Гуморальный иммунный ответ

Гуморальный иммунный ответ осуществляется путем выработки антител (иммуноглобулинов – Ig) к чужеродному антигену (от лат. humor – жидкость). Они циркулируют в жидкостях организма и обеспечивают нейтрализацию антигена.

На поверхности В -лимфоцитов находится иммуноглобулиновый рецептор BcR (sIg – superficial Ig). Именно он распознает, захватывает и переносит антиген внутрь клетки. Происходит внутриклеточное расщепление антигена с образованием пептидов. Они в комплексе с молекулами II класса МНС выносятся на поверхность В -клетки, обеспечивая процессинг антигена и представляя его в иммуногенной форме. Развитие дальнейших событий зависит от характера антигена.

Тимусзависимые антигены (TD – t hymus d epending-antigens) для выработки антител нуждаются в помощи Т -хелперных лимфоцитов.

Комплекс антигенный пептид+молекула МНС II класса распознается и связывается с Т-хелпером (Тh2) с помощью Т-клеточного рецептора (TcR или ТкР) и ко-рецепторных (CD 4, CD28) молекул – адгезинов. Эти процессы сопровождаются активной секрецией цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИНФ и др.), которые стимулируют процесс размножения В-лимфоцита и образования клона плазматических клеток, вырабатывающих иммуноглобулины только на данный антиген.

Иммунный ответ на тимуснезависимые антигены (ЛПС, бактериальные полисахариды, высокополимерные белки и др.) осуществляется без участия CD 4Т -хелперов. В этом процессе участвуют только В -клетки, имеющие антигенраспознающий иммуноглобулиновый рецептор. При этом иммунный ответ развивается быстро, обычно в ранние сроки инфекции, но является менее совершенным. Без участия Т-хелперных клеток продуцируются антитела только одного изотипа (IgM). Аффинность (сила связывания) этих антител низкая, и не образуются клетки памяти.

Процесс образования антител происходит в лимфоидной ткани.

Иммуноглобулины

Для гуморального иммунитета характерна выработка специфических антител (иммуноглобулинов).

Антитела – специфические белки гамма-глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами (Ig).

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Установлено, что Ig являются гликопротеинами сыворотки крови, сосредоточены в γ - глобулиновой фракции и имеют глобулярную вторичную структуру.

Ig разделены в зависимости от локализации на три группы:

сывороточные Ig (в крови);

секреторные Ig (в секретах - содержимом желудочно-кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно - в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

поверхностные Ig (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В-лимфоцитов).

Ig характеризуются общим типом строения. Структурной единицей антител является мономер,состоящий из двух легких (L) и двух тяжелых (H) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgD и IgE. У полимерных Ig имеется дополнительная джей- полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

По специфичности и способности связывать антиген в молекуле Ig выделяют 3 фрагмента:

Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и одинFc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со «своим» рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как вариабельные V_L и V_H области. В их составе выделяют гипервариабельные участки (3 в L - и 4 в Н -цепях), которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающего центра или паратопа). Разновидности последовательности аминокислот в этих гипервариабельных участках определяют специфичность антитела. Именно с антигенсвязывающим центром взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу «ключ-замок» и образован гипервариабельными областями L - и Н -цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.

При определенных условиях эти гипервариабильные области могут также выступать в роли антигенов (идиотипов).

В молекуле Ig меньше двух антигенсвязывающих центров быть не может, но один может быть завернут внутрь молекулы – это неполное антитело. Оно блокирует антиген, и тот не может связаться с полными антителами.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков – доменов. В легких (L) цепях - два домена - один вариабельный (V) и один константный (С), в тяжелых (Н) цепях - один V и 3 или 4 (в зависимости от класса Ig) С домена.

Существуют легкие цепи двух типов - каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Выявлено пять классов тяжелых цепей - альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эпсилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов - A, G, Е, М и D. Именно константные области Н - цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.

Следовательно, известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико-химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса (IgG_l, IgG₂, IgG₃, IgG₄), в составе IgA - два подкласса (IgA_l, IgA₂).

Антигенность антител. Иммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью и выраженной иммуногенностью. В молекуле Ig различают 4 типа антигенных детерминант: видовые, изотипические, аллотипические и идиотипические.

Видовые антигенные детерминанты характерны для Ig всех особей данного вида (например, кролика, собаки, человека). Они определяются строением легкой и тяжелой цепи, по этим детерминантам можно идентифицировать видовую принадлежность АТ.

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

Аллотипические антигенные детерминанты являются индивидуальными, т.е. присущими конкретному организму. Они располагаются в легкой и тяжелой полипептидных цепях. Позволяют различать особи внутри одного вида.

Идиотипические антигенные детерминанты отражают особенности строения антигенсвязывающего центра самой молекулы Ig. Они образованы V-доменами легкой и тяжелой цепи молекулы Ig. Обнаружение идиотипических антигенных детерминант послужило основанием для создания теории «идиотип-антиидиотипической» регуляции биосинтеза антител.

У антител, специфичных к антигенным детерминантам, конструкция активных центров неодинакова за счет наличия разнообразных аминокислот в гипервариабельных областях. Это обеспечивает уникальность антигенсвязывающего участка молекулы иммуноглобулина, названного идиотипом (idious – уникальный, не такой как все) антитела.

Следовательно, идиотип антитела – это отражение специфичности антитела по отношению к антигену.

Все молекулы Ig, выделяемые отдельными лимфоцитами и его потомками (клоном), имеют одинаковый идиотип и обозначаются как м оноклональные антитела. К этому уникальному участку также можно получить антитела, которые называются антиидиотипическими. Эти антитела образуются в норме и могут участвовать в регуляции иммунного ответа.

Таким образом, в молекуле Ig различают 3 типа антигенных детерминант – изотипические, аллотипические, идиотипические. Эти детерминанты определяют специфичность антител (около 10¹⁶–10⁹ вариантов) по отношению к разнообразным антигенам. Антигенное разнообразие молекул Ig генетически детерминировано.

Основные биологические характеристики Ig

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2. Валентность - количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией – моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела называют полными антителами. Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Аффинность - (степень сродства) – это прочность связывания между одним антигенным эпитопом и одним активным центром антитела, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность связи антигена с антителом – это интегральная характеристика силысвязи цельной молекулы антигена (всех его эпитопов) со всеми активными антигенсвязывающими центрами цельной молекулы антитела. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител Связывание антигена с антителом основывается на тесном контакте, который обеспечивается ван-дер-ваальсовыми силами (через облако электронов), водородными связями, электростатическим притяжением или гидрофобными связями.

Гетерогенность – обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант: изотипических, аллотипических и идиотипических – отражающих индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками паратопов антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения гипервариабельных участков Н- и L-цепей – множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

Основные биологические функции Ig

Благодаря уникальной особенности специфически связываться с антигенными детерминантами, Ig выполняют в организме ряд важнейших функций, как форма иммунного реагирования (эффекторная) и фактор регуляции иммунореактивности (регуляторная). При этом необходимо дифференцировать эффекты специфического высокоаффинного взаимодействия и неспецифического (низкоаффинного). Прямые эффекты:

в результате специфического взаимодействия эпитопа молекулы Аг с паратопом молекулы АТ осуществляется связывание антигенов, в том числе токсинов и ферментов (образование ИК) и их нейтрализация – на принципе нейтрализации основан механизм действия антитоксических, противовирусных и многих других лечебных иммунных сывороток;

энзиматическая активность Ig (связана с С-областью V-домена L-цепи; благодаря протеазной или нуклеазной активности, Ig способны вызывать деструкцию молекулы Аг, например, расщепление отдельных пептидов или ДНК).

В большинстве случаев взаимодействие АТ с Аг в организме не влечет за собой непосредственную нейтрализацию биологического действия Аг, а также его разрушение или утилизацию. Прочно связываясь с эпитопом, АТ «маркируют» молекулы Аг – обозначают его как мишень для факторов элиминации или деструкции (фагоцитоз, лизис). К непрямым эффектам относятся:

индукция иммунного фагоцитоза, приводящая к элиминации любых форм Аг из организма (с участием комплемента);

опосредование ГНТ, или I типа;

запуск антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности*;

активация комплемента по классическому пути и индукция комплемент-опосредованного лизиса чужеродных или измененных клеток;

опсонизация корпускулярных антигенов и подготовка их к поглощению фагоцитами – за счет неспецифической адсорбции или низкоаффинного связывания, неспецифического ингибирования биологического действия Аг;

АТ являются активными регуляторами иммунореактивности (служат специфическими рецепторами В-лимфоцитов; специфическими ко-рецепторными факторами базофилов и тучных клеток; антиидиотипические АТ могут управлять силой антительного иммунного реагирования).

* В антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности принимают участие NK с фенотипом CD16 ⁺. На своей поверхности они несут низкоаффинный FcR к молекуле IgG, связанной антигеном в ИК. Этот фенотип NK (EK) постоянно циркулирует в кровотоке и других биологических жидкостях в «поиске» клеток, инфицированных различными паразитами (вирусами, бактериями, простейшими) и «помеченных» I gG. При контакте с зараженной клеткой NK индуцирует разрушение клеток-мишеней осмотическим лизисом (перфорином) или индукцией в них апоптоза (гранзимы).

Молекулы Ig присутствуют в организме в растворимой форме в крови и других биологических жидкостях, а также на ЦПМ В -лимфоцита в составе трансмембранного антигенспецифического рецептора. Рецепторные Ig имеют те же изотип и специфичность, что и синтезируемые в межклеточную среду АТ. Структурное отличие от секретируемых АТ заключается в особом, дополнительном М-пептиде, благодаря которому молекула рецепторного Ig фиксируется в ЦПМ иммунокомпетентных клеток.