Лекция 2. АНТИГЕНЫ

Лекция 1. Предмет и базисные понятия иммунологии

Иммунология – наука об иммунитете, в классическом варианте об устойчивости к инфекционным агентам. Противоинфекционная резистентность определяется совокупностью факторов и механизмов, часть из которых действует как барьер на пути инвазии, а другие связаны с реакциями клеток и молекул, объединяемых в понятие «иммунная система».

Иммунная система функционирует в двух главных режимах. Первый относится к категории врожденного иммунитета. Название объясняется тем, что его реализация связана с готовыми эффекторами, активность которых не меняется при повторных встречах с мишенями1. Альтернативой является приобретенный, или адаптивный иммунитет. Он формируется в результате сложных реакций, которые базируются на распознавании чужеродных молекул, называемых антигенами.

Распознавание чужеродности служит пусковым фактором всех форм иммунного ответа. Этот принцип возвел реакции иммунной системы в ранг универсальных механизмов, обеспечивающих надзор за структурным гомеостазом. Антигены рассматриваются как высокоспецифичные носители генетической чужеродности. Эффекторы врожденного иммунитета действуют гораздо примитивнее, распознавая свои мишени по менее тонким деталям. В связи с этим приобретенный иммунитет принято называть специфическим, а врожденный – неспецифическим, подразумевая, что первый является антигензависимым, а второй не требует распознавания антигенов.

Врожденный иммунитет   Неспецифичен (не зависит от реакций на антигены)   Лишен иммунологической памяти (не усиливается при повторных контактах с мишенями)   Лишен индуктивной фазы (активация эффекторов, преформированных до встречи с мишенями)   Не зависит от В- и Т-лимфоцитов*   Эффекторы (не распознают антигены): - Клетки (фагоциты, тучные клетки, базофилы, эозинофилы, естественные киллеры) - Гуморальные факторы (комплемент, острофазные белки, цитокины)

Приобретенный иммунитет Высокоспецифичен (зависит от реакций на антигены)   Обладает иммунологической памятью (усиливается при повторных контактах с мишенями (антигенами))   Имеет индуктивную фазу (формирование эффекторного аппарата и иммунологической памяти)     Основан на реакциях В- и Т-лимфоцитов     Эффекторы (распознают антигены):   - Клетки (Т-лимфоциты)     - Гуморальные факторы (антитела)

Индукция иммунного ответа зависит от функциональной кооперации лимфоцитов с антигенпредставляющими клетками, которые относятся к системе врожденного иммунитета. Еще более разнообразна стыковка неспецифических и специфических факторов на финише иммунного ответа. Она достигается благодаря воспалительным реакциям, которые, зарождаясь в системе врожденного иммунитета, содействует индукции иммунного ответа и служат рычагом для его реализации1. Нарушая этапность событий (ответ всегда начинается с неспецифических реакций), мы начнем с характеристики приобретенного (специфического2) иммунитета, изучение которого составляет главное содержание иммунологии.

Иммунный ответ повторяет общий принцип биологических реакций, суть которого сводится к элиминации раздражителя (индуктора) при помощи эффекторов, возникающих в системе реагирования.

Схема специфического иммунного ответа (для краткости мы будем говорить просто об «иммунном ответе») представлена на рис. 2-1. Пусковым фактором служит антиген. На этапе индукции его взаимодействие с клетками иммунной системы ведет к формированию иммунологической памяти и эффекторов гуморального и клеточного иммунитета. Основой является активация лимфоцитов, рецептирующих антиген. Фаза реализации (или эффекторная фаза) предполагает уничтожение антигенных мишеней эффекторами иммунитета – антителами (гуморальный иммунитет) или сенсибилизированными Т-лимфоцитами. Схема намечает проблемные блоки, вокруг которых должно быть сфокусировано обсуждение предмета.

Рис. 2-1. Схема (основные блоки) специфического иммунного ответа.

Клетки иммунной системы

К иммунной системе относятся клетки, которые участвуют в индукции и реализации иммунного ответа.

Лимфоциты. Центральной фигурой являются лимфоциты, которые в соответствии со своим происхождением и функциями делятся на две популяции – Т и В. И те и другие возникают из стволовых клеток костного мозга, но перед расселением в лимфоидной ткани проходят дифференцировку в тимусе (T-лимфоциты) и костном мозге (В-лимфоциты1). Из общего количества лимфоцитов в крови находится не более 2%; из них 65-80% составляют Т-лимфоциты.

Лимфоциты неоднородны по способности распознавать антигены и реагировать с ними. Более того, каждый лимфоцит и его потомство (клон) настроены на взаимодействие с единственным антигеном. Иными словами, лимфоциты клонированы по чувствительности к антигенам, и именно это определяет избирательность иммунного ответа. Молекулярной основой клонированности являются особенности рецепторов, связывающих антигены: рецепторы каждого клона уникальны, реагируя только с одним антигеном. Это означает, что число клонов и клоноспецифических рецепторов должно быть огромным, соответствуя необозримому числу потенциальных антигенов. До встречи с антигеном каждый клон представлен небольшим числом зрелых покоящихся клеток (их называют «наивными»). Связываясь с комплементарными рецепторами, антиген обеспечивает активацию лимфоцита, действуя как селекционирующий фактор (селекция клона). Численность клона возрастает (экспансия клона), а входящие в его состав лимфоциты дифференцируются в клетки-эффекторы и клетки-памяти.

Разделение на Т- и В-популяции не исчерпывает гетерогенности лимфоцитов. В каждой из них существуют варианты, отражающие регуляторную и эффекторную многоплановость клеток иммунной системы. Это прежде всего относится к Т-лимфоцитам, которые согласно классической схеме подразделяются на «Т-хелперы», «Т-супрессоры» и «Т-киллеры». Однако за этими понятиями скрываются функционально неоднородные категории клеток, которые неодинаково вписываются в канву иммунного ответа. К этому нам не раз придется возвращаться в дальнейшем.

Все лимфоциты морфологически идентичны, но своеобразие функций накладывает отпечаток на их рецепторный профиль, который, кроме общих, включает специфические элементы. Большинство молекул, экспрессируемых на поверхности клеток, объединены в систему CD-антигенов (от англ. Сluster of Disignation2) – от CD1 до CD1663. К ним относятся рецепторы для цитокинов, иммуноглобулинов, комплемента, молекулы контактных межклеточных взаимодействий и пр. CD-антигены выявляют при помощи моноклональных антител и используют для типирования клеток, оценки степени их зрелости (дифференцировки) и активации. Общими для Т-лимфоцитов являются CD2, CD3 и др. Альтернативными маркерами служат CD4 и CD8. На этом основании выделяют две основных разновидности Т-лимфоцитов, CD4⁺ и CD8⁺. CD4 лимфоциты соответствуют хелперной линии Т-клеток. Они получили такое название благодаря вспомагательным эффектам в индукции иммунного ответа (англ. help – помогать)1. К CD8 относятся цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры) и, возможно, Т-супрессоры2.

В циркуляции c соотношением 2:1 и более преобладают CD4 Т-клетки.

Вспомогательные клетки. Кроме лимфоцитов к иммунной системе относится ряд других клеток, принимающих участие в индукции и реализации иммунного ответа. В представлении антигенов Т-лимфоцитам решающую роль играют дендритные клетки, мигрирующие в лимфатические узлы из слизистых оболочек и кожи, а также макрофаги лимфоидной ткани. В реакциях В-лимфоцитов задействованы дендритные клетки лимфоидных фолликулов (фолликулярные дендритные клетки). В элиминации антигенов (эффекторная фаза иммунного ответа) антитела и Т-лимфоциты опираются на помощь фагоцитов (нейтрофилы, моноциты/макрофаги), эозинофилов, тучных клеток, базофилов, естественных киллеров.

Организация иммунной системы

Для дифференцировки лимфоцитов и иммуногенеза необходимо взаимодействие разных типов клеток. Они организованы в специализированные ткани и органы, где складываются оптимальные условия для межклеточной кооперации. Суммарно такие структуры называются лимфоидной системой (или лимфоидной тканью), так как в основном состоят из лимфоцитов (разной степени дифференцировки) и ассистирующих им клеток. Лимфоидные ткани подразделяются на центральные (первичные) и периферические (вторичные). К первым относятся тимус и (у млекопитающих) костный мозг; периферические -- включают лимфатические узлы, селезенку и лимфоидную ткань, ассоциированную со слизистыми оболочками.

Первичные (центральные) лимфоидные органы

В первичных лимфоидных органах предшественники лимфоцитов проходят антигеннезависимую дифференцировку, которая обеспечивает готовность клеток к реакциям на антигены в периферийных лимфоидных тканях (созревание наивных лимфоцитов). Для Т-лимфоцитов таким центром является тимус, для В-лимфоцитов – костный мозг (у млекопитающих). Условия для созревания создаются благодаря особому микрокружению в тимусе и костном мозге, которое формируется под влиянием контактных и медиаторных воздействий, испытываемых лимфоидными клетками со стороны элементов стромы.

По основным показателям процесс центральной дифференцировки лимфоцитов у человека завершается к моменту рождения, хотя и продолжается (прогрессивно ослабевая) на протяжении всей жизни. Главным является формирование антигенного репертуара лимфоцитов, т.е. клонирование Т- и В-клеток по чувствительности к антигенам. Это связано с формированием клоноспецифических рецепторов на основе внутрихромосомных перестроек (т.е. соматической рекомбинации) в системе генов, кодирующих антигенные рецепторы.

Благодаря случайной реаранжировке генетических фрагментов неизбежно возникают структуры, реагирующие с собственными антигенами. Клоны с такими рецепторами опасны для организма, так как обладают потенциальной агрессивностью против собственных тканей. Их гибель, которая происходит здесь же, в центральных органах, обеспечивает аутотолерантность, т.е.. ареактивность к собственным антигенам. Этот механизм, называемый негативной селекцией, особенно важен для Т-лимфоцитов, которые контролируют реактивность к большинству аутоантигенов.

Еще один процесс, совершаемый в тимусе, обозначается как позитивная селекция (она предшествует негативной селекции). Чтобы понять его, необходимо иметь представление о так называемом «двойном распознавании» антигенов Т-лимфоцитами. Его суть в том, что в отличие от В-лимфоцитов, рецептирующих свободные антигены, Т-клеточные рецепторы воспринимают фрагменты антигенов (антигенные пептиды) на поверхности других клеток в комплексе со специализированными антигенпредставляющими структурами -- молекулами (антигенами) главного комплекса гистосовместимости (MHC, от англ. Major Histocompatibility Complex -- см. лекция 4). Полезными в иммунном ответе могут быть лишь Т-лимфоциты, рецепторы которых обладают достаточным сродством к молекулам МНС. Именно они выживают в тимусе в результате позитивной селекции, получая доступ на периферию. Остальные, подобно аутореактивным клонам, погибают от апоптоза.

В целом подавляющее большинство Т-лимфоцитов (более 90%) гибнет на ранних этапах дифференцировки, не покидая тимуса. Выжившие клетки подвергаются дальнейшей дифференцировке, обретая рецепторы и секреторные потенции зрелых CD4 и CD8 Т-лимфоцитов.

Вторичные (периферийные) лимфоидные органы

Вторичные лимфоидные ткани являются местом, где происходит индукция иммунного ответа, или иммуногенез. Это связано с антигензависимой дифференцировкой лимфоцитов, которая возбуждается контактом с антигеном и эволюционирует на основе гуморально-клеточных взаимодействий внутри лимфоидной ткани. Активация лимфоцитов основана на селекции клонов, чувствительных (т.е. несущих рецепторы) к данному антигену. Она ведет к размножению антигенреактивных лимфоцитов (экспансия клона) и их дифференцировке в клетки-эффекторы и клетки памяти.

Циркуляция (рециркуляция) лимфоцитов

Лимфоциты вторичных лимфоидных органов находятся в постоянном движении, перемещаясь по маршруту «лимфоидная ткань—лимфа—кровь—лимфоидная ткань». Это единственная категория клеток, способная к рециркуляции в системе «кровь-ткани». Ежечасно в процесс вовлекается 1-2% лимфоцитов, которые меняют свои позиции на периферии, переходя из одного лимфоидного отсека в другие. Возвращение в лимфоидную ткань происходит через специализированные участки посткапиллярных венул вторичных лимфоидных органов. Они выстланы особым типом эндотелиальных клеток (кубический, или высокий эндотелий), который экспрессирует рецепторы («адрессины»), обеспечивающие адгезию и выход лимфоцитов из кровотока. Адрессины называют также молекулами «хоминга» (от англ. homing – возврат), так как они определяют избирательность тканевого распределения лимфоцитов.

Рециркуляция имеет принципиальное значение для иммунологического надзора за гомеостазом, повышая вероятность встречи антигенчувствительных лимфоцитов с антигенами. Это важно, если учесть, что реактивность к антигенам клонирована и лишь ничтожное количество лимфоцитов способны распознать и инициировать элиминацию конкретного антигена..

Циркуляция приостанавливается после антигенной стимуляции лимфоцитов, когда они временно задерживаются в лимфоидной ткани, дренирующей зону антигенной инвазии. Однако, закончив пролиферацию и дифференцировку, лимфоциты возобновляют свои перемещения. Это обеспечивает генерализацию иммунного ответа и готовность (за счет расселения клеток памяти) к быстрой реакции на повторную встречу с антигеном, даже если она не совпадает с местом первичного внедрения.

Лекция 2. АНТИГЕНЫ

Антигены можно определить как молекулы, которые индуцируют иммун-ный ответ и служат мишенью для его эффекторов (антител и Т-лимфоцитов). Это связано с тем, что они воспринимаются клоноспецифическими рецепторами лимфоцитов1.

Главное условие антигенности – чужеродность: чтобы вызвать иммунный ответ вещество должно отличаться от собственных тканей хозяина, т.е. обладать элементами структурной специфичности. Отсюда общее правило (правило К. Ландштейнера): антигенные различия обратно пропорциональны степени генетического (эволюционного) родства между организмами. Этим определяются и источники антигенов, в том числе для человека. Элементы генетических и, следовательно, антигенных различий имеются и у представителей одного и того же вида животных. Они формируют иммунологическую индивидуальность и называются аллоантигенами (греч. allos – другой). Примером являются антигены эритроцитов, определяющие группы крови, и антигены главного комплекса гистосовместимости, индуцирующие отторжение тканей в аллогенных (внутривидовых) системах. Чужеродность могут обретать и собственные антигены -- аутоантигены. Это происходит по разным причинам, но все они ведут к срыву иммунологической толерантности, создавая угрозу аутоиммунной агрессии и аутоиммунных заболеваний. Кроме природных (биологических) материалов антигенностью обладают и некоторые искусственные (синтетические) субстраты. Об этом следует помнить в связи с возможностью развития заболеваний на основе иммуннологических (аллергических) реакций (см. лекция 9).

Кроме чужеродности антигены должны иметь достаточно крупные размеры. Это необходимо для иммуногенности, т.е. способности индуцировать иммунный ответ (иммуногенез). Все иммуногены являются полимерами – природными или синтетическими. Разброс между их активностью весьма значителен.

Способностью стимулировать «классические» Т-лимфоциты обладают только белковые антигены, и поэтому лишь белки обеспечивают развитие реак-ций клеточного иммунитета и функциональную кооперацию между В- и Т-лимфоцитами – наиболее совершенной формы иммунного ответа. Это означает, что большинство белковых антигенов являются Т-зависимыми. Т-независимые антигены составляют небольшую группу и представлены в основном полисахаридами (см. лекция 7).

Важнейшее свойство антигенов – специфичность1. Это блестяще сформули-ровано в П. Эрлихом: «Два разных антигена реагируют с двумя разными анти-телами». Иными словами каждый антиген вызывает реакцию, эффекторы кото-рой избирательно нацелены против него и не действуют на другие, неродственные антигены.

Специфичность определяется не всей молекулой антигена, а ее небольшими участками – эпитопами, или детерминантами. Именно они взаимодействуют с клоноспецифическими рецепторами лимфоцитов и антителами. В-рецепторы (антитела) связываются с эпитопами размером 5-6 аминокислот или 5-6 угле-водных остатков; Т-рецепторы распознают фрагменты из 9-20 аминокислот.

В- и Т-клетки получают разную информацию об антигенах. Для В-лимфоцитов (антител) характерно распознавание пространственной организа-ции молекул – конформационные эпитопы2. Т-лимфоциты воспринимают ли-нейные (первичные) последовательности аминокислот – секвенциальные эпитопы (от англ. sequence – последовательность). Более того, эпитопы, воспринимаемые различными субпопуляциями Т-лимфоцитов (CD4, CD8) тоже неодинаковы, хотя и образуются на основе общего механизма – протеолитического расщепления антигенов внутри антигенпредставляющих клеток.

Благодаря малым размерам эпитопы образуют сложную мозаику на по-верхности (В-эпитопы) и внутри (Т-эпитопы) антигенных молекул. Это опреде-ляет способность антигенов одновременно реагировать с несколькими антите-лами или рецепторами клеток. Иными словами антигены поливалентны. По-ливалентность может быть количественной (несколько копий одного и того же эпитопа в составе молекулы) и качественной (несколько эпитопов разной спе-цифичности). Это создает предпосылки для реакций, в которые включаются клоны лимфоцитов, чувствительные к разным эпитопам1.

По отношению к эпитопам остальная (большая) часть молекулы вы-полняет функции носителя. С ним связана иммуногенность, т.е. полноценность антигена. Это установлено в опытах с искусственными конструкциями типа «эпитоп—носитель». Их получают при конъюгации белков с низкомолекулярными химическими группировками. Последние, играя роль эпитопов, вызывают образование антител только в комплексе с носителем, хотя и реагируют с готовыми (преформированными) антителами. Вещества, обретающие иммуногенность после связывания с носителем, называются гаптенами (от греч. haptein – cвязывать). По сути все полноценные антигены можно рассматривать как гаптены, связанные с носителями. В этом смысле понятия “эпитоп” и “гаптен” совпадают2 (рис. 3-2).

Но неспецифическая адъювантность не исчерпывает всех функций носителя. Причиной эффекта может быть специфическая активация Т-клеток, которые воспринимают фрагменты носителя, презентируемые антигенпредставляющими клетками (см. лекция 4). Это обеспечивает функциональную кооперацию иммунокомптентных клеток, от которой зависит развитие реакций на большинство антигенов (см. лекция 7). Отсутствие носителя делает межклеточную кооперацию невозможной, лишая антиген иммуногенности. Это характерно для гаптенов.

Лекция 3. Антигенраспознающие молекулы иммунной системы:

АНТИТЕЛА

Распознавание антигенов – обязательное условие для индукции и реализации иммунного ответа. Этот процесс существенно отличается в реакциях гуморального и клеточного иммунитета, хотя и базируется на едином принципе – клоноспецифическом взаимодействии лимфоцитов с антигенами. Это достигается благодаря рецепторам, которые избирательно распознают и связывают антигенные эпитопы. Рецепторы В-лимфоцитов секретируются клетками и в этом случае называются антителами. Рецепторы Т-лимфоцитов лишены секреторной формы.

Распознавание антигенов Т-клетками зависит от вспомогательных рецепторов – молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС) антигенпредставляющих клеток. Они связывают пептидные фрагменты антигенов, формируя комплекс, воспринимаемый Т-рецепторами. С этой точки зрения, молекулы МНС тоже следует отнести к антигенраспознающим структурам, хотя и с двумя существенными оговорками: (1) их диапазон весьма широк, далеко выходя за рамки эпитопной комплементарности; (2) они одинаковы у всех клонов, т.е. в отличие от «истинных» антигенных рецепторов лишены клоноспецифичности. Тем не менее МНС вносит незаменимый вклад в реализацию клонального репертуара Т-клеток, которые распознают антигены в обязательной связке с молекулами МНС.

****

Антитела являются специфическими эффекторами гуморального иммунитета. Они относятся к семейству белков (точнее гликопротеинов), называемых «иммуноглобулинами». Антитела можно рассматривать как «специфические иммуноглобулины», т.е. иммуноглобулины, избирательно реагирующие с дискретными антигенами.

Иммуноглобулины секретируются плазматическими клетками – продуктом конечной дифференцировки В-лимфоцитов. Последние не секретируют (или почти не секретируют) антител, но располагают мембраннными иммуноглобулинами, которые выполняют функции антигенных рецепторов. Плазматические клетки лишены рецепторов, но, обретая мощные белоксинтезирующие потенции, служат основным источником антител.

Главная («первичная») функция антител – специфическое связывание антигенов. Это предрасполагает к уничтожению (элиминации) антигенных объектов благодаря функциональной кооперации с клеточными и гуморальными факторами врожденного иммунитета (фагоциты, комплемент). Такие реакции формируются на основе лиганд-рецепторных взаимодействий, отражая вторичные функции антител. Столь же неслучайны (т.е. рецепторзависимы) трансплацентарный транспорт иммуноглобулинов и преодоление ими барьера слизистых оболочек.

К вторичным функциям иммуноглобулинов можно отнести и их способность неспецифически связывать и нейтрализовать некоторые эндогенные медиаторы, в частности гистамин (феномен гистаминопексии). На этом основано клиническое использование иммуноглобулинов при аллергических заболеваниях. Производится специальный препарат «аллерглобулин», который отличается повышенной способностью к нейтрализации гистамина. Не исключено, что и ряд других клинических эффектов коммерческих иммуноглобулинов отражает их неспецифическую активность, связанную с детоксицирующим (например, антицитокиновым) действием.

Строение и функции антител

Бифункциональность (т.е. сочетание антигенсвязывающей и вторичных функций) закреплена в субмолекулярной структуре иммуноглобулинов. Пептидные цепи построены из глобулярных блоков – доменов (около100 аминокислот): два – в легкой и три-четыре в тяжелой цепях. N-концевые фрагменты (домены) каждой из цепей характеризуются вариабельностью: их первичная структура (последовательность аминокислот) отличается у антител к разным антигенам. Отсюда их акронимы – VL и VH (от англ. Variable). Остальные домены одинаковы у антител разной специфичности, образуя константные участки, CL и СН (от англ. Сonstant).

Нетрудно догадаться, что cпецифическое связывание антигена происходит за счет вариабельных доменов, так как только они различаются у антител разной специфичности. VL и VH вносят равноценный вклад в образование антигенсвязывающего центра (паратопа), формируя уникальную конфигурацию, куда может войти единственный (комплементарный) эпитоп. Поскольку типовая молекула иммуноглобулина включает две пары легких и тяжелых цепей, антитела двухвалентны, т.е. содержит два одинаковых паратопа, каждый из которых может связать по одному антигену.

Из наиболее существенных дополнений к этой классической схеме отметим следующее. Структурные особенности неодинаково распределены по длине вариабельных участков легкой и тяжелой цепей. Они сконцентрированы в гипервариабельных зонах, по три в каждом VL и VH домене. Поскольку именно здесь происходит взаимодействие с комплементарными эпитопами, они называются «участками, определяющими комплементарность»– CDR (от англ. Complementarity Determining Regions)

Фрагменты между гипервариабельными зонами (по 4 в каждом V-домене) отличаются структурным консерватизмом, т.е. одинаковы у антител разной специфичности. Они напрямую не контактируют с антигенами, однако небезразличны для их связывания, играя роль каркаса, стабилизирующего конформацию паратопа. Отсюда название – каркасные участки (FR, от анг. Framework Regions).

Функции каркасных участков могут быть и более изящными. Неожиданностью, например, явилось открытие каталитической (пептидазной, ДНК-азной, эстразной) активности у антител против некоторых энзимчувствительных субстратов. Такие антитела получили название «абзимов (англ. abzymes – от antibody (ab) и enzymes). Для них характрено наличие неклассических лигандсвязывающих сайтов, которые находятся в составе каркасных участков V-доменов. Независимо от паратопов проявляются и другие рецепторные свойства V-доменов: связывание нуклеотидов, собственных молекул (англ. self-binding activity, self-binding antibodies/”autobodies”), В-суперантигенов (например, белка А S. aureus. Эти наблюдения получили заметный резонанс в современной иммунологии. Они расширяют представления о полифункциональности иммуноглобулинов, позволяя говорить о «суперантителах», т.е. об антителах, активность которых не ограничивается специфическим (паратопзависимым) связыванаием антигенов (см., например, H. Kohler, S. Paul. Superantibody activities: new players in innate and adaptive immune responses. Immunology Today, 1998, vol. 19 (5), p. 221-227).

Антиген и антитело удерживаются вместе благодаря нековалентным взаимодействиям (водородные, электростатические, гидрофобные связи, вандервальсовы силы). Индивидуально они слабы, но благодаря множественности обеспечивают значительную энергию связывания. Эти силы действуют лишь на очень близком расстоянии, чем объясняется их зависимость от плотности контакта (т.е. комплементарности) между эпитопом и паратопом.

Вторичные (эффекторные) функции антител определяются другими участками молекулы. Они локализованы в константных доменах тяжелой цепи, обретая активность лишь после изменения их нативной конформации, например, в составе иммунных комплексов.

Изотипы (классы) иммуноглобулинов

Изотипами называются структурные варианты функционально однотипных молекул, которые обнаруживаются у всех представителей данного вида животных. Имуноглобулины млекопитающих (включая человека) имеют пять основных изотипов тяжелых и два изотипа легких цепей. И те и другие различаются по своим константным участкам. Функциональные особенности L-изотипов ( и ) неизвестны: их изучение носит академический характер. Классификация по Н-изотипам имеет глубокий функциональный смысл, отражая особенности эффекторного потенциала молекул.

Н-изотипы (или просто – изотипы) соответствуют пяти основным классам иммуноглобулинов, дифференцировка которых основана на антигенных особенностях константных доменов тяжелых цепей (Fc фрагмента). Они обозначаются как IgG, IgA, IgM, IgD и IgE (порядок отражает концентрацию в сыворотке), а их тяжелые цепи такими же греческими буквами –  (Fc),  (Fc),  (Fc),  (Fc) и  (Fc). Важно понимать, что антитела разных классов против одного и того же антигена отличаются лишь по Fc-фрагменту. Fab-фрагменты и, следовательно, специфичность у них одинаковы.

IgG. Это главный иммуноглобулин сыворотки и тканевых жидкостей (около 75% всех сывороточных иммуноглобулинов; 12 мг/мл). Иммуноглобулины G составляют большинство антител вторичного иммунного ответа. Они наделены разнообразными эффекторными функциями: усиление фагоцитарных реакций (опсонический эффект), активация комплемента, активный транспорт через плаценту, нейтрализация токсинов1. IgG – единственные из иммуноглобулинов, которые переходят от матери к плоду, обеспечивая пассивный иммунитет в первые месяцы жизни. Этому способствует максимальный для иммуноглобулинов период полураспада – около 20 дней (для иммуноглобулинов других изотипов – 2-10 дней). У человека IgG представлен 4 подклассами (IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4), которые различаются по ряду функциональных признаков (неодинаковая активность в отношении комплемента, клеточных рецепторов и пр.). Нумерация подклассов отражает их содержание в сыворотке: около 70 % падает на IgG1.

IgA. По содержанию в сыворотке и тканевых жидкостях иммуноглобулины A cтоят на втором месте после IgG (15-20% всех сывороточных иммуноглобулинов; 3,5 мг/мл), но, безусловно, лидируют во внешних секретах (слюна, слезы, пищеварительные соки, молозиво, молоко) и в секретах слизистых оболочек. Более того, количество IgA, ежедневно синтезируемого в организме (главным образом лимфоидной тканью слизистых оболочек), превосходит остальные иммуноглобулины.

В сыворотке большинство молекул IgА представлены мономерной (т.е. «обычной) формой. Секреторный IgA (sIgA) устсроен сложнее: это димер2, состоящий из двух молекул IgА, скрепленных (через концевые участки Fc-фрагментов) соединительным пептидом – J-цепью3 (от англ. Join – соединять). Кроме того он содержит дополнительный пептид, называемый «секреторным компонентом» (S-компонент) (рис. 3). Это фрагмент рецептора эпителиальных клеток, который (после связывания с J-цепью) содействует выходу IgА во внешние секреты и защищает его от протеолиза (см. лекция 12).

Функции сывороточных и тканевых IgА антител неясны. Скорее всего они не только не участвуют в защитных реакциях, но даже “мешают” другим антителам. Это связано с тем, что, не обладая способностью активировать комплемент и фагоциты, IgA могут экранировать антигенные мишени от активных в этом отношении IgG и IgM антител.

Напротив, секреторные IgА антитела cлужат реальным фактором защиты слизистых оболочек от антигенной (прежде всего микробной) инвазии. Антитела грудного молока поддерживают пассивный иммунитет новорожденного против кишечных инфекций.

IgA человека представлен двумя подклассами – IgA1 и IgA2. Они различаются по чувствительности к протеолитическим ферментам и распределению в организме. В сыворотке доминирует IgA1 (около 90%), в секретах соотношение выравнивается, хотя (за исключением толстого кишечника) преобладание IgA1 сохраняется. Некоторые бактерии, паразитирующие на слизистых оболочках, образуют протеазы, которые разрушают IgA1, но не IgA2. Они рассматриваются как фактор патогенности, что, впрочем, не очень убедительно, так как в полимерной форме IgA защищен от протеолиза секреторным компонентом (см. выше).

IgM. Иммуноглобулины M cоставляют около 7% сывороточных иммуноглобулинов (1,5 мг/мл). Это очень крупные молекулы, которые состоят из пяти “обычных” (мономерных) субъединиц, связанных J-цепью (рис. 3). Благодаря такой конструкции IgM-пентамер обладает 10 идентичными паратопами и прочно связывается с антигенами, несущими эпитопные повторы. Такие антигены имеются на поверхности некоторых бактерий и вирусов; поэтому IgM антитела участвуют в протективном иммунитете тем более, что их. образование опережает другие классы иммуноглобулинов. IgM – мощный активатор комплемента. Это определяет цитолитическую и опсоническую активность IgM-антител, хотя напрямую они не активируют фагоциты (из-за отсутствия функционально значимых Fc-рецепторов). Благодаря мультивалентности IgM лучше, чем другие антитела, агглютинируют бактерии и эритроциты. Примером являются антитела (гемагглютинины) против групповых антигенов эритроцитов и соматического О-антигена энтеробактерий.

IgM могут быть единственным классом продуцируемых антител, в том числе против важных (в протективном отношении) микробных антигенов. Это происходит в тех случаях, когда иммунный ответ развивается без участия Т-лимфоцитов, т.е. антигены являются Т-независимыми (см. лекция 7). Из-за крупных размеров IgM антитела редко выходят в ткани, и их действие обычно ограничивается внутрисосудистым руслом4.

Наряду с циркулирующим пулом IgM содержится в мембране В-лимфоцитов, являясь основой их клоноспецифических (антигенраспознающих) рецепторов. В отличие от свободных молекул мембранный IgM является мономером (см. лекция 4).

IgD. Содержание иммуноглобулинов D в сыворотке составляет всего 0,03 мг/мл, и их значение как эффекторов иммунитета сомнительно. Но IgD представлен в мембране наивных (нестимулированных) В-клеток (его содержат более половины циркулирующих В-лимфоцитов), где он, наряду с IgM, участвует в рецепции антигенов. Полагают, что IgD играет определенную роль в антигензависимой дифференцировке В-лимфоцитов, хотя смысл двойной природы базисных (конститутивных) В-рецепторов неясен.

IgE. Концентрация иммуноглобулинов Е в нормальной сыворотке ничтожна мала (0,00005 мг/мл), но их функции весьма ощутимы. Они проявляются в защитных (гомеостатических) и патологических реакциях. И те и другие объясняются связыванием Fс-фрагмента IgЕ с высокоаффинными рецепторами тучных клеток и базофилов (FcεR). В связанном виде IgЕ сохраняется длительное время, хотя в циркуляции период его полураспада минимален – всего 2 дня.

При контакте с антигеном IgЕ-сенсибилизированные тучные клетки секретируют комплекс медиаторов, вызывающих аллергические реакции немедленного типа. (см. лекция 9). Они лежат в основе таких болезней, как бронхиальная астма, сенная лихорадка, атопический дерматит и пр. В подобных случаях антигены называются “аллергенами”.

IgЕ антитела играют важную роль в противопаразитарном (особенно противоглистном) иммунитете. Им ассистируют эозинофилы и макрофаги, располагающие низкоаффинными рецепторами для IgЕ. В отличие от рецепторов тучных клеток/базофилов, которые фиксируют свободные молекулы IgЕ, низкоаффинные FcεR воспринимают IgЕ в составе иммунных комплексов, которые образуются при связывании IgE-антител с антигенами на поверхности мишеней. Неслучайно повышенное содержание IgЕ и эозинофилов служит диагностическим признаком паразитартных инфекций.

Аллотипы. Понятие «аллотипия» означает структурные различия общего белка внутри одного вида животных. Оно отражает аллельный полиморфизм генов, наследуемых индивидами. Аллотипически особенности иммуноглобулинов связаны с константными доменами и каркасными участками вариабельных доменов Н- и L-цепей. Они выявляеются в виде слабых антигенных различий и не несут функциональной нагрузки.

Идиотипы. Под идиотипией понимают структурные особенности одного и того же белка, продуцируемого разными клонами клеток. Применительно к иммуноглобулинам понятие «идиотип» отражает антигенные особенности антител разной специфичности. Они определяются структурным своеобразием вариабельных доменов, формирующих антигенсвязывающий центр антител. Это может спровоцировать цепную реакцию образования антиидиотипических антител, которые, согласно концепции идиотипической сети, принимают участие в негативной регуляции иммунного ответа.

Дата добавления: 2015-10-29