III. Развитие иммунной системы

А. Филогенез. На низших этапах эволюционного развития защитные реакции носят неспецифический характер. У простейших они ограничиваются поглощением и ферментативным расщеплением, у примитивных многоклеточных имеются защитные барьеры и специализированные фагоциты. Лимфоидные клетки, способные к распознаванию антигена и обладающие иммунологической памятью, появляются только у низших хордовых. У высших позвоночных и человека в защите организма принимают участие как гуморальный и клеточный иммунитет, так и факторы неспецифической защиты.

 

Б. Онтогенез

1. Лимфоциты на ранних этапах кроветворения образуются в желточном
мешке. Затем, на 4—5-й неделе внутриутробного развития, их основным источником становится печень, а еще позже — костный мозг. B-лимфоциты проходят антигеннезависимую дифференцировку в костном мозге. Здесь на их поверхности появляются IgM. Затем они покидают
костный мозг и заселяют периферические органы иммунной системы. Контакт с антигеном стимулирует антигензависимую дифференцировку B-лимфоцитов в плазматические клетки, способные к выработке антител. Плазматические клетки плода начинают секретировать IgM примерно на 10-й, IgG — на 12-й и IgA — на 30-й неделе внутриутробного развития. У новорожденного антитела представлены в основном материнскими IgG, уровни IgM и IgA, если не было внутриутробной инфекции, незначительны. Динамика уровня иммуноглобулинов в сыворотке в зависимости от возраста представлена на рис. 2

Предшественники T-лимфоцитов на 6—8-й неделе внутриутробного развития заселяют тимус, где происходят рост, антигеннезависимая дифференцировка и гибель T-лимфоцитов, направленных против собственных антигенов. Активность этих процессов возрастает, становясь максимальной в период полового созревания.

2. Фагоциты так же, как и лимфоциты, на ранних этапах кроветворения
образуются в желточном мешке. У двухмесячного плода их немного, и представлены они в основном миелоцитами и макрофагами соединительной ткани. На 4—5-м месяце внутриутробного развития в селезенке и лимфоузлах появляются моноциты, количество которых впоследствии возрастает. Нейтрофилы новорожденных, родившихся в срок, проявляют нормальную фагоцитарную активность, нейтрофилы недоношенных фагоцитируют слабее. Способность нейтрофилов и моноцитов новорожденных к хемотаксису выражена слабее, чем у взрослых.

3. Начало синтеза компонентов комплемента во внутриутробном периоде по времени почти совпадает с началом синтеза иммуноглобулинов. Компоненты комплемента не проникают через плаценту, поэтому их концентрация в крови новорожденного невелика.

 

IV. Механизмы иммунитета.

К специфическим факторам защиты относятся гуморальное и клеточное звенья иммунитета.

Фагоцитоз и опосредованное комплементом разрушение клеток относятся к неспецифическим факторам защиты. Несмотря на принципиальное отличие специфических факторов защиты от неспецифических, которое заключается в способности распознавать антиген и сохранять память о нем, функционально они тесно связаны. Так, развитие иммунного ответа невозможно без участия макрофагов, в то же время активность макрофагов регулируется лимфоцитами.

 

А. Гуморальный иммунитет.

Антигенраспознающие рецепторы B-лимфоцитов представляют собой молекулы иммуноглобулинов. При связывании антигена с соответствующим рецептором и под влиянием цитокинов, вырабатываемых моноцитами, макрофагами и T-лимфоцитами, происходит активация B-лимфоцитов, которые начинают делиться и дифференцироваться в плазматические клетки. Часть активированных B-лимфоцитов превращаются в клетки памяти, которые обеспечивают более быстрый и эффективный иммунный ответ при повторном контакте с антигеном.

Выделяют 4 стадии первичного иммунного ответа. На первой стадии, которая занимает 3—4 сут, антитела к соответствующему антигену в сыворотке отсутствуют. На второй стадии появляются IgM, и спустя 10—14 сут после контакта с антигеном — IgG. На третьей стадии
уровень антител остается постоянным. Четвертая стадия первичного иммунного ответа обычно растягивается на месяцы. Она характеризуется постепенным снижением уровня антител.

Вторичный иммунный ответ развивается при повторном контакте с антигеном. Антитела, главным образом IgG, появляются быстрее и в более высоком титре, чем при первичном иммунном ответе. Следует также отметить, что IgGраспадаются медленнее, чем IgM.

 

Структура иммуноглобулинов

Молекула иммуноглобулина состоит из 4 гликозилированных полипептидных цепей — 2 легких и 2 тяжелых, соединенных дисульфидными мостиками в симметричную структуру (см. рис. 3).

 

Рисунок 3. Структура молекулы иммуноглобулина и ее фрагментов, полученных при ферментативном расщеплении. Классы и подклассы иммуноглобулинов различаются количеством дисульфидных связей
между цепями. V_H — вариабельные области тяжелых цепей; V_L — вариабельные области легких цепей; C_H1—C_H3 — константные области тяжелых цепей; C_L — константные области легких цепей; H — тяжелая цепь; L — легкая цепь. Полимеры IgM и IgA не показаны (они образуются при соединении нескольких молекул иммуноглобулина в области Fc-фрагментов)

Существует 5 классов иммуноглобулинов — IgA, IgG, IgM, IgD и IgE. Они различаются по типу тяжелых
цепей. Легкие цепи могут быть лишь
двух типов — каппа и лямбда. Каждая молекула иммуноглобулина состоит из тяжелых
цепей одного типа, соединенных с легкими цепями также только одного типа.
Иммуноглобулины одного класса могут содержать как каппа-, так и лямбда-цепи.
Мономерные иммуноглобулины, например IgG, состоят из одной молекулы,
полимерные — IgM и IgA — из нескольких. Так, IgM состоит из 10 мю-цепей и 10 каппа-
или лямбда-цепей. Помимо легких и тяжелых цепей молекулы полимерных
иммуноглобулинов включают J-цепь, а молекулы IgA — секреторный компонент.

 

Разнообразие антител.

Для распознавания всего многообразия антигенов
окружающей среды иммунная система должна вырабатывать не менее
10⁸ антител разной специфичности. Специфичность антител, то есть
способность распознавать какой-либо один антиген, определяется аминокислотной
последовательностью вариабельных областей легких и тяжелых цепей. Разнообразие антител
обеспечивается уникальным строением участков ДНК, кодирующих вариабельные
области. В зрелом B-лимфоците участок ДНК, кодирующий вариабельную
область тяжелой цепи, состоит из трех генов, которые обозначаются V, D и J, а
вариабельная область легкой цепи — из двух генов — V и J. Костномозговой
предшественник B-лимфоцита содержит множество вариантов этих генов. В процессе
созревания B-лимфоцита они случайным образом комбинируются друг с другом,
образуя единый комплекс, состоящий из одного гена V, одного гена D и одного
гена J. Увеличению разнообразия антител способствуют также мутации этих генов.

3. Функции отдельных участков молекулы иммуноглобулина можно изучать,
расщепляя ее на фрагменты. Для расщепления молекулы иммуноглобулина используются
ферменты (папаин и пепсин), кислоты и мочевина. При обработке папаином молекула
иммуноглобулина распадается на три части — два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент,
тогда как пепсин расщепляет молекулу на один F(ab')₂-фрагмент и два
Fc-фрагмента.

а. Fab-фрагмент представлен N-концевым участком тяжелой цепи и легкой
цепью молекулы иммуноглобулина, каждая цепь Fab-фрагмента содержит одну
вариабельную и одну константную область. Специфичность антител определяется
аминокислотной последовательностью вариабельных областей.

б. Fc-фрагмент представляет собой C-концевые участки тяжелых цепей и
состоит только из константных областей. От строения Fc-фрагмента зависит
способность иммуноглобулина проникать через плаценту, связывать комплемент и
присоединяться к разным типам клеток — макрофагам, тромбоцитам, тучным клеткам.
Кроме того, от строения этого фрагмента зависит скорость синтеза и распада
молекулы иммуноглобулина. В распознавании антигена Fc-фрагмент участия не
принимает.

 

4. Классы иммуноглобулинов. Характеристика классов и подклассов
иммуноглобулинов приведена в таблице.

 

а. IgG вырабатываются как
при первичном, так и при вторичном иммунном ответе. IgG обладают максимальной способностью
проникать в ткани, поэтому они наиболее эффективно связывают и удаляют антигены.
На основании структурных различий тяжелых цепей можно выделить 4 подкласса IgG, которые обозначаются IgG₁, IgG₂,IgG₃ и IgG₄. Подклассы IgG различаются по способности связывать
комплемент и активировать его по альтернативному пути, связываться с рецептором
к Fc-фрагменту IgG на разных типах
клеток и проникать через плаценту.

 

б. IgM вырабатываются при
первичном иммунном ответе. Пентамерная молекула IgM состоит из 5 мономерных молекул,
подобных молекуле IgG, связанных
дисульфидными мостиками и J-цепью. Эти антитела не проникают через плаценту.
IgM эффективно связывают
комплемент и активируют его по классическому пути, обеспечивая разрушение
клеток, например бактерий. Именно к этому классу иммуноглобулинов относятся
изогемагглютинины — естественные антитела к эритроцитарным антигенам A и B.

 

в. IgA — основной
иммуноглобулин слизистых, содержится также в крови. В слизистых IgA присутствуют в виде димеров, в
сыворотке — в виде мономеров, димеров и тримеров. Димерный IgA содержит секреторный компонент,
который обеспечивает проникновение молекулы через эпителий. Изолированный
дефицит IgA — самая частая форма
первичного иммунодефицита.

 

г. IgD присутствует в
сыворотке в очень низкой концентрации, функции его неизвестны. IgD на поверхности B-лимфоцитов
выполняют функции антигенраспознающих рецепторов.

 

д. IgE. В норме
концентрация IgE в сыворотке
невелика, однако она возрастает при аллергических реакциях немедленного типа
Высокоаффинные рецепторы к
Fc-фрагменту IgE находятся на
тучных клетках и базофилах. При связывании IgE, фиксированных на мембранах тучных
клеток или базофилов, с антигеном происходит высвобождение медиаторов
воспаления. Именно этот механизм лежит в основе патогенеза анафилактических
реакций.

 

Б. Клеточный иммунитет

Основные характеристики клеточного и
гуморального звеньев иммунитета представлены в табл. 1.

<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><> <><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>
<><><><><><><><><>

Таблица 1. Основные характеристики гуморального и клеточного иммунитета
Гуморальный иммунитет	Клеточный иммунитет
Опосредован антителами	Опосредован клетками
Клетки-эффекторы — B-лимфоциты	Клетки-эффекторы — T-лимфоциты
Пассивный иммунитет формируется при введении сыворотки	Пассивный иммунитет формируется при введении лимфоцитов
Основа антибактериального иммунитета	Основа противовирусного, противоопухолевого, противогрибкового иммунитета

 

Клеточный иммунитет опосредован
цитотоксическими T-лимфоцитами и T-хелперами. Цитотоксические T-лимфоциты
непосредственно контактируют с чужеродными клетками и разрушают их, а T-хелперы
вырабатывают биологически активные вещества — цитокины, активирующие макрофаги.

По способности вырабатывать
разные цитокины и участвовать в регуляции клеточного и гуморального иммунитета
T-хелперы подразделяются на 2 типа — Th1 и Th2. Первые вырабатывают интерферон гамма и интерлейкин-2,
стимулируют пролиферацию цитотоксических T-лимфоцитов и активируют макрофаги,
вторые вырабатывают интерлейкины-4, -5, -6, стимулируют пролиферацию и
дифференцировку B-лимфоцитов, а также синтез антител разных классов.

 

1. Главный комплекс гистосовместимости — это группа генов и кодируемых
ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в
распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа. Главный комплекс
гистосовместимости человека получил название HLA.
Антигены HLA
подразделяются на антигены классов I и II. Антигены HLA
класса I необходимы для распознавания трансформированных клеток цитотоксическими
T-лимфоцитами. Важнейшая функция антигенов HLA
класса II — обеспечение взаимодействия между T-лимфоцитами и макрофагами в
процессе иммунного ответа. T-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после
его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA
класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага. Способность
T-лимфоцитов распознавать чужеродные антигены только в комплексе с антигенами
HLA
называют ограничением по HLA.
Определение антигенов HLA
классов I и II имеет большое значение в клинической иммунологии и используется,
например, при подборе пар донор—реципиент перед трансплантацией органов.

 

Клеточный иммунитет играет важную роль в следующих реакциях.

а. Аллергические реакции замедленного типа (например, туберкулиновые
пробы), аллергический контактный дерматит.

б. Защита против внутриклеточных паразитов.

в. Противовирусный и противогрибковый иммунитет.

г. Отторжение трансплантата.

д. Противоопухолевый иммунитет.

 

В. Фагоциты. Фагоциты делятся на две группы: циркулирующие и тканевые. К циркулирующим фагоцитам
относятся все гранулоциты и моноциты, к тканевым — макрофаги соединительной
ткани, купферовские клетки, дендритные клетки селезенки и лимфоузлов, клетки
Лангерганса, альвеолярные и интерстициальные макрофаги легких, клетки микроглии
и другие. Фагоцитоз играет важнейшую роль в защите организма от чужеродного.
Нарушения функций фагоцитов приводят к повышенной восприимчивости к инфекциям.
Уничтожение антигена фагоцитами можно разделить на несколько стадий:
1) хемотаксис (направленное движение фагоцита к антигену); 2) адгезия фагоцитов
к эндотелию; 3) выход фагоцитов во внесосудистое пространство; 4) опсонизация
антигена (связывание с антителами и комплементом) и прикрепление к нему
фагоцита; 5) фагоцитоз; 6) активация метаболизма фагоцитов; 7) расщепление
антигена.

Хемотаксис. Фагоциты могут перемещаться хаотично и направленно.
Направленное движение фагоцитов называется хемотаксисом. Известно множество
веществ, вызывающих хемотаксис, например анафилатоксины (фрагменты компонентов
комплемента C3a, C4a, C5a), продукты жизнедеятельности бактерий, лейкотриены.

Опсонизация — обволакивание поверхности чужеродных частиц антителами
или компонентами комплемента — облегчает поглощение чужеродных частиц
фагоцитами.

Фагоцитоз — это поглощение чужеродной клетки или частицы фагоцитом с
образованием вакуоли — фагосомы. Фагосома затем сливается с лизосомой, в
результате чего в нее попадают ферменты, разрушающие фагоцитированный материал.
Важную роль в его уничтожении играют кислородные радикалы, продукция которых
резко возрастает при контакте фагоцитов с бактериями или чужеродными частицами.
Кроме того, в процессе фагоцитоза накапливаются галогенсодержащие радикалы,
также обладающие бактерицидным действием. По продукции кислородных радикалов в
ответ на введение чужеродных частиц можно оценить цитотоксическую активность
фагоцитов.

 

Г. Комплемент состоит из более чем 25 белков — компонентов комплемента,
выявляемых в крови и на поверхности некоторых клеток. Комплемент играет важную
роль в защите от чужеродного: он разрушает бактериальные и инфицированные
вирусами собственные клетки, участвует в регуляции воспалительных и иммунных
реакций. Некоторые фрагменты компонентов комплемента, например C3b, являются
опсонинами. Опсонизированные клетки быстрее фагоцитируются, поскольку фагоциты
активно связываются с этими клетками через соответствующие рецепторы. Компоненты
комплемента можно условно разделить на три группы: 1) компоненты, запускающие
классический путь активации комплемента; 2) компоненты, запускающие
альтернативный путь активации комплемента; 3) эффекторные компоненты (см. рис. 4).

1. Классический путь активации комплемента начинается с присоединения
C1 к иммунным комплексам, в состав
которых входят IgG₁,
IgG₂, IgG₃ или IgM. Компонент C1 состоит из трех белков — C1q, C1r и C1s,
образующих комплекс в присутствии Ca²⁺. После связывания C1q с
иммунным комплексом происходит активация C1r и C1s, которые расщепляют C4 и C2 с образованием комплекса C4b2a —C3-конвертазы классического пути. Этот
фермент расщепляет C3 с образованием
C3b, который, в свою очередь, активирует остальные компоненты комплемента.

 

2. Альтернативный путь активации комплемента начинается с расщепления
C3. Биологический смысл такой
активации комплемента заключается в том, что защита от чужеродного начинается
еще до появления антител. Активацию комплемента по альтернативному пути вызывают
инулин, зимозан, бактериальные полисахариды и агрегаты IgG₄, IgA или IgE. Образовавшийся в результате
расщепления C3 C3b связывается с
факторами D и B с образованием комплекса C3bBb — C3-конвертазы альтернативного пути.
Комплекс C3bBb стабилизируется пропердином, в отсутствие последнего комплекс
C3bBb быстро разрушается.

3. Лектиновый путь активации комплемента начинается со связывания с углеводами поверхностных структур микробных клеток,а именно с остатками маннозы, такого нормального белка сыворотки крови как связывающий маннозу лектин — СМЛ. У млекопитающих имеется специальная СМЛ–ассоциированнаясериновая протеаза, которая аналогично C1sк лассического пути катализирует активационное расщепление C4. Дальнейшие реакции лектинового пути активации те же, что и при активации по классическому пути.

 

4. Образование мембраноатакующего комплекса. При активации комплемента
как по классическому, так и по альтернативному пути C3 расщепляется с образованием C3b.
Компонент C3b выполняет множество функций. Он связывается с С4b2a с образованием
комплекса С4b2a3b — C5-конвертазы
классического пути, с фактором B с образованием комплекса C3bBb — C3-конвертазы альтернативного пути и с
C3bBb с образованием комплекса C3bBb3b — C5-конвертазы альтернативного пути.

На следующих этапах активации комплемента по классическому и
альтернативному пути формируется комплекс C5b67, фиксированный на мембране
чужеродной клетки. Присоединение к нему C8 вызывает частичное повреждение мембраны
и медленное разрушение клетки. Когда к комплексу C5b678 присоединяется компонент
C9, образуется мембраноатакующий
комплекс — структура, по форме напоминающая цилиндр, которая встраивается в
клеточную мембрану и нарушает ее целостность. Через образовавшийся канал в
клетку устремляются вода и электролиты, что приводит к ее гибели.

 

V. Антигены

— это вещества, которые распознаются специфическими
антителами и T-лимфоцитами и вызывают иммунный ответ. Для характеристики
антигена принято использовать понятия иммуногенность и антигенность.
Иммуногенность — это способность антигена вызывать иммунный ответ, а
антигенность — это способность антигена связываться с антителом. Соединения с
молекулярной массой менее 10 000, например лекарственные средства, сами по себе
не иммуногенны. Такие соединения принято называть гаптенами. Гаптены приобретают
иммуногенность лишь после соединения с высокомолекулярным белком-носителем.
Гаптены не могут стимулировать выработку антител, но могут связываться с ними.
Следует подчеркнуть, что иммуногенность — комплексная характеристика, которая
зависит от свойств самого антигена, пути его введения и способа иммунизации.