Строение иммуноглобулинов. Классы иммуноглобулинов. В-клетки, вырабатывающие иммуноглобулины Иммуноглобулины образуются в результате дифференцировки

Механизм этого процесса был выяснен с помощью опытов по культивированию отдельных клеток, образующих антитела. Оказалось, что синтез антител протекает под контролем генов

Д. Носсаль

Организм человека в состоянии производить любое из тысяч, а может быть, даже миллионов различных антител; каждое антитело приспособлено для связывания специфического антигена. Каким же образом человеческий организм осуществляет столь сложную задачу? Синтезируются ли антитела в клетках, подобно остальным белкам, под контролем специальных генов? Предположим, что это так; тогда для синтеза различных антител в клетках должно содержаться огромное количество специальных генов. Кроме того, необходим сложный механизм регуляции, включающий нужный ген при попадании в организм того или иного антигена: бактерии, вируса или другого инородного объекта белковой природы.

Работая с культурами клеток, мы попытались получить ответы на все эти вопросы. Вообще говоря, производство антител в клетках напоминает крупное промышленное производство, выпускающее на разных специализированных фабриках широкий ассортимент товаров. Анализируя эту систему, можно выделить в ней три элемента: во-первых, сами фабрики-клетки, синтезирующие антитела; во-вторых, продукция - молекулы антитела; в-третьих, потребители, определяющие, так сказать, спрос,- молекулы антигена. Мы подробно рассмотрим каждый из элементов и попробуем показать, каким образом достигается столь высокая продуктивность всей системы.

Еще лет двадцать назад господствовало мнение, что антитела образуются в больших клетках, поглощающих антигены,- так называемых макрофагах или «пожирающих клетках».

Позднее шведская исследовательница Астрид Фагреус в своей классической работе впервые высказала предположение, что на самом деле антитела образуются в особых специализированных клетках, так называемых плазмацитах; плазмациты в большом количестве появляются в месте заражения, как только начинается воспаление. Фагреус обнаружила, что примерно через два дня после внутривенного введения вакцины подопытному животному в его селезенке (основном источнике лейкоцитов) начинали появляться «плазмабласты».

Эти молодые плазмациты быстро делились и спустя несколько дней становились более специализированными: клеточное ядро съеживалось, а окружающая цитоплазма увеличивалась в объеме, причем было обнаружено, что она богата рибонуклеиновой кислотой (РНК). Но известно, что РНК контролирует синтез белка; следовательно, плазмацит должен был активно производить белок, иными словами - антитело. Впоследствии А. Куне и его сотрудники подтвердили, что в плазмацитах действительно содержится антитело.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

Прежде всего мы выяснили, что макрофаги очень активно заглатывают антиген. Макрофаги, лежащие в глубине лимфатических узлов, оказались, как мы и ожидали, переполненными антигеном. Антиген был обнаружен, кроме того, еще в одной системе, не известной до сих пор. В наружной части лимфатического узла мы заметили настоящее сплетение тонких нитей - выростов цитоплазмы макрофага (смотрите рисунок ниже).…

Организм наделен многочисленными клонами клеток, причем клетки каждого клона потенциально способны взаимодействовать только с одним антигеном. Этот антиген лишь пускает в ход уже готовые клетки, которые начинают производить антитела определенного типа. Как мы видели, плазмабласты, скапливающиеся вокруг наполненной антигеном сети лимфатического узла, находятся в тесном контакте с антигеном. Не исключено, что простого поверхностного контакта клеток…

Благодаря исследованиям, проведенным в нашей лаборатории, мы можем теперь с уверенностью сказать, что эти клетки действительно образуют антитела. Нам удалось проследить этот процесс, культивируя отдельные плазмациты в маленьких капельках. Этот метод позволяет измерять количество образованных живыми клетками антител и изучать их природу и химические свойства. В первых опытах мы выбрали в качестве антигена белок, выделенный…

Действие антител настолько специфично, что они быстро обездвиживают Salmonella typhi, но совершенно не влияют, даже в высокой концентрации, на близко родственный штамм Salmonella paratyphi А (смотрите рисунок ниже). Опыт, показывающий специфичность антител Крысе ввели антиген, вызывающий иммобилизацию клеток Salmonella typhi. Затем выделили клетки, образующие антитела. Если эти клетки привести в контакт с бактериями Salmonella typhi,…

Создается впечатление, что отдельный плазмабласт претерпевает, как правило, девять последовательных делений, дающих «клон» или колонию клеток, после чего деление прекращается. Клон состоит не только из зрелых плазмацитов, но также и из некоторого числа «запоминающих» клеток, которые при любой повторной встрече с тем же антигеном будут его активно нейтрализовать. Не исключено, что эти клетки способны соединяться…

Мы предвидели, что специализация должна быть достаточно строгой; действительность превзошла все наши ожидания. Оказалось, что, за редким исключением, каждая клетка производит антитела только одного типа, даже если остальные плазмациты в лимфатических узлах заняты выработкой антител другого типа. Иначе говоря, существует четкое разделение труда. Преобладает принцип: одна клетка - одно антитело. Примерно в одном случае из…

Организм, получивший прививку или перенесший инфекцию, отвечает на повторное введение того же антигена столь быстрым и интенсивным синтезом соответствующего антитела, что инфекция пресекается в самом начале. В чем же здесь дело? Производят ли плазмациты больше антител, чем в первый раз, или же повторное введение антигена стимулирует образование самих плазмацитов? Экспериментальным путем мы установили, что организм…

Мы воспользовались радиоавтографией (смотрите рисунок ниже) для определения скорости, с которой наши клетки синтезируют рибонуклеиновую кислоту (РНК), дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и белки. Схема изотопного метода Прежде всего (1) в среду, содержащую плазмабласт, добавляют тритий, радиоактивный изотоп водорода (капля этой среды наносится на нижнюю поверхность покровного стекла). Меченый водород включается в тимидин, который затем в виде…

В клетках многих типов рибосомы соединяются в так называемые полисомы1, напоминая бусинки на нитке, причем такой «ниткой» в полисоме служит молекула информационной РНК, в которой закодирована информация о синтезе белков; рибосомы считывают эту информацию с цепи РНК так же, как машина считывает задание с перфорированной ленты. Судя по некоторым электронным микрофотографиям, рибосомы в плазмацитах также,…

Как известно, при нейтрализации антигена антителом они каким-то образом связываются друг с другом. Где же в четырехкомпонентной струк-туре антитела может находиться активный центр связывания, который «запирается» на антигене? Существует два мнения на этот счет. По данным Р. Портера, соединительный центр находится в А-цепи. В то же время Г. Эдельман, основываясь на результатах своих экспериментов, полагает,…

3090 0

Функции Т-клеток

Одной из ключевых эффекторных функций активированной СD4+-Т-клетки является синтез антиген неспецифичных растворимых факторов - цитокинов. Выделяемые СD4+-Т-клетками цитокины влияют на функции множества типов клеток, в том числе СD8+-Т-клеток, В-клеток, миелоидных клеток (таких как макрофаги и эозинофилы), а также на дифференцировку костномозговых клеток-предшественников. По этой причине потеря CD4+-T-клеток при СПИДе является такой разрушительной.

Свойства цитокинов, которые продуцируют Т-лимфоциты и другие клетки. Многие важные функции Т-клеток будут обсуждаться в следующих главах, посвященных клеточно-опосредованному иммунитету и трансплантациям. Сконцентрируемся на гетерогенности цитокинов, которые образуют СD4+-Т-клетки, а затем опишем важные аспекты взаимодействия CD4-Т-лимфоцитов и В-клеток и, наконец, обсудим функции CD8+-T- клеток.

Субпопуляции СD4+-Т-клеток, отличающиеся по выделяемым цитокинам

Наивная СD4+-Т-клетка после стимуляции пептидом, связанным с молекулой МНС, начинает синтезировать IL-2. Активированная СD4+-Т-клетка может дифференцироваться дальше, чтобы синтезировать более широкий набор цитокинов. Однако после антигенной стимуляции не все СD4+-Т-клетки синтезируют одинаковые цитокины. Исследования функционирования Т-клеток у мыши и человека показали, что активированные антигеном СD4+-Т-клетки могут быть разделены по меньшей мере на три субпопуляции на основании продукции различных цитокинов: ТH0, Тн1 и Тн2. Как показано на рис. 10.5, Тн1 и Тн2 образуются в результате вызываемой антигеном дифференцировки клеток Тн0, которые синтезируют IL-2, IFNγ и IL-4.

Тн1-клетки, которые синтезируют IL-2, IFNγ и TNFβ, и Тн2-клетки, синтезирующие IL-4, IL-5, IL-10 и IL-13, играют разные важные роли в иммунном ответе. Поскольку разные цитокины взаимодействуют с различными клетками-мишенями, главным следствием продукции уникальных наборов цитокинов Тн1- и Тн2-клетками является то, что каждая субпопуляция обладает разной эффекторной функцией. Так, цитокины, синтезируемые Тн1-клетками, активируют клетки, вовлеченные в клеточно-опосредованный иммунитет: СD8+-Т-клетки, NK-клетки и макрофаги.

Кроме того, цитокины, выделяемые Тн1-клетками, индуцируют В-клетки к синтезу таких изотипов Ig, как IgG2, которые усиливают фагоцитоз возбудителей фагоцитирующими клетками. Напротив, цитокины, синтезируемые Тн2-клетками, переключают В-клетки на продукцию антител класса IgE и активацию эозинофилов; такая модель характерна для ответа на аллергены и гельминты.

Пока результаты попыток охарактеризовать поверхностные молекулы, по которым можно было бы отличать субпопуляции Тн1- и Тн2-клеток, не дали однозначных результатов, а сами эти исследования интенсивно продолжаются. Результаты некоторых недавних исследований показали, что, возможно, Тн1- и Тн2-клетки экспрессируют различные молекулы, используемые при межклеточном взаимодействии в процессе хоминга, в том числе различные хемокиновые рецепторы; однако для подтверждения или изменения этих выводов необходимы дальнейшие исследования.

Рис. 10. 5. Цитокиновый контроль образования Тн1- и Тн2-субпопуляций CD4+-T-клеток. Волнистые линии означают угнетение

Тн1-клетки развиваются, если в момент антигенной стимуляции присутствует IL-12. Как показано в начале этой главы, IL-12 и другие провоспалительные цитокины образуются дендритными клетками и другими АПК в самом начале ответа на такие возбудители, как бактерии и вирусы. Эти цитокины также синтезируются другими клетками врожденного иммунитета, в том числе NK-клетками. Напротив, присутствие IL-4 в начале иммунного ответа приводит к дифференцировке в сторону Тн2-клеток. Источник этого IL-4 до сих пор не ясен; он может образовываться или активированными СD4+-Т-клетками, или тучными клетками. Предполагается, что и другие факторы, такие как концентрация и путь введения антигена, степень аффинности взаимодействия между комплексом пептид-МНС и TCR и природа АПК, участвовавшей в ответе, могут влиять на то, какая субпопуляция СD4+-Т-клеток разовьется.

На рис. 10.5 также показано, что цитокины, выделяемые Тн1, могут угнетать функции Тн2, и наоборот. Например, IFNγ, образуемый Тн1-клетками, угнетает размножение Тн2-клеток, a IL-4 и 1L-10, образуемые Тн2-клетками, угнетают размножение Тн1-клеток. В табл. 10.1 представлены две важные характеристики субпопуляций Тн1 и Тн2 СD4+-T-клеток. Во-первых, субпопуляции синтезируют несколько общих цитокинов, в том числе IL-3 и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ КСФ) . Во-вторых, субпопуляции Тн1 и Тн2 CD4+-T-клеток больше различаются у мышей, чем у человека.

Таблица 10.1. Синтез цитокинов субпопуляциями Тн1 и Тн2 СD4+-Т-клеток

Цитокин

Рис. 10.6. В-клетки захватывают антиген путем взаимодействия с молекулами lg, процессируют его и презентируют CD4+-T-клеткам антиген, связанный с молекулами МНС II класса Т-В-кооперация Почти все белки являются тимусзависимыми антигенами. Их называют так потому, что для синтеза антител им необходима «помощь» или кооперация СD4+-Т-клеток с В-клетками. По этой причине группу СD4+-Т-клеток, которые участвуют в иммунном ответе, помогая продуцировать антитела на тимусзависимые антигены, называют Т-клетками-хелперами (Тн). Т-клетка-хелпер и В-клетка, которые взаимодействуют в ответе на конкретный тимусзависимый антиген, должны быть специфичны к нему. Тн-клетка и В-клетка обычно отвечают на разные эпитопы антигена, но для эффективной кооперации Т-хелпера и В-клетки эти эпитопы должны быть частью одной белковой последовательности. По этой причине кооперацию Т- и В-лимфоцитов при ответе на тимусзависимый антиген также называют связанным распознаванием. Ключевые стадии Т-В-клеточной кооперации, приводящие к синтезу антител, представлены на рис. 10.6 и 10.7. На рис. 10.6 показано, как В-клетка выступает в качестве АПК для СD4+-Т-клетки. Вначале В-клетка, экспрессирующая иммуноглобулин, специфичный к конкретному белковому антигену, захватывает антиген путем связывания его с Ig на мембране клетки. После этого комплекс антигена с Ig перемещается внутрь клетки и антиген подвергается процессингу в вакуолях с кислым содержимым. Некоторые пептиды, образованные при разрушении антигена, избирательно связываются с молекулами МНС II класса, также присутствующими в этих вакуолях с кислым содержимым. Комплексы пептид -МНС II класса транспортируются к поверхности В-клетки, где взаимодействуют с СD4+-Т-клеткой, обладающей подходящим TCR (вверху на рис. 10.7). В дополнение к комплексу пептид-МНС, презентируемому В-клеткой для TCR подходящей Т-клетки, на поверхностях Т- и В-лимфоцитов взаимодействуют еще несколько пар молекул (см. рис. 10.7). Эти взаимодействия необходимы для взаимной активации Т- и В-клеток; в результате Т-клетка синтезирует цитокины, а В-клетка - антитела. Пары адгезионных молекул CD11a/CD18- CD54 (LFA-1/ICAM-1) и CD2-CD58, которые описаны ранее в этой главе на примере взаимодействия АПК и Т-клетки, поддерживают контакт между Т- и В-клетками. Костимуляторные пары В7-CD28 и CD40-CD154 также играют ключевую роль во взаимодействии В- и Т-лимфоцитов. Рис. 10.7. Ключевые участники Т-В-кооперации. Штриховкой обозначены элементы, экспрессия которых усиливается при активации. Также показаны цитокины, образуемые T-клеткой, и их влияние на изотип Ig, секретируемый В-клеткой Презентация В-клеткой комплекса пептид-МНС II класса для TCR увеличивает экспрессию CD154 (лиганд CD40 или CD40L) на Т-клетке-хелпере. Взаимодействие CD40-CD154 в свою очередь усиливает экспрессию костимуляторной молекулы В7 на В-клетке, и В7 взаимодействует с CD28, экспрессированном на Т-клетке. Как указано ранее в подразделе, посвященном взаимодействию АПК с СD4+-T-клетками, взаимодействия CD40-CD154 и В7-CD28 стимулируют в активированной Т-клетке синтез цитокинов, которые индуцируют пролиферацию. Продукция цитокинов Т-хелперной клеткой ведет к пролиферации как самого Т-хелпера, так и В-клетки и синтезу Ig, что обеспечивается за счет увеличения количества цитокиновых рецепторов на активированной В-клетке. Взаимодействие CD40-CD154 также необходимо для переключения В-клетки на синтез других изотипов Ig, отличающихся от IgM. например IgG (переключение изотипов). Если такого взаимодействия не происходит, возможен синтез только IgM. Эта ситуация описана у людей с нефункциональным CD154 при клиническом состоянии, названном гипep-IgM-синдром, и у так называемых «нокаутных» мышей, не имеющих гена CD154. В обеих ситуациях продуцируются только антитела класса IgM, а антитела других изотипов отсутствуют. Для переключения изотипов В-клетками также необходимы цитокины, синтезируемые активированными Т-клетками. На рис. 10.7 показано, что изотип антител, которые синтезирует В-клетка, зависит от цитокинов, продуцируемых Т-клеткой. Так, если Т-клетка секретирует IL-4, то В-клетка переключается на продукцию преимущественно IgE и IgG4, а если Т-клетка выделяет IFNγ, то В-клетка переключается на продукцию таких подтипов IgG, которые активируют комплемент. В-клетки являются особенно эффективными АПК для CD4+-T-клеток при ответах на антигены, с которыми обе клетки уже встречались ранее. Это взаимодействие обычно происходит в специализированных участках лимфатических узлов - фолликулах - с последующей активацией В-клеток, соматическими мутациями и индукцией В-клеток памяти, происходящей в зародышевом центре лимфатического узла. Однако, как уже ранее описывалось в данной главе, наивные СD4+-Т-клетки наиболее эффективно активируются антигенами, которые прошли процессинг и презентируются дендритными клетками. Т-клетки, активированные дендритными клетками при первичном ответе, затем, вероятно, взаимодействуют и активируют В-клетки, которые захватывают антиген с использованием описанных ранее механизмов. Значение вовлечения Т-клеток в синтез антител В-клетками может быть адекватно оценено с учетом данных об антигенах, для ответа на которые не требуется помощь Т-клеток, - так называемых Т-независимых антигенах, которые обсуждаются далее в этой главе. Эти антигены не приводят к образованию В-клеток памяти, а В-клетки при ответе на них не переключают изотипы синтезируемых Ig, секретируя только IgM. Функции СD8+-Т-клеток Рассмотрим другую важную субпопуляцию Т-клеток - СD8+-Т-клетки. Их основной функцией является уничтожение (киллинг) клеток, которые заражены бактериями или вирусами. СD8+-Т-клетки также ответственны за гибель пересаженных чужеродных клеток при отторжении трансплантата и за уничтожение опухолевых клеток. По этой причине СD8+-Т-клетки часто называют Т-киллерами или цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ) . Клетка, уничтожаемая ЦТЛ, называется мишенью. В этой роли может выступать специализированная АПК, такая как дендритная клетка, или любая другая клетка организма. В отличие от рецепторов СD4+-Т-клеток TCR СD8+-Т-клеток распознают комбинацию пептидов, связанных с молекулами МНС I класса на поверхности клеток. Это взаимодействие в присутствии соответствующих вторых сигналов (обсуждаются далее) приводит к гибели клетки, представившей пептид. СD8+-Т-клетки также синтезируют цитокины, в основном те, которые ассоциируются с фенотипом Тн1 СD4+-Т-клеток. В частности, это IFNγ, который необходим при некоторых вирусных и бактериальных инфекциях, а также TNFβ, участвующий в уничтожении клетки-мишени. Однако некоторые СD8+-Т-клетки синтезируют такие цитокины, как IL-4, которые ассоциированы с профилем Тн2 СD4+-Т-клеток. Активация СD8+-Т-клеток Выходящие из тимуса СD8+-Т-клетки не могут уничтожать клетки; вначале они должны активироваться, чтобы затем пролиферировать и дифференцироваться. Для активации необходимо присутствие как первого сигнала - взаимодействия комплекса пептид-МНС с TCR, так и вторых, или костимуляторных. Развитие цитолитической функции также требует синтеза цитокинов, в том числе IL-2, IFNγ и IL-12. На рис. 10.8 показаны два наиболее важных способа активации ЦТЛ в ответ на вирусную инфекцию. В его верхней части показан первый способ, в котором принимают участие СD4+-Т-клетки, специфичные к вирусу и продуцирующие IL-2. При наличии клетки-мишени, инфицированной вирусом, и IL-2, выделяемого СD4+-T-клеткой, индуцируются пролиферация и дифференцировка СD8+-Т-клеток. При таком ответе вирусспецифичные СD4+-Т-клетки активируются при презентации вирусного антигена молекулами МНС II класса на АПК, такой как дендритная клетка или макрофаг. При этом пути активации вирусный эпитоп, который активирует CD4+-T-клетку, вероятнее всего будет отличаться от эпитопа, активирующего СD8+-Т-клетку. Рис. 10.8. Активация и уничтожение клеток-мишеней CD8+-ЦТЛ В средней части рис. 10.8 показано, как CD8+-Т-клетки могут активироваться без участия CD4+-Т-клеток. Такой механизм описан при ответе на некоторые вирусы. В этой ситуации используется перекрестное примирование. При таком пути активации вирусные антигены переносятся от мертвой или умирающей инфицированной клетки в профессиональные АПК, такие как дендритные клетки. Затем дендритные клетки процессируют вирусный антиген, размещают его в молекулы МНС I класса и представляют пептиды вирусспецифичным CD8+-T-клеткам. Так как дендритные клетки также экспрессируют костимуляторные молекулы, такие как В7, они могут активировать вирусспецифичные наивные СD8+-Т-клетки. При этом пути активации СD8+-Т-клетка, вероятно, самостоятельно продуцирует цитокины, необходимые для пролиферации и дифференцировки. Предполагают, что перекрестное примирование может играть важную роль при активации ответов СD8+-Т-клеток на клетки инфицированной ткани, у которых отсутствуют костимуляторные молекулы, а также при ответах на клетки некоторых опухолей. Какие бы межклеточные взаимодействия ни участвовали в активации СD8+-Т-клеток, весьма вероятно, что первые события этой активации похожи на описанные ранее стадии активации СD4+-Т-клеток. Как и CD4, CD8 связан с тирозиновой киназой Lck, а также взаимодействуют те же пары костимуляторных и адгезионных молекул, что и при активации СD4+-Т-клеток: CD28-В7, CD110/CD18-CD54 (LFA-1-ICAM-1) и CD2-CD58. Уничтожение СD8+-Т-клетками клеток-мишеней После активации теперь уже зрелые СD8+-Т-клетки начинают уничтожение клетки-мишени с того, что прикрепляются к ней. В нижней части рис. 10.8 показано, что пары адгезионных молекул, экспрессируемые и на Т-клетке, и на клетке-мишени, помогают поддерживать контакт между клетками в течение нескольких часов. На рисунке также показано, что активированная СD8+-Т-клетка обладает гранулами, в которых содержатся цитотоксические белки, и экспрессирует на поверхности клетки молекулу CD178 (Fas-лиганд). Далее описано, почему эти молекулы являются ключевыми для уничтожения клеток-мишеней. Предполагают, что СD8+-Т-клетки могут уничтожать мишени двумя способами. Первым и, вероятно, преимущественным путем уничтожения большинства мишеней является выделение цитотоксических веществ, содержащихся в гранулах внутри Т-клеток. После прикрепления к клетке-мишени СD8+-Т-клетка перемещает гранулы к поверхности мембраны, обращенной к мишени, и с помощью процесса, называемого экзоцитозом, выделяет их содержимое на поверхность уничтожаемой клетки. Эти цитотоксические вещества образуют поры в мембране клетки-мишени. Основными компонентами гранул, участвующих в уничтожении клеток-мишеней, являются перфорин и гранзимы. Перфорин - это молекула, которая полимеризуется с образованием кольцевидных трансмембранных каналов (или пор) в мембране клеток-мишеней. Это приводит к повышению проницаемости клеточной мембраны и, неизбежно, к смерти клетки. Действие перфорина на мембрану клетки похоже на действие мембраноатакующего комплекса комплемента. При уничтожении клеток этим способом ЦТЛ дополнительно используют гранзимы, набор сериновых протеаз. Гранзимы попадают в уничтожаемую клетку через поры, образуемые при полимеризации молекул перфорина, и взаимодействуют с внутриклеточными компонентами клетки-мишени, стимулируя апоптоз. Поскольку клеточная смерть путем апоптоза не приводит к высвобождению клеточного содержимого, уничтожение инфицированной клетки по этому механизму может предотвращать распространение инфекционного агента (вируса) в другие клетки. Вторым способом уничтожения клеток-мишеней является взаимодействие CD178 (Fas-лиганда) на поверхности Т-клетки с CD95 (Fas) Fas-рецептором, поверхностной молекулой, экспрессируемой на многих клетках организма. Это взаимодействие активирует апоптоз клетки-мишени путем последовательной активации протеолитических ферментов каспазы внутри клетки. Это приводит к тому, что клетка умирает в течение нескольких часов. После того как СD8+-Т-клетка запустит один или оба описанных механизма уничтожения, она отрывается от клетки-мишени, чтобы атаковать и уничтожить следующие клетки-мишени. Как будет показано в следующих подразделах, активация СD8+-Т-клеток и уничтожение клетки-мишени являются не связанными событиями. Это можно продемонстрировать на препарате СD8+-Т-клеток человека, инфицированного вирусом. Эти вирусспецифичные цитотоксические клетки способны уничтожать клетки, инфицированные вирусом, и за пределами организма. При уничтожении инфицированных клеток-мишеней не нужно добавлять никакие дополнительные факторы. Еще раз повторим концепцию МНС-рестрикции Т-клеточного ответа, о которой уже упоминалось в предыдущих главах. Вирусспецифичный СD8+-ЦТЛ распознает, а впоследствии уничтожает клетку-мишень, экспрессируюшую специфическую комбинацию вирусного пептида и определенной молекулы МНС I класса. Это означает, что СD8+-ЦТЛ, специфичный к вирусу гриппа и HLA-A2, например, уничтожает только клетки, которые экспрессируют HLA-A2, нагруженный пептидом, полученным из вируса гриппа. Этот ЦТЛ не уничтожит нормальную неинфицированную клетку организма, экспрессирующую HLA-A2, в отсутствие пептида гриппа. Кроме того, эта вирусспецифичная СD8+-Т-клетка не уничтожит клетки-мишени, экспрессирующие другие комбинации пептидов с молекулами МНС, такие как пептид из вируса кори с HLA-A2 или даже тот же пептид вируса гриппа, связанный с HLA-B3. Эти открытия Р. Цинкернагеля (R.Zinkernagel) и П.Догерти (P.Doherty) (оба получили Нобелевскую премию в 1996 г.) позволили разработать концепцию МНС-рестрикции Т-клеточного ответа, согласно которой Т-клетка распознает комбинацию антигена с молекулой МНС, а не собственно молекулу антигена. Экспрессия комплексов пептидов возбудителя с МНС I класса на поверхности клетки приводит к распознаванию инфицированной клетки СD8+-Т-клетками и ее последующему уничтожению. Таким образом, уничтожение СD8+-Т-клетками обеспечивает механизм элиминации любой клетки организма, инфицированной патогенным агентом. Очевидно, что элиминация патогена приводит к разрушению клеток организма-хозяина, но это приемлемая цена, которую организм может заплатить за удаление источника инфекции. СD8+-Т-клетки практически всегда выступают в качестве цитотоксических клеток как у человека, так и у мыши. Однако существенная часть СD4+-Т-клеток у человека и некоторые - у мыши также обладают цитотоксическими функциями. Как можно предположить из продолжающегося обсуждения МНС-рестрикции, эти цитотоксические СD4+-Т-клетки активируются к уничтожению при распознавании комплекса пептид - МНС II класса на АПК или клетке-мишени. Поскольку активированные СD4+-Т-клетки экспрессируют CD178, но не содержат гранул с цитотоксической активностью, вероятно, они используют взаимодействие CD95-CD178 как основной метод уничтожения клеток-мишеней. Окончание иммунного ответа: индукция клеток памяти Антигенная стимуляция увеличивает количество лимфоцитов, специфичных к стимулирующему антигену, а также число лимфоцитов и других эффекторных клеток, которые рекрутируются цитокинами, синтезированными в ходе ответа. Однако, когда антиген уже уничтожен, необходимо уменьшить объем этого пула активированных клеток; в противном случае организм вскоре переполнится размножающимися клеточными популяциями. На рис. 10.9 показан основной механизм уничтожения активированных Т-клеток - клеточная смерть, вызванная активацией. Рис. 10.9. Клеточная смерть, вызванная активацией. После стимуляции антигеном Т-клетка может уничтожить: 1) саму себя путем выделения растворимой формы CD178 (FasL), который взаимодействует с CD95 (Fas) на той же клетке; 2) другую Т-клетку с CD95, который будет взаимодействовать либо с растворимой, либо мембранной формой CD178 Исследования показывают, что Т-клетки чувствительны к апоптозу после того, как они были активированы, и особенно после повторной стимуляции антигеном. Апоптоз развивается в результате взаимодействия CD95-CD178, которое описано в этой главе ранее. Активированные Т-клетки экспрессируют одновременно и CD95, и CD178 (экспрессия последнего индуцируется активацией). После удаления антигена, например после того, как активированные ЦТЛ уничтожили свои инфицированные мишени, эти ЦТЛ взаимодействуют друг с другом и индуцируют апоптоз. На рис. 10.9 также показано, что активированные клетки выделяют CD178, и эти секретированные молекулы также могут взаимодействовать с экспрессируемыми на поверхности клеток CD95 и вызывать апоптоз. Предполагают, что взаимодействие CD95- CD178 играет ключевую роль в уничтожении большинства активированных CD4+- и СD8+-Т-клеток по окончании антигенной стимуляции . Однако не все клетки, активированные антигеном, умирают; выживает небольшая популяция долгоживущих антигенспецифичных клеток. Они образуют популяцию Т-клеток памяти для антигена и CD4+- или СD8+-Т-клетки памяти. Вторичные (с участием клеток памяти) Т-клеточные ответы более эффективны, чем первичные. Одна из причин этого в том, что стартовый объем клонирования популяции памяти, специфичной для определенного антигена, больше, чем размер непримированной популяции, даже после того, как посредством клеточной смерти, вызванной активацией, удалится большинство размножившихся клеток. Также предполагают, что для индукции полной активации Т-клетки памяти не нуждаются в костимуляторных взаимодействиях В7-CD28. Никаких поверхностных молекул, уникальных для Т-клеток памяти, не обнаружено. Скорее, выявлены небольшие различия в уровне экспрессии тех же молекул (для одних больше, для других меньше) между непримированными Т-клетками и клетками памяти. Также описываются изменения изоформ мембранной фосфатазы CD45; предполагается, что при активации CD45 переходит из формы CD45RA в форму CD45RO, что вызвано альтернативным сплайсингом РНК, транскрибированной с ее гена. Не ясно, необходимо ли наличие антигена, хотя бы и в самой незначительной концентрации, при персистировании клеток памяти; результаты некоторых исследований показывают, что при отсутствии примирующего антигена клетки памяти умирают. Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини

Антитела

- Что же это за клетки?

- Это лимфоциты.

Если не учитывать эритроциты, которые переносят кислород, то все остальные клетки крови имеют белый цвет . Их называют лейкоцитами, то есть белыми клетка ми. Из всех белых клеток 30 процентов относятся к лимфоцитам. Лимфоцит в переводе на русский язык означает «клетка лимфы».

Во всех тканях нашего тела, помимо крови, циркулирует лимфа. По лимфатическим сосудам она поступает в лимфатические узлы , а оттуда собирается в один большой сосуд - грудной проток, который впадает в кровяное русло около самого сердца. В лимфе нет эритроцитов. Только лимфоциты.

Осмотр

Многие считали, что из лимфоцитов возникают всевозможные другие клетки - соединительнотканные, печеночные, легочные и т. д. «Старая литература, - пишет Гоуэнс, - наполнена противоречивыми доказательствами того, что малые лимфоциты могут превращаться в эритроциты, гранулоциты, моноциты, фибробласты, плазматические клетки и т. д. Один циник как–то заметил, что все клетки, за исключением клеток нервной системы , в то или иное время рассматривались как производные лимфоцитов!»

Второе исследование. Гоуэнс облучает крысу рентгеновскими лучами. Многие системы страдают после облучения, иммунная система тоже. Животное не вырабатывает антител. Облученной крысе введены эритроциты барана, антител нет. Другой облученной крысе эритроциты барана введены вместе с лимфоцитами от здоровой крысы, антитела есть.

В крови плавают десятки тысяч различных антител, но они имеют общий план строения.

- Как устроены молекулы антител? Это, наверное, белки, которые циркулируют в крови.

Да, это самые крупные белковые молекулы кровяной сыворотки - гамма–глобулины. Поскольку все гамма–глобулины - антитела, их теперь называют иммуноглобулинами.

- Сколько же разных иммуноглобулинов плавает в крови?

Много. По приблизительным подсчетам, около десяти тысяч. Около одного процента массы крови приходится на иммуноглобулины. Иначе говоря, в литре крови 10 граммов антител.

- Сколько же это молекул?

- Очень много. Цифра астрономическая. Что–то вроде 5x10 20 (500 000 000 000 000 000 000), и каждая из них может соединиться с каким–то чужеродным веществом и обезвредить его.

Расшифровать устройство молекулы иммуноглобулина удалось благодаря работам двух исследователей - Роднея Портера в Оксфорде и Джералда Эдельмана в Нью–Йорке. Первые результаты были опубликованы в 1959 году. К 1965 году в общих чертах структура молекулы была расшифрована. К 1970–му иммунологи знали не только план строения, но и последовательность укладки «кирпичей» (аминокислот, из которых построена любая белковая молекула). В 1972 году Портер и Эдельман были удостоены Нобелевской премии.

Работа в поте лица

Примерный ход событий таков. В 1958 году Портер обработал выделенный из крови чистый иммуноглобулин папаином. Его получают из растений. Папаин относится к ферментам, разрушающим белки. Он способен разрезать белковые молекулы поперек.

В это же самое время на другом берегу Атлантического океана, как говорят в науке, «одновременно и независимо» Эдельман обработал выделенные из крови молекулы иммуноглобулинов 6–меркаптоэтанолом. Этот химический реагент обладает способностью разрезать молекулы белков вдоль. (Папаин пилит белковые стволы на дрова, а 6–меркаптоэтанол - на доски.)

Здесь следует немного отвлечься от антител, чтобы вспомнить, как вообще построены белки, что лежит в их основе.

Основой строения всех белков служат пептидные цепи. Белок может быть составлен из нескольких цепей, расположенных последовательно или параллельно друг другу. Каждая цепь, как из звеньев, образована из аминокислот. Вот, например, кусочек пептидной цепи инсулина - одного из хорошо изученных белков, при недостатке которого развивается тяжелая болезнь диабет: цистеин-аланин-серин-валин-цистеин. Полипептидные цепи, составленные из разных сочетаний 20 аминокислот, образуют все многообразие белков на нашей планете.

Аминокислоты соединены в цепи пептидов через атомы углерода и азота. Эти связи носят название пептидных. Именно их разрывает папаин. Конечно, не все сразу. В первую очередь в наиболее доступных участках белковой молекулы.

Если пептидные цепи, составляющие молекулу белка, расположены в виде двух нитей параллельно друг другу, то они соединяются между собой через два атома серы. Эти связи называются дисульфидными. Их разрушает 6–меркаптоэтанол. В результате этого белковая молекула, если она составлена из параллельных пептидных цепей, разрезается вдоль.

Итак, Портер рассек молекулу антитела поперек, а Эдельман вдоль.

Молекулярный вес целой молекулы был чуть больше 150 тысяч. После поперечного разрезания возникли три фрагмента с молекулярным весом около 50 тысяч каждый. Портер получил три фрагмента примерно равной величины. Он обозначил их I, II и III. Величина их была почти равна, но свойства…

Фрагменты I и II оказались тождественными друг другу. Каждый из них обладал главным качеством антитела - мог соединяться с антигеном, с той чужеродной субстанцией, против которой направлено данное антитело. Фрагмент III этим качеством не обладал.

Эдельман получил четыре фрагмента, вернее, четыре цепи, так как он разделил белковую молекулу на пептидные цепи. Две цепи, тождественные между собой, имели молекулярный вес примерно 25 тысяч. Он их назвал L–цепи (от слова light - легкий). Две другие, тоже тождественные между собой, имели вес 50 тысяч. Он их назвал Н–цепи (от слова heavy - тяжелый). (Следует заметить, если одна пептидная цепь в два раза тяжелее другой, это значит, что она в два раза длиннее.) Ни одна из этих цепей основным качеством антитела - способностью связывать антиген - не обладала. Однако если воссоединить вновь L–цепь и Н–цепь, то у образовавшейся структуры, представляющей половину молекулы, это качество восстанавливалось.

Вот так перед исследователями возникла задачка на сообразительность.

Дано: если разрезать молекулу поперек, возникает три части. Обозначим молекулярный вес в тысячах внизу символа, а антительную активность - звездочкой вверху символа. Получим формулу строения антитела: АТ 150 = I 50 * + II 50 * + III 50 .

Если разрезать вдоль, возникает четыре части со своей формулой: АТ 150 = 2L 25 +2Н 50 = (L 25 + Н 50) * + (L 25 + Н 50)*.

Требуется: определить пространственную структуру расположения пептидных цепей в молекуле и локализацию активных центров, то есть участков, определяющих главное качество - способность соединяться с антигеном.

Еще упрощаем задачу: из двух длинных и двух коротких цепочек сложить фигуру, которая бы при поперечном разрезе давала три равновеликих фрагмента. Два из них несут специфические антигенсвязывающие участки, составленные из длинной и короткой цепей.

Получится конструкция, похожая на заглавную букву «игрек» латинского шрифта?, что–то вроде нашей мальчишеской рогатки. Места, к которым привязывается резинка, и есть активные центры. Две стороны «рогатины» - это и есть портеровские фрагменты I и II. «Рукоятка» - фрагмент III. Папаин рассекает конструкцию на три фрагмента как раз в месте разветвления.

Две длинные цепи, располагаясь рядом друг с другом, формируют «рукоятку», а в месте разветвления расходятся, образуя внутренние стороны «рогатины». Короткие цепи примыкают к длинным после развилки, формируя наружные стороны «рогатины». Концы ее, состоящие из окончаний обоих типов цепей, определяют специфичность молекулы. В итоге каждое антитело имеет два активных центра. Как двумя руками связывает оно чужеродные антигенные частицы, делая их неактивными, нерастворимыми, неспособными оказывать вредное организму действие.

Такая конструкция построена не только на основе логических рассуждений. Она подтверждена специальными физико–химическими методами. Наконец, ее увидели в электронном микроскопе. Молекула антитела действительно выглядит так:

Молекула антитела

Некоторые молекулы антител соединяются своими «рукоятками» по две. Тогда они называются димерами. Они имеют, таким образом, сразу четыре активных центра для связывания антигена. Так ведут себя иммуноглобулины класса А. Другие молекулы объединяются по пять (пентамеры), образуя картину звезды с десятью активными центрами, смотрящими наружу. Это иммуноглобулины класса М. Но большинство антител относятся к обычному, мономерному («моно» - значит «один») типу. Их называют иммуноглобулинами класса Г.

К 1970 году структура антител была понята не только в общих чертах. Было выяснено, сколько аминокислот в каждой из четырех пептидных цепей.

В основе повышенной чувствительности организма лежат его иммунные реакции на антиген. Обычно такая чувствительность проявляется при повторной встрече организма с аллергеном, не вызывающим у здоровых людей реакции. Однако с первой встречи с аллергеном начинается образование аллергических антител, которые после повторной встречи с тем же аллергеном дают бурную цепную реакцию. Механизм этой реакции недостаточно ясен; одной из главных ее особенностей являются распад тучных клеток и выход из их гранул гистамина. Гистамин вызывает расширение сосудов и отек тканей.

К типичным аллергенам относятся различные виды пыльцы трав и цветов, перья некоторых видов птиц, шерсть домашних животных, различные красители. Аллерген проникает в организм чаще всего через слизистую оболочку дыхательных путей или кожу.

Анафилаксией называют реакцию повышенной чувствительности к повторному введению чужеродного белка. Анафилаксия может проявляться реакцией организма различной степени вплоть до крайне тяжелой- анафилактического шока.

Экспериментально анафилактический шок легко продемонстрировать на морских свинках, очень чувствительных к чужеродным белкам. Если морской свинке подкожно ввести небольшую дозу (0,01 - 0,001 мл) чужеродного белка, например лошадиной сыворотки, то свинка легко переносит это без всяких видимых последствий. К 8 - 12-му дню у морской свинки развивается состояние сенсибилизации по отношению к введенному белку. Если в период сенсибилизации морской свинке ввести в кровь тот же белок, развивается анафилактический шок. Для развития анафилаксии необходимо введение в кровь большой дозы этого же антигена. Это так называемая разрешающая инъекция. А. М. Безредка ярко описал картину анафилактического шока у морской свинки: "Как только кончено пробное вспрыскивание, сенсибилизированная морская свинка начинает волноваться. Она начинает царапать мордочку. Ее волнение растет с минуты на минуту. Вдруг она начинает вращаться вокруг своей оси. Эти вращательные движения прерываются судорожными вздрагиваниями, все более частыми и сильными. В определенный момент - 3 - 4 мин спустя после вспрыскивания - судорожные движения становятся реже. Животное кажется истощенным... Ложится на бок. Сфинктеры мочевого пузыря и заднего прохода расслабляются; происходит выделение мочи и кала. Дыхание, очень короткое и прерывистое сначала, становится все медленнее. К концу короткого промежутка, редко превышающего 5 - 6 мин, животное умирает от удушья".

Если анафилаксия проявляется в слабой форме, то обычно наблюдаются зуд, учащенное дыхание, сердцебиение, понижение артериального давления и понос.

В отдельных случаях животные при анафилактическом шоке выживают. В дальнейшем они на некоторое время становятся нечувствительными к данному аллергену. Наступает так называемая десенсибилизация. Десенсибилизацию можно вызвать искусственно, вводя перед инъекцией разрешающей дозы небольшую дозу аллергена.

Анафилаксию разной степени тяжести можно наблюдать у людей, например при повторном введении различных лечебных сывороток-противостолбнячной, противодифтерийной и др. Описаны случаи анафилактического шока при повторном введении антибиотиков, анестетиков или витаминов. Для предупреждения анафилактических реакций в практике используют метод десенсибилизации, предложенный А. М. Безредкой: за 2 - 4 ч перед введением необходимого количества сыворотки вводят небольшую ее дозу (0,5 - 1 мл). Этот метод обычно делает введение сыворотки безопасным. Однако у особо чувствительных людей даже применение этого метода не всегда предупреждает развитие анафилаксии.

К анафилаксии относится сывороточная болезнь, развивающаяся у некоторых людей через 8 - 14 сут после введения лечебных сывороток. Она характеризуется появлением зуда, сыпи, повышением температуры, отеком лица. Обычно через несколько дней наступает выздоровление.

Развитие сывороточной болезни можно ослабить или иногда предупредить, если вводить сыворотку не сразу, а постепенно возрастающими дозами. Хорошо очищенная сыворотка реже вызывает сывороточную болезнь.

К аллергическим реакциям относят повышенную чувствительность к аллергенам бактериальной природы. Это реакции гиперчувствительности замедленного типа. Возникновение реакции такого типа связано с предшествующей сенсибилизацией организма микробным аллергеном, вирусом, токсином. В ответ на эти аллергены могут развиваться реакции клеточного иммунитета без образования гуморальных антител. Этим объясняется то, что при реакции замедленного типа обычно отмечаются значительные местные повреждения тканей.

Аллергические реакции играют важную роль в патогенезе многих заболеваний, особенно туберкулеза, скарлатины, ревматизма. Так, например, при туберкулезе организм больного постоянно сенсибилизирован по отношению к туберкулезному токсину - туберкулину. Организм здорового человека не реагирует на внутрикожное введение туберкулина или отвечает легкой воспалительной реакцией. Введение же туберкулина больным туберкулезом вызывает бурную кожную воспалительную реакцию. Эта проба используется с диагностической целью.

Аллергические проявления часто определяют характер течения болезни. Разрешающими факторами могут быть самые разнообразные воздействия, иногда даже случайные. Так, например, обострение ревматизма может начаться после гриппа, ангины, охлаждения или перегревания, а также после введения лечебной сыворотки (например, противостолбнячной). Обострение хронически текущего туберкулезного процесса иногда происходит после различных воздействий, изменяющих реактивность организма и играющих роль разрешающих факторов.

Лекарственная аллергия развивается вследствие повышенной чувствительности некоторых лиц к определенным лекарственным препаратам или в результате сенсибилизации этими препаратами. Роль антигена в таких случаях может выполнять как сам препарат, например некоторые антибиотики, так и продукты, образующиеся в результате взаимодействия данного препарата с белками организма. Чаще всего аллергические реакции вызывают антибиотики, но эти реакции могут быть обусловлены и другими лекарственными средствами , даже амидопирином.

Клинические проявления аллергических реакций на лекарственные препараты разнообразны-от крапивницы или приступа бронхиальной астмы до анафилактического шока. В связи с этим для предупреждения аллергических реакций лекарственные препараты следует применять только при определенных показаниях по правильным схемам и после выяснения переносимости их данным больным.

Подобно лекарственным аллергиям, могут развиваться аллергии в ответ на раздражение некоторыми химическими веществами, например лаками, красителями, клеями. В таких случаях чаще всего приходится встречаться с аллергическими поражениями кожи-дерматитами.

К аллергии относится и идиосинкразия - сверхчувствительность к некоторым пищевым продуктам, лекарственным препаратам, вдыхаемой пыльце цветов, косметическим средствам и т. п.

Антитела выполняют две функции: антиген -связывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ, например, запускают классическую схему активации комплемента).

Антитела синтезируются плазматическими клетками, которыми становятся некоторые В-лимфоциты, в ответ на присутствие антигенов. Для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные для этого антигена антитела. Антитела распознают антигены, связываясь с определённым эпитопом - характерным фрагментом поверхности или линейной аминокислотной цепи антигена.

Антитела состоят из двух лёгких и двух тяжёлых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов) - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей и по выполняемым эффекторным функциям.

История изучения

Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году, однако в то время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина, кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тиселиуса и Кабата, началось изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном, который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами, имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичных тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C Н 1, шарнира, C H 2- и C H 3-доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L - и C L - доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA), так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε- и μ-цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

• последовательностью аминокислот
• молекулярной массой
• зарядом

Класс IgG классифицируют на четыре подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), класс IgA - на два подкласса (IgA1, IgA2). Все классы и подклассы составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа

• распознает и связывает антиген, а затем
• усиливает уничтожение и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Одна область молекулы антител (Fab) определяет её антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.

Специфичность антител

Имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.

Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген, похожий на полимеризованный флагеллин, связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.

Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.

Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка, полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант. Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.

Клонально-селекционная теория :

1. Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
2. Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
3. Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
4. Лимфоциты, имеющие антиген, проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины, которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.

Вариабельность антител

Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 10 8 вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:

• Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;
• Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;
• Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

Контроль пролиферации

Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит её ингибитором. Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM усиливает иммунный ответ. Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.

Что это за плазматические клетки, вырабатывающие антитела, и можно ли плазматическую клетку считать самой главной клеткой иммунной системы?

Что это за плазматические клетки, вырабатывающие антитела? О них уже знали во времена Мечникова или это более позднее открытие?

Антитела

Конечно, более позднее. Это достижения новой иммунологии. Шведская исследовательница Астрид Фагреус в 1948 году предположила, что антитела вырабатываются плазматическими клетками. Окончательно это было доказано известным американским иммунологом Альбертом Кунсом всего 20 лет назад, в 1956 году.

- Нет, нельзя. Главные клетки распознаны еще позже.

- Что же это за клетки?

- Это лимфоциты.

Если не учитывать эритроциты, которые переносят кислород, то все остальные клетки крови имеют белый цвет. Их называют лейкоцитами, то есть белыми клетка ми. Из всех белых клеток 30 процентов относятся к лимфоцитам. Лимфоцит в переводе на русский язык означает «клетка лимфы».

Во всех тканях нашего тела, помимо крови, циркулирует лимфа. По лимфатическим сосудам она поступает в лимфатические узлы, а оттуда собирается в один большой сосуд - грудной проток, который впадает в кровяное русло около самого сердца. В лимфе нет эритроцитов. Только лимфоциты.

Ровно триста лет назад, знаменитый голландец Антони Левенгук создал свой «микроскоп». Первыми объектами его наблюдений были капля дождевой воды и капля крови. Он открыл красные кровяные шарики - эритроциты, которые составляют основную массу клеток крови. Не прошло и сотни лет после этого, как были обнаружены белые клетки крови. Их почти в тысячу раз меньше, чем эритроцитов, но все равно очень много. В грамме крови содержится 4-5 миллиардов эритроцитов и 6-8 миллионов лейкоцитов.

Лейкоциты делятся на две главные группы. Клетки первой группы составляют около 2 / 3 и характеризуются тем, что имеют не круглые, а сегментированные ядра. У клеток второй группы абсолютно круглые ядра, которые занимают большую часть клетки. Первые являются собственно лейкоцитами, а вторые получили название лимфоцитов.

В конце прошлого столетия Мечников обнаружил, что лейкоциты защищают организм, пожирая чужеродные частицы. В отличие от больших тканевых фагоцитов - макрофагов, он назвал их малыми фагоцитами - микрофагами. А вот чем занимаются лимфоциты, стало известно всего 15 лет назад.

Как легко мы перелистываем историю! Триста лет назад открыты первые клетки крови - красные, двести лет назад - лейкоциты, сто лет назад - лимфоциты. Упорный труд, поиски, изобретательность, споры, десять поколений исследователей! А у нас полстраницы печатного текста.

Осмотр

Два миллиона лимфоцитов в каждом грамме крови. Чем они заняты? Этот вопрос задавали себе сотни исследователей. Профессор Джеймс Гоуэнс из Оксфорда, сделавший больше всех других, чтобы обнаружить функции этих клеток, приводит слова известного патолога Арнольда Рича: «Лимфоциты - это флегматичные наблюдатели бурной активности фагоцитов». Таким было одно из распространенных воззрений. Действительно, очень маленькие клетки, 6-8 микрон в диаметре, чуть больше собственного ядра (почти одно ядро!), которые не обладают активной подвижностью, но почти всегда скапливаются вокруг воспалительного очага, в котором работают фагоциты, пожирая все инородное или отмирающее.

Было и другое мнение. Лимфоцитам приписывали функцию питания других клеток. Их даже называли трофоцитами - питающими клетками.

Многие считали, что из лимфоцитов возникают всевозможные другие клетки - соединительнотканные, печеночные, легочные и т. д. «Старая литература, - пишет Гоуэнс, - наполнена противоречивыми доказательствами того, что малые лимфоциты могут превращаться в эритроциты, гранулоциты, моноциты, фибробласты, плазматические клетки и т. д. Один циник как–то заметил, что все клетки, за исключением клеток нервной системы, в то или иное время рассматривались как производные лимфоцитов!»

Лимфоцит действительно таинственная клетка, коль скоро ему удалось сохранить свою тайну перед прозорливостью науки вплоть до 60–х годов XX столетия! В начале 69–х годов появились бесспорные доказательства того, что все специфические реакции иммунитета - выработку антител, отторжение пересаженных тканей или органов, противовирусную защиту - осуществляют лимфоциты.

Разберем это на примере исследований Джеймса Гоуэнса. В те годы у него в Оксфордском университете была малюсенькая лаборатория. В одной из комнаток со старинными полупрозрачными окнами стоял в центре на столе сконструированный им самим станок. Главная часть станка - цилиндр из плексигласа. В цилиндре хитроумно закреплена крыса. На шее у крысы разрез. Через разрез внутрь тела уходит тоненькая прозрачная трубочка. Из трубочки все время капают маленькие белые капли.

Доктор Гоуэнс ввел трубку в главный лимфатический сосуд - в грудной проток - и выкачивает лимфу. Он оставляет крысу без лимфоцитов. После этого он иммунизирует ее чужеродными клетками - эритроцитами барана. Должны выработаться антитела против бараньих эритроцитов. Он исследует кровь крысы раз, другой, третий… Антител нет! Тогда он берет другую безлимфоцитную крысу и возвращает ей в кровь ее лимфоциты. Иммунизирует и обнаруживает нормальное количество антител.

Значит, без лимфоцитов антитела вырабатываться не могут.

Второе исследование. Гоуэнс облучает крысу рентгеновскими лучами. Многие системы страдают после облучения, иммунная система тоже. Животное не вырабатывает антител. Облученной крысе введены эритроциты барана, антител нет. Другой облученной крысе эритроциты барана введены вместе с лимфоцитами от здоровой крысы, антитела есть.

Значит, с лимфоцитами можно передать в другой организм способность вырабатывать антитела. С лимфоцитами переносится и память об антигене. Если эти клетки взять от животного, которого уже иммунизировали эритроцитами барана раньше, то в облученном животном они обеспечат выработку большего количества антител. Так, как если бы мы его иммунизировали повторно.

Третье исследование касается механизма отторжения пересаженных чужеродных тканей. К началу 60–х годов было хорошо известно, что первая пересадка кожи иммунизирует организм и повторный лоскут отторгается вдвое быстрее первого. Но почему? Думали, что это работа антител. Однако сыворотка крови от такого животного, содержащая антитела, если ее ввести другому животному, не ускоряет отторжения пересаженной кожи. А вот лимфоциты ускоряют. Причем точно в два раза.

Значит, это лимфоциты занимаются отторжением пересаженных чужеродных тканей! Без помощи антител. Сами, своими «руками». Такие лимфоциты, которые после первого контакта с чужеродным антигеном специально нацелены против него, стали называть сенсибилизированными лимфоцитами. Они да антитела - вот два главных типа оружия иммунитета.

Иммуноглобулины синтезируются плазматическими клетками, которые образуются из трансформированных, стимулированных антигеном B-лимфоцитов (B-иммунобластов). Все молекулы иммуноглобулинов, синтезированных отдельной плазматической клеткой, идентичны и имеют специфическую реактивность против единственной антигенной детерминанты. Аналогично, все плазматические клетки, полученные путем трансформации и пролиферации одного B-лимфоцита-предшественника, идентичны; то есть, они составляют клон. Молекулы иммуноглобулинов, синтезированные клетками различных клонов плазматических клеток, имеют различные последовательности аминокислот, что обусловливает различную третичную структуру молекул и придает иную специфичность антителу, то есть, они реагируют с разными антигенами. Эти различия в последовательности аминокислот происходят в так называемом V (вариабельном, переменном) участке молекулы иммуноглобулина.

Регулирование производства антител: производство антител начинается после активации B-клеток антигеном. Максимальная концентрация антител в сыворотке наблюдается с 1 по 2 неделю и затем начинает снижаться. Непрерывное присутствие свободного антигена поддерживает ответ до тех пор, пока увеличение уровня антител не приведет к усиленному удалению антигена и, таким образом, прекращению стимуляции B-клеток. Существуют также более тонкие механизмы регуляции синтеза иммуноглобулинов. T-хелперы (CD4-позитивные) играют важную роль в регуляции ответа В-клеток на большое количество антигенов и их постоянное присутствие увеличивает производство антител. Этот эффект возникает благодаря высвобождению лимфокинов. T-супрессоры (CD8-позитивные) оказывают противоположное влияние, вызывая снижение иммунного ответа; сильное подавление ответа может быть одним из механизмов, лежащих в основе толерантности. Одним из дополнительных регулирующих механизмов является выработка анти-идиотипов (т.е. антител против собственных антител (аутоантител)). Предполагается, что при иммунном ответе производство специфического антитела обязательно сопровождается производством второго антитела (анти-идиотипного) со специфичностью против вариабельных (V) последовательностей (идиотипов или антиген-связывающих участков) первого антитела. Анти-идиотипное антитело способно к распознаванию идиотипов на антигенном рецепторе B-клеток (который построен из иммуноглобулина, идентичного по строению идиотипу первого антитела), таким образом, оно конкурирует с антигеном и служит для ингибирования активации B-клетки.

Следует отметить, что иммуноглобулины синтезируются не только при инфекционных заболеваниях. Они продуцируются непрерывно у каждого здорового человека. В результате в организме людей имеется определенный уровень различных видов антител, практически против всех микробных антигенов, в том числе и против тех возбудителей, с которыми они никогда не встречались. Это объясняется тем, что способность организма к синтезу антител выработалась у людей в процессе эволюционного развития и является генетически обусловленной. Эти антитела (иммуноглобулины) носят название нормальных. Нормальные антитела играют большую роль в защите организма от инфекции в момент внедрения возбудителей в организм, а также в начальный период болезни (т. е. тогда, когда иммунные реакции на инфекцию еще не успели сформироваться). Обычно первые проявления инфекционного иммунитета появляются не раньше 4-го дня с момента заболевания и достигают максимальной выраженности на 14 сутки и позже.

Заслуживает отдельного внимания тот факт, что продуцируемые подэпителиально расположенными лимфоцитами антитела секретируются не в кровь, а на поверхность слизистых оболочек. В то же время циркулирующие в крови антитела в норме не проникают на поверхность слизистых оболочек. Следовательно, лимфоидные клетки слизистых оболочек в значительной мере функционируют автономно. Секретируемые ими антитела образуют первую линию защиты организма от возбудителей инфекционных заболеваний.

Лимфатическая система человека выполняет ряд важных защитных функций, которые предупреждают развитие патогенных микроорганизмов или вирусов в жидких средах, клетках и тканях. За гуморальный иммунитет отвечают В-лимфоциты, которые при дальнейшем созревании синтезируют иммуноглобулины (Ig). Строение этих веществ позволяет находить, помечать и уничтожать пришедшие в организм антигены. В чем заключаются

Плазматические клетки

Все лимфатические клетки организма человека делятся на две большие группы: Т-лимфоциты и В-лимфоциты. Первые отвечают за клеточный иммунитет, поглощая антигены в процессе фагоцитоза. Задача вторых заключается в синтезе специфических антител - гуморальный иммунитет.

В-лимфоциты детерминируются во вторичных лимфоидных органах (лимфатические узлы, селезенка), а затем формируют популяцию плазмоцитов, которые также называются плазматическими клетками. Они в дальнейшем мигрируют в красный костный мозг, слизистые оболочки и ткани.

Плазмоциты достигают больших размеров (до 20 мкм), окрашиваются базофильно, т. е. в фиолетовый цвет с помощью красителей. В центре этих клеток находится крупное ядро с характерными глыбками гетерохроматина, которые напоминают спицы колеса.

Цитоплазма окрашивается светлее, чем ядро. В ней располагается мощный транспортный центр, состоящий из эндоплазматической сети и аппарата Гольджи. АГ развит достаточно сильно, формируя так называемый светлый дворик клетки.

Все перечисленные структуры направлены на синтез антител, которые отвечают за гуморальный иммунитет. Строение молекулы иммуноглобулина имеет свои особенности, поэтому важно постепенное и качественное созревание этих структур в процессе синтеза.

Собственно, для этого и развита такая густая сеть ЭПС и аппарата Гольджи. Также плазмоцитов, заключенный в ядре, направлен преимущественно на синтез белков антител. Зрелые являются примером высокой степени детерминации, поэтому редко делятся.

Строение антител иммуноглобулина

Эти высоко специализированные молекулы являются гликопротеидами, т. к. имеют белковую и углеводную части. Нас интересует скелет иммуноглобулинов.

Молекула состоит из 4 пептидных цепей: две тяжелые (Н-цепи) и две легкие (L-цепи). Они соединяются друг с другом с помощью дисульфидных связей, и в результате мы можем наблюдать форму молекулы, напоминающую рогатку.

Строение иммуноглобулинов направлено на соединение с антигенами с помощью специфических Fab-фрагментов. На свободных концах “рогатки” каждый такой участок образован двумя вариабельными доменами: одним от тяжелой и одним от легкой цепи. Каркасом служат постоянные домены (по 3 на каждой тяжелой и по одному на легких цепях).

Подвижность вариабельных концов иммуноглобулина обеспечивается наличием шарнирного участка в месте, где формируется дисульфидная связь между двумя Н-цепями. Так намного упрощается процесс взаимодействия антиген-антитело.

Остается нерассмотренным третий конец молекулы, который не взаимодействует с чужеродными молекулами. Он называется Fc-участком и отвечает за прикрепление иммуноглобулина к мембранам плазмоцитов и других клеток. Кстати, легкие цепи могут быть двух видов: каппа (κ) и лямбда (λ). Они соединены между собой дисульфидными связями.Также имеется пять видов тяжелых цепей, по которым классифицируют различные типы иммуноглобулинов. Это α-(альфа), δ-(дельта), ε-(эпсилон), γ-(гамма) μ- (мю) цепи.

Некоторые антитела способны образовывать полимерные структуры, которые стабилизируются за счет дополнительных J-пептидов. Так образуются димеры, тримеры, тетрамеры или пентомеры Ig определенного типа.

Еще одна дополнительная S-цепь характерна для секреторных иммуноглобулинов, строение и биохимия которых позволяют им функционировать в слизистых оболочках полости рта или кишечника. Эта дополнительная цепь предотвращает разрушение молекул антител природными ферментами.

Строение и классы иммуноглобулинов

Разнообразие антител в нашем организме предопределяет вариабельность функций гуморального иммунитета. Каждый класс Ig имеет свои отличительные характеристики, по которым нетрудно догадаться об их роли в иммунной системе.

Строение и функции иммуноглобулинов напрямую зависят друг от друга. На молекулярном уровне они отличаются аминокислотной последовательностью тяжелой цепи, типы которой мы уже упомянули. Следовательно, выделяют 5 видов иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgE, IgM и IgD.

Особенности иммуноглобулина G

IgG не образует полимеры и не встраивается в мембраны клеток. В составе молекул выявлено присутствие гамма-тяжелой цепи.

Отличительной чертой этого класса является тот факт, что только данные антитела способны проникать через и формировать иммунную защиту зародыша.

IgG составляет 70-80 % всех сывороточных антител, поэтому молекулы легко обнаруживаются лабораторными методами. В крови 12 г/л - среднее содержание этого класса, и такой показатель обычно достигается уже к 12 годам.

Строение иммуноглобулина G позволяет выполнять следующие функции:

Иммуноглобулин А: особенности и функции

Этот класс антител встречается в двух формах: сывороточной и секреторной.

В сыворотке крови IgA составляет 10-15 % всех антител, а его среднее количество составляет 2,5 г/л к 10-летнему возрасту.

Больше нас интересует секреторная форма иммуноглобулина А, т. к. около 60 % молекул данного класса антител сосредоточены в слизистых оболочках организма.

Строение иммуноглобулина А также отличается своей вариативностью за счет наличия J-пептида, который может участвовать в образовании димеров, тримеров или тетрамеров. За счет этого один такой комплекс антител способен связывать большое количество антигенов.

Во время образования IgA к молекуле присоединяется еще один компонент - S-белок. Его главной задачей является защита всего комплекса от разрушительного действия ферментов и других клеток лимфатической системы человека.

Иммуноглобулин А содержится в слизистых оболочках желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы и дыхательных путей. Молекулы IgA обволакивают антигенные частицы, тем самым препятствуя их адгезии на стенках полых органов.

Функции этого класса антител следующие:

1. Нейтрализация антигенов.
2. Являются первым барьером среди всех молекул гуморального иммунитета.
3. Опсонируют и маркируют антигены.

Иммуноглобулин М

Представители класса IgM выделяются большими размерами молекулы, т. к. их комплексы являются пентамерами. Всю конструкцию поддерживает J-белок, а каркасом молекулы являются тяжелые цепи ню-типа.

Пентамерная структура характерна для секреторной формы этого иммуноглобулина, однако существуют и мономеры. Последние крепятся к мембранам В-лимфоцитов, тем самым помогая клеткам обнаруживать патогенные элементы в жидкостях организма.

Всего 5-10 % составляет IgM в сыворотке крови, а его содержание в среднем не превышает 1 г/л. Антитела данного класса являются самыми древними в эволюционном плане, а синтезируются они только В-лимфоцитами и их предшественниками (плазмоциты на это не способны).

Количество антител М повышается у новорожденных, т.к. это является фактором интенсивной секреции IgG. Такая стимуляция положительно влияет на развитие иммунитета младенца.

Строение иммуноглобулина М не позволяет проникать через плацентарные барьеры, поэтому обнаружение этих антител в жидкостях плода становится сигналом о нарушении обменных механизмов, инфекции или дефекте плаценты.

Функции IgM:

Особенности иммуноглобулина D

Данный вид антител изучен достаточно мало, поэтому их роль в организме до конца не выяснена. Встречаются IgD только в виде мономеров, в сыворотке крови эти молекулы составляют не больше 0,2 % от всех антител (0,03 г/л).

Основная функция иммуноглобулина D - это рецепция в составе мембраны В-лимфоцитов, однако только 15 % всей популяции этих клеток имеют IgD. Прикрепляются антитела с помощью Fc-конца молекулы, а тяжелые цепи относятся к дельта-классу.

Строение и функции иммуноглобулина Е

Этот класс составляет незначительную долю всех антител сыворотки крови (0,00025 %). IgE, он же реагин, обладают высокой цитофильностью: мономеры этих иммуноглобулинов прикрепляются к мембранам тучных клеток и базофилов. В результате IgE влияет на выработку гистамина, который приводит к развитию воспалительных реакций.

В строении иммуноглобулина Е присутствуют тяжелые цепи эпсилон-типа.

Из-за малого количества эти антитела очень сложно обнаруживаются лабораторными методами в сыворотке крови. Повышенное содержание IgE является важным диагностическим признаком возникновения аллергических реакций.

Выводы

Строение иммуноглобулинов напрямую влияет на их функции в организме. Гуморальный иммунитет играет большую роль в поддержании гомеостаза, поэтому все антитела должны работать четко и слаженно.