Антитіла як продукт гуморальної імунної відповіді. Властивості антитіл. Класи імуноглобулінів. Первинна та вторинна імунна відповідь.

Антитіла стали першою “імунологічною матерією”, яку відкрили для себе сучасні люди. Точніше кажучи був відкритий феномен протидії отрутам з боку сироватки крові. Вперше термін “антитіло” використав Ерліх у 1891 році. Першовідкривачі точно розуміли суть цього явища, як здатність організму людини відповідати на потрапляння чужорідного тіла виробленням речовин, що здатні специфічно зв’язуватися із цим тілом. Ось ці речовини і називають антитілами.

 Антитіла (Ат) – це особливі розчинні білки сироватки крові, за біохімічними характеристиками - імуноглобуліни, котрі синтезуються плазматичними клітинами у відповідь на потрапляння чужорідного антигену та здатні специфічно контактувати із цим антигеном.

Імуноглобуліни (Ig) представляють собою білки плазми, що відносяться до гамма-глобулінів (електрофоретично мігрують і утворюють дифузну полосу в гамма області електрофореграми, що підтверджує їхню гетерогенність).

  Структура імуноглобуліну: Імуноглобуліни мають - антигенозв'язуючі фрагменти (Fab) і константний фрагмент (Fc). Fc-фрагменти відповідальні за фіксацію антитіла до клітини, наприклад, макрофагів, лімфоцитів та інших клітин. До них може приєднуватися хімічна речовина, фермент, тощо.

Основні функції імуноглобулінів:

1) специфічно розпізнають найрізноманітніші антигени та гаптени;

2) взаємодіють із імунокомпетентними клітинами, які мають до них специфічні рецептори;

3)  активують систему комплементу.

За своїми фізико-хімічними властивостями (молекулярна маса, коефіцієнт седиментації, вміст вуглеводнів, типи важких і легких ланцюжків), за фіксацією комплементу, проникненням через плаценту, секрецією, цитофільністю, нейтралізацією токсинів тощо, вони поділяються на 5 класів: М, G, A, E та D. Першими з'являються IgМ, потім IgG, а потім IgА з цією ж антигенною специфічністю.

Специфічність антитіл зумовлена первинною послідовністю розміщення амінокислот у варіабельній частині Fab-фрагмента, яка, власне, і забезпечує зв’язок із антигеном і тому вважається активним центром молекули Ig. Зони підвищеної мінливості називаються гіперваріабельними ділянками, ними забезпечується різноманітність специфічностей антитіл. У Fc-фрагменті розміщені центри, що відповідають за фіксацію на лімфоцитах і фагоцитах, зв’язують 1 компонент системи комплементу, транспортуються через плаценту.

Основні властивості антитіл (імуноглобулінів):

Специфічність - здатність взаємодіяти з антигеном, що викликає продукцію Ig в організмі людини.

Авідність - здатність утворювати тісні контакти з антигеном - це визначається просторовою специфічністю взаємодії фрагментів антитіла та епітопів антигену, це хімічний зв'язок. Авідність (жадібнсть) у процесі імунної відповіді змінюється і залежить від валентності Ig. Валентність залежить від числа активних центрів антитіл. Наприклад у IgG валентність 2, а у IgM -10.

Афінітет – міцність зв’язку, яка обумовлює швидкість взаємодії антигену з антитілом. Або точність співпадіння просторової конфігурації Ат із конфігурацією антигенної детермінанти антигену. На детальній характетистиці антитіл зупинимось далі.

Імуноглобуліни М (IgM) - 5-10% від загальної кількості Ig. У сироватці крові їх 0,4- 2,2 г/л, період напіврозпаду 4-5 днів. Їх відносять до “ранніх” Ат, які продукуються організмом новонароджених при інфікуванні та вакцинації, мають високу авідність, активують комплемент за класичним шляхом, мають найбільш високу ступінь фіксації комплементу, не проникають через плаценту. На кожен новий Аг утворюється IgM. Через 4-6 днів їх синтез переключається на IgG. Вони є найкрупнішими за молекулярною масою, зустрічаються ще до зустрічі з антигеном, являють пул природніх антитіл, у мономірній формі являють собою антигенрозпізнаючий рецептор на поверхні В-лімфоцита. До IgM відносяться холодові гемаглютиніни, РФ, ізогемаглютиніни груп крові. Їх концентрація підвищується при перинатальних інфекціях, гострих гепатитах та біліарному цирозі печінки, захворюваннях імунної системи і знижується при гіпо- й агаммаглобулінемії, пухлинах імунної системи.

Імуноглобуліни G (IgG) - 70-80% складу Ig крові. Концентрація у сироватці 7-18 г/л. Це основне антитіло вторинної імунної відповіді та імунологічної пам’яті. Мають період напіввиведення 21 день, добре фіксують комплемент, проходять через плаценту, можуть проявляти цитофільність, приймають участь у всіх феноменах імунітету. Основна функція – захист організму від збудників інфекції та продуктів їхньої життєдіяльності за рахунок активації системи комплементу, опсонізації та фагоцитозу. Вони Т-залежні і виробляються лише за обов’язкової участі Т-лімфоцитів. Тому опромінення та імунодепресанти можуть порушити чи повністю пригнітити синтез IgG. Максимальний синтез спостерігається при повторному введенні Аг, особливо на 30-35-й день, на чому базується принциповий підхід до вакцинації. Зміни періодів і доз можуть призвести до зворотнього ефекту – сенсибілізації. Концентрація IgG підвищується у період захворювання на інфекції, при хворобах печінки, аутоімунних процесах (алергічних реакціях II типу).

Імуноглобулін А (IgA, sIgA) - 10-15% Ig крові. Має дві фракції - сироваткову та секреторну. Сироватковий імуноглобулін складає 40%, 0,8-3,7 г/л, період напіврозпаду – 5-6 днів, знезаражує мікроби і токсини, що циркулюють в крові, активує систему комплементу за альтернативним шляхом, інактивується бактеріальними протеазами. Секреторний (sIgA) складає 60%. Відрізняється наявністю додаткового секреторного компонента, який синтезується епітеліальними клітинами слизових оболонок і приєднується до IgA в момент проходження крізь епітеліальні клітини. Секреторний компонент підвищує стійкість до протеолітичних ферментів. sIgA залишається на поверхні слизових оболонок, де нейтралізує бактерії, токсини, локалізує віруси, стимулює фагоцитоз, тим самим забезпечуючи місцеву резистентність до інфекцій. Він переважає у слині, сльозах, секретах шлунку і кишок, жовчі вагінальному секреті, амніотичній рідині, легенях, бронхах, сечостатевих шляхах, особливо багато sIgA у грудному молоці та молозиві. IgA підвищується при перинатальних інфекціях,; захворюваннях дихальних шляхів і ШКТ, а знижується при: гіпо- й агаммаглобулінемії; деяких пухлинах імунної системи.

Імуноглобулін Е (Ig Е) - 0,2% Ig крові, сироватковий вміст 0, 25 мг/л. Здатність до більшого утворення є генетично зумовленою. Період напіжиття 2-3 дні. Не зв’язує комплемент, не проходить крізь плаценту, відзначається високою цитофільністю - зв’язується із тканинними базофілами і константними фрагментами на клітинах запалення. Це призводить до виділення клітинами гістаміну і інших активних субстанцій, що забезпечують розвиток чутливості негайного типу (алергічні реакції І типу). IgЕ продукується плазматичними клітинами селезінки, мигдаликів, аденоїдів, слизових оболонок дихальних шляхів, кишечнику. Продукція у плода починається дуже рано. Важливою функцією є участь у протигельмінтному імунітеті. Важлива лінія захисту слизових оболонок верхніх та нижніх дихальних шляхів, що контактують із зовнішнім середовищем. Інфекційні агенти, що подолали першу лінію оборони (IgA) зв’язуються специфічним IgЕ на поверхні тканинних базофілів. Результатом є наступний етап захисту - звільнення з тканинних базофілів, еозинофілів та базофілів вазоактивних амінів і речовин, що мають хемотаксичну активність і підсилюють приток у вогнище запалення інших захисних факторів – IgG, комплементу, міграцію нейтрофілів, еозинофілів та ін.

Імуноглобулін D - був визначений як мієломний білок, концентрація у сироватці 1,8-170 мг/л. Період напіжиття 3 дні. Не проходить трансплацентарно, не зв'язує комплемент. Припускають, що він приймає участь у набутті зрілості В-клітинами, являючись одним із рецепторів попередників В-лімфоцитів.

Організм людини впродовж життя створює кілька мільйонів видів антитіл за здатністю зв’язувати різноманітні антигени. Різномїття генетичних кодів для мільйонів варіантів антигенонзв’язуючих ділянок антитіл формується впродовж життя у процесі диференціювання В-лімфоцитів.

Продуцентом антитіл є плазматична клітина – це кінцева клітина диференціювання В-лімфоцита під впливом різноманітних мітогених стимулів.

У циркулюючій крові В-лімфоцити складають приблизно 30% усіх лімфоцитів, тривалість життя від кількох днів до кількох тижнів. Поверхневі рецептори Ig можуть злущуватися і циркулювати у периферичній крові складаючи пул природніх антитіл, які протистоять Аг, що потрапляє в організм. Тобто, вже на цьому етапі В лімфоцити допомагають факторам природної резистентності у захисті від Аг. Інша частина Аг зв’язується із рецептором на поверхні В-лімфоцита, що призводить до їх активації із наступною проліферацією і формуванням клону специфічних плазматичних клітин, які секретують велику кількість антитіл.

Враховуючи, що на початку імунної відповіді кількість антигену часто зростає, афакторів імунної відповіді недостатньо, тоспочатку є раціональним секреція тільки IgМ, які окрім того, що є поверхневим рецепторами, є ще найбільшими імуноглобулінами, пентамерами, що мають 10 активних антигензв’язуючих центрів і здатні зв’язати за короткий термін велику кількість антигену. Це є антитіла первинної імунної відповіді. Однак вони мають низьку (слабку) здатність утримувати антигени, велику молекулярну масу, що вимагає великих витрат білка на їх синтез та перешкоджає проникненню через більшість бар’єрів. Тому вони відіграють роль «екстренної допомоги», але потім здійснюється раціональне для імунної системи переключення на синтез малих і здатних до потужного захисту IgG. Переключення на IgG сприяє сильнішому захисту організму за рахунок вищого афінітету цих антитіл. Окрім того, IgG є сильним опсоніном, що підсилює фагоцитоз і в силу низької молекулярної маси може проникати до тих ділянок організму, куди не проникає IgМ, але може знаходитися збудник. 

У подальшому, з метою запобігання дії ферментів бактерій на імуноглобуліни, відбувається переключення на синтез IgА із приєднанням секреторного компоненту (секреторний IgA) та IgЕ (у випадку глистної інвазії, коли майже неефективні антитіла інших класів та потрібна особлива участь допоміжних клітин). При Т-лімфоцитозалежній імунній відповіді продукуються антитіла усіх класів. Після Т-залежної відповіді залишається імунологічна память. Плазматичні клітини секретують тисячі антитіл на секунду протягом кількох днів, а потім гинуть, однак деяка частина активованих В-лф пам’яті, які зберігають пам’ять про антиген впродовж тривалого часу і при повторному його потраплянні здатні до швидкої активації та продукції антитіл.

I. Відомо, що поряд із основною функцією – зв’язуванням антигенів Ig мають іще низку важливих дій, які пов’язані переважно із контактом із компонентами комплементу та іншими клітинами імунної системи, таким чином залучаючи їх до імунної відповіді та зумовлюючи антитілозалежну клітинну цитотоксичность.

II. Антитілозалежні механізми захисту від патогена.

a. нейтралізація патогенних властивостей антигену безпосередньо фактом зв’язування у комплекс.

b. сприяння елімінації та деструкції комплексів антиген-антитіло фагоцитами.

c. деструкція комплексів антиген-антитіло активованою системою комплементу та літична дія системи комплементу на антиген (МАК).

d. антитілозалежна клітинна цитотоксичність ПК та еозинофілів.

e. судинні та гладком’язеві реакції, що ініціюються комплексом антиген-антитіло із рекрутуванням тучних клітин та базофілів.

Таким чином, основною дією Ат в разі, коли патоген є отрутою, являється нейтралізація її, а якщо – інфекція – попередження проникнення у клітину. Тобто, головна завдання антитіл – санація від позаклітинних антигенів та їх токсинів.

Для логічного завершення процесу утворення комплексу антиген-антитіло необхідне їх розщеплення, що й відбувається за рахунок активації системи комплементу із фіксацією на еритроцитах та наступним фагоцитозом у синусоїдах селезінки і печінки. Організм санований – на цьому завершується нормальна гуморальна імунна відповідь.

 

Імунна відповідь

На інтервенцію генетично чужорідного антигену імунна система відповідає імунною відповіддю.

Прийнято розрізняти наступні форми імунної відповіді:

1. Гуморальна відповідь.

2. Клітинна відповідь.

3. Імунологічна пам'ять.

4. Імунологічна толерантність.

5. Ідіотип-антиідіотипова.

Як правило, “чистої” гуморальної відповіді не буває, процес носить комплексний характер і майже усі форми відповіді присутні в організмі із деякими перевагами однієї над іншою.

І. Гуморальна відповідь здійснюється за складним механізмом. Гуморальними (від лат. humor-рідина) називають такі реакції імунітету, які перебігають за участю В-лімфоцити і завершуються синтезом антитіл (імуноглобулінів). Антитіла безпосередньо не пошкоджують носія антигенів, але вони можуть виступати у якості опсонінів, залучаючи компоненти природженого імунітету (фагоцити, комплемент, природні кілери та інші), які і здійснюють безпосереднє пошкодження патогену. Отже, головною функцією гуморальної ланки імунітету є захист від позаклітинних збудників (бактерій), до яких може бути забезпечений вільний доступ антитіл, а у гуморальних реакціях беруть участь тимус-незалежні клітини (В-лімфоцити).

ІІ. Клітинна відповідь л ежить в основі запальних процесів, протипухлинного, противірусного і трансплантаційного імунітету. Центральне місце при клітинному імунітеті належить цитотоксичним лімфоцитам - Т-кіллерам, попередники яких активуються монокінами (ІЛ-2). У розвитку клітинної реакції імунних запальних процесів приймають участь макрофаги, Т-хелпери, продукуючи ІЛ-2.

Клітинні реакції імунітету здійснюються за рахунок Т-лімфоцитів і забезпечують безпосереднє знищення змінених клітин макроорганізму: пухлинних, мутантних, чужорідних, інфікованих різноманітними інфекційними збудниками. Отже, основними функціями клітинних імунних реакцій є

• захист від внутрішньоклітинних паразитів (вірусів, грибів, деяких бактерій, паразитів);

• протипухлинний захист;

• реалізація трансплантаційних реакцій (відторгнення пересаджених органів і тканин)

ІІІ. Імунологічна пам’ять – одна із форм імунної відповіді, яка визначає здатність організму людини реагувати на повторне введення того антигену, яким він був імунізований до цього, швидше і з більшою силою. Імунологічна пам’ять проявляється як у відношенні виробки антитіл, так і відносно інших імунних реакцій (ГНТ, трансплантаційний імунітет, ін.) і може зберігатися тривалий час.

Носіями імунологічної пам’яті стають Т- і В-лімфоцити після взаємодії із відповідним антигеном, тобто антигеностимульовані лімфоцити. Клітини пам’яті являють собою ту частину Т- і В-антигеностимульованих лімфоцитів, які після 2-3 поділів знаходяться у стан спокою і тривалий час рециркулюють в організмі. Таким чином, вони є своєрідним резервом імунокомпетентних клітин, здатних при повторній зустрічі з відповідним антигеном швидко перетворюватися на клітини-ефектори імунної відповіді.

IV. Імунологічна толерантність – нездатність імунної системи відповідати видимою імунологічною реакцією на певні антигени. Природня імунологічна толерантність – до власних антигенів, штучна формується при контакті імунної системи з антигеном в стані імунологічної незрілості організму (в ембріональному періоді).

Імунологічну толерантність слід розглядати, як активний стан імунної системи, обумовлений дією антигенореактивних Т-супресорів. Зрив толерантності призводить до розвитку аутоагресії імунної системи проти власного організму.