Гуморальный иммунный ответ

ЛФ, ФИУ, ПФ. Занятие № 14

А. Основные положения

Активация В-лимфоцитов.

Активация В-лимфоцитов, посредством которой и осуществляется гуморальный иммунный ответ, происходит под влиянием Т-хелперов второго типа, в которые дифференцируются нулевый («наивные» Т-хелперы) после представления им процессированного антигена антигепрезентирующей клеткой (например, макрофагом); Т-хелпер второго типа продуцирует интерлейкин-4 (сигнал активации В-лимфоцитов), интерлейкин-5 (сигнал пролиферации активированных В-лимфоцитов), интерлейкин-6 (сигнал дифференциации пролиферированных В-лимфоцитов в плазматические клетки, продуцирующие антитела, которые и осуществляют эффекторное звено гуморального иммунного ответа); не до конца дифференцированные В-лимфоциты превращаются в клетки иммунологической памяти.

Отличия плазмоцита от В-лимфоцита.

В отличие от В-лимфоцита, плазмоцит практически лишён поверхностных рецепторных молекул (включая BCR и МНС-II), вследствие чего продукция им антител (единственная функция плазмоцита) практически не зависит от внешних сигналов, относится к короткоживущим клеткам.

Особенности иммунного ответа на Т-независимые антигены.

Распознавание и презентация антигена проводится самим В-лимфоцитом, синтезируются только иммуноглобулины класса М (без переключения на синтез IgG), не образуются клетки иммунологической памяти (вследствие чего не возможен вторичный иммунный ответ).

Общая схема гуморального иммунного ответа.

Если иммунный ответ формируется на Т-зависимый антиген, то процессинг и презентация антигена происходят аналогично клеточному иммунному ответу, после чего Т-хелпером второго типа активируется соответствующий клон В-лимфоцитов, дающий начало клеткам иммунологической памяти, а также плазмоцитам, синтезирующим сначала IgМ, а затем – IgG; в случае иммунного ответа на Т-независимый антиген его процессирование и презентация происходит в самих В-лимфоцитах, а соответствующий клон В-лимфоцитов даёт начало только плазмоцитам, способным секретировать лишь IgМ, без образования клеток иммунологической памяти.

Механизмы эффекторного действия антител и их характеристика.

Антитела (иммуноглобулины) осуществляют эффекторное звено гуморального иммунного ответа путём нейтрализации (бактериальных токсинов или ферментов вирулентности), опсонизации (т.е. описанного в теме № 11 иммунного фагоцитоза) и активации комплемента (путём запуска на поверхности клеток, несущих чужеродный антиген, описанного в теме № 11 механизма комплементзависимого лизиса), а также антитезозависимой клеточной цитотоксичности; последняя осуществляется против клеток, несущих чужеродные антигены, с которыми на её поверхности реагируют антитела – в этом случае такую клетку атакуют или NK-клетки (в случае IgG) или эозинофилы (в случае IgE или IgA, это происходит тогда, когда чужеродная клетка является гельминтом): в первом случае NK-клетки уничтожают клетку-мишень путём порообразования перфорином или запуском апоптоза, во втором случае развивается так называемый «эозинофильный воспалительный процесс» с образованием высокотоксичных протеинов, убивающих гельминтную клетку.

Общая схема иммунного ответа.

Т-независимый антиген процессирует и презентирует нулевому (т.н. «наивному») Т-хелперу АПК (например, макрофаг), если при этом нулевой («наивный») Т-хелпер дифференцируется в Т-хелпер первого типа, то формируется клеточный иммунный ответ с появлением цитотоксических лимфоцитов и клеток иммунологической памяти, обеспечивающих возможность вторичного иммунного ответа; если же нулевой («наивный») Т-хелпер дифференцируется в Т-хелпер второго типа, то формируется гуморальный иммунный ответ с активацией В-лимфоцитов, превращением их в клетки иммунологической памяти и плазмоциты, секретирующие антитела; в случае иммунного ответа на Т-независимый антиген иммунный ответ ограничивается активацией В-лимфоцитов с дифференциацией их в плазмоциты, секретирующие антитела.

Супрессия иммунного ответа.

Супрессия иммунного ответа достигается: элиминацией антигена и, следовательно, устранением фактора активации лимфоцитов, ограниченностью жизни терминально активированных лимфоцитов, действием особых Т-киллеров, запускающих апоптоз в активированных Т-лимфоцитах (т.н. Т-супрессоры), гибелью в результате апоптоза активированных лейкоцитов, супрессией активности лейкоцитов цитокинами.

Кооперативный механизм действия и регуляции иммунной системы.

Кооперация и регуляция иммунной системы осуществляются как внутри самой иммунной системы (на уровне кооперации иммунокомпетентных клеток), так и на уровне организма (посредством межсистемной кооперации иммунной, нервной и гуморальной систем).

Определение термина «иммуноглобулин».

Гамма-глобулины сыворотки крови, способные специфически связываться с антигеном.

Физическое состояние и формы существования иммуноглобулинов.

Иммуноглобулины существуют в макроорганизме в двух формах: в растворимой, или секреторной, форме (в крови и в других биологических жидкостях) и в мембранной форме (в составе BCR), а также в связи с Fc-рецепторами клетки (как вне иммунный комплексов – IgE, так и в составе последних – иммуноглобулины других классов).

Структура иммуноглобулинов.

Молекула иммуноглобулина состоит, как минимум, из четырёх полипептидных цепей (двух лёгких и двух тяжёлых), соединённых дисульфидными мостиками; полипептидные цепи представлены доменами (свёрнутыми в глобулу участками), чередующимися с линейными участками; крайние NH³-домены каждой цепи составляют Fab-фрагмент, пространство между лёгкой и тяжёлой цепью которого формирует паратоп, определяющий (преимущественно – за счёт трёх гипервариабельных участков каждой цепи) специфичность данной молекулы иммуноглобулина для конкретного эпитопа антигена, все остальные домены обеих цепей формируют Fc-фрагмент молекулы иммуноглобулина.

Классификация иммуноглобулинов.

Иммуноглобулины классифицируются на пять классов, два из которых содержат подклассы: IgG (подклассы IgG₁, IgG₂, IgG₃, IgG₄), IgА (подклассы IgА₁, IgА₂), IgM, IgD и IgE.

Дополнительные полипептидные цепи иммуноглобулинов.

Некоторые классы и варианты иммуноглобулинов содержат, кроме двух лёгких и двух тяжёлых полипептидных цепей, дополнительные полипептидные цепи: J-цепь (соединяющую мономеры иммуноглобулинов в единую полимерную молекулу), S-белок (защищает секреторный вариант IgA – IgAs – от ферментативного расщепления в секретах слизистых оболочек), М-белок (фиксирует рецепторный иммуноглобулин – в составе BCR – на мембране В-лимфоцита).

Валентность иммуноглобулинов.

Под валентностью иммуноглобулина понимают количество действующих паротопов, которое содержит молекула соответствующего иммуноглобулина: у IgЕ – 1 (так как второй паратоп в его молекуле заблокирован), у остальных мономерных иммуноглобулинов – 2, у IgAs – 4, у IgM – 10.

Прохождение через плаценту иммуноглобулинов.

Через плаценту может проходить только IgG.

Основная функция различных классов иммуноглобулинов.

Основная функция IgG – осуществление эффекторного звена вторичного иммунного ответа, IgAs ответственен за местный иммунитет слизистых оболочек (содержится в их секрете), IgM – иммуноглобулин первичного иммунного ответа, IgD формирует Ag-распознающий рецептор зрелых В-лимфоцитов, IgE – иммуноглобулин анафилактической реакции.

Морфофункциональные особенности иммуноглобулинов.

К мономерным молекулам иммуноглобулинам относятся IgG, IgA, IgD (двухвалентные) и (одновалентный), к полимерным молекулам иммуноглобулинов относятся IgM (пентамер) и IgE особый вариант IgA, который содержится в секретах слизистых оболочек – IgAs (димер); все иммуноглобулины, кроме IgE, относятся к полным антителам (вызывающим видимые двухкомпонентные серологические реакции), а IgE является неполным антителом, поскольку – в силу своей одновалентности – не вызывает видимых серологических реакций агглютинации и преципитации, такие антитела лишь блокируют антиген, но не связывают его в «решётку», вследствие чего называются «блокирующими» антителами.

Аффинность антител.

Под аффинностью антител понимают прочность связи конкретной пары паратоп/эпитоп; наибольшей аффинностью обладают моноклональные антитела.

Авидность антител.

Под авидностью понимают прочность связи молекулы антитела в целом с молекулой антигена в целом; наибольшая авидность – у IgM.

Нормальные антитела.

Нормальными антителами называют те антитела, которые формируют базальный уровень иммуноглобулинов, постоянно образующихся в организме без явной антигенной стимуляции; нормальные антитела отражают готовность макроорганизма к иммунному реагированию, а также могут свидетельствовать об его отдалённом (по времени) контакте с антигеном; по своей направленности нормальные антитела представлены изогемагглютининами (антителами против эритроцитарных антигенов групп крови сисетмы АВ0), антителами против бактерий кишечной группы, против кокков и против некоторых вирусов.

Моноклональные антитела.

Моноклональными антителами называются антитела, продуцируемые одним клоном плазмоцитов; их главное достоинство – высокая специфичность.

Получение моноклональных антител.

Получают моноклональные антитела с помощью гибридомной технологии: проводят слияние плазмоцита с миеломным клетками, получая гибридомы (антителопродуцирующие раково-трансформированные клетки), которые затем размножают на искусственных питательных средах или в организме животных – антитела, продуцируемые такими клетками и являются моноклональными.

Неполные антитела.

Одновалентные антитела, не образующие видимого глазом гигантского иммунного комплекса (т.е. выпавшей в осадок «решётки») в ходе реакций агглютинации или преципитации.

Выявление неполных антител.

Неполные антитела выявляются реакцией Кумбса (антиглобулиновым тестом): на первом этапе к сыворотке, содержащей неполные антитела, добавляется соответствующий антиген – образуются отдельные иммунные комплексы, но реакция остаётся невидимой, т.к. последние не связываются в гигантский иммунный комплекс (т.е. не образуется «решётка»); на втором этапе для визуализации реакции добавляется антиглобулиновая сыворотка (кроличья сыворотка, содержащая полные антитела к любым человеческим иммуноглобулинам, в том числе и к неполным антителам) – антитела антиглобулиновой сыворотки связывают через неполные антитела образовавшиеся на первом этапе иммунные комплексы в гигантский иммунный комплекс, т.е. формируют «решётку», делая реакцию видимой; антиглобулиновый тест проводят с помощью РА или РНГА.

Абзимы.

Этим термином обозначают антитела, которые не только связывают антиген, но и могут катализировать некоторые биохимические реакции.

Динамика антителообразования.

Образование антител в процессе гуморального иммунного ответа проходит в своём развитии четыре фазы: латентную или индуктивную (при первичном иммунном ответе – около 5 суток, при вторичном – примерно сутки), логарифмическую (примерно 10 дней, около 5 суток), стационарную (примерно 20 дней, месяцы) и фазу снижения (до полугода, годы).

Характеристика фаз антителообразования.

В латентную фазу происходит презентация антигена, активация, пролиферация и дифференциация соответствующих клонов иммунокомпетентных клеток, синтез сначала IgM с последующим переключением на синтез IgG (при вторичном иммунном ответе – сразу синтезируется IgG), в логарифмической фазе происходит нарастание титра синтезируемых антител (при вторичном иммунном ответе – более интенсивное и до более высоких титров), стационарная фаза характеризуется максимальным и постоянным уровнем специфических антител, а в фазу снижения происходит постепенное снижение титра специфических антител.

Клонально-селекционная теория антителообразования.

Лежащая в основе современной иммунологии клонально-селекционная теория антителообразования (теория Бернета) следующим образом объясняет появление при иммунном ответе антител именно нужной специфичности (т.е. против именно того антигена, который индуцировал развитие иммунного ответа): клетка В-лимфоцита имеет Ag-распознающие рейепторы только одной специфичности и в организме изначально существуют клоны В-лимфоцитов с Ag-распознающими рецепторами для всех возможных антигенов – контакт с Ag зрелого В-лимфоцита ведёт к активации соответствующего клона, его пролиферации и дифференциации в плазматическую клетку, которая может секретирует антитела только той специфичности, каковой обладали Ag-распознающие рецепторы того В-лимфоцита, от которого она произошла.

Объяснение клонально-селекционной теорией антителообразования феномена естественной иммунологической толерантности.

Иммунокомпетентные клетки (не только В-лимфоциты, но и Т-лимфоциты, которые тоже подчиняются рассмотренной выше закономерности), контактируя с соответствующим аутоантигеном на стадии эмбрионального развития (т.е. незрелыми), элиминируются (погибают или блокируются): в результате у родившегося организма нет соответствующего клона ИКК и иммунный ответ в отношении аутоантигена невозможен.

Молекулярно-генетическая теория С.Тонегавы.

Теория Бернета была позднее дополнена молекулярно-генетической теорией Тонегавы, согласно которой в генах, детерминирующих специфичность иммуноглобулинов, постоянно происходят мощные рекомбинационные и мутационные процессы, в результате которых возможно огромное число вариантов этих генов; поэтому ИКК, в частности – В-лимфоцит, может «подстраиваться» под специфичность антигена и число возможных специфичностей иммунного ответа практически неограниченно.

Назначение диагностических сывороток.

Диагностические сыворотки используются для идентификации микроорганизмов.

Принцип получения диагностических сывороток.

Для получения диагностической сыворотки конкретным микроорганизмом иммунизируется кролик, в результате из его крови получают поливалентную нативную сыворотку, из которой путём удаления неспецифических антител, получают диагностическую сыворотку против конкретного микроорганизма.

Б. Лекционный курс

В. Теоретический материал

38. Гуморальный иммунный ответ

38.1. Активация В-лимфоцитов

38.2. Отличия плазмоцита от В-лимфоцита

38.3. Особенности иммунного ответа на Т-независимые антигены

38.4. Общая схема гуморального иммунного ответа

38.5. Эффекторные функции антител

38.6. Антителозависимые механизмы защиты от патогена

39. Супрессия иммунного ответа. Динамика иммунного ответа. Первичный и вторичный иммунный ответ. Кооперативный механизм действия и регуляции иммунной системы

39.1. Супрессия иммунного ответа

39.2. Динамика иммунного ответа

39.3. Первичный и вторичный иммунный ответ

39.4. Кооперативный механизм действия и регуляции иммунной системы

40. Иммуноглобулины (антитела)

ГУМОРАЛЬНЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ

38.1. Активация В-лимфоцитов

Активация В-лимфоцитов – ключевое событие (точнее – цепь событий) гуморального иммунного ответа. Общая схема этого процесса приведена на рисунках 38.1-1 и 38.1-2.

Рис. 38.1-1. Принципиальная схема активации В-лимфоцитов

Рис. 38.1-2. Схема активации В-лимфоцитов (по Воробьеву, 2002)

А. В антигенпрзентирующей клетке (например, макрофаге) происходит процессинг антигена, который для сложных антигенов занимает 30-60 минут, а для менее сложных – 20-30 минут. В результате происходит ферментативная деградация антигена и его презентация на поверхности АПК в комплексе с антигенпредставляющей молекулой (как это описано выше в разделах 37.2 и 37.3).

Б. Вступивший в контакт с макрофагом нулевой (наивный) Т-хелпер активируется и додифференцируется в (в случае гуморального иммунного ответа) Т-хелпер второго типа (об активации Т-хелперов в ходе иммунного ответа был рассказано в разделе 37.4), который взаимодействует с соответствующим В-лимфоцитом.

В. В результате клон В-лимфоцита претерпевает ряд изменений, обусловленных главным образом информационными сигналами, предаваемыми ему Т-хелпером посредством цитокинов.

1. Сначала под воздействием интерлейкина-4 происходит активация В-лимфоцита.

2. Затем под воздействием интерлейкина-4 происходит пролиферация активированного В-лимфоцита (т.е. его размножение, так называемая экспансия клона).

3. И, наконец, на таких В-лимфоцитах появляется рецептор для взаимодействия с интерлейкином-6, который является сигналом дифференциации для этих клеток.

а. Под воздействием ИЛ-6 В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки.

б. Однако, часть В-лимфоцитов проходит путь дифференциации не до конца. Такие не до конца дифференцированный В-лимфоциты, в отличие от плазмоцитов, являются долгоживущими клетками. При повторном контакте с причинным антигеном они заканчивают процесс дифференцировки в плазмоциты, обеспечивая более быстрый и более сильный иммунный ответ на повторный контакт с антигеном, т.е. – вторичный иммунный ответ. Благодаря этому иммунная система «запоминает» антиген, с которым ей уже приходилось «иметь дело». Такие не до конца дифференцированные В-лимфоциты называются клетками иммунологической памяти (сравните со схожими процессами при клеточном иммунном ответе, раздел 37.7.Б).

Г. Единственная задача плазматической клетки – синтез иммуноглобулинов, действие которых и составляет эффекторное звено гуморального иммунного ответа.

Д. Все виды клеток, участвующих в гуморальном иммунном ответе, находятся под контролем Т-супрессоров, способных в любой момент остановить начавшуюся иммунную реакцию (например, если она по каким-либо причинам «выйдет из-под контроля»).

38.2. Отличия плазмоцита от В-лимфоцита

Несмотря на существующее мнение, что плазмоцит не является самостоятельным видом клетки, а представляет собой терминально дифференцированный В-лимфоцит, большинство авторов считают его особой клеткой, происходящей от В-лимфоцита и имеющей, по сравнению с последней, ряд принципиальных отличий.

А. На поверхности плазматической клетки нет мембранных иммуноглобулинов (другими словами, на плазмоците не экспрессируется BCR).

Б. Не экспрессируются на плазматической клетке и МНС второго класса.

В. Продукция плазмоцитом иммуноглобулинов не зависит ни от его контакта с антигеном ни от его контакта с Т-лимфоцитом. Другими словами, «запущенный» плазмоцит практически невозможно «остановить».

Г. Плазмоциты мигрируют из лимфатического узла в костный мозг или lamina propria эпителиальных тканей, где живут, продуцируя иммуноглобулины (составляющие более 20% всего белкового синтеза плазматической клетки) до 4 недель (что и соответствует продолжительности гуморального иммунного ответа).

38.3. Особенности иммунного ответа на Т-независимые антигены

Развитие гуморального иммунного ответа возможно и без участия в нем Т-лимфоцитов. Антигены, индуцирующие эту разновидность иммунного ответа, называются Т-независимыми, и такой иммунный ответ отличается рядом особенностей.

А. Распознавание Т-независимого антигенапроводится самим В-лимфоцитом.

Б. При иммунном ответе на Т-независимые антигены продуцируются иммуноглобулины только класса М. Переключение на синтез IgG, как это бывает в плазматических клетках, образованных в ходе иммунного ответа на Т-зависимые антигены (эти плазмоциты тоже начинают антителопродукцию с IgM), не происходит.

В. В ходе иммунного ответа на Т-независимые антигены не образуются клетки иммунологической памяти. Это значит, что на такие антигены возможен только первичный иммунной ответ (см. раздел 38.8).

Г. А вторичный иммунный ответ на Т-независимые антигены не возможен.

38.4. Общая схема гуморального иммунного ответа

Таким образом, при гуморальном иммунном ответе события могут развиваться по двум сценариям, в зависимости от того, на какой антиген – Т-зависимый или Т-независимый – формируется этот иммунный ответ (Рис. 38.4-1).

Рис. 38.4-1. Общая схема гуморального иммунного ответа

38.5. Эффекторные функции антител

Основная функция антител в организме человека (но, строго говоря, не единственная, о чем уже упоминалось, например, в разделе 31 и будет говориться в разделе 40) – осуществлять эффекторное звено гуморального иммунного ответа. Эффекторное действие антител осуществляется четырьмя основными механизмами: нейтрализацией антигена, опсонизацией, антителозависмой цитотоксичностью и активацией комплемента.

А. Если молекула иммуноглобулина реагирует с молекулой, представляющей причинный антиген, по физико-химическому или биохимическому механизму, речь идет о нейтрализации антителом соответствующего антигена.

1. При нейтрализации бактериальных токсинов, антитела, например, могут «нагружать» собой молекулу токсина и препятствовать тем самым его проникновению в клетку, не допуская, таким образом, токсин к контакту с тем внутриклеточным субстратом, действие на который и опосредует действие токсина на данный орган или ткань.

2. Действуя на ферменты вирулентности микроорганизмов, антитела, например, могут взаимодействовать на ту химическую группу в составе молекулы фермента, которая обуславливает взаимодействие этого фермента с его субстратом. В результате такое взаимодействие становится биохимически невозможным.

3. При нейтрализации вирусов антитела могут, например, «закрыть» собой молекулу на поверхности вирусной частицы, которая служит для последней молекулой адгезии. В результате вирус не может проникнуть в клетку, а, следовательно (так как он является абсолютным внутриклеточным паразитом), ни реплицироваться в ней, ни внедриться в ее геном.

Б. О явлении опсонизации, в осуществлении которого участвуют, в том числе, и антитела, рассказывалось в разделе 27.2.Б.

В. О явлении антителозависимой антитоксичности (АЗЦТ) или, что точнее, антителозависимой клеточной антитоксичности (АЗКЦТ) будет сказано ниже (раздел 38.6).

Г. О роли антител в активации комплемента на поверхности клеток, несущих чужеродный антиген, в том числе на поверхности микроорганизмов, рассказывалось в разделе 26.2.А.

38.6. Антителозависимые механизмы защиты от патогена

В целом, все процессы, направленные на деструкцию и элиминацию антигена, успешное протекание которых зависит от эффективного участия в них антител, называются антителозависимыми механизмами защиты от патогена. К ним относятся нейтрализация антигена связыванием его в иммунный комплекс, деструкция антигена, элиминация иммунных комплексов в совокупности с активными фракциями системы комплемента, сосудистые и гладкомышечные контрактильные реакции, абзимные свойства антител.

А. О механизме нейтрализующего действия антител, было сказано в предыдущем (38.5.А) разделе.

Б. Деструкция иммунных комплексов, в которых антиген связывается антителами, происходит вследствие активации комплемента или усиленного поглощения их фагоцитами.

1. Активация комплемента иммунным комплексом приводит или к осмотическому лизису клетки, несущей чужеродный антиген (комплиментзависимый лизис) или к другим реакциям, которые опосредуются активными фракциями системы комплемента, присоединяющимися к иммунному комплексу (в том числе описанным ниже).

2. Иммунные комплексы а, следовательно, и заключенные в них антигены фагоцитируются с последующим уничтожением внутри фагоцитирующих клеток под влиянием факторов внутриклеточной цитотоксичности, описанных в разделе 27.3.

В. Элиминация иммунных комплексов вследствие ассоциирования с ними активных фракций системы комплемента, осуществляется следующим образом. Эритроциты, которые обладают рецепторами к активным фракциям системы комплемента, адсорбируют на своей поверхности такие иммунные комплексы и транспортируют их в селезенку и в печень, где осуществляется их деструкция макрофагами.

Г. Антителозависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦТ) осуществляется NK-клетками и эозинофилами. Ее объектом является клетка, несущая чужеродный антиген (Рис. 38.6-1).

Рис. 38.6-1. Общая схема АЗКЦТ

1. NK-клетки несут на своей внешней мембране рецептор для Fc-фрагментов IgG. Благодаря этому они распознают клетки, на поверхность которых «сели» иммуноглобулины класса G (чаще всего – это клетки, инфицированные вирусами). Внеклеточная цитотоксичность NKклеток осуществляется посредством действия перфоринов и запуска в клетке-мишени процесса апоптоза.

2. Если патоген слишком велик для фагоцитирования (например, гельминт), то АЗКЦТ осуществляются с помощью эозинофилов, которые имеют рецепторы для адсорбции IgA или IgE, благодаря чему «нагружают» собой патоген и, синтезируя высокотоксичные протеины, запускают так называемый «эозинофильный воспалительный процесс».

Д. Иммунные комплексы, формирующиеся в ходе гуморального иммунного ответа на поверхности тучных клеток и базофилов, активируют синтез этими клетками биологически активных веществ, которые вызывают сосудистые и гладкомышечные контрактильные реакции (сравните с содержанием раздела 41.5).

Е. Вносят свой вклад в защиту от патогенна и абзимные свойства антител (см. раздел 40), их протеазная и нуклеазная активность