Доімунні біологічні механізми

РЕЗИСТЕНТНОСТІ ДО ІНФЕКЦІЙ

 

Поряд зі специфічними імунологічними механізмами існують вроджені неспецифічні механізми гомеостазу чи резистентності. До гуморальних факторів неспецифічної резистентності належать: 1) лейкіни — речовини, отримані з нейтрофілоцитів, виявляють бактерицидну дію по відношенню до ряду бактерій; 2) еритрин — бактерицидна по відношенню до дифтерійної палички речовина, яка отримана з еритроцитів; 3) бета-лізини; 4) пропердин і ін. У вилочковій залозі, селезінці і нирках містяться спермін і спермідин, які інактивують мікобактерії туберкульозу після впливу на них ферменту спеміноксидази. У великій кількості цей фермент наявний у нирках морських свинок, у зв'язку з чим вони не хворіють на туберкульоз нирок. Факторами неспецифічної резистентності є шкіра і слизові оболонки, що механічно перешкоджають проникненню мікробів у тканину і виділяють речовини, які здійснюють бактерицидну дію. Слина, шлунковий сік і травні ферменти інгібують ріст і вбивають мікробів. Розрізняють видову, спадкову чи уроджену резистентність і набутий імунітет. Останній може бути кількох видів: 1) природний активний, що виникає після перенесеного захворювання; 2) природний пасивний, що зумовлений надходженням в організм плоду специфічних антитіл через плаценту і з молоком матері; 3) штучний активний, виникаючий після вакцинації; 4) штучний пасивний, який виникає після введення готових антитіл з імунною сироваткою. Активний імунітет звичайно зберігається протягом ряду років, а пасивний — протягом декількох тижнів, місяців.

Лізоцим

Лізоцим (N-ацетилмурамідаза) – фермент, що руйнує зв’язки між ацетилмураміновою кислотою та N-ацетилглюкоаміном у молекулі пептидоглікану клітинної стінки бактерій, в результаті чого відбувається лізис бактерій. Найбільш чутливими до лізоциму є грампозитивні бактерії. Лізоцим - це низькомолекулярний білок, що складається із одного поліпептидного ланцюга, який містить 130 амінокислотних залишків; стабільний у кислому середовищі і втрачає ферментативну активність у нейтральних та лужних розчинах, особливо при нагріванні; стійкий до дії протеаз; дуже поширений у природі: від бактерій, вірусів до людини. У людей лізоцим міститься у секретах шкіри та слизових оболонок, крові, молоці, спермі, лізосомах клітин, особливо фагоцитів; синтезується макрофагами та нейтрофілоцитами. Багато лізоциму у яєчному білку, соку редьки, хрону. При певних інфекційних, онкологічних та інших захворюваннях відбувається зміна лізоцимної активності рідин, що використовують з діагностичною метою. В медицині лізоцим використовують найчастіше як місцевий антибактеріальний засіб при септичних станах, опіках, обмороженнях, кон’юнктивітах, гайморитах та ін.

Лізоцим, отриманийз різних джерел, відрізняється за хімічною структурою і механізмом дії.

Численні дослідження довели, що лізоцим стимулює синтез антитіл. Попереднє парентеральне введення розчину кристалічного лізоциму експериментальним тваринам значно підвищує титр антитіл до антигенів вакцини. При цьому збільшується також тривалість збереження більш високих титрів антитіл. Лізоцим вибірково стимулює відповідь на визначений антиген. Вилучення лізоциму з крові викликає зниження в сироватці рівня комплементу, пропердину і лізинів.

У сироватці крові немовлят лізоцим міститься в більш високих концентраціях, ніж у сироватці матері, відповідно 13,5 і 9,5 мкг/моль. Надалі титр лізоциму знижується і знову підвищується в осіб молодого і середнього віку (3,7—3 мкл/моль). У літніх і людей старечого віку титр лізоциму у крові знижується до 2—3 мкг/моль.

Титр лізоциму в сироватці крові знижується при гострих інфекційних захворюваннях, запаленні легень і сальмонельозах. Ступінь зниження залежить від важкості стану. Падіння до дуже низького рівня відбувається при несприятливому перебігу хвороби. У період видужання вміст лізоциму в сироватці крові нормалізується. При хронічних запальних захворюваннях титри знижуються в період загострення процесу. У слизі носа вміст лізоциму знижується при атрофічних процесах в епітелії верхніх дихальних шляхів, але різко зростає при гіпертрофії слизової оболонки. В експерименті в кроликів у період гострого запалення легень концентрація лізоциму зростала як у тканині легень, так і в сироватці крові, і знижувалася в період видужування. Мурамідаза має виражені бактерицидні властивості по відношенню, Staphylococcus, Streptococcus haemolyficus, Corynebacterium dyphterie, Pneumococcus, Salmonella, вірусу грипу та ін.

 

Комплемент

Система комплементу - багатокомпонентна і багатофункціональна система захисних сироваткових білків людини й інших тварин. Комплемент є системою, що складається з 11 різних за фізико-хімічними властивостями нормальних білків сироватки крові, що реагують між собою у визначеній послідовност і. Ця система білків у процесі філогенезу з'явилася в риб. Білки системи комплементу знаходяться в сироватці в неактивному стані. Факторами, що активують цю систему, є імуноглобуліни і комплекс антиген-антитіло. Антитіла набувають здатності зв'язувати комплемент тільки в поєднанні з антигеном або будучи неспецифічно агрегованими. Не всі комплекси антиген-антитіло фіксують комплемент, що може залежати як від властивостей антигену, так і антитіл. При неспецифічній (нагрівання) чи специфічній (з'єднання з антигеном) агрегації імуноглобуліни здобувають здатність зв'язувати комплемент, очевидно, у зв'язку зі звільненням у молекулі антитіла угрупування, що може з'єднуватися з комплементом. Антитіла, що зв’язані з детермінантами антигену на клітинній мембрані, фіксують комплемент на поверхні клітини й у безпосередній близькості від неї. Розчинні комплекси антиген-антитіло активують комплемент у рідкому середовищі. Активація системи комплементу обумовлює численні важливі в біологічному відношенні процеси в крові і тканинах, що приводять у кінцевому рахунку, до ушкодження клітин і їх лізису. Еритроцити чи іншіклітини - мішені лізуються під впливом специфічних антитіл після того, як утворений комплекс антиген- антитіло фіксує комплемент. При відсутності комплементу імунний лізис еритроцитів не настає. Фіксація комплементу супроводжується утворенням ряду біологічно активних речовин, що впливають на інші гомеостатичні гуморальні системи.

Крім лізису клітин, система комплементу бере участь у регуляції імунної відповіді, реакціях гіперчутливості, у фагоцитозі, нейтралізації вірусів і ін. Дефіцит деяких компонентів приводить до розвитку рецидивуючих інфекцій.

Комплемент позначається буквою С. Компоненти комплементу мають номери від 1 до 9. Субодиниці і фрагменти, що утворюються при розщепленні компонентів комплементу, позначаються номерами з малими буквами: СЗа, СЗЬ і т.д. Послідовність участі в реакції зв’язування комплементу перших чотирьох компонентів: С1, С4, С2, С3, а решти п’яти – за порядковими номерами С5, С6, С7, С8, С9.

Усі компоненти системи комплементу взаємодіють для досягнення кінцевого ефекту, асаме, ушкодження клітинних мембран та лізису чужорідних еритроцитів і інших клітин. Для запуску цієї реакції досить зв'язування однієї молекули IgМ і двох молекул IgG. IgА активують комплемент лише в окремих випадках, a IgD та IgЕ не активують його зовсім. ІgМ більш активні при індукції гемолізу еритроцитів, але недостатньо активують комплемент для лізису ядерних клітин, у той час як IgG, навпаки, менш ефективні при індукції гемолізу, але інтенсивно лізують ядерні клітини. Субкласи IgG зв'язують комплемент зі згасаючою активністю у наступному порядку: IgG3 > IgGI > IgG2. IgG4 комплемент не фіксує.

Лімфоцити, нейтрофілоцити і тромбоцити містять на своїх мембранах рецептори для СЗ. За допомогою цих рецепторів до них можуть прикріплюватися антигени, зв'язані з IgM і IgG, у молекулах яких також є рецептори для СЗ. Наступна адсорбція комплексом антиген — антитіло інших фракцій комплементу приводить до лізису клітини.

Комплекс антиген-антитіло активує систему комплементу з наступним каскадним процесом включення всіх дев'яти компонентів. Цей шлях активації комплементу називають класичним.

Класичний шлях активації комплементу. Реакцію зв'язування комплементу в імунному гемолізі еритроцитів розділяють на п'ять етапів. Суть послідовних перетворень комплементу полягає в тому, що кожний з перших п'яти компонентів системи комплементу в результаті активації перетворюється у фермент, що розщеплює наступний компонент, надає йому властивостей ферменту.

Альтернативний шлях активації комплементу відбувається без участі антитіл. Полісахариди багатьох бактерій (переважно непатогенних, бо патогенні бактерії стійкі до дії комплементу і навіть можуть його інактивувати) зв’язують та активують С3, до С3 приєднується та стабілізує його пропердин – ще один фактор неспецифічного гуморального захисту. Надалі каскадна активація комплементу відбувається аналогічно класичному шляху активації: С3 – С5 – С6 – С7 – С8 – С9 з утворенням мембраноатакуючого комплексу.

Таким чином, комплемент виконує важливу захисну роль в організмі. Він також бере участь в активації фагоцитозу. Тому для оцінки стану опірності організму визначають вміст комплементу у сироватці крові людей.

 

Бета-лізини

У сироватці крові містяться фактори, що здійснюють бактерицидну дію, в основному, на споротвірні бактерії. Існує широкий діапазон чутливості до бета-лізинів окремих штамів чутливого виду бактерій (Staph. aureus). Одержують їх із сироватки крові шляхом осадження ацетоном. Є припущення, що бета-лізини виділяються тромбоцитами в процесі згортання крові. Це складна система факторів сироватки крові, у складі яких містяться білки з різною молекулярною масою. Бета-лізини термостабільні, витримують прогрівання при 60-65°С 30 хв. В очищеному вигляді вони не руйнуються протягом 30 хв. при температурі 97° С, оптимум дії при рН 5,7—5,8.

Бактерицидна дія бета-лізинів, очевидно, обумовлена тим, що вони впливають на цитоплазматичну мембрану, чим індукується аутоліз клітинної стінки ферментами цитоплазматичної мембрани. Бета-лізини виявлені в сироватці крові людини, різних ссавців і птахів. Вони містяться у великій кількості в сироватці пацюків, що високорезистентні до палички сибірської виразки; виявляють активність під час відсутності комплементу й антитіл, у той час як активність лізоциму в присутності комплементу й антитіл підвищується. Бета-лізини активні тільки в присутності іонів Са²⁺. Активність лізоциму від цих іонів не залежить. Рівень бета-лізинів коливається в залежності від віку й інших фізіологічних факторів. У здорових немовлят активність бета-лізинів близько 24%, до трирічного віку вона досягає 52%, а потім знижується до 32% і на такому рівні тримається до 60 років. При хронічному лімфолейкозі і гострому лейкозі рівень бета-лізинів знижується, у гострій фазі запальних та аутоімунних процесів підвищується, при видужанні і переході в хронічну форму наближається до норми. У зв'язку з цим бета-лізини використовують як для оцінки стану природного імунітету, так і гостроти запального процесу.

 

Фагоцитоз

І.І. Мечников, займаючись порівняльною ембріологією та гістологією ссавців, у 1882 році відкрив особливі клітини серед білих клітин крові (лейкоцитів), які, як амеби, поглинали мікроорганізми та перетравлювали їх всередині себе.

Схожі процеси описували інші дослідники і до Мечникова. Але нова думка Мечникова полягала власне в усвідомленні захисного значення цього процесу для всього організму, а не травного для окремої клітини. Вчений назвав ці клітини пожираючими. Гроббен і Гейдер підказали йому грецькі корені, що склали термін – фагоцити. До Мечникова лікарі вважали лейкоцити крові хвороботворними клітинами, оскільки спостерігали їх в надлишку у вогнищах гнійного запалення.

Будь-яка жива клітина (в тому числі і організму ссавців) поглинає речовини із зовнішнього середовища через спеціальні канали для метаболітів у мембрані, ендоцитозом окремих молекул. Але фагоцитоз – це особливий процес поглинання клітиною крупних макромолекулярних комплексів або корпускулярних структур.

У багатоклітинних організмів фагоцитоз є одним з головних і ранніх механізмів природного імунітету і раннім етапом специфічної імунної відповіді, що полягає в переробці антигена і представленні його лімфоцитам.

Фагоцити також здійснюють активуючу та супресорну дію на лімфоцити, беруть участь у реалізації імунологічної толерантності, протиінфекційного, трансплантаційного і протипухлинного імунітету, деяких форм алергії.

Фагоцитоз протікає у декілька етапів. Він починається з наближення фагоцита до об'єкта, одночасно з цим відбувається підготовка об'єкта до захоплення - опсонізація, що полягає в прикріпленні до поверхні об'єкта молекул комплементу (C3), а в імунному організмі - імуноглобулінів. Наступний етап полягає в прикріпленні опсонізованої частки на C3- і FcIg-рецепторах поверхні фагоцита. Після прикріплення включається процес поглинання частки шляхом утворення інвагінації клітинної мембрани, формування фагосоми із захопленою часткою. Фагосома зливається з лізосомами, а в нейтрофілоцитів - ще з гранулами, що несуть основні білки (лактоферин, лейкін та ін.). Мертві бактерії, клітини та їхні фрагменти перетравлюються травними ферментами фаголізосоми, і молекули хімічних речовин переносяться через мембрану до рибосом і мезосом. Живі мікроби і клітини попередньо вбиваються, а потім уже піддаються перетравлюванню.

Фагоцитами у ссавців є всього два типи диференційованих клітин – нейтрофілоцити і моноцити/макрофаги.

Нейтрофілоцити і моноцити дозрівають у кістковому мозку зі стовбурової кровотворної клітини і мають загальну проміжну клітину-попередницю. Нейтрофілоцити циркулюють у периферійній крові і складають більшу частину лейкоцитів крові – 60-70%. В нормі нейтрофіли не виходять із судин у периферійні тканини, але вони першими “кидаються” (тобто піддаються екстравазації) у вогнище запалення. Моноцити, навпаки, є “транспортною формою”, в крові їх 5-10% від загальної кількості лейкоцитів. Їх призначення – бути осілими макрофагами в периферійних тканинах. Макрофаги локалізуються у пухкій сполучній тканині, яка підстилає всі покривні тканини, а також в паренхімі органів і по ходу кровоносних судин. Макрофаги печінки називають купферівськими клітинами (зірчасті ретикулоендотеліоцити – за новою класифікацією), макрофаги мозку – мікроглією, макрофаги легенів – альвеолярними та інтерстиціальними. У печінці сумарна маса макрофагів складає більше 50% маси макрофагів всього органу.

Як фагоцити “взнають”, що їм слід фагоцитувати? На доімунному етапі захисних реакцій розпізнавальні можливості фагоцитів обмежені. І лише імунний механізм у вигляді синтезу антитіл “приводить” до макрофага доступну антитілам різноманітність антигенів.

Відомо 5 структур – рецепторів на клітинній мембрани макрофагів, які зв’язують те, що макрофаг потенційно здатний поглинути за механізмом фагоцитозу.

· Рецептори для комплементу – інтегрини. Ці інтегрини мембрани макрофагів, окрім компонентів комплементу, мають хімічну схожість і, відповідно, зв’язують ряд бактеріальних продуктів: ліпополісахариди, ліпофосфоглікан Leishmania, гемаглютинін із філаментів Bordetella, поверхневі структури дріжджових клітин родів Candida і Histoplasma.

· На тканинних макрофагах (не на моноцитах крові) є рецептор, що зв’язує маннозу. Такого рецептора немає на інших фагоцитах – нейтрофілоцитах.

· Молекула CD14 на макрофагах – рецептор для комплексів бактеріальних ліпополісахаридів (ЛПС) з ліпополісахаридзв’язуючим протеїном сироватки.

· Рецептор для похідних лігандів сіалових кислот (вуглеводів, характерних для клітин ссавців). Його називають “scavenger receptor” – рецептор для “прибирання сміття” (гинучих і деградуючих власних клітин).

· Рецептор для “хвостів” (Fc-фрагментів) імуноглобулінів класу G. Це якраз місце поєднання лімфоцитарного різноманітного за антигенами імунітету з еволюційно більш древнім механізмом захисту – фагоцитозом. Цей рецептор експресований тільки на моноцитах/макрофагах, він є мембранним маркером клітин цієї лінії диференціації. Субкласи IgG за силою зв’язку з рецептором розміщуються в наступному порядку: IgG3>IgG1>IgG4>>IgG2.

Другий механізм поєднання лімфоцитарного імунітету з фагоцитами полягає в тому, що на мембрані фагоцитів є молекули – рецептори для активних цитокінів, які виробляються імунними лімфоцитами. Через них фагоцит сприймає сигнал від лімфоцита, і в результаті відбуваються вагомі зрушення у внутрішній “енергетиці” фагоцита. Є на макрофагах (але не на нейтрофілах) і мембранні молекули для контактів з комплементарними мембранними молекулами лімфоцитів, тобто для безпосередніх міжклітинних взаємодій.

Що відбувається після того, як фагоцит поглине об’єкт ззовні у вигляді заключеної в мембрану бульбашки – фагосоми? Відбуваються три процеси: розщеплення поглинутого матеріалу всередині фагоцита, продукція і секреція у міжклітинний простір літичних ферментів і окислювальних радикалів, продукція і секреція цитокінів.

 

Питання для самоконтролю

1. Характеристика доімунних біологічних механізмів резистентності до інфекцій. 2. Визначення лізоциму як одного із факторів неспецифічної резистентності. 3. Білки системи комплементу, їх роль у формуванні імунної відповіді. 4. Опишіть класичний шлях активації комплементу. 5. Опишіть альтернативний шлях активації комплементу. 6. Охарактеризуйте бета-лізини як один з механізмів доімунного захисту. 7. Поясніть термін „фагоцитоз”. 8. Охарактеризуйте механізм та мету фагоцитозу, його зв’язок зі специфічною імунною відповіддю. 9. Які клітини виступають в якості фагоцитів? 10. Які рецептори містять на своїй поверхні фагоцити?

 

Регуляція імунних реакцій

Після того, як стали зрозумілими захисні механізми проти інфекційних захворювань, увага імунологів зосередилась на пошуках шляхів впливу на імунну реактивність. Особливо тепер, коли щоразу більше патогенних мікробів стає стійкими до антибіотиків, збереження здоров’я людей та тварин вимагає кращих вакцин для підвищення імунності. Здоров’я людини потребує не тільки підвищення імунологічної реактивності; дуже часто воно кращає з пригніченням імунних реакцій, особливо при алергічних чи аутоімунних реакціях. Підвищення чи пригнічення імунної реактивності вимагає досконалого розуміння впливу факторів на імунні клітини та їх продукти. Сучасні регулятори імунних реакцій нечисельні. Деякі з речовин, що підвищують імунність, приносять багато шкоди організму і рідко застосовуються щодо людей; регулятори, які зменшують імунність, належать до хіміотерапевтичних препаратів, що знищують імунні клітини або пригнічують їхню дію. Хіміотерапія використовується для лікування алергічних реакцій, при трансплантаційних реакціях, у протипухлинній терапії та лікуванні аутоімунних захворюваннях.

 

Підсилення імунних реакцій

1.1. Ревакцинація. Ревакцинація - найбільш відомий і часто застосований метод для збільшення опірності до патогенних мікроорганізмів. Слідові (анамнестичні) реакції підвищують метаболічну та фагоцитарну активність макрофагів і збільшують кількість плазмоцитів, що продукують специфічні антитіла. Якщо повторна вакцинація не може підвищити імунну реактивність організму на бажаний рівень, тоді треба її зміцнювати додатковими методами чи засобами. Загалом, допоміжні імуностимулюючі методи застосовуються у людей дуже рідко і обережно тому, що їх дія нестала і часто призводить до негативних наслідків. Ефект повторних вакцинацій обмежений; з кожною наступною вакцинацією збільшення продукції антитіл поступово припиняється (у більшості випадків після п’яти вакцинацій).

1.2. Ад’юванти. Не всі антигени провокують достатню продукцію антитіл. Антигени, що не мають достатньої молекулярної маси чи складності, або такі, що виконують ту саму функцію у тваринному, рослинному чи мікробному світі (наприклад ензими) – це слабкі антигени і навіть їх повторні введення не викликають демонстраційного титру антитіл. Антигенність деяких речовин можна зміцнити, вводячи їх разом з ад’ювантом. Ад’юванти – це такі речовини, які самі не є антигенами, але при введенні їх в організм разом з антигеном збільшують реактивність імунної системи до цього антигена.

Хоча успішність ад’юванта часто вимірюється підвищеним титром антитіл, це не єдиний результат дії цих речовин. Ад’юванти викликають кілька імуносприятливих реакцій: вони збільшують кількість та активність В- та Т-лімфоцитів, викликають кращі трансформації антигена у макрофагах, збільшують продукцію антитіл і продовжують наявність антигена у тканинах вакцинованої тварини.

Деякі ад’юванти утворюють із антигеном повільнорозчинні комплекси, і цим продовжують його наявність в організмі. Зазвичай, суміш антигена і ад’юванта вводиться внутрім’язево або підшкірно. Антиген відділяється від ад’юванта повільно і антигенний стимул продовжується від двох до чотирьох тижнів. Ад’ювант також може збільшити масу антигена і цим стимулювати кращий фагоцитоз. Часто застосовуються ад’юванти фосфату алюмінію, гідроксиду кальцію, гідроксиду алюмінію.

У тварин часто використовуються ад’юванти із водоолійних емульсій. Покриті олією краплинки водного розчину антигена виділяють антиген повільно і спричиняють тривалий імунізаційний період. Відомий водоолійний ад’ювант – це ад’ювант Фрейда.

1.3. Імуностимулятори. Деякі бактерії чи їх речовини стимулюють розмноження імунних клітин і тим самим підвищують імунну реактивність. Коли ад’юванти допомагають імунізаційному процесу переважно продовженням періоду антигенної дії, імуностимулятори підвищують імунну реактивність збільшеною кількістю імунних клітин.

Відомий імуностимулятор – LPS, ендотоксин грам-негативних бактерій. LPS проявляє мітогенний вплив на В-лімфоцити і цим збільшує продукцію імуноглобулінів. Однак, крім мітогенної дії, він також викликає токсичність та лихоманку. Ці шкідливі впливи LPS не дозволяють застосовувати його у людей для імунної стимуляції.

Деякі бактерії стимулюють імунну реактивність через активацію макрофагів. Активні макрофаги утворюють гранульоми в тканинах вакцинованих тварин. Недавні дослідження лікування раку показали, що повторні введення Mycobakterium butiricum, BCG чи Corynebacterium parvum активізували протипухлинну імунну реактивність. Лихоманка та розвиток ускладнень у хворих раком не дозволяють повторно застосовувати імуностимулюючі бактерії.

Імуностимулюючі властивості були знайдені також у Bordetella pertussis. клітини цієї бактерії в S-формі мають фактор, який стимулює ріст В- і Т-лімфоцитів. Дотепер застосування бактерійних імуностимуляторів у людей знаходиться лише в експериментальній фазі.

 

Пригнічення імунних реакцій

Імунопригнічуючі ефекти корисні для організму при трансплантації тканин, алергічних чи аутоімунних захворюваннях. Отримати імунопригнічуючий ефект можна через редукцію фагоцитозу, зменшення продукції антитіл чи лімфокінів. Імунні клітини розміщені по всьому організму, тому більшість імунопригнічуючих заходів впливають на всі клітини організму. Для пригнічення імунних реакцій використовують фізичні, хімічні та біологічні методи.