и IgG4 в первые годы жизни определяет высокую чувстви-тельность ребенка к патогенному воздействию пневмококков, менингококков и других возбудителей.
Иммуноглобулины класса A
В соответствии с особенностями структуры выделяют три типа иммуног-лобулинов класса А:
сывороточные IgA, имеющие мономерную структуру и состав-ляющие 86% всего содержащегося в сыворотке IgA;
cывороточные димерные IgA;
cекреторные IgA, представляющие собой полимер, чаще всего димер, характеризуются наличием добавочного секреторного компонента, отсутствующего у сывороточного IgA.
IgA не определяются в секретах новорожденных; в слюне они появляются у детей в возрасте 2 месяцев. Содержание секреторного IgA в слюне достига-ет его уровня у взрослого к 8 годам. К концу первого года жизни ребенка в крови содержится примерно 30% IgA. Плазматический уровень IgA достига-ет такового у взрослых к 10-12 годам. Иммуноглобулины класса А составля-ют около 20% общего количества иммуноглобулинов.
В норме в сыворотке крови отношение IgG/IgA составляет 5-6, а в секре-тируемых биологических жидкостях (слюна, кишечный сок, молоко) оно уменьшается до 1 и менее. IgA содержатся в количестве до 30 мг на 100 мл секрета.
По физико-химическим свойствам IgA гетерогенны, могут встречаться в форме мономеров, димеров и тетрамеров с константами седиментации 7, 9, 11, 13. В сыворотке крови IgA представлены преимущественно мономерной формой; сывороточный IgA синтезируется в селезенке, лимфатических узлах и слизистых оболочках.
Биологическая функция IgA заключается в основном в местной защите слизистых оболочек от инфекции. Проникшие под эпителий антигены встре-чают димерные молекулы IgA. Образующиеся при этом комплексы активно выносятся на поверхность слизистых после их соединения с транспортным фрагментом в мембранах эпителия.
Высказывается предположение о возможности активации комплемента при участии IgA альтернативным путем и, таким образом, обеспечения при участии IgA процессов опсонизации и лизиса бактерий.
Известно также, что секреторный IgA препятствует адгезии бактерий к эпителиальным клеткам, затрудняя этим колонизацию слизистых бактерия-ми.
Помимо секреторного IgA существенное значение имеют содер-жащиеся в секретах у человека IgM и IgG, причем IgM могут активно секретироваться за счет наличия секреторного компонента и играть важную роль в обеспече-нии местного иммунитета в пищеварительном тракте. IgG могут проникать в секреты лишь пассивным путем.
Система секреторных иммуноглобулинов обеспечивает интенсивный, но непродолжительный иммунный ответ и не формирует клеток иммунологиче-ской памяти, препятствует контакту антигенов с плазматическими IgG и IgM, последующей активации комплемента и цитолитического разрушения собст-венных тканей.
Иммуноглобулины класса D
Иммуноглобулины класса D составляют около 2% общего количества им-муноглобулинов крови. Концентрация их в сыворотке достигает 30 мг/л, ММ составляет, по данным разных авторов, от 160“000 до 180“000; константы се-диментации колеблются от 6,14 до 7,04 S. IgD не связывают комплемент, не проходят через плаценту и не связываются тканями. 75% IgD содержится в плазме крови, период полураспада составляет 2,8 дня, скорость биосинтеза 0,4 мг/кг в день. Биологическая функция IgD неясна; на определенных стади-ях дифференцировки В-лимфоцитов IgD выполняют роль рецептора. Кон-центрация IgD возрастает почти вдвое во время беременности, а также уве-личивается при некоторых хронических воспалительных процессах.
Иммуноглобулины класса E
Концентрация IgE в плазме составляет 0,25 мг/л, процентное содержание от общего количества иммуноглобулинов - 0,003%, период полураспада 2,3 - 2,5 дня; скорость биосинтеза - 0,02 мг/кг массы в день.
IgE не связывают комплемент, не проходят через плаценту, термо-лабильны, быстро и прочно связываются аллогенными тканями, не преципи-тируют антигены. При аллергических заболеваниях концентрация IgE резко возрастает и достигает в среднем 1,6 мг/л.
Плазматические клетки, синтезирующие IgE, обнаруживаются в основном в слизистых оболочках бронхов и бронхиол, желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря, в миндалинах и аденоидной ткани. Распределение клеток, продуцирующих IgE, сходно с распределением IgA - продуцирующих клеток.
В случае преодоления барьера, образованного секреторными IgA, проис-ходит взаимодействие антигена с IgE - антителами, фиксированными на туч-ных клетках, индуцируется развитие аллергических реакций. Концентрация IgE в крови достигает уровня взрослых примерно к 10 годам. При участии Fc-фрагмента IgE фиксируются на поверхности клеток за счет Fc-рецепторов.
Различают классические высокоаффинные рецепторы тучных клеток и ба-зофилов для IgE, причем на одном базофиле могут фиксироваться от 30ґ103 до 400ґ103 молекул IgE, а также низкоаффинные рецепторы. Последние представлены в основном на макрофагах, эозинофилах, тромбоцитах.
Антитела класса IgE ответственны за развитие анафилактических (атопи-ческих) аллергических реакций гуморального типа.
Следует отметить, что в крови присутствует лишь около 1% IgE, более 99% IgE секретируются энтероцитами в просвет кишечника, причем секрети-руемые в просвет кишечника IgE создают противогельминтозную защиту, в частности, за счет IgE-зависимого цитолиза, обеспечиваемого эозинофилами. Как известно, эозинофилы могут продуцировать два токсических белка - большой основной протеин и катионный протеин эозинофилов.
Иммунодефицитные состояния (ИД) возникают в результате выпадения или недостаточности функции одного или нескольких элементов иммунной системы. Причинами заболеваний, обусловленных специфической иммунной недостаточностью, служат нарушения функций Т- или В-лимфоцитов – основы приобретенного иммунитета. Неспецифические иммунодефициты связаны с нарушениями в таких элементах иммунной системы, как комплемент, фагоциты, белки острой фазы воспаления.
^ ИД можно разделить на 3 группы.
Физиологические иммунодефициты (новорожденность, беременность, старость).
Первичные (врожденные), как правило, наследственные, но могут возникнуть и вследствие дефектов, возникших в эмбриональный период.
Вторичные – вследствие эндогенных факторов (болезни) или экзогенных (радиация и др.)
Иммунодефицит раннего постнатального периода.
Онтогенез
HLA-антигены у эмбриона появляются через 96 ч после оплодотворения (8 клеточных делений),
4-5 неделя – полипотентная (гемопоэтическая) стволовая клетка образуется в каудальном отделе спланхноплевры.
5-6 неделя – миграция в желточный мешочек, печень, там определяются все форменные элементы крови, даже Т-лимфоциты, хотя тимуса еще нет, но эпителий закладки тимуса уже секретирует активные тимические факторы.
7-8 недель – тимус заселяется Т-лимфоцитами.
8-10 неделя – лимфоциты определяются в периферической крови
10-12 неделя лимфоциты проявляют способность к адгезии, реакции бластной трансформации на ФГА и реакции трансплантат против хозяина (только на ксенотрансплантаты).
11-12 неделя – заселяется селезенка и костный мозг, органы, где уже в значимых количествах появляется В-лимфоциты.
12 недель – за 4 недели количество лимфоцитов в тимусе увеличивается в 30-40 раз, тимус приобретает дефинитивное строение.
12-16 неделя начинают синтезироваться фетальные антигены α (АФП), α 2 , γ, β-протеин и др., примерно 10 антигенов (раково-эмбриональные антигены), оказывающие супрессивное действие на иммунитет матери.
13-16 неделя – начинают заселяться лимфатические узлы, а еще позже – лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистой.
С 16-20 недели – количественное соотношение Т и В клеток в органах иммунной системы в целом соответствует таковому у взрослых: в тимусе – Т-85%, В-1,5%, в лимфатических узлах – Т-50-60%, В-1-10%, в селезенке – Т-10%, В-35%, в костном мозге – Т-2%, В-20%. Однако до момента рождения из тимуса выселяются лишь γδ + -клетки с ограниченной способностью к распознаванию антигена.
С 20 недели – на инфицирование плод отвечает образованием плазматических клеток и выработкой антител классов IgM, IgD, IgG и IgA.
36-40 неделя – в периферической крови 3-6*10 9 /л лейкоцитов.
Формирование иммунной системы не завершается к моменту рождения. После рождения на протяжении нескольких недель периферия иммунной системы заселяется αβ + -клетками. В течение периода колонизации лимфоидных органов Т-лимфоцитами функция тимусзависимого звена иммунной системы остается сниженной. Это проявляется:
снижением реакции ГЗТ (появляются на последних стадиях эмбриогенеза и достигают полного развития только к 1 году),
слабостью ответа Т-клеток на митогены и антигены, лишь ответ на антигены гистосовместимости (гомотрансплантаты) формируется рано, к моменту рождения,
низкой выработкой цитокинов. Недостаточность продукции интерферона приводит к снижению функции макрофагов, низкая секреторная активность Тх2-клеток и слабая экспрессия CD40, приводит недостаточности синтеза антител.
^
Динамика становления продукции иммуноглобулинов
В организме плода в заметных количествах образуется лишь IgM (с 11-13 недели беременности), преимущественно выступает в качестве групповых факторов - аглютининов. К рождению 0,1-0,2 г/л. Если выше – возможно внутриутробное инфицирование. Синтез IgM достигает уровня взрослых на втором году жизни.
IgG (все субклассы) появляются в крови плода на 10-12 неделе. Он поступает из организма матери через плаценту посредством процесса Fc-зависимого транспорта. Первый пик содержания IgG приходится на момент рождения (уровень как у взрослого) Время полужизни молекул IgG в циркуляции составляет примерно 20-23 дня, поэтому уровень материнского IgG к 2-м месяцем снижается вдвое, к 6 – практически исчезает. Собственный синтез IgG начинается примерно с 3 месяцев, но «взрослого» уровня он достигает лишь к 3-6 годам.
У новорожденных в крови такой же, как у матерей и даже выше, титр антител к:
токсинам дифтерийной палочки, столбняка, стафилококка и стрептококка,
вирусу полиомиелита и японского энцефалита.
вирусу гриппа (А2, С)
вирусу парагрипа (I, II, III)
Титр антител поддерживается при кормлении ребенка грудью. Так как у грудных детей IgG-антитела могут всасываться в ЖКТ, не теряя активность.
Материнские иммуноглобулины других классов не преодолевают плацентарный барьер в связи с отсутствием на поверхности клеток трофобласта соответствующих Fc-рецепторов, а также из-за больших размеров молекул IgA и IgM.
Сывороточный уровень IgA у новорожденного – 0,002-0,02 г/л, начинает синтезироваться в заметных количествах с 3-6 месяцев, но в период кормления грудью, поступает с молоком матери, защищает, слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и частично всасывается в неизмененном виде. Секреторный компонент начинает синтезироваться через неделю после рождения и достигает дефинитивных значений только к 10-11 годам.
Способность к образованию IgE, плод приобретает на 11-12 неделе, к рождению концентрация достигает 10-200 мкг/л. После рождения уровень медленно растет (у здоровых), достигая пика к 6-15 годам, затем постепенно снижается до «взрослого» содержания – менее 300 мкг/л. Период полувыведения IgE из кровотока 2-3 суток, в тканях длительность его полужизни 8-14 суток.
В возрасте 3-6 месяцев выраженность гуморального дефицита достигает максимума, так как исчерпываются запасы материнских IgG, a собственные IgG только начинают синтезироваться. Особенно это выражено у недоношенных. В годовалом возрасте суммарный синтез иммуноглобулинов составляет примерно 60% от количества у взрослого (IgG –80%, IgM – 75%, IgA – 20%) После года спектр гуморального дефицита сужается, но полностью дефицит ликвидируется только к 10 годам.
На ранних этапах онтогенеза антигенраспознающий репертуар V-генов более узкий, чем у взрослых, так как в состав перестроенного V-гена иммуноглобулинов и TCR с большей вероятностью включаются зародышевые V-сегменты, прилежащие к 3"-концу этой генетической области.
Таким образом, у детей первых лет жизни имеет место естественный клеточный и в большей степени гуморальный иммунодефицит, проявляющийся не только снижением синтеза всех изотипов иммуноглобулинов, но и уменьшением их специфичности. Указанные особенности обуславливают повышенную восприимчивость детей к простудным заболеваниям и прочим инфекциям.
^
Иммунодефицит при старении
Трудно точно определить возраст, в котором проявляется старческий иммунодефицит. Большинство клинически значимых проявлений иммунодефицита появляются обычно после 70 лет или могут не проявляться вовсе. Однако изменения в иммунной системе, в итоге приводящие к старческому иммунодефициту, постепенно проявляются в течение всей жизни человека. Так, инволюция тимуса начинается с годовалого возраста.
^
Этапы возрастной инволюции тимуса.
1. «Перифериализация» функций тимуса.
Часть «полномочий» передается от тимуса популяции периферических Т-лимфоцитов.
На периферии происходит накопление Т-клеток памяти против эпитопов, маркирующих основные внешние агенты (инфекционные, пищевые и т.д.), эта «библиотека» поддерживается на периферии и обеспечивает защиту от основной массы потенциально агрессивных факторов.
Тимусзависимый путь развития поддерживается в незначительном масштабе при необходимости ответа на более экзотические иммуногены.
Снижение «пропускной способности» тимуса. Число Т-клеток, образующихся в тимусе у старых людей, составляет менее 1% от их количества, продуцируемого тимусом новорожденных.
Снижение секреции основного гормона тимуса тимулина. Начинается с периода полового созревания и к возрасту 60 лет гормон практически не удается обнаружить. Уровень других гормонов тимуса с возрастом также снижается, хотя и несколько слабее.
Позже 60 лет происходит резкое опустошение тимуса: одновременно утрачиваются эпителиальные и лимфоидные клетки. В первую очередь атрофируется кора, участки нормальной ткани тимуса сохраняются вокруг сосудов.
Дефицит гормонов тимуса приводит к функциональной недостаточности периферических Т-лимфоцитов. Этот эффект, как правило, достаточно долго компенсируются и не приводят к проявлениям иммунодефицита, однако после 60-70 лет обычно регистрируется:
снижение численности Т-лимфоцитов на периферии (особенно в циркуляции). В большей степени оно затрагивает CD4 + , чем СВ8 + субпопуляцию,
среди хелперов в большей степени снижаются Th1-, чем Тh2-клетки,
численность В-лимфоцитов и NK-клеток существенно не изменяется,
активность фагоцитов может даже повышается,
снижается тимусзависимый гуморальный ответ вследствие чего нарушается «созревание аффинитета» повышается концентрация низкоаффинных иммуноглобулинов, преимущественно IgA. В специфический гуморальный ответ вовлекается ограниченное число специфических клонов (олигоклональный ответ) и увеличивается вклад поликлональной (т.е. неспецифической) составляющей,
нарушаются селекционные процессы в тимусе и регуляторная активность Т-клеток,
примерно у 50 % старых людей определяются высокий титр аутоантител к распространенным (ДНК, коллаген, IgG), и органоспецифическим (белки щитовидной железы) антигенам. Это накопление аутоантител довольно редко проявляется клинически, но положительно связано со смертностью старых людей от сосудистых заболеваний и рака.
Показано, что развитие климактерического синдрома (КС) и его тяжесть во многом определяются гиперактивностью аутоиммунных реакций по отношению к антигенам яичников. В качестве критериев тяжести КС предложено использовать следующие величины титров антител против яичников:
легкая степень тяжести - от 1:8 до 1:32;
средняя степень тяжести - от 1:32 до 1:128;
тяжелый КС - выше 1:128 [МайданникИ.Л., 1988].
Резюмируя вышеизложенное, следует подчеркнуть: возрастные нарушения в тимусе и ослабление Т-клеточного надзора создают повышенную предрасположенность к аутоиммунным процессам, способствует повышению частоты опухолей, приводят к ослаблению проявлений аллергических процессов.
Повторные и хронические стрессы могут ускорить старение иммунной системы.
Динамика образования антител имеет различный характер в зависимости от силы антигенного воздействия (дозы антигена), частоты воздействия антигена и его иммунной системы. Антителообразование протекает в несколько стадий:
1) латентная фаза - происходит переработка и представление антигена иммунокомпетентным клеткам и размножение клона плазматических клеток. Начинается синтез антител. В этом периоде антитела в крови не обнаруживаются;
2) логарифмическая фаза - синтезированные антитела высвобождаются из плазмоцитов и поступают в лимфу и кровь;
3) стационарная фаза - количество антител достигает максимума и стабилизируется;
4) фаза снижения уровня антител.
При первичном введении антигена (первичный иммунный ответ) латентная фаза составляет 3-5 суток, стационарная - 15-30 суток, фаза снижения - 1-6 месяцев и более.
Особенностью первичного иммунного ответа является то, что первоначально синтезируется IgM, затем IgG, а позже IgA.
Основные отличия вторичного ответа от первичного следующие:
Укороченный латентный период (до нескольких часов или 1-2 дня); более быстрый подъем и более высокий уровень концентрации антител (максимальная концентрация увеличивается в 3 раза); медленное снижение уровня антител, иногда в течение нескольких лет; синтезируется главным образом IgG.
Такое различие антителообразования при первичном и вторичном иммунном ответе объясняется тем, что после первичного введения антигена в иммунной системе формируется клон лимфоцитов с иммунологической памятью о данном антигене. После повторной встречи с этим же антигеном клон лимфоцитов с иммунологической памятью быстро размножается и интенсивно включает процесс антителогенеза.
Очень быстрое энергичное антителообразование при повторной встрече с антигеном используется для получения высоких титров антител при производстве диагностических и лечебных сывороток от иммунизированных животных, а также для экстренного создания иммунитета при вакцинации.
18.ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМОРАЛЬНОГО И КЛЕТОЧНОГО ИММУННОГО ОТВЕТА.
Принято различать следующие формы иммунного ответа: 1) гуморальный ответ, 2) клеточный ответ, 3) гиперчувствительность немедленного типа, 4) гиперчувствительность замедленного типа; 5) иммунологическая память; 6) иммунологическая толерантность.
Иммунный ответ происходит в результате взаимодействия АПК (дендритных клеток, макрофагов), Т- и В-лимфоцитов, цитокинов. Он включает: 1) распознавание антигена; 2) активация клеток; 3) их дифференцировка и пролиферация.
Клетки взаимодействуют: 1) при контакте через специальные рецепторы на мембране клеток; 2) при помощи цитокинов .
Гуморальный иммунный ответ (антителообразование) . Основой гуморального иммунного ответа является активация В-лимфоцитов и их дифференцировка в антителообразующие плазматические клетки – плазмоциты.
В нем участвуют В-лимфоциты и Т H 2-хелперы .
В-лимфоциты играют роль антигенпрезентирующей и антителообразующей клетки.
Т H 2-хелперы дифференцируются из Т H 0-хелперов (наивных, нулевых) после распознавания комплекса антиген -MHC II класса на антигенпрезентирующих клетках (АПК, например, макрофагах).
Презентация макрофагами данного комплекса Т H 0-хелперам включает:
1) поглощение антигена и его расщепление (процессинг) до антигенных пептидов;
2) связывание антигенных пептидов с молекулами MHC II класса, образующимися внутри клетки («загрузка» в желобки молекул МНС);
3) выход комплекса антиген -MHC II класса на поверхность клетки для контакта с TCR Т H 0-хелпера.
При презентации антигена формируется иммунный синапс – зона (место)контакта между клетками для распознавания антигена и проведения сигнала в клетку. Включает: TCR (на Т H 0) + антиген - MHC II класса (на макрофаге)+ корецептор СД4 (на Т H 0). Таким образом, TCR распознает измененное «свое», осуществляя двойное распознавание «своего» от «чужого». При этом TCR одного лимфоцита распознают только один антиген. Т H 0-хелпер превращается в Т H 2-хелпер .
После этого Т H 2-хелперы взаимодействуют с В-лимфоцитами. В-лимфоцит распознает антиген при помощи BCR (иммуноглобулиновый рецептор) и клетка поглощает его. После расщепления антигена до низкомолекулярного пептида (процессинга ) и встраивания его в MHC II класса, В-лимфоцит представляет комплекс антиген -MHC II класса Т H 2-хелперу, который взаимодействует с ним при помощи TCR и корецептораСД4. Иммунный синапс включает: TCR (на Т H 2)+ антиген - MHC II класса (на В-лимфоците) +корецептор СД4 (на Т H 2). Далее, на поверхности Т H 2-хелпера появляется СД40-лиганд, который связывается с СД40-рецептором на В-лимфоците. После чего запускается пролиферация, дифференцировка клеток в плазмоциты, синтезирующие иммуноглобулины различных классов. Пролиферация В-лимфоцитов усиливается под воздействием ИЛ-3. Интерлейкины (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13), продуцируемые Т H 2, участвуют в переключении синтеза классов иммуноглобулинов. Плазмоциты синтезируют антитела одной специфичности.
Образовавшиеся антитела специфически связываются с антигенами, вызвавшими их образование - формируются комплексы антиген-антитело . Комплексы антиген-антитело разрушаются при помощи комплемента (за счет образования МАК) или поглощаются и перевариваются макрофагами (иммунный фагоцитоз).
На поверхности одного микроба может быть множество различных антигенов, поэтому обычно вырабатывается целая серия антител, каждое из которых при этом направлено на определенный антиген.
Клеточный иммунный ответ - формирование клона цитотоксических Т-лимфоцитов – ЦТЛ (СД8), способных разрушать клетки мишени, мембраны которых содержат чужеродные материалы (например, вирусные белки).
Клеточный иммунный ответ лежит в основе противоопухолевого, противовирусного иммунитета и в реакциях отторжения трансплантата, т.е. трансплантационного иммунитета.
В клеточном иммунном ответе участвуют Т H 1-хелперы, ЦТЛ и АПК. Антигепрезентирующие клетки – АПГ (макрофаги и дендритные клетки) поглощают антиген и после процессинга представляют:
1) комплекс антиген -MHC I класса ® ЦТЛ; иммунный синапс включает: TCR (на ЦТЛ)+ антиген - MHC I класса (на макрофаге)+ корецептор СД8 (на ЦТЛ);
2) комплекс антиген-MHC II класса ® Т H 0;иммунный синапс включает:TCR (на Т H 0) + антиген-MHC II класса (на макрофаге)+ корецептор СД4 (на Т H 0) (как и при гуморальном иммунном ответе, но при этом Т H 0 ® Т H 1).
Таким образом, ЦТЛ с помощьюTCR и корецептора СД8 распознает антиген и MHC I класса (двойное распознавание), а Т H 0 с помощьюTCR и корецептора СД4 распознает антиген и MHC II класса и дифференцируются в Т H 1. Т H 1 секретируют ИЛ-2, под действием которого происходит пролиферация ЦТЛ. После чего ЦТЛ «узнают» клетки-мишени, инфицированные внутриклеточными микробами (например, вирусами). На клетках-мишенях выставляются микробные антигены в комплексе с MHC I класса, распознаваемые TCR и корецептором СД8. Активированные и дифференцированные ЦТЛ вызывают гибель клеток-мишеней с помощью выделяемых имицитотоксических белков: перфорины, гранулизины, гранзимы , которые, встраиваясь в мембрану клетки-мишени, образуют поры, способствующие проникновению гранзимов, которые запускают апоптоз клетки-мишени.
Разновидностью клеточного иммунного ответа является гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) с участиемТ H 1-хелперов и активированных макрофагов. Наибольшую роль в активации макрофагов и NK-клеток выполняет γ-интерферон, выделяемый Т H 1. Активированные макрофаги производят эффективную деструкцию антигена.