Гуморальные иммунные реакции

В гуморальных иммунных реакциях участвуют три клеточных типа: макрофаги (Аг-представляющие клетки), Т-хелперы и В-лимфоциты (рис. 10 – 7).

Ы Вёрстка. Вставить рисунок 10–07

Рис. 10 – 7. Взаимодействие клеток в ходе гуморального иммунного ответа. Рецептор Т-хелпера (РТК) распознаёт Аг-детерминанту (эпитоп), экспрессированную на поверхности Аг-представляющей клетки вместе с молекулой класса II MHC. Во взаимодействии участвует дифференцировочный Аг Т-хелпера — CD4. В результате подобного взаимодействия Аг-представляющая клетка секретирует ИЛ-1, стимулирующий в Т-хелпере синтез и секрецию ИЛ-2, а также синтез и встраивание в плазматическую мембрану того же Т-хелпера рецепторов ИЛ-2 (ИЛ-2 также стимулирует пролиферацию Т-хелперов). Отбор В-лимфоцитов проводится при взаимодействии Аг с Fab-фрагментами АТ (Ig) на поверхности этих клеток (правая часть рисунка). Эпитоп этого Аг в комплексе с молекулой MHC класса II распознаёт рецептор Т-хелпера, после чего из T-лимфоцита секретируются цитокины, стимулирующие пролиферацию В-лимфоцитов и их дифференцировку в плазматические клетки, синтезирующие АТ к данному Аг.

Аг - представляющие клетки фагоцитируют микроорганизм и перерабатывают его, расщепляя на фрагменты (процессинг Аг). Фрагменты Аг выставляются на поверхности Аг-представляющей клетки вместе с молекулой MHC. Комплекс «Аг–молекула MHC класса II» предъявляется T-хелперу. Распознавание комплекса Т-хелпером стимулирует секрецию ИЛ-1 макрофагами.

T - хелпер под действием ИЛ-1 синтезирует ИЛ-2 и рецепторы к ИЛ-2; последний по аутокринному механизму стимулирует пролиферацию Т-хелперов, а также ЦТЛ. Таким образом, после взаимодействия с Аг-представляющей клеткой T-хелпер приобретает способность отвечать на действие ИЛ-2 бурным размножением. Биологический смысл этого явления состоит в накоплении Т-хелперов, обеспечивающих образование в лимфоидных органах необходимого пула плазматических клеток, вырабатывающих АТ к данному Аг.

B - лимфоцит. Активация B-лимфоцита предполагает прямое взаимодействие Аг с молекулой Ig на поверхности B-клетки. В этом случае сам B-лимфоцит перерабатывает Аг и представляет его фрагмент в связи с молекулой MHC II на своей поверхности. Этот комплекс распознаёт T-хелпер, отобранный при помощи того же Аг. Узнавание рецептором T-хелпера комплекса Аг–молекула MHC класса II на поверхности B-лимфоцита приводит к секреции Т-хелпером ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5 и?-ИФН, под действием которых B-клетка размножается, образуя клон плазматических клеток (плазмоцитов). Плазмоциты синтезируют АТ. Секрецию АТ стимулирует ИЛ-6, выделяемый активированными Т-хелперами. Часть зрелых В-лимфоцитов после антигензависимой дифференцировки циркулирует в организме в виде клеток памяти.

Антитела

АТ — эффекторные молекулы гуморального иммунитета. Синтез АТ запускают Аг, поступающие в организм извне (при инфекциях, вакцинации, действии ксенобиотиков) или образующиеся эндогенно. Как правило, АТ cпецифичеcки взаимодействует с комплементарным Аг. Существуют, однако, АТ, взаимодействующие с Аг-детерминантами, общими для различных Аг. Такие АТ известны как перекрёстно реагирующие, или гетероспецифичные. АТ существуют в миллионах разновидностях, и каждая молекула имеет уникальный участок связывания Аг-детерминанты. В большинстве случаев АТ представлены сывороточными гликопротеинами, мигрирующими в составе медленной фракции?-глобулинов при электрофорезе белков сыворотки крови. Поэтому для обозначения сывороточной фракции АТ иногда применяют термин «?-глобулины». АТ также называют «иммуноглобулины». АТ образуют одну из основных фракций белков крови, составляя 20% массы общего белка плазмы. АТ устойчивы к действию слабых кислот и щелочей, а также к нагреванию до 60 °С. Структурная единица АТ — мономер — молекула цилиндрической формы, состоящая из двух идентичных тяжёлых Н-цепей [от англ. h eavy, тяжёлый] и двух идентичных лёгких L-цепей [от англ. l ight, лёгкий]. Тяжёлые и лёгкие цепи Ig состоят из аминокислотных остатков и соединены дисульфидными (–S–S–) связями (рис. 10 – 8). В цепях различают вариабельную область, или V-область [от англ. various, разный], и конcтантную область, или C-область [от англ. constant, постоянный]. V-область у разных АТ варьирует. V-области L- и H-цепей образуют Аг - cвязывающий центр (активный центр АТ, паратоп), или Fab - фрагмент [от англ. f ragment, фрагмент, + a ntigen b iding, связывающий Аг]. Константная область молекулы называется Fc - фрагмент [от англ. f ragment c rystallizable, фрагмент кристализации]. В месте соединения Fab- и Fc-фрагментов расположена шарнирная область, позволяющая Аг-связывающим фрагментам разворачиваться для более тесного контакта с Аг.

Ы Вёрстка. Вставить рисунок 10–08

Рис. 10 – 8. Структура мономера молекулы Ig. Молекула состоит из двух идентичных тяжёлых (H) и двух идентичных лёгких (L) цепей. N-концевые области L- и H-цепей образуют два Аг-связывающих центра. Fс-фрагмент молекулы взаимодействует со своим рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, нейтрофил, тучная клетка).

Fab-фрагмент

Fab-фрагменты АТ взаимодействуют с антигенными детерминантами. Aг-связывающий центр комплементарен эпитопу Aг (принцип «ключ–замок»). Связывание Аг с АТ нековалентно и обратимо. Аффинность (сродство) Аг к АТ определяется физико-химическими свойствами взаимодействующих молекул и соотношением концентраций связанных и свободных Аг и АТ. На сродство влияют пространственное соответствие взаимодействующих участков молекул, электростатические, гидрофобные взаимодействия и силы Ван дер ВаЊльса. Авидность — интегральная характеристика силы связи между Aг и АТ, учитывающая взаимодействие всех активных центров с эпитопами Aг.

Валентность — число активных (Аг-связывающих) центров АТ. Молекула полного Ig как минимум двухвалентна. Такие АТ известны как полные АТ; мономеры с меньшей валентностью — неполные АТ.

Полные АТ (в частности IgM, IgG) вызывают агрегацию Аг, видимую невооружённым глазом (например, РА бактерий).

Неполные АТ содержат один Аг-связывающий центр и, поэтому, одновалентны (например, АТ, вырабатываемые при бруцеллёзе). Второй Аг-связывающий центр у подобных Ig экранирован различными структурами либо обладает низкой авидностью. Неполные АТ функционально дефектны, так как не способны агрегировать Аг. Неполные АТ могут связывать эпитопы Аг, препятствуя контакту с ними полных АТ; поэтому их также называют блокирующими АТ.

Fc-фрагмент

Константные участки тяжёлых цепей определяют характер взаимодействий АТ с клетками и молекулами иммунной системы, в частности, специфичность связывания молекулы Ig с клетками-эффекторами (например, фагоцитами, тучными клетками), несущими на своей поверхности рецепторы к Fc-фрагменту. Fc-фрагмент определяет также эффекторные функции АТ (например, активацию комплемента). Для реализации этих свойств сразу после связывания Аг Fab-фрагментами происходят конформационные изменения структуры Fc-фрагментов. Пространственно изменённые Fc-фрагменты распознают фагоциты, именно они способствуют фиксации С1а-компонента комплемента и запуску комплементарного каскада по классическому пути. В противном случае ни клетки, ни эффекторные молекулы были бы не в состоянии отличить интактные АТ или АТ, связавшие Аг.

Взаимодействие АТ с Аг

Взаимодействие АТ с Аг включает специфическую и неспецифическую фазы.

• Специфическая фаза протекает быстро и представляет специфическое взаимодействие активного центра с Аг.

• Неспецифическая фаза протекает медленнее, зависит от присутствия электролитов и свойств Аг. Корпускулярные Аг агрегируются в крупнодисперсные конгломераты и выпадают в осадок (фенЏмен агглютинации). Растворимые Аг образуют мелкодисперсные конгломераты (фенЏмен преципитации), проявляющиеся помутнением раствора или образованием колец преципитации либо зон преципитации в гелях.

Классы Ig

Константные участки лёгких цепей бывают двух типов — каппа (k) и лямбда (l); константные участи тяжёлых цепей представлены пятью основными формами — мю (ї), гамма (?), дельта (¦), альфа (Ѓ) и эпсилон (e). Каждая из них ассоциирована с отдельным классом Ig. Выделяют 5 классов АТ: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM (рис. 10 – 9, табл. 10 – 8). Молекулы IgG, IgD и IgE представлены мономерами, IgM — пентамерами; молекулы IgA в сыворотке крови — мономеры, а в экскретируемых жидкостях (слёзная жидкость, слюна, секреты слизистых оболочек) — димеры.

Ы Вёрстка. Вставить рисунок 10–09

Рис. 10 – 9. Организация молекул Ig различных классов. IgD, IgE, IgG представлены в форме мономеров, IgA — моно- и димеров, IgM — пентамеров.

Таблица 10 – 8. Основные свойства Ig

Структура и свойства	IgG	IgA	IgM	IgD	IgE
Содержание в сыворотке крови, г/л	8–17	1,4–3,2	0,5–1,9	0,03–0,2	0,002–0,004
Наличие в секретах	+	+++	+	?	+
Молекулярная масса, кД		160–400
Н-цепь	?	Ѓ	ї	¦	e
Количество мономеров		1, 2, 3
J-цепь	–	+	+	–	–
Валентность		2–6
Период полураспада в сыворотке крови, сут	21*
Функции:
активация комплемента (классический путь)	++	±	+++	–	–
опсонизация	+++	+	–	–	–
агглютинация	+	–	+++	–	+
преципитация	+	–	+	?	–
противовирусная активность	++	+++	+	?	?
сенсибилизация тучных клеток	–	–	–	–	+

* Период полураспада IgG3 — 7 сут. + — признак или свойство выражены слабо; ++ — признак или свойство выражены умеренно; +++ — признак или свойство выражены сильно; – — признак или свойство не выражены или отсутствуют;? — наличие признака или свойства не изучено.

IgM синтезируются при первичном попадании Аг в организм. Пик образования приходится на 4–5-е сутки с последующим снижением титра. Образование IgM к некоторым Аг (например, жгутиковым Аг бактерий) осуществляется постоянно. К IgM относят значительную часть АТ, вырабатывающихся к Аг грамотрицательных бактерий. Наличие IgМ к Аг конкретного возбудителя указывает на острый инфекционный процесс. Молекула IgM — пентамер; пять cубъединиц соединены J-цепью [от англ. joining, связывающий], в результате чего молекула IgM приобретает 10 Аг-связывающих участков. Молекулы IgM опсонизируют, агглютинируют, преципитируют и лизируют содержащие Аг структуры, а также активируют систему комплемента по классическому пути (для комплементзависимого лизиса бактерии достаточно одной молекулы IgM).

IgG — основной клаcc АТ (до 75% всех Ig), защищающий организм от бактерий, вирусов и токсинов. После первичного контакта с Аг синтез IgМ обычно сменяется образованием IgG. Максимальные титры IgG при первичном ответе наблюдают на 6–8-е сутки. Обнаружение высоких титров IgG к Аг конкретного возбудителя указывает на то, что организм находится на стадии реконвалесценции или конкретное заболевание перенесено недавно. В особо больших количествах IgG синтезируется при вторичном ответе. IgG представлены 4 подклассами: IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4; их относительное содержание (в %) составляет соответственно 66–70, 23, 7–8 и 2–4. IgG непосредственно участвуют в реакциях иммунного цитолиза, реакциях нейтрализации, а также усиливают фагоцитоз, действуя как опсонины и связывая рецепторы Fc-фрагмента в мембране фагоцитирующих клеток (в результате этого фагоциты эффективнее поглощают и лизируют микроорганизмы). Только IgG способны проникать через плаценту, что обеспечивает формирование у плода пассивного иммунитета.

IgA циркулируют в сыворотке крови (составляет 15–20% от всех Ig), а также секретируются на поверхность эпителиев. Присутствуют в слюне, слёзной жидкости, молоке и на поверхности слизистых оболочек. АТ класса IgG усиливают защитные свойства слизистых оболочек пищеварительного тракта, дыхательных, половых и мочевыделительных путей. В сыворотке крови IgA циркулируют в виде двухвалентных мономеров; в секретируемых жидкостях преобладают четырёхвалентные димеры, содержащие одну J-цепь и дополнительную полипептидную молекулу (синтезируемый эпителиальными клетками секреторный компонент). Эта молекула присоединяется к мономерам IgA в ходе их транспорта через эпителиальные клетки на поверхность слизистых оболочек. Секреторный компонент участвует не только в связывании молекул IgA, но обеспечивает их внутриклеточный транспорт и выделение на поверхность слизистых, а также защищает IgA от переваривания протеолитическими ферментами (рис. 10 – 10). Молекулы IgA участвуют в реакциях нейтрализации и агглютинации возбудителей. Кроме того, после образования комплекса Аг–АТ они участвуют в активации комплемента по альтернативному пути.

Ы Вёрстка. Вставить рисунок 10–10

Рис. 10 – 10. Схема образования димеров IgA. Fc-фрагмент IgA взаимодействует со своим рецептором в мембране базальной части эпителиальной клетки. Образовавшийся комплекс проникает в клетку путём опосредованного рецепторами эндоцитоза. IgA отщепляется от рецептора, взаимодействует с секреторным компонентом и J-цепью и секретируется в виде димеров через апикальную часть эпителиальной клетки.

IgE специфически взаимодействуют с тучными клетками и базофильными лейкоцитами, содержащими многочисленные гранулы с БАВ. Их выделение из клетки (дегрануляция) вызывает резкое расширение просвета венул и увеличение проницаемости их стенки. Подобную картину можно наблюдать при аллергических реакциях (например, бронхиальной астме, аллергическом рините, крапивнице). Аг-связывающие Fab-фрагменты молекулы IgЕ специфически взаимодействуют с Аг, попавшим в организм. Сформированный иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc-фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это взаимодействие и является сигналом для дегрануляции с высвобождением гистамина и других БАВ и развёртыванием острой аллергической реакции. Защитные свойства IgE направлены преимущественно против гельминтов (нематод). Синтез IgE увеличивается при паразитарных инвазиях, IgE-моноклональной миеломе, а также первичных иммунодефицитах (атаксия-телеангиэктазия, синдромы ВЋскотта–Олдрича, НезелЏфа, Ди ДжЏрджи).

IgD. Биологическая роль этой разновидности АТ не установлена. IgD обнаруживают на поверхности развивающихся B-лимфоцитов; в сыворотке крови здоровых лиц присутствует в очень низкой концентрации. Содержания IgD достигает максимума к 10 годам жизни; некоторое увеличение титров отмечают при беременности, у больных бронхиальной астмой, системной красной волчанкой и лиц с иммунодефицитами.

Генерация разнообразия АТ