Антитела (иммуноглобулины, ИГ, Ig) - особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности B-лимфоцитов в виде мембраносвязанных рецепторов и в сыворотке крови и тканевой жидкости в виде растворимых молекул, и обладающих способностью очень избирательно связываться с конкретными видами молекул, которые в связи с этим называютантигенами. Антитела являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов - например, бактерий и вирусов. 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 представляют собой белки глобулиновой природы (иммуноглобулины) образующиеся в организме под воздействием антигена и обладающие способностью избирательно связываться с ним. Существуют пять разновидностей молекул (классов) иммуноглобулинов с молекулярной массой от 150 до 900 тыс. дальтон: IgM, lgG, IgA, IgE, IgD. Молекулы иммуноглобулинов состоят из двух легких (L) и двух тяжелых (Н) полипептидных цепей, соединенных между собой дисульфидными связями. Оба типа цепей, соединенных между собой, обладают антигенностью. У тяжелых цепей она специфична для каждого класса иммуноглобулинов и соответственно классам Н-цепи обозначаются m , g , a , e , s . Легкие цепи в антигенном отношении делятся на две разновидности - X и l , одинаковые для, разных классов. Антигенные различия тяжелых цепей используют для получения антисывороток, позволяющих выявить наличие в исследуемом материале иммуноглобулинов того или иного класса. Легкие цепи IgG состоят из двух участков (доменов): вариабельных (VL) и константных (CL). Тяжелые цепи включают в себя один вариабельный (V Н) и 3 константных участка (CH 1 , CH 2 , СН 3). Вариабельные участки легких и тяжелых цепей формируют активные центры антител (VL -VH). Участок CL - CH 1 определяет небольшие различия в последовательности расположения аминокислот у индивидуумов одного и того же вида (аллоантигенные различия молекул IgM). Область CH 2 -CH 2 участвует в фиксации и активации комплемента, а область СН 3 -СН 3 - в фиксации антитела к клеткам (лимфоцитам, макрофагам, тучным клеткам). Данный тип строения молекулы характерен и для всех остальных классов иммуноглобулинов, различия заключаются в дополнительной организации этой основной единицы. Так, Н-цепь IgM состоит не из 4, а из 5 доменов, а вся молекула IgM представляет собой пентамер молекулы IgG, соединенный дополнительными полипептидными
J-цепями. IgA может быть в форме мономеров, димеров и секреторного IgA. Последние две формы имеют дополнительные (димеры) J или J и S цепи (секреторный). Другие свойства антител представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Основные характеристики иммуноглобулинов человека

Молекула антитела связывается с детерминантой антигена не целиком, а лишь определенной своей частью, называемой активным центром. Активный центр представляет собой полость или щель, соответствующую пространственной конфигурации детерминантной группы антигена. Один из активных центров по разным причинам может быть функционально инертным. Такие антитела называются неполными. Их появлению обычно предшествует образование полных, т. е. антител с двумя (IgG) активными центрами. Неполные антитела встречаются у разных классов иммуноглобулинов.
Территориально эти клетки располагаются в селезенке, лимфоузлах, костном мозге, лимфоидных образованиях слизистых оболочек.
При первичном контакте организма с антигеном и антителообразовании различают индуктивную и продуктивные фазы. Продолжительность первой фазы составляет около 2 суток. В этот период происходит пролиферация и дифференцировка лимфоидных клеток, развитие плазмобластической реакции. Вслед за индуктивной наступает продуктивная фаза. В сыворотке крови антитела начинают определяться с З-го дня после контакта с антигеном. Эти антитела относятся к классу IgM. С 5-7 дня происходит постепенная смена синтеза IgM на синтез IgG той же специфичности. Обычно к 12-15 дню кривая антителообразования достигает максимума, далее уровень антител начинает снижаться, но определенное их количество можно обнаружить и через много месяцев, а иногда и лет. При повторном контакте организма с тем же антигеном индуктивная фаза занимает лишь несколько часов. Продуктивная фаза протекает быстрее и интенсивнее, осуществляется синтез преимущественно IgG.

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типараспознает и связывает антиген, а затем усиливает киллинг 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.

· IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответеи антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам (коэффициент седиментации 7S, молекулярная масса 146 кДа) является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивающей иммунитет плода и новорожденного. В составе IgG 2-3 % углеводов; два антигенсвязывающих F ab -фрагмента и один F C -фрагмент. F ab -фрагмент (50-52 кДа) состоит из целой L-цепи и N-концевой половины H-цепи, соединённых между собой дисульфидной связью, тогда как F C -фрагмент (48 кДа) образован C-концевыми половинами H-цепей. Всего в молекуле IgG 12 доменов (участки, сформированные из β-структуры и α-спиралей полипептидных цепей Ig в виде неупорядоченных образований, связанных между собой дисульфидными мостиками аминокислотных остатков внутри каждой цепи): по 4 на тяжёлых и по 2 на лёгких цепях.

· IgM представляют собой пентамер основной четырёхцепочечной единицы, содержащей две μ-цепи. При этом каждый пентамер содержит одну копию полипептида с J-цепью (20 кДа), который синтезируется антителообразующей клеткой и ковалентно связывается между двумя соседними F C -фрагментами иммуноглобулина. Появляются при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа). Содержат 10-12 % углеводов. Образование IgM происходит ещё в пре-B-лимфоцитах, в которых первично синтезируются из μ-цепи; синтез лёгких цепей в пре-B-клетках обеспечивает их связывание с μ-цепями, в результате образуются функционально активные IgM, которые встраиваются в поверхностные структуры плазматической мембраны, выполняя роль антиген распознающего рецептора; с этого момента клетки пре-B-лимфоцитов становятся зрелыми и способны участвовать в иммунном ответе.

· IgA сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Основной функцией IgA является защита слизистых оболочек дыхательных, мочеполовых путей и желудочно-кишечного тракта от инфекций. Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексесекреторным компонентом, содержится в серозно-слизистых секретах (например в слюне, слезах, молозиве, молоке, отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы). Содержит 10-12 % углеводов, молекулярная масса 500 кДа.

· IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором с высоким содержанием связанных с белком углеводов для В-лимфоцитов, ещё не представлявшихся антигену. Молекулярная масса 175 кДа.

Классификация по антигенам

· так называемые «антитела-свидетели заболевания», наличие которых в организме сигнализирует о знакомстве иммунной системы с данным возбудителем в прошлом или о текущем инфицировании этим возбудителем, но которые не играют существенной роли в борьбе организма с возбудителем (не обезвреживают ни самого возбудителя, ни его токсины, а связываются со второстепенными белками возбудителя).

· аутоагрессивные антитела, или аутологичные антитела, аутоантитела - антитела, вызывающие разрушение или повреждение нормальных, здоровых тканей самого организмахозяина и запускающие механизм развития аутоиммунных заболеваний.

· аллореактивные антитела, или гомологичные антитела, аллоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток других организмов того же биологического вида. Аллоантитела играют важную роль в процессах отторжения аллотрансплантантов, например, при пересадке почки, печени, костного мозга, и в реакциях на переливание несовместимой крови.

· гетерологичные антитела, или изоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток организмов других биологических видов. Изоантитела являются причиной невозможности осуществления ксенотрансплантации даже между эволюционно близкими видами (например, невозможна пересадка печени шимпанзе человеку) или видами, имеющими близкие иммунологические и антигенные характеристики (невозможна пересадка органов свиньи человеку).

· антиидиотипические антитела - антитела против антител, вырабатываемых самим же организмом. Причём это антитела не «вообще» против молекулы данного антитела, а именно против рабочего, «распознающего» участка антитела, так называемого идиотипа. Антиидиотипические антитела играют важную роль в связывании и обезвреживании избытка антител, в иммунной регуляции выработки антител. Кроме того, антиидиотипическое «антитело против антитела» зеркально повторяет пространственную конфигурацию исходного антигена, против которого было выработано исходное антитело. И тем самым антиидиотипическое антитело служит для организма фактором иммунологической памяти, аналогом исходного антигена, который остаётся в организме и после уничтожения исходных антигенов. В свою очередь, против антиидиотипических антител могут вырабатыватьсяанти-антиидиотипические антитела и т. д.

· Моноклональные антитела - антитела, вырабатываемые иммунными клетками, принадлежащими к одному клеточному клону, то есть произошедшими из одной плазматической клетки-предшественницы. Моноклональные антитела могут быть выработаны против почти любого природного антигена (в основном белки и полисахариды), который антитело будет специфически связывать. Они могут быть далее использованы для детекции (обнаружения) этого вещества или его очистки.

· Гибридома - гибридная клетка, искусственно полученная на основе слияния продуцирующей антитела В-лимфоцита с раковой клеткой, придающей этой гибридной клетке способность неограниченного размножения при культивировании in vitro, которая осуществляет синтез специфических иммуноглобулинов одного изотипа - моноклональных антител.Гибридомы, продуцирующие моноклональные антитела, размножают или в аппаратах, приспособленных для выращивания культур клеток или же вводя их внутрибрюшинно особой линии (асцитным) мышам. В послед­нем случае моноклональные антитела накап­ливаются в асцитной жидкости, в которой размножаются гибридомы. Полученные как тем, так и другим способом моноклональные антитела подвергают очистке, стандартиза­ции и используют для создания на их основе диагностических препаратов. Гибридомные моноклональные антитела нашли широкое применение при создании диагностических и лечебных иммунобиоло­гических препаратов.

18. Антителообразование: первичный и вторичный иммунный ответ. Иммунологическая память.

Антителообразование - образование специфических иммуноглобулинов, индуцированное антигеном; происходит главным образом в зрелых плазматических клетках, а также в плазмобластах и лимфобластах.

Основная масса антител образуется в клетках плазмоцитарного ряда (плазмобласт, проплазмоцит, плазмоцит). Каждая из них продуцирует антитела только одной специфичности, т. е. к одной антигенной детерминанте.

Иммунный ответ - последовательно развертывающаяся многоуровневая реакция антител и иммунных органов на антиген, сопровождающаяся гемодинамическими сдвигами.

При первичном контакте организма с антигеном и антителообразовании различают индуктивную и продуктивные фазы. Продолжительность первой фазы составляет около 2 суток. В этот период происходит пролиферация и дифференцировка лимфоидных клеток, развитие плазмобластической реакции. Вслед за индуктивной наступает продуктивная фаза. В сыворотке крови антитела начинают определяться с З-го дня после контакта с антигеном. Эти антитела относятся к классу IgM. С 5–7 дня происходит постепенная смена синтеза IgM на синтез IgG той же специфичности. Обычно к 12-15 дню кривая антителообразования достигает максимума, далее уровень антител начинает снижаться, но определенное их количество можно обнаружить и через много месяцев, а иногда и лет. При повторном контакте организма с тем же антигеном индуктивная фаза занимает лишь несколько часов. Продуктивная фаза протекает быстрее и интенсивнее, осуществляется синтез преимущественно IgG.

Первичный иммунный ответ - наработка АТ и последующее связывание АГ с АТ- как реакция на первую встречу с новым АГ. Во внеутробной жизни человека непрерывно происходят реакции готовых антител с АГ - вторичный иммунный ответ. Характер иммунного ответа зависит от многих факторов: исходной активности иммунной системы, вида АГ, способа поступления в организм, количества и динамики поступления и т.д., состояния организма (возраста, образа жизни, питания, т.д.) и др.

Первичный иммунный ответ развивается после первого контакта с антигеном. Для него характерны следующие особенности.

– Наличие латентного периода (2-3 дня после первого контакта с антигеном). Это связано с отсутствием лимфоцитов памяти. Все клоны лимфоцитов находятся в фазе покоя G0. При поступлении в организм антигена вначале синтезируются IgM (антитела выявляются через 2-3 суток), а затем – IgG (пик приходится на 10-14 сутки, причем эти антитела могут сохранятся в низком титре в течение всей жизни). Отмечается также небольшое увеличение уровней IgA, IgE и IgD. Образуются комплексы антиген-антитело.

– Уже с третьих суток появляются иммунные Т-лимфоциты.

– Первичный иммунный ответ затихает через 2-3 недели после стимуляции антигеном.

– Появляются лимфоциты памяти и может долго поддерживаться следовой уровень IgG.

Б. Вторичный иммунный ответ развивается после повторного контакта с тем же антигеном и имеет следующие особенности.

– В организме уже имеются долгоживущие клоны антигенспецифических Т- и В-лимфоцитов памяти, ответственных за «память» об антигене и способных к рециркуляции, они находятся не в покое, а в фазе G1.

– Стимуляция синтеза антител и иммунных Т-лимфоцитов наступает через 1-3 дня.

– Т-клетки памяти быстро превращаются в эффекторные.

– Количество антител сразу резко увеличивается, причем синтезируются иммуноглобулины высокой специфичности – IgG.

– Чем больше контактов с антигенами имело место в данном организме, тем выше будет концентрация и специфичность антител.

Иммунологическая память. При повторной встрече с антигеном организм формирует более активную и быструю иммунную реакцию - вторичный иммунный ответ. Этот феномен получил название иммунологической памяти.

Иммунологическая память имеет высокую специфичность к конкретному антигену, распространяется как на гуморальное, так и клеточное звено иммунитета и обусловлена В- и Т-лимфоцитами. Она образуется практически всегда и сохраняется годами и даже десятилетиями. Благодаря ней наш организм надежно защищен от повторных антигенных интервенций.

Феномен иммунологической памяти широко используется в практике вакцинации людей для создания напряженного иммунитета и поддержания его длительное время на защитном уровне. Осуществляют это 2-3-кратными прививками при первичной вакцинации и периодическими повторными введениями вакцинного препарата - ревакцинациями.

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.

Лимфоциты возникают непрерывно из клеток-предшественников в костном мозге . Лимфоциты синтезируют рецепторы клеточной поверхности или секретируют белки, которые специфически связываются с чужеродными молекулами. Эти секретируемые белки известны как антитела. Любая молекула, которая может связываться с антителом, называется антигеном. Термин антитело используется взаимозаменяемо с иммуноглобулином.

Патогены, связанные с антителами, обозначены как клиренс или разрушение. Большинство функций адаптивной иммунной системы можно описать, группируя лимфоциты по трем основным типам. В-клетки Цитотоксические Т-клетки Т-клетки-помощники. . Адаптивный иммунный ответ может быть как гуморальным, так и клеточным. Гуморальный ответ опосредуется В-лимфоцитами, которые выделяют антитела, специфичные для инфекционного агента. Клеточно-опосредованный ответ включает связывание цитотоксических Т-лимфоцитов с инородными или инфицированными клетками с последующим лизису этих клеток.

Антитела состоят из двух лёгких цепей и двух тяжелых 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 это 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 Тизелиуса и Кабата, начинается 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.

В каких органах формируются иммунные клетки крови

Т-клетки участвуют в обоих ответах через выделение белков цитокинов. Все три типа лимфоцитов переносят рецепторы клеточной поверхности, которые могут связывать антигены. Все антигенные рецепторы представляют собой гликопротеины, и только один тип рецептора синтезируется в любой клетке. Специфика иммунной системы объясняется тем, что одна клетка распознает только один антиген.

Генерация и производство антител

Взаимодействие антитела с антигеном является основой всех иммуногистохимических методов, но также является основой для иммунного ответа. Область антитела, которая реагирует с антигеном, называется паратопом. Область антигена, которая взаимодействует с антителом, определяется как эпитоп. Аффинность является мерой силы связывания эпитопа с антителом.

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 H1 , шарнира, C H2 и C H3 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).

Реакция антитела является кульминацией ряда взаимодействий между макрофагами, Т-лимфоцитами и В-лимфоцитами. Инфекционные агенты-антигены поглощаются и частично деградируют с помощью антигенпредставляющих клеток, таких как макрофаги, клетки Лангерганса, дендритные клетки, лимфатические узлы и моноциты.

Какие бывают иммуноглобулины

В-клетки меняются на плазматические клетки, которые выделяют большие количества тонко настроенных антител, специфичных для внешнего агента. Некоторые В-клетки превращаются в ячейки памяти, которые могут генерировать более быстрый опосредованный антителом иммунный ответ на будущую инфекцию.

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

• величиной
• зарядом
• последовательностью аминокислот
• содержанием углеводов

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.

Тесты на антитела включают анализ образца пациента на наличие или отсутствие конкретного антитела или количество присутствующего антитела. Антитела являются частью иммунной системы организма. Это белки иммуноглобулина, которые помогают защитить людей от микроскопических захватчиков, таких как вирусы, бактерии, химические вещества или токсины.

Каждое антитело, которое производится, уникально. Он создан для распознавания конкретной структуры на инвазивной посторонней ячейке или частице. Определенная структура, которая распознается, называется антигеном. Антитела присоединяются к антигенам, создавая комплексы антиген-антитело, которые служат сигналами для остальной части иммунной системы для разрушения клетки или частицы. Существует пять различных классов иммуноглобулинов.

Функции антител

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

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

Одна область молекулы антител (Fab) определяет ее 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.

Что означают результаты теста?

В первый раз, когда кто-то подвергается воздействию чужеродного вещества, такого как вирус или бактерия, он может занять иммунную систему до двух недель, чтобы сделать план антител и создать достаточное количество специфического антитела для борьбы с инфекцией. Он помнит план борьбы с этим микроорганизмом и поддерживает небольшой запас антител. Тесты на антитела обычно включают смешивание образца пациента с известным антигеном, вещество, которое антитело направлено против или продуцируется в ответ, и наблюдение, происходит ли реакция.

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.

Если присутствует антитело и связывается с известным антигеном, можно определить образование комплекса антитело-антиген. Действительно, нет «нормальной» концентрации антител, поскольку люди производят антитела с разной скоростью. Значение конкретного результата теста зависит от симптомов пациента и конкретных обстоятельств, которые привели к тестированию.

Результаты могут быть представлены качественным образом как «обнаруженные» или «не обнаруженные» в случае антител к агентам, вызывающим хронические инфекции, где любое количество антител считается значимым. Они могут сообщаться как «больше» определенного уровня отсечения, если иммунитет проверяется, или как «иммунный» или «невосприимчивый». Результаты также могут быть представлены как число, представляющее концентрацию.

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.

Титры антител иногда используются для оценки того, насколько значительным является положительный уровень антител. Эти титры включают разбавление образца - создание и тестирование серийных разведений. Наибольшее разведение, которое все еще является положительным, сообщается как отношение «1 к степени разбавления». Это все еще используется, чтобы сообщать о некоторых уровнях антител, особенно в случае аутоиммунных состояний. «Титр антител» - это термин, который также иногда используется в общих чертах для обозначения концентраций антител.

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:

Однако с последующим воздействием концентрации арахисового антитела человека снова повышались. Моноспот для инфекционного мононуклеоза. . Они отличаются типом тяжелой цепи, которую они содержат. Изменение полипептидов тяжелой цепи позволяет каждому классу иммуноглобулина функционировать в виде иммунного ответа другого типа или на другой стадии защиты организма. Классы антител также отличаются по своей валентности, т.е. количеству доступных для связывания антигенов.

Классы и подклассы иммуноглобулина человека

Доступ к ссылкам ниже для каждого из пяти основных классов для просмотра их свойств. У людей существует только два вида легких цепей - κ и λ. Цепи κ и λ находятся в 67 и 33% случаев соответственно. Любое антитело может быть образовано ассоциацией одного типа тяжелой цепи с одним типом легкой цепи. В любой возможной комбинации в блоке антител будут две одинаковые тяжелые и легкие цепи.

• 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 ее 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.

Кроме того, известно, что существует несколько подклассов х и λ легких цепей. Структурные и функциональные свойства подгрупп вариабельной области легкой цепи лямбда-лёгкой. Антигены представляют собой белки, которые находятся на поверхности патогена. Антигены уникальны для этого патогена.

Когда антиген входит в организм, иммунная система продуцирует против нее антитела. Это похоже на битву с армией, сражающейся с захватчиком. Тип лейкоцитов, называемый лимфоцитом, распознает антиген как чужеродный и продуцирует антитела, специфичные к этому антигену. Каждое антитело имеет уникальную форму сайта связывания, которая фиксирует специфическую форму антигена.

• А. Ройт, Дж. Брюсстофф, Д. Мейл. Иммунология- М.: Мир, 2000 - ISBN 5-03-003362-9
• Иммунология в 3 томах / Под. ред. У. Пола.- М.:Мир, 1988
• В. Г. Галактионов. Иммунология- М.: Изд. МГУ, 1998 - ISBN 5-211-03717-0

См. также

• Абзимы - каталитически активные антитела
• Авидность, аффинность - характеристики связывания антигена и антитела

Антитела - специфические белки гамма- глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами .

Как проводится ИФА крови

Антитела уничтожают антиген, который затем поглощается и переваривается макрофагами. Лейкоциты могут также продуцировать химические вещества, называемые антитоксинами, которые разрушают токсины, которые некоторые бактерии производят, когда они вторгаются в организм. Столбняк, дифтерия и скарлатина являются всеми заболеваниями, где бактерии выделяют токсины.

Как только вторгшиеся микробы уничтожены, иммунный ответ падает. Как только у человека была болезнь, они обычно не ловят его снова, потому что организм вырабатывает клетки памяти, специфичные для этого антигена. Ячейки памяти помнят микроб, который вызвал болезнь и быстро превратил правильное антитело, если организм снова подвергся заражению. Патоген быстро разрушается, предотвращая симптомы болезни.

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Иммуноглобулины (Ig) разделены в зависимости от локализации на три группы:

Сывороточные (в крови);

Секреторные (в секретах- содержимом желудочно- кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно- в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

Антитела представляют собой белковые молекулы, продуцируемые иммунной системой в ответ на аллергены, инфекционные организмы, а иногда и собственные компоненты организма. Инфекционные организмы и аллергены проявляют характерные белки, называемые антигенами. Иммунная система распознает и реагирует на антигены, генерируя соответствующие антитела. Антитело предназначено для «подгонки» только одного конкретного антигена, скорее как ключ в замке. Запираясь на антиген-несущие нарушители, антитела стремятся сделать их безвредными, убить их прямо или «пометить» их для уничтожения другими компонентами иммунной системы.

Поверхностные (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В- лимфоцитов).

Любая молекула антител имеет сходное строение (Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).

Антитела генерируются в ответ на множество различных вирусных антигенов. Тест-тесты чаще всего ориентированы на антитела к этим белкам оболочки. Более того, почти все быстрые тесты ищут только антитела. Общими особенностями зарегистрированных случаев являются высокие вирусные нагрузки, быстрое прогрессирование заболевания и высокая смертность.

Диагностика проводится для обнаружения

Иммуноглобулины, также известные как антитела, представляют собой молекулы гликопротеина, продуцируемые плазматическими клетками. Они действуют как критическая часть иммунного ответа, специфически распознавая и связываясь с конкретными антигенами, такими как бактерии или вирусы, и помогают в их уничтожении. Иммунный ответ антитела является очень сложным и чрезвычайно специфичным. Различные классы и подклассы иммуноглобулина различаются по своим биологическим особенностям, структуре, специфичности и распределению мишени.

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как VL и VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ - замок” и образован гипервариабельными областями L- и Н- цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.

Следовательно, оценка изотипа иммуноглобулина может дать полезную информацию о комплексном гуморальном иммунном ответе. Оценка и знание структуры и классов иммуноглобулина также важны для отбора и подготовки антител в качестве инструментов для иммунологических анализов и других приложений обнаружения.

Растворимые и мембранные иммуноглобулины

Иммуноглобулины встречаются в двух основных формах: растворимые антитела и связанные с мембраной антитела. Альтернативный сплайсинг регулирует производство секретируемых антител и поверхностно-связанных рецепторов В-клеток в В-клетках. Рецептор является прототипом антитела, которое В-клетка готовится к продуцированию.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков- доменов . В легких (L) цепях - два домена- один вариабельный (V) и один константный (C), в тяжелых (H) цепях- один V и 3 или 4 (в зависимости от класса иммуноглобулина) C домена.

Существуют легкие цепи двух типов- каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Классы иммуноглобулина

В-клеточный рецептор может связывать только антигены. Генерируемый сигнал вызывает рост и пролиферацию продукции В-клеток и антител внутри плазматической клетки. Различные антитела, продуцируемые плазматическими клетками, классифицируются по изотипу, каждый из которых отличается функцией и антигенными ответами в основном из-за изменчивости структуры. Эта классификация основана на различиях в аминокислотной последовательности в константной области тяжелых цепей антител. Основываясь на различиях в аминокислотной последовательности в константной области легкой цепи, иммуноглобулины могут быть дополнительно подклассифицированы путем определения типа легкой цепи.

Выявлено пять классов тяжелых цепей- альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эксилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов- А, G, E, M и D.

Именно константные области тяжелых цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.

Известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико- химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), в составе IgA- два подкласса (IgA1, IgA2).

Структурной единицей антител является мономер , состоящий из двух легких и двух тяжелых цепей. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgD и IgE. IgM- пентамер (полимерный Ig). У полимерных иммуноглобулинов имеется дополнительная j (joint) полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

Основные биологические характеристики антител.

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2 . Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией- моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела навывают полными антителами . Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции , например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Афинность - прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность - интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.

5. Гетерогенность - обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:

- изотипические - принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;

- аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;

- идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом ). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

Понятие о поликлональных и моноклональных антителах будет дано в следующих разделах.

Характеристика основных классов иммуноглобулинов.

Ig G. Мономеры, включают четыре субкласса. Концентрация в крови- от 8 до 17 г/л, период полураспада- около 3- 4 недель. Это основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG- антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние или 7S антитела), при вторичном иммунном ответе. IgG1 и IgG4 специфически (через Fab- фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация) , благодаря Fc- фрагментам IgG взаимодействуют с Fc- рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM- антител, IgG- антитела относятся к категории поздних- появляются позже и более длительно выявляются в крови.

IgM. Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J- цепью, имеет 10 антиген- связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM- наиболее ранний класс антител, образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM- антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам грамотрицательных бактерий, жгутиковым антигенам- преимущественно IgM- антитела. IgM- основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных- это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG- 0,5- 2,0 г/л, период полураспада- около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG.

IgA. Выделяют сывороточные IgA (мономер) и секреторные IgA (IgAs). Сывороточные IgA составляют 1,4- 4,2 г/л. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа- IgA1 преобладает в сыворотке, субкласс IgA2 - в экстраваскулярных секретах.

Секреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов . Основная роль IgA- обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.

IgE . Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях . Основная роль- своими Fc- фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся “антитела аллергии”- реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab- фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc- фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.

IgD. Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В- лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.

С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини)- разновидность реакции преципитации и ИФА.

Определение антител различных классов имеет важное значение для диагностики инфекционных заболеваний . Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови- важный критерий при постановке диагноза- серологический метод диагностики. Антитела класса IgM появляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда- годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.

Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM- антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия - антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных - взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней- недель проб.

Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами (реакция “антиген- антитело ”) проявляется в виде ряда феноменов- агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.

Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.

Первичный ответ- при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный- при повторном контакте. Основные отличия:

Продолжительность скрытого периода (больше- при первичном);

Скорость нарастания антител (быстрее- при вторичном);

Количество синтезируемых антител (больше- при повторном контакте);

Последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном- быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).

Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа- встреча с возбудителем после вакцинации.

Роль антител в формировании иммунитета.

Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

3. Комплекс антиген- антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.

IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении грамотрицательных бактерий, IgA- в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs- в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE- в реакциях гиперчувствительности немедленного типа.

1. Общая характеристика клеток, синтезирующих иммуноглобулины.

2. Строение мономера иммуноглобулинов.

3. Структурно-функциональные особенности иммуноглобулинов различных классов.

4. Понятия валентности, аффинности,авидности антитела.

Плазматические клетки. Еще находясь на стадии плазмобластов, будущие продуценты антител покидают лимфатические узлы и селезенку. В конечном счете, большинство этих клеток попадает в костный мозг (40–45%) и слизистые оболочки, преимущественно кишечника (33–35%). Во вторичных лимфоидных органах остается меньше 25% антителообразующих клеток (7–8% в селезенке и 15–17% в лимфатических узлах). В слизистых оболочках плазмоциты локализуются в lamina propria и подслизистом слое, в коже - в дерме. Зрелые плазматические клетки полностью утрачивают подвижность, а также способность реагировать практически на все внешние стимулы. Это обусловлено потерей характерных для В-клеток мембранных молекул - иммуноглобулинов и других компонентов BCR, молекул MHC, костимулирующих молекул. Наиболее характерный мембранный маркер плазмоцитов - белок синдикан (CD138), участвующий во взаимодействии плазматических и стромальных клеток.

Плазматические клетки имеют большой размер (20 мкм и более). Для ядра этих клеток характерна периферическая конденсация хроматина. Цитоплазма характеризуется большим объемом, базофилией и сильно развитым аппаратом синтеза белка (разветвленный эндоплазматический ретикулум, рибосомы, аппарат Гольджи). Цитоплазма имеет максимальный объем на стадии незрелой плазматической клетки, которая еще сохраняет способность к делению. Зрелые плазмоциты представляют собой образец высокоспециализированных клеток. До 50% матричной РНК в зрелых плазматических клетках кодирует иммуноглобулин, на долю которого приходится около 30% синтезируемого белка. Каждая плазматическая клетка синтезирует и секретирует антитела одного изотипа, аллотипа, идиотипа и одной специфичности.

Антитела относятся к γ-глобулиновой фракции белков сыворотки крови. На долю γ-глобулинов приходится 15-25 % белково­го содержания сыворотки крови, что составляет примерно 10-20 г/л. Поэтому антитела получили название иммуноглобулинов , и их обозначают символом Ig . Следовательно, антитела - это γ-глобулииы , вырабатыва­ емые в ответ на введение антигена, способ­ ные специфически связываться с антигеном и участвовать во многих иммунологических реакциях .

Антитела синтезируются В-лимфоцитами и их потомками - плазматическими клетками.

Иммуноглобулины существуют :

в циркули­рующей форме,

в виде рецепторных молекул на иммунокомпетентных клетках

миеломных белков.

Циркулирующие антитела под­разделяются на сывороточные и секреторные. К антителам могут быть также отнесены белки Бенс-Джонса, которые являются фрагмента­ми молекулы Ig (его легкая цепь) и синтезиру­ются в избытке при миеломной болезни.

Молекулярное строение антител

Иммуноглобулины являются гликопроте идами.

Молекулы Ig, несмотря на их видимое раз­нообразие, имеют универсальное строение .

две тяжелые цепи

две легкие .

Обозначают их как Н- (от англ. heavy - тя­желый) и L- (от англ. light - легкий) цепи.

Тяжелые и легкие цепи связаны между собой попарно дисульфидными связями (- S - S -).

Между тяжелыми цепями также есть дисульфидная связь. Это так называемый «шар­ нирный» участок . Такой тип межпептидно­го соединения придает структуре молекулы динамичность - он позволяет легко менять конформацию в зависимости от окружающих. Шарнирный участок ответствен за взаимодействие с первым компонентом комплемента (С1) и активацию его по классическому пути.

Легкие цепи бывают 2 типов : (каппа и лямбда).

Тяжелых цепей известно 5 типов : (альфа, гамма, мю, эпсилон и де­льта), - которые имеют также и внутреннее подразделение.

Домены различаются по постоянству ами­нокислотного состава. Выделяют С-домены (от англ. constant - постоянный), с неизменной, или постоянной, структурой полипептидной цепи, и V -домены (от англ. variable - измен­чивый), с переменной структурой .

В составе легкой цепи есть по одному V- и С-домену, а в тяжелой - один V- и 3-4 С-домена.

Вариабельные домены легкой и тяжелой цепи совместно образуют участок, который специфически связывается с антигеном. Это антигенсвязывающий центр молекулы Ig или паратоп – Fab -фрагмент.

Fc (от англ. «фрагмент кристаллизующийся»)- фрагмент. Он от­ветствен за связывание с рецепторами на мем бране клеток макроорганизма (Fc -рецепторы) и некоторыми микробными суперантигенами (например, белком А стафилококка).

Помимо вышеописанных, в структуре моле­кул Ig обнаруживают дополнительные поли­пептидные цепи. Так, полимерные молекулы IgM и IgA содержат J -пептид (от англ. join - соединяю). Он объединяет отдельные мономе­ры в единое макромолекулярное образование и обеспечивает превращение полимерного Ig в секреторную форму.

Молекулы секреторных Ig в отличие от сы­вороточных обладают особым S -пептидом (от англ. secret - секрет). Это так называемый секреторный компонент. Секреторный компонент - продукт деградации рецептора эпителиальной клетки к J-пептиду. Он обеспечивает перенос молекулы Ig через эпителиальную клетку в просвет ор­гана (трансцитоз) и предохраняет ее в секрете слизистых от ферментативного расщепления.

АНТИТЕЛА - белки глобулиновой фракции сыворотки крови человека и теплокровных животных, образующиеся в ответ на введение в организм различных антигенов (бактерий, вирусов, белковых токсинов и др.) и специфически взаимодействующие с антигенами, вызвавшими их образование. Связываясь активными участками (центрами) с бактериями или вирусами, антитела препятствуют их размножению или нейтрализуют выделяемые ими токсические вещества. Наличие в крови антител указывает на то, что организм вступал во взаимодействие с антигеном против вызываемой им болезни. В какой степени иммунитет зависит от антител и в какой степени антитела только сопутствуют иммунитету, решается применительно к конкретной болезни. Определение уровня антител в сыворотке крови позволяет судить о напряженности иммунитета даже в тех случаях, когда антитела не играют решающей защитной роли.

Защитное действие антител, содержащихся в иммунных сыворотках, широко используется в терапии и профилактике инфекционных заболеваний (см. Серопрофилактика , Серотерапия). Реакции антител с антигенами (серологические реакции) применяют в диагностике различных заболеваний (см. Серологические исследования).

История

На протяжении длительного времени о хим. природе А. знали очень немного. Известно, что антитела после введения антигена обнаруживаются в сыворотке крови, лимфе, экстрактах тканей и что они специфически реагируют со своим антигеном. О наличии антител судили на основании тех видимых агрегатов, которые образуются при взаимодействии с антигеном (агглютинация, преципитация) или по изменению свойств антигена (нейтрализация токсина, лизис клетки), но о том, с каким химическим субстратом антител связаны, почти ничего не было известно.

Благодаря применению методов ультрацентрифугирования, иммуно-электрофореза и подвижности белков в изоэлектрическом поле доказана принадлежность антител к классу гамма-глобулинов, или иммуноглобулинов.

Антитела представляют собой преформированные в процессе синтеза нормальные глобулины. Иммунные глобулины, полученные в результате иммунизации различных животных одним и тем же антигеном и при иммунизации одного и того же вида животного различными антигенами, обладают неодинаковыми свойствами, так же как неодинаковы сывороточные глобулины различных видов животных.

Классы иммуноглобулинов

Иммуноглобулины вырабатываются иммунокомпетентными клетками лимфоидных органов, различаются между собой по мол. весу, константе седиментации, электрофоретической подвижности, содержанию углеводов и иммунологической активности. Различают пять классов (или типов) иммуноглобулинов:

Иммуноглобулины М (IgM) : молекулярный вес около 1 млн., имеют сложную молекулу; первыми появляются после иммунизации или антигенной стимуляции, оказывают губительное действие на микробы, которые попали в кровь, способствуют их фагоцитозу; слабее, чем иммуноглобулины G, связывают растворимые антигены, токсины бактерии; разрушаются в организме в 6 раз быстрее, чем иммуноглобулины G (например, у крыс период полураспада иммуноглобулина М равен 18 часам, а иммуноглобулина G - 6 дням).

Иммуноглобулины G (IgG) : молекулярный вес около 160 000, их считают стандартными, или классическими, антителами: легко проходят через плаценту; образуются медленнее, чем IgM; наиболее эффективно связывают растворимые антигены, особенно экзотоксины, а также вирусы.

Иммуноглобулины А (IgA) : молекулярный вес около 160 000 или больше, вырабатываются лимфоидной тканью слизистых оболочек, препятствуют деградации ферментов клеток организма и противостоят патогенному действию микробов кишечника, легко проникают через клеточные барьеры организма, содержатся в молозиве, слюне, слезах, слизи кишечника, поте, отделяемом носа, в крови находятся в меньшем количестве, легко соединяются с клетками организма; IgA возникли, по-видимому, в процессе эволюции для защиты слизистых оболочек от агрессии бактериями и передачи пассивного иммунитета потомству.

Иммуноглобулины Е (IgE) : молекулярный вес около 190 000 (по Р. С. Незлину, 1972); по-видимому, ими являются аллергические антитела -так называемые реагины (см. ниже).

Иммуноглобулины D (IgD ): молекулярный вес около 180 000 (по Р. С. Незлину, 1972); в настоящее, время о них известно очень мало.

Структура антител

Молекула иммуноглобулина состоит из двух неидентичных полипептидных субъединиц - легких (L - от английского light) цепей с молекулярным весом 20 000 и двух тяжелых (Н - от английского heavy) цепей с молекулярным весом 60 000. Эти цепи, связанные дисульфидными мостиками, образуют основной мономер LH. Однако в свободном состоянии такие мономеры не встречаются. Большая часть молекул иммуноглобулинов состоит из димеров (LH) 2 , остальные - из полимеров (LH) 2n . Основными N-концевыми аминокислотами человеческого гамма-глобулина являются аспарагиновая и глутаминовая, кроличьего - аланин и аспарагиновая кислота. Портер (R. R. Porter, 1959), воздействуя на иммуноглобулины папаином, нашел, что они распадаются на два (I и II) Fab-фрагмента и Fc-фрагмент (III) с константой седиментации 3,5S и молекулярным весом около 50 000. Основная масса углеводов связана с Fc-фрагментом. По предложению экспертов ВОЗ установлена следующая номенклатура фрагментов антител: Fab-фрагмент - одновалентный, активно соединяющийся с антигеном; Fc-фрагмент - не взаимодействует с антигеном и состоит из С-концевых половин тяжелых цепей; Fd-фраг-мент - участок тяжелой цепи, входящий в Fab-фрагмент. Фрагмент пепсинового гидролиза 5S предложено обозначать как F(ab) 2 , а одновалентный 3,5S-фрагмент - Fab.

Специфичность антител

Одним из важнейших свойств антител является их специфичность, которая выражается в том, что антитела активнее и полнее взаимодействует с тем антигеном, которым организм был стимулирован. Комплекс антиген - антитело в этом случае обладает наибольшей прочностью. Антитела способны различать в антигенах незначительные изменения в структуре. При использовании конъюгированных антигенов, состоящих из белка и включенного простого химического вещества - гаптена, образующиеся антитела специфичны к гаптену, белку и комплексу белок - гаптен. Специфичность обусловлена химической структурой и пространственным рисунком антидетерминант антител (активных центров, реактивных групп), то есть участков антител, которыми они соединяются с детерминантами антигена. Число антидетерминант антител часто называют их валентностью. Так, молекула IgM-антитела может иметь до 10 валентностей, молекулы IgG- и IgA-антител двухвалентны.

По данным Караша (F. Karush, 1962), активные центры IgG состоят из 10-20 аминокислотных остатков, что составляет примерно 1 % всех аминокислот молекулы антител, а, по представлениям Уинклера (М. Н. Winkler, 1963), активные центры состоят из 3-4 аминокислотных остатков. В их составе найдены тирозин, лизин, триптофан и др. Антидетерминанты расположены, очевидно, в аминоконцевых половинах Fab-фрагментов. В образовании активного центра участвуют вариабельные отрезки легких и тяжелых цепей, причем последним принадлежит основная роль. Возможно, легкая цепь лишь частично участвует в формировании активного центра или стабилизирует структуру тяжелых цепей. Наиболее полноценная антидетерминанта создается лишь комбинацией легких и тяжелых цепей. Чем больше точек совпадения связи между антидетерминантами антител и детерминантами антигена, тем выше специфичность. Разная специфичность зависит от последовательности аминокислотных остатков в активном центре антител. Кодирование огромного разнообразия антител по их специфичности неясно. Портер допускает три возможности специфичности .

1. Образование стабильной части молекулы иммуноглобулина контролируется одним геном, а вариабельной части - тысячами генов. Синтезированные пептидные цепи соединяются в молекулу иммуноглобулина под влиянием особого клеточного фактора. Антиген в этом случае выступает в качестве фактора, запускающего синтез антител.

2. Молекула иммуноглобулина кодируется стабильными и изменчивыми генами. В период клеточного деления происходит рекомбинация изменчивых генов, что и обусловливает разнообразие их и вариабельность участков молекул глобулинов.

3. Ген, кодирующий вариабельную часть молекулы иммуноглобулинов, повреждается особым ферментом. Другие ферменты восстанавливают повреждение, но вследствие ошибок допускают различную последовательность нуклеотидов в пределах данного гена. Этим и обусловлена различная последовательность аминокислот в вариабельной части молекулы иммуноглобулина. Имеются и другие гипотезы, напр. Бернета (F. М. Burnet, 1971).

Гетерогенность (неоднородность) антител проявляется по многим признакам. В ответ на введение одного антигена образуются антитела, различающиеся по сродству к антигену, антигенным детерминантам, молекулярному весу, электрофоретической подвижности, N-концевым аминокислотам. Групповые антитела к различным микробам обусловливают перекрестные реакции к разным видам и типам сальмонелл, шигелл, эшерихий, животных белков, полисахаридов. Продуцируемые антитела неоднородны по своей специфичности относительно гомогенного антигена или одной антигенной детерминанты. Гетерогенность антител отмечена не только против белковых и полисахаридных антигенов, но и против комплексных, в том числе конъюгированных, антигенов и против гаптенов. Полагают, что гетерогенность антител определяется известной микрогетерогенностью детерминант антигена. Гетерогенность может быть вызвана образованием антител на комплекс антиген - антитело, что наблюдается при многократной иммунизации, различием клеток, образующих антител, а также принадлежностью антител к разным классам иммуноглобулинов, которые, как и другие белки, обладают сложной антигенной структурой, контролируемой генетически.

Виды антител

Полные антитела имеют не менее двух активных центров и при соединении с антигенами in vitro обусловливают видимые реакции: агглютинацию, преципитацию, связывание комплемента; нейтрализуют токсины, вирусы, опсонизируют бактерии, обусловливают визуальный феномен иммунного прилипания, иммобилизации, набухания капсул, нагрузки тромбоцитов. Реакции протекают в две фазы: специфическая (взаимодействие антитела с антигеном) и неспецифическая (тот или иной из вышеуказанных феноменов). Общепризнано, что различные серологические реакции обусловливаются одним, а не множеством антител и зависят от методики постановки. Различают тепловые полные антитела, реагирующие с антигеном при t° 37°, и холодовые (криофильные), проявляющие эффект при t° ниже 37°. Имеются также антитела, реагирующие с антигеном при низкой температуре, а видимый эффект проявляется при t° 37°; это двухфазные, биотермические антитела, к которым отнесены гемолизины Доната - Ландштейнера. Все известные классы иммуноглобулинов содержат полные антитела. Активность и специфичность их определяются титром, авидностью (см. Авидитет), числом антидетерминант. IgM-антитела более активны, чем IgG-антитела, в реакциях гемолиза и агглютинации.

Неполные антитела (непреципитирующие, блокирующие, агглютиноиды), как и полные антитела, способны соединяться с соответствующими антигенами, но реакция при этом не сопровождается видимым in vitro феноменом преципитации, агглютинации и др.

Неполные антитела обнаружены у человека в 1944 году к резус-антигену, их находили при вирусных, риккетсиозных и бактериальных инфекциях по отношению к токсинам при различных патологических состояниях. Существует ряд доказательств двухвалентности неполных антител. Бактериальные неполные антитела обладают защитными свойствами: антитоксическими, опсонизирующими, бактериологическими; вместе с тем неполные антитела обнаружены при ряде аутоиммунных процессов - при заболеваниях крови, особенно гемолитических анемиях.

Неполные гетеро-, изо- и аутоантитела способны вызвать повреждение клеток, а также играть определенную роль в возникновении медикаментозных лейко- и тромбоцитопении

Нормальными (естественными) принято считать антитела, обычно встречающиеся в сыворотке крови животных и человека при отсутствии явной инфекции или иммунизации. Происхождение антибактериальных нормальных антител может быть связано, в частности, с антигенной стимуляцией нормальной микрофлорой организма. Эти взгляды теоретически и экспериментально обоснованы исследованиями на животных-гнотобионтах и новорожденных в обычных условиях обитания. Вопрос о функциях нормальных антител связан непосредственно со специфичностью их действия. Л. А. Зильбер (1958) полагал, что индивидуальная устойчивость к инфекциям и, кроме того, «иммуногенная готовность организма» определяются их наличием. Показана роль нормальных антител в бактерицидности крови, в опсонизации при фагоцитозе. Работами многих исследователей было показано, что нормальные антитела в основном являются макроглобулина-ми - IgM. Некоторые исследователи находили нормальные антитела в IgA- и IgG-классах иммуноглобулинов. В их составе могут быть как неполные, так и полные антитела (нормальные антитела к эритроцитам - см. Группы крови).

Синтез антител

Синтез антител протекает в две фазы. Первая фаза индуктивная, латентная (1-4 дня), при которой антитела и антителообразующие клетки не обнаруживаются; вторая фаза - продуктивная (начинается после индуктивной фазы), антитела обнаруживаются в плазматических клетках и оттекающей от лимфоидных органов жидкости. После первой фазы антителообразования начинается очень быстрый темп нарастания антител, нередко их содержание может удваиваться каждые 8 часов и даже быстрее. Максимальная концентрация различных антител в сыворотке крови после однократной иммунизации регистрируется на 5, 7,10 или 15-й день; после инъекции депонированных антигенов - на 21- 30-й или 45-й день. Далее через 1-3 или более месяцев титры антител резко падают. Однако иногда низкий уровень антител после иммунизации регистрируется в крови в течение ряда лет. Установлено, что первичная иммунизация большим числом различных антигенов сопровождается появлением вначале тяжелых IgM (19S)-антител, затем в течение короткого срока - IgM и IgG(7S)-антител и, наконец, одних легких 7S-антител. Повторная стимуляция сенсибилизированного организма антигеном вызывает ускорение образования обоих классов антител, укорочение латентной фазы антителообразования, срока синтеза 19S-антител и способствует преимущественному синтезу 7S-антител. Нередко 19S-антитела вовсе не появляются.

Выраженные различия между индуктивной и продуктивной фазой антителообразования обнаруживаются при исследовании их чувствительности к ряду воздействий, что имеет принципиальное значение для понимания природы специфической профилактики. Например, известно, что облучение до иммунизации задерживает или полностью угнетает антителообразование. Облучение в репродуктивную фазу антителообразования не влияет на содержание антител в крови.

Выделение и очистка антител

В целях усовершенствования метода выделения и очистки антител были предложены иммуносорбенты. В основе метода лежит перевод растворимых антигенов в нерастворимые путем присоединения их посредством ковалентных связей к нерастворимой основе из целлюлозы, сефадекса или другого полимера. Метод позволяет получить в высокой степени очищенные антитела в больших количествах. Процесс выделения антител с помощью иммуносорбентов включает три этапа:

1) извлечение антител из иммунной сыворотки;

2) отмывание иммуносорбента от неспецифических белков;

3) отщепление антител от отмытого иммуносорбента (обычно буферными растворами с низкими значениями pH). Кроме этого метода, известны и другие методы очистки антител. Их можно разделить на две группы: специфические и неспецифические. В основе первых лежит диссоциация антител из комплекса нерастворимый антиген - антитело (преципитат, агглютинат). Она осуществляется различными веществами; широко распространен метод ферментативного переваривания антигена или флоккулята токсин - антитоксин амилазой, трипсином, пепсином. Используется также тепловая элюция при t° 37-56°.

Неспецифические методы очистки антител основаны на выделении гамма-глобулинов: электрофорез в геле, хроматография на ионообменных смолах, фракционирование гель-фильтрацией через сефадексы. Широко известен метод осаждения сернокислым натрием или аммонием. Эти методы применимы в случаях высокой концентрации антител в сыворотке, например, при гипериммунизации.

Гельфильтрация через сефадексы, а также использование ионообменных смол позволяют разделить антитела по величине их молекул.

Применение антител

Антитела, особенно гамма-глобулины, применяются для терапии и профилактики дифтерии, кори, столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, лептоспирозов, против стафилококков, возбудителей бешенства, гриппа и др. Специально приготовленные и очищенные диагностические сыворотки применяются в серологической идентификации возбудителей инфекций (см. Идентификация микробов). Было установлено, что пневмококки, стафилококки, сальмонеллы, бактериофаги и др., адсорбируя соответствующие антитела, прилипают к тромбоцитам, эритроцитам и другим чужеродным частицам. Этот феномен назван иммунным прилипанием. Было показано, что в механизме этого феномена играют роль белковые рецепторы тромбоцитов и эритроцитов, которые разрушаются трипсином, папаином и формалином. Реакция иммунного прилипания зависит от температуры. Ее учитывают по прилипанию корпускулярного антигена или по гемагглютинации, обусловленной растворимым антигеном в присутствии антител и комплемента. Реакция высокочувствительна и может быть использована как для определения комплемента, так и очень небольших (0,005-0,01 мкг азота) количеств антител. Иммунное прилипание усиливает фагоцитоз лейкоцитами.

Современные теории образования антител

Различают инструктивные теории антителообразования, согласно к-рым антиген прямо или косвенно участвует в формировании специфических иммуноглобулинов, и теории, предполагающие образование генетически предсуществующих антител ко всем возможным антигенам или клеток, синтезирующих эти антитела. К ним относятся селекционные теории и теория репрессии - дерепрессии, допускающая возможность синтеза одной клеткой любых антител. Предложены также теории, стремящиеся осмыслить процессы иммунологического ответа на уровне целостного организма с учетом взаимодействия различных клеток и общепринятых представлений о синтезе белка в организме.

Теория прямой матрицы Гауровитца-Полинга сводится к тому, что антиген, поступив внутрь клеток, вырабатывающих антитела, играет роль матрицы, оказывающей влияние на образование молекулы иммуноглобулина из пептидных цепей, синтез которых протекает без участия антигена. «Вмешательство» антигена наступает лишь во второй фазе формирования белковой молекулы - фазе скручивания пептидных цепей. Антиген так изменяет концевые N-аминокислоты будущего антитела (иммуноглобулина или его отдельных пептидных цепей), что они становятся комплементарными к детерминантам антигена и легко вступают с ним в связь. Образовавшееся таким образом антитела отщепляется от антигена, поступает в кровь, а освободившийся антиген принимает участие в формировании новых молекул антител. Эта теория вызвала ряд серьезных возражений. Она не может объяснить образования иммунологической толерантности; превосходящего количества вырабатываемых клеткой антител в единицу времени на имеющееся в ней во много раз меньшее число молекул антигена; продолжительности выработки антител организмом, исчисляемой годами или всей жизнью, по сравнению со значительно меньшим сроком сохранения антигена в клетках и т. д. Следует также учесть, что клетки плазматического или лимфоидного ряда, вырабатывающие антитела, не ассимилируют антиген, хотя присутствие нативного антигена или его фрагментов в антителосинтезирующих клетках полностью исключить нельзя. В последнее время Гауровитцем (F. Haurowitz, 1965) предложена новая концепция, по которой антиген изменяет не только вторичную, но и первичную структуру иммуноглобулина.

Теория непрямой матрицы Бернета - Феннера получила известность в 1949 году. Ее авторы считали, что макромолекулы антигена и скорее всего его детерминанты проникают в ядра клеток зародышевого типа и вызывают наследственно закрепленные изменения в них, следствием которых является образование антител к данному антигену. Допускается аналогия между описываемым процессом и трансдукцией у бактерий. Приобретенное клетками новое качество образования иммунных глобулинов передается потомству клеток в бесчисленных поколениях. Однако вопрос о роли антигена в описываемом процессе оказался спорным.

Именно это обстоятельство явилось причиной возникновения теории естественной селекции Ерне (K. Jerne, 1955).

Теория естественной селекции Ерне. Согласно этой теории антиген не является матрицей для синтеза антител и не вызывает генетических изменений в клетках-продуцентах антител. Его роль сводится к селекции имеющихся «нормальных» антител, спонтанно возникающих к различным антигенам. Происходит это будто бы так: антиген, попав в организм, находит соответствующее антитело, соединяется с ним; образовавшийся комплекс антиген - антитело поглощается клетками, вырабатывающими антитела, и последние получают стимул производить антитела именно такого рода.

Клонально-селекционная теория Бернета (F. Burnet) явилась дальнейшим развитием идеи Ерне о селекции, но не антител, а клеток, производящих антитела. Бернет полагает, что в результате общего процесса дифференциации в эмбриональном и постнатальном периодах из мезенхимальных клеток образуется множество клонов лимфоидных или иммунологически компетентных клеток, способных реагировать с различными антигенами или их детерминантами и вырабатывать антитела - иммуноглобулины. Характер реагирования лимфоидных клеток на антиген в эмбриональном и постнатальном периодах различен. Зародыш либо совсем не вырабатывает глобулинов, либо синтезирует их немного. Однако допускается, что те его клоны клеток, которые способны вступить в реакцию с антигенными детерминантами собственных белков, реагируют с ними и в результате этой реакции уничтожаются. Так, вероятно, погибают клетки, образующие анти-А-агглютинины у лиц с группой крови А и анти-В-агглютинины - у лиц с группой крови В. Если эмбриону ввести какой-либо антиген, то аналогичным образом он уничтожит соответствующий клон клеток, и новорожденный в течение всей последующей жизни теоретически будет толерантным к данному антигену. Процесс уничтожения всех клонов клеток к собственным белкам зародыша заканчивается к моменту его рождения или выхода из яйца. Теперь у новорожденного осталось только «свое», и любое «чужое», попавшее в его организм, он распознает. Бернет допускает также сохранение «запретных» клонов клеток, способных реагировать с аутоантигенами органов, которые в процессе развития были изолированы от клеток, вырабатывающих антитела. Распознавание «чужого» обеспечивается оставшимися клонами мезенхимальных клеток, на поверхности которых имеются соответствующие антидетерминанты (рецепторы, клеточные антитела), комплементарные к детерминантам «чужого» антигена. Природа рецепторов детерминирована генетически, то есть закодирована в хромосомах и не привносится в клетку вместе с антигеном. Наличие готовых рецепторов неизбежно ведет к реакции данного клона клеток с данным антигеном, следствием которой теперь являются два процесса: образование специфических антител - иммуноглобулинов и размножение клеток данного клона. Бернет допускает, что мезенхимальная клетка, получившая антигенное раздражение, в порядке митоза дает начало популяции дочерних клеток. Если такая клетка осела в мозговом веществе лимфатического узла, она дает начало образованию плазматических клеток, при оседании в лимфатических фолликулах - лимфоцитам, в костном мозге - эозинофилам. Дочерние клетки склонны к соматическим необратимым мутациям. При расчете на весь организм число мутирующих клеток за сутки может составить 100 ООО или 10 млн., и, следовательно, мутации обеспечат клоны клеток к любому антигену. Теория Бернета вызвала огромный интерес исследователей и большое число проверочных экспериментов. Важнейшими подтверждениями теории явились доказательства присутствия на предшественниках антителопродуцирующих клеток (лимфоцитах костномозгового происхождения) антителоподобных рецепторов иммуноглобулиновой природы и наличия в антителопродуцирующих клетках механизма интерцистронного исключения в отношении антител различной специфичности.

Теория репрессии и дерепрессии сформулирована Силардом (L. Szilard) в 1960 году. Согласно этой теории каждая клетка, вырабатывающая антитело, потенциально может синтезировать любое антитело к любому антигену, но этот процесс у нее заторможен репрессором фермента, участвующего в синтезе иммуноглобулина. В свою очередь образование репрессора может затормозиться влиянием антигена. Силард считает, что образование антител контролируется особыми неудваивающимися генами. Число их достигает 10 000 на каждый одинарный (гаплоидный) набор хромосом.

Ледерберг (J. Lederberg) считает, что в генах, ответственных за синтез глобулинов, имеются участки, контролирующие образование активных центров антител. В норме функция названных участков заторможена, и поэтому идет синтез нормальных глобулинов. Под влиянием антигена, а также, возможно, под действием некоторых гормонов происходит растормаживание и стимулирование деятельности участков гена, ответственных за образование активных центров антител, и клетка начинает синтезировать иммунные глобулины.

По мнению H. Н. Жукова-Вережникова (1972), эволюционными предшественниками антител были защитные ферменты, аналогичные появляющимся у бактерий с приобретенной антибиотикорезистентностью. Как и антитела, ферменты состоят из активной (по отношению к субстрату) и пассивной частей молекулы. В силу экономичности механизм «один фермент - один субстрат» сменился механизмом «единых молекул с варьирующей частью», то есть антител с вариабельными активными центрами. Информация об антителообразовании реализуется в зоне «резервных генов», или в «зоне избыточности» на ДНК. Такая избыточность, видимо, может локализоваться в ядерной или плазмидной ДНК, которая хранит «эволюционную информацию..., игравшую роль внутреннего механизма, „начерно“ контролирующего наследственную изменчивость». Эта гипотеза содержит инструктивный компонент, но не является полностью инструктивной.

П. Ф. Здродовский отводит антигену роль дерепрессора определенных генов, контролирующих синтез комплементарных антител. Одновременно антиген, как допускает Здродовский в соответствии с теорией Селье, раздражает аденогипофиз, в результате чего происходит выработка соматотропное (СТГ) и адренокортикотропного (АКТГ) гормонов. СТГ стимулирует плазмоцитарную и антителообразующую реакцию лимфоидных органов, в свою очередь стимулированных антигеном, а АКТГ, воздействуя на кору надпочечников, вызывает выделение ею кортизона. Этот последний в иммунном организме угнетает плазмоцитарную реакцию лимфоидных органов и синтез клетками антител. Все эти положения были подтверждены экспериментально.

Действие системы гипофиз - надпочечники на продукцию антител может выявляться лишь в предварительно иммунизированном организме. Именно эта система организует анамнестические серологические реакции в ответ на введение в организм различных неспецифических раздражителей.

Углубленное изучение клеточных изменений в процессе иммунологического ответа и накопление большого количества новых фактов обосновали положение, согласно которому иммунологический ответ осуществляется лишь в результате кооперированного взаимодействия определенных клеток. В соответствии с этим предложено несколько гипотез.

1. Теория кооперации двух клеток. Накоплено много фактов, свидетельствующих о том, что иммунологический ответ в организме осуществляется в условиях взаимодействия различных типов клеток. Имеются подтверждения того, что макрофаги первыми ассимилируют и модифицируют антиген, но в последующем «инструктируют» лимфоидные клетки о синтезе антител. Одновременно показано, что происходит кооперация и между лимфоцитами, относящимися к различным субпопуляциям: между Т-лимфоцитами (тимусзависимые, антнгенреактивные, происходящие из вилочковой железы) и В-клетками (тимуснезависимые, предшественники антителообразующих клеток, костномозговые лимфоциты).

2. Теории кооперации трех клеток. Согласно взглядам Ройтта (I. Roitt) и др. (1969) антиген захватывается и перерабатывается макрофагами. Такой антиген стимулирует антигенреактивные лимфоциты, подвергающиеся трансформации в бластоидные клетки, обеспечивающие гиперчувствительность замедленного типа и превращающиеся в долгоживущие клетки иммунологической памяти. Эти клетки вступают в кооперацию с антителообразующими клетками-предшественниками, которые в свою очередь дифференцируются, пролиферируя в антителопродуцирующие клетки. По мнению Рихтера (М. Richter, 1969), большинство антигенов обладает слабым сродством для антителообразующих клеток, поэтому для выработки антител необходимо следующее взаимодействие процессов: антиген+макрофаг - переработанный антиген+антигенреактивная клетка - активированный антиген+предшественник антителообразующей клетки - антитела. В случае высокого сродства антигена процесс будет выглядеть так: антиген+предшественник антителообразующих клеток - антитела. Предполагается, что в условиях повторного стимулирования антигеном последний непосредственно вступает в контакт с антителообразующей клеткой или клеткой иммунологической памяти. Это положение подтверждается большей радиорезистентностью повторного иммунологического ответа, чем первичного, что объясняется различной устойчивостью клеток, участвующих в иммунологическом ответе. Постулируя необходимость трехклеточного кооперирования в антителогенезе, Р. В. Петров (1969, 1970) считает, что синтез антител произойдет лишь в том случае, если стволовая клетка (предшественник антителообразующей клетки) одновременно получит из макрофага переработанный антиген, а из антигенреактивной клетки индуктор иммунопоэза, образуемый после ее (антигенреактивной клетки) стимуляции антигеном. Если происходит контакт стволовой клетки только с переработанным макрофагом антигеном, то создается иммунологическая толерантность (см. Толерантность иммунологическая). Если же налицо контакт стволовой клетки только с антигенреактивной клеткой, то происходит синтез неспецифического иммуноглобулина. Предполагается, что эти механизмы лежат в основе инактивации несингенных стволовых клеток лимфоцитами, так как индуктор иммунопоэза, попадая в аллогенную стволовую клетку, является для нее антиметаболитом (сингенные - клетки с идентичным геномом, аллогенные - клетки того же вида, по с иным генетическим составом).

Аллергические антитела

Аллергические антитела - специфические иммуноглобулины, образующиеся под действием аллергенов у человека и животных. При этом имеются в виду циркулирующие в крови антитела при аллергических реакциях немедленного типа. Различают три основных вида аллергических антител: кожно-сенсибилизирующие, или реагины; блокирующие и гемагглютинирующие. Биологические, химические и физико-химические свойства аллергических антител человека своеобразны (табл .).

Эти свойства резко отличаются от свойств преципитирующих, комплементсвязывающих антител, агглютининов и других, описываемых в иммунологии.

Реагинами принято обозначать гомологические кожно-сенсибилизирующие антитела человека. Это важнейший вид аллергических антител человека, основным свойством которых является способность осуществлять реакцию пассивного переноса повышенной чувствительности на кожу здорового реципиента (см. Прауснитца-Кюстнера реакция). Реагины обладают целым рядом характерных свойств, отличающих их от сравнительно хорошо изученных иммунных антител. Многие вопросы, касающиеся свойств реагинов и их иммунологической природы, остаются, однако, нерешенными. В частности, нерешенным является вопрос о гомогенности или гетерогенности реагинов в смысле их принадлежности к определенному классу иммуноглобулинов.

Блокирующие антитела возникают у больных поллинозами в процессе специфической гипосенсибилизирующей терапии к тому антигену, которым производится гипосенсибилизация. Свойства этого вида антител напоминают свойства преципитирующих антител.

Под гемагглютинирующими антителами обычно подразумевают антитела сыворотки крови человека и животных, способные специфически агглютинировать эритроциты, соединенные с пыльцевым аллергеном (реакция непрямой, или пассивной, гемагглютинации). Связывание поверхности эритроцита с аллергеном пыльцы достигается разнообразными методами, напр, с помощью танина, формалина, дважды диазотированного бензидина. Гемагглютинирующие антитела удается обнаружить у людей, имеющих повышенную чувствительность к пыльце растений, как до, так и после специфической гипосенсибилизирующей терапии. В процессе этой терапии происходит трансформация отрицательных реакций в положительные или повышение титров реакции гемагглютинации. Гемагглютинирующие антитела обладают свойством довольно быстро адсорбироваться на эритроцитах, обработанных пыльцевым аллергеном, особенно некоторыми его фракциями. Иммуносорбенты удаляют гемагглютинирующие антитела быстрее, чем реагины. Гемагглютинирующая активность связана в некоторой степени и с кожно-сенсибилизирующими антителами, однако роль кожно-сенсибилизирующих антител в гемагглютинации, по-видимому, невелика, так как не существует никакой корреляции между кожно-сенсибилизирующими и гемагглютинирующими антителами. С другой стороны, существует корреляция между гемагглютинирующими и блокирующими антителами как у лиц с аллергией к пыльце растений, так и у здоровых лиц, иммунизированных растительной пыльцой. Эти два вида антител обладают многими сходными свойствами. В процессе специфической гипосенсибилизирующей терапии происходит повышение уровня как того, так и другого вида антител. Гемагглютинирующие антитела к пенициллину не идентичны кожно-сенсибилизирующим антителам. Основной причиной образования гемагглютинирующих антител явилась пенициллинотерапия. По-видимому, гемагглютинирующие антитела следует отнести к группе антител, именуемых рядом авторов «антитела ми-свидетелями».

В 1962 году Шелли (W. Shelley) предложил специальный диагностический тест, основанный на так называемые дегрануляции базофильных лейкоцитов крови кролика под действием реакции аллергена со специфическим антителами. Однако характер антител, которые принимают участие в данной реакции, и связь их с циркулирующими реагинами недостаточно выяснены, хотя имеются данные о корреляции этого вида антител с уровнем реагинов у больных поллинозом.

Установление оптимальных соотношений аллергена и исследуемой сыворотки является чрезвычайно важным в практическом отношении, особенно при исследованиях с видами аллергенов, сведения о которых еще не содержатся в соответствующей литературе.

К аллергическим антителам животных можно отнести следующие виды антител: 1) антитела при экспериментальной анафилаксии; 2) антитела при спонтанных аллергических заболеваниях животных; 3) антитела, играющие роль при развитии реакции Артюса (типа преципитирующих). При экспериментальной анафилаксии, как общей, так и местной, в крови животных обнаруживают специальные виды анафилактических антител, обладающих свойством пассивно сенсибилизировать кожу животных того же вида.

Было показано, что анафилактическая сенсибилизация морских свинок аллергенами пыльцы тимофеевки луговой сопровождается циркуляцией в крови кожно-сенсибилизирующих антител Эти кожно-сенсибилизирующие тела обладают свойством осуществлять гомологическую пассивную сенсибилизацию кожи in vivo. Наряду с этими гомологическими кожно-сенсибилизирующими антителами при общей сенсибилизации морских свинок аллергенами пыльцы тимофеевки луговой в крови циркулируют антитела, выявляемые реакцией пассивной гемагглютинации с бис-диазотированным бензидином. Кожно-сенсибилизирующие антитела, осуществляющие гомологичный пассивный перенос и имеющие положительную корреляцию с показателем анафилаксии, относят к группе гомологических анафилактических антител, или гомоцитотропных антител. Употребляя термин «анафилактические антитела», авторы приписывают им ведущую роль в реакции анафилаксии. Стали появляться исследования, подтверждающие существование гомоцитотропных антител к белковым антигенам и конъюгатам у различных видов экспериментальных животных. Ряд авторов выделяет три вида антител, участвующих в аллергических реакциях немедленного типа. Это антитела, связанные с новым типом иммуноглобулинов (IgE) у человека и аналогичные антитела у обезьян, собак, кроликов, крыс, мышей. Второй вид антител - антитела типа морской свинки, способные фиксироваться на тучных клетках и изологичных тканях. Они отличаются рядом свойств, в частности, они более термостабильны. Считают, что антитела типа IgG могут быть и у человека вторым видом анафилактических антител. Третий вид - антител, сенсибилизирующие гетерологичные ткани, принадлежащие, например, у морских свинок к классу γ 2 . У человека только антитела типа IgG обладают способностью сенсибилизировать кожу морской свинки.

При заболеваниях животных описаны аллергические антитела, образующиеся при спонтанных аллергических реакциях. Эти антитела термолабильны, обладают кожно-сенсибилизирующими свойствами.

Неполные антитела в судебно-медицинском отношении применяются при определении антигенов ряда изосерологических систем (см. Группы крови) для установления принадлежности крови определенному лицу в случаях уголовных преступлений (убийства, половые преступления, транспортные происшествия, нанесение телесных повреждений и др.), а также при экспертизе спорного отцовства и материнства. В отличие от полных антител, они не вызывают агглютинации эритроцитов в солевой среде. Среди них различают антитела двух видов. Первый из них - агглютиноиды. Эти антитела способны вызвать склеивание эритроцитов в белковой или макромолекулярной среде. Второй вид антител - криптагглютиноиды, которые реагируют в непрямой пробе Кумбса с антигаммаглобулиновой сывороткой.

Для работы с неполными антителами предложен ряд методов, подразделяющихся на три основные группы.

1. Методы конглютинации. Отмечено, что неполные антитела способны вызывать агглютинацию эритроцитов в белковой или макромолекулярной среде. В качестве таких сред используют сыворотку крови группы AB (не содержащую антител), бычий альбумин, декстран, биогель - особо очищенную желатину, приведенную буферным раствором к нейтральному pH, и др. (см. Конглютинация).

2. Ферментные методы. Неполные антитела способны вызвать агглютинацию эритроцитов, предварительно подвергнутых обработке некоторыми ферментами. Для такой обработки применяют трипсин, фицин, папаин, экстракты из хлебных дрожжей, протелин, бромелин и др.

3. Проба Кумбса с антиглобулиновой сывороткой (см. Кумбса реакция).

Неполные антитела, относящиеся к агглютиноидам, могут проявить свое действие во всех трех группах методов. Антитела, относящиеся к криптагглютиноидам, не способны агглютинировать эритроциты не только в солевом растворе, но и в макромолекулярной среде, а также блокировать их в последней. Эти антитела открываются только в непрямой пробе Кумбса, с помощью которой открываются не только антитела, относящиеся к криптагглютиноидам, но и антитела, являющиеся агглютиноидами.

Моноклональные антитела

Из дополнительных материалов, том 29

Классический способ производства антител для диагностических и исследовательских целей заключается в иммунизации животных определенными антигенами и последующем получении иммунных сывороток, содержащих антитела необходимой специфичности. Этот метод имеет ряд недостатков, связанных прежде всего с тем, что иммунные сыворотки включают разнородные и гетерогенные популяции антител, различающихся по активности, аффинности (сродству к антигену) и биологическому действию. Обычные иммунные сыворотки содержат смесь антител, специфичных как в отношении заданного антигена, так и в отношении контаминирую-щих его белковых молекул. Новый тип иммунологических реагентов представляют собой моноклональные антитела, получаемые с помощью клонов гибридных клеток - гибридом (см.). Несомненным преимуществом моноклональных антител является их генетически предопределенная стандартность, неограниченная воспроизводимость, высокая чувствительность и специфичность. Первые гибридомы были выделены в начале 70-х годов 20 века, однако реальное освоение эффективной технологии создания моноклональных антител связано с исследованиями Келера и Милыптейна (G. Kohler, С. Milstein), результаты которых были опубликованы в 1975- 1976 годы. В последующее десятилетие новое направление клеточной инженерии, связанное с получением моноклональных антител, получило дальнейшее развитие.

Гибридомы образуются при слиянии лимфоцитов гипериммунизированных животных с клетками перевиваемых плазмоцитом различного происхождения. Гибридомы наследуют от одного из родителей способность продуцировать специфические иммуноглобулины, а от второго - свойство неограниченно размножаться. Клонированные популяции гибридных клеток могут длительное время продуцировать генетически однородные иммуноглобулины заданной специфичности - моноклональные антитела. Наиболее широко применяются моноклональные антитела, продуцируемые гибридомами, полученными с использованием уникальной мышиной клеточной линии МОРС 21 (РЗ).

К труднопреодолимым проблемам технологии моноклональных антител относятся сложность и трудоемкость получения устойчивых высокопродуктивных гибридных клонов, вырабатывающих моноспецифические иммуноглобулины; сложность получения гибридом, продуцирующих моноклональные антитела к слабым антигенам, неспособным индуцировать образование стимулированных В-лимфоцитов в достаточном количестве; отсутствие у моноклональных антител некоторых свойств иммунных сывороток, напр, свойства образовывать преципитаты с комплексами других антител и антигенов, на котором основаны многие диагностические тест-системы; низкая частота слияния лимфоцитов, продуцирующих антитела, с миеломными клетками и ограниченная стабильность гибридом в массовых культурах; низкая стабильность в процессе хранения и повышенная чувствительность препаратов моноклональных антител к изменениям pH, температуры инкубации, а также к замораживанию, оттаиванию и воздействию химических факторов; сложность получения гибридом или перевиваемых продуцентов человеческих моноклональных антител.

Практически все клетки в популяции клонированных гибридом продуцируют моноклональные антитела одного и того же класса и подкласса иммуноглобулинов. Моноклональные антитела можно модифицировать с помощью методов клеточной иммунной инженерии. Так, можно получать «триомы» и «квадромы», продуцирующие моноклональные антитела двойной заданной специфичности, изменять продукцию пента-мерных цитотоксических IgM на продукцию пентамерных нецитотоксических IgM, мономерных нецитотоксических IgM или IgM с уменьшенной аффинностью, а также переключать (с сохранением антигенной специфичности) секрецию IgM на секрецию IgD, а секрецию IgGl - на секрецию IgG2a, IgG2b или IgA.

Мышиный геном обеспечивает синтез свыше 1*10 7 различных вариантов антител, специфически взаимодействующих с эпитопами (антигенными детерминантами) белковых, углеводных или липидных антигенов, присутствующих в клетках или микроорганизмах. Возможно образование тысяч различных антител к одному антигену, отличающихся по специфичности и аффинности; например, в результате иммунизации однородными человеческими клетками индуцируется до 50 000 различных антител. Использование гибридом позволяет отбирать практически все варианты моноклональных антител, которые могут быть индуцированы к данному антигену в организме экспериментального животного.

Многообразие моноклональных антител, получаемых к одному и тому же белку (антигену), обусловливает необходимость определения их более тонкой специфичности. Характеристика и отбор иммуноглобулинов с требуемыми свойствами среди многочисленных видов моноклональных антител, взаимодействующих с исследуемым антигеном, превращаются зачастую в более трудоемкую экспериментальную работу, чем получение моноклональных антител. Эти исследования включают разделение набора антител на группы, специфичные к тем или иным эпитопам, с последующим отбором в каждой группе оптимального варианта по аффинности, стабильности и другим параметрам. Для определения эпитопной специфичности наиболее часто используют метод конкурентного иммуноферментного анализа.

Рассчитано, что первичная последовательность из 4 аминокислот (обычный размер эпитопа) может встречаться до 15 раз в последовательности аминокислот белковой молекулы. Однако перекрестные реакции с моноклональными антителами наблюдаются с гораздо меньшей частотой, чем можно было бы ожидать, исходя из этих расчетов. Происходит это потому, что далеко не все указанные участки экспрессируются на поверхности белковой молекулы и узнаются антителами. Кроме того, моноклональные антитела обнаруживают последовательности аминокислот только в определенной конформации. Следует учитывать и то обстоятельство, что последовательность аминокислот в белковой молекуле не распределяется среднестатистически, а участки связывания антител бывают значительно крупнее, чем минимальный эпитоп, содержащий 4 аминокислоты.

Использование моноклональных антител открыло недоступные ранее возможности для изучения механизмов функциональной активности иммуноглобулинов. Впервые с помощью моноклональных антител удалось выявить антигенные различия у белков, ранее серологически неразличимых. Были установлены новые субтиповые и штаммовые различия между вирусами и бактериями, открыты новые клеточные антигены. С помощью моноклональных антител обнаружены антигенные связи между структурами, существование которых невозможно было достоверно доказать с использованием поликлональных (обычных иммунных) сывороток. Применение моноклональных антител позволило идентифицировать консервативные антигенные детерминанты вирусов и бактерий, обладающие широкой групповой специфичностью, а также штаммоспецифические эпитопы, отличающиеся большой вариабельностью и изменчивостью.

Принципиальное значение имеет обнаружение с помощью моноклональных антител антигенных детерминант, индуцирующих выработку защитных и нейтрализующих антител к возбудителям инфекционных болезней, что важно для создания лечебно-профилактических препаратов. Взаимодействие моноклональных антител с соответствующими эпитопами может приводить к возникновению стерических (пространственных) препятствий для проявления функциональной активности белковых молекул, а также к аллостерическим изменениям, которые преобразуют конформацию активного участка молекулы и блокируют биологическую активность белка.

Только с помощью моноклональных антител удалось исследовать механизмы кооперативного действия иммуноглобулинов, взаимного потенцирования или взаимного ингибирования антител, направленных к различным эпитопам одного и того же белка.

Для производства массовых количеств моноклональных антител чаще используют асцитные опухоли мышей. Более чистые препараты моноклональных антител могут быть получены на бессывороточных средах в ферментируемых суспензионных культурах или в диализных системах, в микроинкапсулированных культурах и устройствах типа капиллярных культур. Для получения 1 г моноклональных антител требуется примерно 0,5 л асцитной жидкости или 30 л культуральной жидкости, инкубированной в ферментерах со специфическими гибридомными клетками. В производственных условиях вырабатывают очень большие количества моноклональных антител. Значительные затраты на производство моноклональных антител оправдываются высокой эффективностью очистки белков на иммобилизованных моноклональных антителах, причем коэффициент очистки белка в одноступенчатой процедуре аффинной хроматографии достигает нескольких тысяч. Аффинная хроматография на основе моноклональных антител применяется при очистке гормона роста, инсулина, интерферонов, интерлейкинов, продуцируемых измененными с помощью методов генетической инженерии штаммами бактерий, дрожжей или эукариотических клеток.

Быстро развивается использование моноклональных антител в составе диагностических наборов. К 1984 году в США было рекомендовано для клинических исследований около 60 диагностических тест-систем, приготовленных с применением моноклональных антител. Основное место среди них занимают тест-системы для ранней диагностики беременности, определения содержания в крови гормонов, витаминов, лекарственных препаратов, лабораторной дртгностики инфекционных болезней.

Сформулированы критерии отбора моноклональных антител для их использования в качестве диагностических реагентов. К ним относятся высокая аффинность к антигену, обеспечивающая связывание при низкой концентрации антигена, а также эффективная конкуренция с антителами организма хозяина, уже связавшимися с антигенами в исследуемом образце; направленность против антигенного участка, обычно не распознаваемого антителами организма хозяина и потому не маскированного этими антителами; направленность против повторяющихся антигенных детерминант поверхностных структур диагностируемого антигена; поливалентность, обеспечивающая более высокую активность IgM по сравнению с IgG.

Моноклональные антитела можно использовать в качестве диагностических препаратов для определения гормонов и лекарственных препаратов, токсических соединений, маркеров злокачественных опухолей, для классификации и подсчета лейкоцитов, более точного и быстрого определения групповой принадлежности крови, для выявления антигенов вирусов, бактерий, простейших, для диагностики аутоиммунных заболеваний, обнаружения аутоантител, ревматоидных факторов, определения классов иммуноглобулинов в сыворотке крови.

Моноклональные антитела позволяют успешно дифференцировать поверхностные структуры лимфоцитов и с большой точностью идентифицировать основные субпоиуля-ции лимфоцитов, классифицировать на семейства клетки лейкозов и лимфом человека. Новые реагенты на основе моноклональных антител облегчают процедуру определения В-лимфоцитов и Т-лимфоцитов, подклассов Т-лимфоцитов, превращая ее в один из простых этапов подсчета формулы крови. С помощью моноклональных антител можно избирательно удалять ту или иную субпопуляцию лимфоцитов, выключая соответствующую функцию системы клеточного иммунитета.

Обычно диагностические препараты на базе моноклональных антител содержат иммуноглобулины, меченные радиоактивным йодом, пероксидазой или другим ферментом, применяемым в иммуноферментных реакциях, а также флюорохромами, например флюоресцеинизотиоцианатом, используемыми в иммунофлюоресцентном методе. Высокая специфичность моноклональных антител представляет особую ценность при создании усовершенствованных диагностических препаратов, повышении чувствительности и специфичности радиоиммуно логических, иммуноферментных, иммунофлюорес-центных методов серологического анализа, типировании антигенов.

Терапевтическое применение моноклональных антител может оказаться эффективным при необходимости нейтрализации токсинов различного происхождения, а также антигеноактивных ядов, для достижения иммунодепрессии при трансплантации органов, для индукции зависимого от комплемента цитолиза опухолевых клеток, для коррекции состава Т-лимфоцитов и иммунорегуляции, для нейтрализации бактерий, устойчивых к антибиотикам, пассивной иммунизации против патогенных вирусов.

Основным препятствием на пути терапевтического использования моноклональных антител является возможность развития побочных иммунологических реакций, связанных с гетерологичным происхождением моноклональных иммуноглобулинов. Для преодоления этого необходимо получение человеческих моноклональных антител. Успешные исследования в этом направлении позволяют применять моноклональные антитела в качестве векторов для целенаправленной доставки ковалентно связанных лекарственных препаратов.

Разрабатываются терапевтические препараты, специфичные к строго определенным клеткам и тканям и обладающие направленной цитотоксичностью. Это достигается конъюги-рованием высокотоксичных белков, напр, дифтерийного токсина, с моноклональными антителами, узнающими клетки-мишени. Направляемые моноклональными антителами, химиотерапевтические агенты способны избирательно уничтожать в организме опухолевые клетки, несущие специфический антиген. Моноклональные антитела могут выполнять роль вектора и при встраивании в поверхностные структуры липосом, что обеспечивает доставку к органам или клеткам-мишеням значительных количеств лекарственных препаратов, заключенных в липосомах.

Последовательное применение моноклональных антител не только повысит информативность обычных серологических реакций, но и подготовит появление принципиально новых подходов к исследованию взаимодействия антигенов и антител.

Библиография

Бернет Ф. Клеточная иммунология, пер. с англ., М., 1971; Гаурови ц Ф. Иммунохимия и биосинтез антител, пер. с англ., М., 1969, библиогр.; Доссе Ж. Иммуногематология, пер. с франц., М., 1959; Здродовский П. Ф. Проблемы инфекции, иммунитета и аллергии, М., 1969, библиогр.; Иммунохи-мический анализ, под ред. Л. А. Зильбера, с. 21, М., 1968; Кэбот Е. и Мейер М. Экспериментальная иммунохимия, пер. с англ., М., 1968, библиогр.; Незлин Р. С. Строение биосинтеза антител. М., 1972, библиогр.; Носсе л Г. Антитела и иммунитет, пер. с англ., М., 1973, библиогр.; Петров Р. В. Формы взаимодействия генетически различающихся клеток лимфоидных тканей (трехклеточная система иммуногенеза), Усп. совр. биол., т. 69, в. 2, с. 261, 1970; Утешев Б. С. и Бабичев В. А. Ингибиторы биосинтеза антител. М., 1974; Эфроимсон В. П. Иммуногенетика, М., 1971, библиогр.

Аллергические А. - Адо А. Д. Аллергия, Многотомн. руководство по пат. физиол., под ред. H. Н. Сиротинина, т. 1, с. 374, М., 1966, библиогр.; Адо А. Д. Общая аллергология, с. 127, М., 1970; Польнер А. А., Вермонт И. Е. иСерова Т. И. К вопросу об иммунологической природе реагинов при поллинозах, в кн.: Пробл. аллергол., под ред. А. Д. Адо и А. А. Подколзина, с. 157, М., 1971; Bloch К. J. The anaphylactic antibodies of mammals including man, Progr. Allergy, v. 10, p. 84, 1967, bibliogr.; Ishizaka K. a. Ishizaka T. The significance of immunoglobulin E in reaginic hypersensitivity, Ann. Allergy, v. 28, p. 189, 1970, bibliogr.; Lichtenstein L. М., Levy D. A. a. Ishizaka K. In vitro reversed anaphylaxis, characteristics of anti-IgE mediated histamine release, Immunology, v. 19, p. 831, 1970; Sehon A. H. Heterogeneity of antibodies in allergic sera, в кн.: Molec. a. celL basis of antibody formation, ed. by J. Sterzl, p. 227, Prague, 1965, bibliogr.; Stanworth D. R. Immunochemical mechanisms of immediate-type hypersensitivity reactions, Clin. exp. Immunol., У. 6, p. 1, 1970, bibliogr.

Моноклональные антитела - Гибридомы: новый уровень биологического анализа, под ред. Р. Г. Кеннета и др., М., 1983; Рохлин О. В. Моноклональные антитела в биотехнологии и медицине, в кн.: Биотехнология, под ред. А. А. Баева, с. 288, М., 1984; N о w i n s k i R. C. a. o. Monoclonal antibodies for diagnosis of infectious diseases in humans, Science, v. 219, p. 637, 1983; Ollson L. Monoclonal antibodies in clinical immunobiology, Derivation, potential and limitations, Allergy, v. 38, p. 145, 1983; Sinko vies J. G. a. D r e e s m a n G. R. Monoclonal antibodies of hybridomas, Rev. infect. Dis., v. 5, p. 9, 1983.

М. В. Земсков, H. В. Журавлева, В. М. Земсков; А. А. Польнер (алл.); А. К. Туманов (суд.); А. С. Новохатский (Моноклональные антитела).

Глава 5. АНТИТЕЛА. B-ЛИМФОЦИТЫ

Глава 5. АНТИТЕЛА. B-ЛИМФОЦИТЫ

АНТИГЕН

Антиген - любая молекула (соединения разной химической природы: пептиды, углеводы, полифосфаты, стероиды), которая потенциально может быть распознана иммунной системой организма как чужеродная («не своя»). Таким образом, антиген - молекула, несущая признаки генетически чужеродной информации. В качестве синонима применяют также термин «иммуноген», подразумевая, что иммуноген (антиген) способен вызвать ответные реакции иммунной системы, в итоге приводящие к развитию приобретённого иммунитета. Способность вызывать такие ответные реакции (т.е. образование антител и сенсибилизацию - приобретение организмом чувствительности к антигену) присуща не всей молекуле антигена, а только особой её части, которую называют антигенной детерминантой, или эпитопом. У большинства белковых антигенов такую детерминанту образует последовательность из 4-8 аминокислотных остатков, а у полисахаридных антигенов - 3-6 гексозных остатков. Число детерминант у одного вещества может быть различным. Так, у яичного альбумина их не менее 5, у дифтерийного токсина - минимум 80, у тиреоглобулина - более 40. Различают экзогенные (поступающие в организм извне) и эндогенные антигены (аутоантигены - продукты собственных клеток организма), а также антигены, вызывающие аллергические реакции, - аллергены.

АНТИТЕЛА

Антитело - особый растворимый белок с определённой биохимической структурой - иммуноглобулин, который присутствует

в сыворотке крови и других биологических жидкостях и предназначен для связывания антигена. В энциклопедическом словаре медицинских терминов указано следующее определение: антитела (анти- + тела) - глобулины сыворотки крови человека и животных, образующиеся в ответ на попадание в организм различных антигенов (принадлежащих бактериям, вирусам, белковым токсинам и др.) и специфически взаимодействующие с этими антигенами.

. Антитела связывают антиген. Существенным и уникальным свойством антител, отличающим их даже от TCR, служит их способность связывать антиген непосредственно в том виде, в каком он проникает в организм (в нативной конформации). При этом времени на предварительную метаболическую обработку антигена не требуется, поэтому антитела - очень важный фактор безотлагательной защиты организма (например, от сильных ядов, при укусах змей, скорпионов, пчёл и др.).

. Конкретное антитело синтезируется исключительно B-лимфоцитами одного клона. При дифференцировке каждый B-лимфоцит и его дочерние клетки (клон В-лимфоцитов) приобретают способность синтезировать единственный вариант антител с уникальной структурой антигенсвязывающего центра молекулы - т.е. имеет место клональность биосинтеза иммуноглобулинов .

. Множество антител. В то же время вся совокупность В-лимфоцитов организма способна синтезировать огромное разнообразие антител - около 10 6 -10 9 , однако точно установить, сколько разных антигенов потенциально способно связать одно антитело, принципиально невозможно.

. Иммуноглобулины. Все антитела - белки, имеющие глобулярную вторичную структуру, поэтому молекулы этого типа и названы иммуноглобулинами. Антитела принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов (рис. 5-1), куда входят также белки MHC, некоторые молекулы адгезии , TCR, отдельные рецепторы цитокинов [для ИЛ-1 типов I и II, ИЛ-6, M-CSF, c-kit (CD117)], рецепторы для Fc-фрагментов иммуноглобулинов (FcαR, FcγRI, FcγRII), мембранные молекулы CD3, CD4, CD8, CD80 и др.

Рис. 5-1. Структура белков суперсемейства иммуноглобулинов: а - молекула MHC-I состоит из a -цепи, внемембранная её часть связана с короткой цепью Р 2 -микроглобулина; б - молекула MHC-II состоит из двух субъединиц: более длинной a -цепи и р -цепи. Часть каждой цепи выступает над поверхностью клеточной мембраны, цепь содержит трансмембранный участок и небольшой фрагмент в цитоплазме; в - антигенсвязывающая область молекулы TCR состоит из двух цепей: a и р. Каждая цепь представлена двумя внеклеточными иммуноглобулинподобными доменами (вариабельным на NH конце и константным), стабилизированными при помощи S-S связей, и цитоплазматическим стабильным COOH-концом. SH-группа, присутствующая в цитоплазматическом фрагменте a -цепи, может взаимодействовать с мембранными или цитоплазматическими белками; г - мономер молекулы IgM, встроенный в плазматическую мембрану B-лимфоцитов, это рецептор для антигена. Разнообразие специфичностей TCR и иммуноглобулинов обеспечивается возможностью сайтспецифической рекомбинации множества различных генных сегментов, кодирующих отдельные фрагменты молекулы

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ

Иммуноглобулины [международная аббревиатура - Ig (Immunoglobulin)] - класс структурно связанных белков, содержащих 2 вида парных полипептидных цепей: лёгкие (L, от англ. Light - лёгкий), с низкой молекулярной массой, и тяжёлые (H, от англ. Heavy - тяжёлый), с высокой молекулярной массой. Все 4 цепи соединены вместе дисульфидными связями. Принципиальная схема строения молекулы иммуноглобулина (мономер) приведена на рис. 5-2.

Рис. 5-2. Молекула иммуноглобулина: L - лёгкие цепи; H - тяжёлые цепи; V - вариабельная область; С - константная область; N-концевые области L- и Н-цепей (V-область) образуют 2 антигенсвязывающих центра - (Fab) 2 -фрагмент. Fc-фрагмент молекулы взаимодействует со своим рецептором на мембране различных типов клеток (макрофаги, нейтрофилы, тучные клетки)

Классы иммуноглобулинов

На основании структурных и антигенных признаков Н-цепей иммуноглобулины подразделяют (в порядке относительного содержания в сыворотке крови) на 5 классов: IgG (80%), IgA (15%), IgM (10%), IgD (менее 0,1%), IgE (менее 0,01%). Заглавная латинская буква справа от «Ig» обозначает класс иммуноглобулина - М, G, А, Е или D. Молекулы IgG, IgD и IgE мономеры, IgM - пентамер; молекулы IgA в сыворотке крови - мономеры, а в экскретируемых жидкостях (слёзная, слюна, секреты слизистых оболочек) - димеры (рис. 5-3).

Рис. 5-3. Мономеры и полимеры иммуноглобулинов. J-цепь (от англ. Joining - связывающая) связывает остатки цистеина на C-концах тяжёлых цепей IgM и IgA

. Подклассы. У иммуноглобулинов классов G (IgG) и A (IgA) имеется несколько подклассов: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 и IgA1,

IgA2.

. Изотипы. Классы и подклассы иммуноглобулинов иначе называют изотипами, они одинаковы у всех особей данного вида.

. Аллотипы. Индивидуальные аллельные варианты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа называются аллотипами.

. Идиотипы. По антигенной специфичности антитела относят к различным идиотипам.

Структура иммуноглобулинов

. Фрагменты молекулы иммуноглобулина (см. рис. 5-2). Путём протеолитического расщепления молекулы иммуноглобулина с последующей ионообменной хроматографией можно получить 3 фрагмента: 1 Fc-фрагмент и 2 Fab-фрагмента.

◊ Fab-фрагменты (Fragment, antigen binding - антигенсвязывающие фрагменты) - 2 одинаковых фрагмента, сохраняющих способность связывать антиген.

◊ Fc-фрагмент (Fragment, constantorcrystallizable - константный фрагмент) - непарный, легко кристаллизуется. Fc-фрагменты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа строго идентичны (независимо от специфичности антител к антигенам). Они обеспечивают взаимодействие комплексов антиген-антитело с системой комплемента, фагоцитами, эозинофилами, базофилами, тучными клетками. При этом каждый класс иммуноглобулинов взаимодействует только с определёнными эффекторными клетками или молекулами.

. Тяжёлые цепи определяют различия между классами иммуноглобулинов, поэтому разные типы тяжёлых цепей обозначают греческими буквами соответственно латинской аббревиатуре класса: для IgM - μ, для IgG - γ, для IgA - α, для IgE - ε, для IgD - δ. Каждая из H-цепей молекул IgG, IgD и IgA состоит из 4 доменов (см. рис. 5-2): вариабельного - VH и константных (СН1, СН2, СН3). H-цепи молекул IgM и IgE содержат дополнительный домен - СН4.

. Лёгкие цепи примыкают к N-концу тяжёлых цепей. Каждая L-цепь состоит из двух доменов - VL и CL. Известно 2 типа лёгких цепей иммуноглобулинов - κ и λ. Функциональ-

ные различия между иммуноглобулинами с лёгкими κ- или λ-цепями не выявлены.

. Домены. Вторичная структура полипептидных цепей представлена доменами (см. рис. 5-1), каждый из которых включает около 110 аминокислотных остатков.

◊ V-домены обеих цепей имеют сильно варьирующий аминокислотный состав (отсюда и их обозначение - Variable), что позволяет им связывать разные антигены.

♦ Гипервариабельные участки. Внутри V-доменов выделяют несколько гипервариабельных участков: HVR1,

HVR2, HVR3 (HVR - от Hypervariable Region). Другое

обозначение - CDR (Complementarity Determining Region), т.е. области молекулы иммуноглобулина, определяющие её комплементарность антигену.

♦ Каркасные области. Промежутки между гипервариабельными участками обозначают как FR (Framework Regions), т.е. каркасные области: FR1, FR2, FR3 и FR4. Помимо чисто «скелетной», для них характерны и другие функции, не связанные с распознаванием антигенов: FRучастки V-области молекул иммуноглобулинов могут обладать ферментативной (протеазной и нуклеазной) активностью, связывать ионы металлов и суперантигены.

◊ C-домены. Остальные домены имеют строго инвариантный для каждого изотипа иммуноглобулинов аминокислотный состав и называются C-доменами (от Constant).

♦ В C-доменах и в FR-участках V-доменов содержатся одинаковые аминокислотные последовательности, что рассматривают как молекулярное свидетельство генетической общности.

♦ Гомологичные последовательности аминокислот присутствуют (помимо иммуноглобулинов) и в молекулах других белков, объединяемых с иммуноглобулинами в одно молекулярное суперсемейство иммуноглобулинов (см. выше и рис. 5-1).

Большое количество возможных комбинаций L- и H-цепей создаёт многообразие антител каждого индивидуума.

. Формы иммуноглобулинов. Молекулы иммуноглобулинов одной и той же специфичности присутствуют в организме в трёх формах: растворимой, трансмембранной и связанной.

◊ Растворимая. В крови и других биологических жидкостях (секретируемый клеткой иммуноглобулин).

◊ Трансмембранная. На мембране B-лимфоцита в составе антигенраспознающего рецептора B-лимфоцитов - BCR. Трансмембранные формы всех классов иммуноглобулинов (включая IgM и IgA) - мономеры.

◊ Связанная. Иммуноглобулины, за Fc-конец связанные с Fс-рецепторами клеток (макрофагами, нейтрофилами, эозинофилами). Все антитела, кроме IgE, могут фиксироваться FcR клеток только в комплексе с антигеном.

Связывание антигена

Гипервариабельные участки V-области антитела (как и TCR) непосредственно и комплементарно связывают антиген с помощью ионных, ван-дер-ваальсовых, водородных и гидрофобных взаимодействий (сил, связей).

. Эпитоп (антигенная детерминанта - см. выше) - участок молекулы антигена, непосредственно участвующий в образовании ионных, водородных, ван-дер-ваальсовых и гидрофобных связей с активным центром Fab-фрагмента.

. Сродство между антигеном и антителом количественно характеризуют понятиями «аффинность» и «авидность».

. Аффинность. Силу химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы иммуноглобулина называют аффинностью связи антитела с антигеном. Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации (в моль -1) одного антигенного эпитопа с одним активным центром.

Так как у цельных молекул мономерных иммуноглобулинов присутствует по 2 потенциально равнозначных симметрично расположенных активных центра для связывания антигена, у димерного IgA - 4, а у пентамерного IgM - 10, скорость диссоциации целой молекулы иммуноглобулина со всеми связанными эпитопами меньше, чем скорость диссоциации одного из активных центров.

. Авидность. Силу связи целой молекулы антитела со всеми антигенными эпитопами, которые ей удалось связать, называют авидностью связи антитела с антигеном.

ГЕНЫ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Зародышевые гены иммуноглобулинов. У здорового человека B-лимфоциты в течение жизни создают несколько миллионов вариантов антител, связывающих разные антигены (потенциально 10 16 антигенов). Никакой геном физически не несёт столько различных структурных генов. Количество наследуемого от родителей генетического материала (ДНК), определяющего биосинтез антител, не так уж и велико - немногим более 120 структурных генов. Это наследуемое множество генов - зародышевые гены иммуноглобулинов (зародышевая конфигурация генов).

Гены вариабельных доменов

Во всех соматических клетках, включая СКК, гены иммуноглобулинов находятся именно в зародышевой конфигурации, где гены V-участков представлены в виде отдельных сегментов, расположенных друг относительно друга на значительном расстоянии и сгруппированных в несколько кластеров: собственно V (вариабельный), J (связующий), а у тяжёлых цепей также D (от англ. Diversity - разнообразие). Процесс формирования разнообразия структурных генов для миллионов вариантов V-участков молекул иммуноглобулинов продолжается в течение всей жизни в процессе дифференцировки B-лимфоцитов и является запрограммированнослучайным. В его основе лежат 3 механизма, свойственные только генам антигенсвязывающих молекул (иммуноглобулин, TCR): соматическая рекомбинация, неточность связей между V, D и J сегментами и гипермутагенез.

. Соматическая рекомбинация. На самом раннем этапе дифференцировки лимфоцитов начинается сложный генетический процесс объединения сегментов ДНК, предназначенных для кодирования разных частей антигенсвязывающих молекул - V- и C-доменов. В непрерывную последовательность ДНК соединяются по одному сегменту из V-, D- и J-областей, при этом в каждом отдельном B-лимфоците возникает уникальная комбинация VDJ для тяжёлой цепи и VJ - для лёгкой цепи. Вся остальная ДНК зародышевого гена выбрасывается из генома в виде кольцевых ДНК.

◊ Число возможных комбинаций можно подсчитать. Для к-цепи из 40 V-сегментов и 5 J-сегментов может получиться 40x5=200 вариантов V-области; для λ-цепи - 30x4=120 вариантов; всего для лёгких цепей 320 вариантов; для тяжёлой цепи 50V×30D×6J=9000 вариантов антигенсвязывающих областей. В целой молекуле иммуноглобулина разные лёгкие и тяжёлые цепи объединяются в тетрамер также случайным образом (по крайней мере теоретически). Число случайных сочетаний из 320 и 9000 - около 3x10 6 .

◊ Рекомбиназы. Рекомбинацию ДНК генов иммуноглобулинов катализируют специальные ферменты - рекомбиназы (RAG1 и RAG2 - Recombination-Activating Gene). Они же катализируют рекомбинацию ДНК генов TCR в T-лимфоцитах, т.е. рекомбиназы - уникальные ферменты лимфоцитов. Однако в В-лимфоцитах эти ферменты не «трогают» гены TCR, а в T-лимфоцитах «обходят» гены иммуноглобулинов. Следовательно, до начала процесса перестройки ДНК в клетке уже существуют регуляторные белки, различные у T- и В-лимфоцитов.

. Неточность связи V-D-J. Под неточностью связей сегментов V, D и J понимают тот факт, что при их формировании происходит добавление лишних нуклеотидов. Выделяют 2 типа таких нуклеотидов: P- и N-нуклеотиды.

◊ Нуклеотиды P (от англ. Palindromic sequences - зеркальные последовательности) возникают на концах каждого из сегментов, вовлечённых в рекомбинацию, при вырезании одноцепочечных петель ДНК (шпилек) и «достройки хвостов» ферментами репарации ДНК.

◊ Нуклеотиды N (от англ. Nontemplate-encoded - нематрично кодируемые), характерные только для тяжёлых цепей, случайным образом пристраиваются к концам V-, D- и J-сегментов специальным ферментом - терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой.

◊ С учётом присоединения N- и P-нуклеотидов число вариантов антигенсвязывающих областей целых молекул иммуноглобулинов составляет порядка 10 13 . Если учесть аллельные варианты V-, D- и J-сегментов, то мыслимое разнообразие составит около 10 16 (в действительности это

число меньше, поскольку в организме нет такого количества лимфоцитов). ◊ В 2/3 случаев «платой» за попытки увеличить разнообразие антигенсвязывающих областей антител служит непродуктивная рекомбинация генов, т.е. сдвиг рамки считывания или генерация стоп-кодонов, делающий невозможной трансляцию белка.

. Гипермутагенез - запланированное повышение частоты точечных мутаций - отличает гены иммуноглобулинов даже от генов TCR. Гипермутагенез имеет место только в В-лимфоцитах во время иммуногенеза (т.е. после состоявшегося распознавания антигена и начавшегося иммунного ответа) в зародышевых центрах лимфоидных фолликулов периферических лимфоидных органов и тканей (лимфатических узлов, селёзенки, диффузных скоплений). Частота точечных мутаций в V-генах иммуноглобулинов достигает 1 нуклеотида из 1000 на 1 митоз (т.е. каждый второй В-лимфоцит клона в зародышевом центре приобретает точечную мутацию в V гене иммуноглобулинов), тогда как для всей остальной ДНК она на 9 порядков ниже.

Гены константных доменов

Структурные гены константных доменов полипептидных цепей иммуноглобулинов расположены в тех же хромосомах, что и V-, D- и J-гены, к 3"-концу от J-сегментов.

. Лёгкая цепь (рис. 5-4). Для лёгких κ- и λ-цепей существует по одному C-гену - Сκ и Cλ «Стыковка» нуклеотидного кода для V- и C-доменов лёгких цепей происходит на уровне не ДНК, а РНК - по механизму сплайсинга первичного транскрипта РНК.

. Тяжёлая цепь (рис. 5-5) каждого изотипа иммуноглобулинов также кодируется отдельным C-геном. У человека такие гены расположены в следующем порядке, считая от J-сегмента к 3"-концу: Сμ, Сδ, Сγ3, Сγ1, ψСε (псевдоген е-цепи), Cα1, Cγ2, Cγ4, Сε, Сα2.

Завершившие лимфопоэз В-лимфоциты (независимо от специфичности их BCR) экспрессируют иммуноглобулины только классов IgM и IgD. При этом мРНК транскрибируется в виде непрерывного первичного транскрипта с перестроенных генов VDJ и

Рис. 5-4. Структура генов и синтез белка лёгкой (L) цепи иммуноглобулинов

Сμ/Cδ. При этом ДНК остальных C-генов других изотипов остаётся нетронутой. В результате альтернативного сплайсинга первичного транскрипта образуются мРНК отдельно для тяжёлых цепей IgM и IgD, которые и транслируются в белок. Этим процессом заканчивается полноценный лимфопоэз В-клеток.

Рис. 5-5. Структура генов тяжёлой (Н) цепи иммуноглобулинов человека

Переключение изотипов иммуноглобулинов

В процессе развития иммунного ответа, т.е. после распознавания антигена и под действием определённых цитокинов и молекул клеточной мембраны T-лимфоцитов, может происходить переключение синтеза иммуноглобулинов на другие изотипы - IgG, IgE, IgA (рис. 5-6).

Переключение изотипа тяжёлой цепи тоже идёт по механизму рекомбинации ДНК: к ранее перестроенной комбинации VDJ присоединяется один из C-генов тяжёлой цепи (Су1, Су2, Су3,

Рис. 5-6. Рекомбинация ДНК при переключении изотипов иммуноглобулинов В-лимфоцитов

Сγ4, Сε, Сα1 или Сα2). При этом происходит разрыв ДНК по областям переключения - SR (Switch Region), расположенным в интронах перед каждым C-геном (за исключением С5).

ДНК C-генов, предшествующих задействованному, элиминируется в виде кольцевых структур, поэтому дальнейшее переключение изотипа возможно только по направлению к 3"-концу.

Установлено, что гипермутагенез и переключение изотипов иммуноглобулинов катализируются ферментом AID (Activation Induced Cytidine Deaminase - цитидиндезаминаза, индуцируемая активацией). Этот фермент специфически атакует экспрессированные гены иммуноглобулинов и отщепляет аминогруппы от цитидиновых оснований, которыми богата ДНК этих генов. В результате этого цитозины преобразуются в урацилы, которые распознаются и вырезаются ферментами репарации ДНК. Последующая цепочка каталитических реакций с участием более чем десяти различных белков (эндонуклеаз, фосфатаз, полимераз, гистонов и т.п.) приводит к появлению мутаций (в случае гипермутагенеза) или двуцепочечных разрывов в ДНК по областям переключения изотипов.

B-ЛИМФОЦИТЫ

Рецептор BCR

Молекула иммуноглобулина способна связывать антиген как в растворе, так и в иммобилизованном на клетке состоянии, однако для формирования полноценного BCR необходимы ещё 2 полипептида, называемые (на наш взгляд, неудачно) (CD79a) и Igβ (CD79b). Все 6 полипептидных цепей BCR представлены на рис. 5-7.

Внеклеточный домен. Igαи Igβ имеют по одному внеклеточному домену, которым они прочно, но нековалентно связаны с тяжёлыми цепями иммуноглобулинового компонента BCR.

Цитоплазматические активирующие последовательности. В ци-

топлазматических участках Igαи Igβ присутствуют характерные последовательности аминокислотных остатков, называемые иммунорецепторными тирозинсодержащими активирующими после-

Рис. 5-7. Антигенраспознающий рецептор В-лимфоцита

довательностями (ITAM - Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif); такие же последовательности присутствуют в проводящих сигнал компонентах антигенраспознающего рецептора T-клеток.

Активация B-лимфоцита. Для эффективной активации В-клетки через BCR необходима перекрёстная «сшивка» антигеном нескольких BCR. Для этого молекула антигена должна иметь повторяющиеся эпитопы на своей поверхности. Дальнейшие события активации B-лимфоцита показаны на рис. 5-8.

Рис. 5-8. Активация В-лимфоцита: внутриклеточная передача «сигнала»

Корецепторный комплекс

Повторяющиеся эпитопы есть не на каждом антигене; следовательно, не каждый антиген способен вызвать перекрёстную сшивку BCR, поэтому необходим дополнительный корецепторный комплекс мембранных молекул, связанных с внутриклеточными системами проведения сигналов. В этот комплекс входят по крайней мере 3 мембранные молекулы: CD19, CR2 (CD21) и TAPA-1 (CD81).

. CR2 - рецептор для компонентов комплемента. Связывание CR2 с продуктами деградации компонентов комплемента (C3b, C3dg и C3bi) вызывает фосфорилирование молекулы CD19 ассоциированными с BCR киназами.

. CD19. Фосфорилированная молекула CD19 активирует фосфатидилинозит-3-киназу и молекулу Vav (многофункциональная молекула проведения внутриклеточных сигналов), которые усиливают активационные реакции, инициированные BCR (рис. 5-8).

. TAPA-1 (Target of AntiProliferative Antibody - мишень для антипролиферативных антител) в мембране физически примыкает к CD19 и CR2, но роль этой молекулы неизвестна.

Дифференцировка B-лимфоцитов

Дифференцировка B-лимфоцитов из общей лимфоидной клетки-предшественника (потомка СКК) включает несколько этапов и процессов: перестройку генов иммуноглобулинов и интеграцию их продуктов в клеточный метаболизм; экспрессию генов молекул, обеспечивающих проведение сигнала с BCR внутрь клетки; экспрессию генов мембранных молекул, необходимых для взаимодействия с другими клетками (в первую очередь с T-лимфоцитами и ФДК); экспрессию на мембране корецепторных комплексов.

В 2-лимфоциты

Этапы В2-лимфопоэза. В лимфопоэзе B2-лимфоцитов выделяют 6 этапов: общая лимфоидная клетка-предшественник → ранняя про-B-клетка → поздняя про-B-клетка → большая пре-B-клетка → малая пре-B-клетка → незрелая B-клетка → зрелая наивная B-клетка (выходит из костного мозга в периферическую лимфоидную ткань).

. Общая лимфоидная клетка-предшественник. Экспрессирует несколько молекул адгезии, обеспечивающих оседлость в течение необходимого периода времени в костном мозге, среди них VLA-4 (Very Late Activation Antigen-4 - очень поздний активационный антиген 4), лигандом которого на клетках стромы служит VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion Molecule-1 - молекула-1 адгезии к стенке сосуда).

. Ранняя про-B-клетка. Происходит D-J-рекомбинация в генах тяжёлых цепей, на обеих гомологичных хромосомах. В этой стадии (помимо молекул адгезии) экспрессируется рецептор c-kit (CD117) для первого фактора роста - мембранной молекулы клеток стромы SCF - фактора стволовых клеток. Это взаимодействие обеспечивает прохождение предшественниками B-лимфоцитов, ещё не поделёнными на клоны по антигенраспознающим рецепторам, необходимого числа митозов.

. Поздняя про-B-клетка. Происходит V-DJ-рекомбинация генов иммуноглобулинов сначала на одной из гомологичных хромосом. Если она окажется непродуктивной, то та же попытка повторяется на второй гомологичной хромосоме. Если перестройка на первой хромосоме продуктивна, вторая хромосома использована не будет. При этом образуется так называемое аллельное исключение (allelic exclusion), когда белок иммуноглобулина будет кодироваться только одной хромосомой, а вторая будет «молчащей». В результате индивидуальный лимфоцит сможет продуцировать антитела только одной специфичности. Этот процесс закладывает основу клональности антител.

◊ Как только в клетке происходит трансляция полипептида тяжёлой цепи, он экспрессируется на мембране в составе так называемого пре-B-рецептора. Этот рецептор содержит суррогатную лёгкую цепь (идентичную для всех клеток на этой стадии созревания), μ-цепь, Igα, Igβ. Экспрессия этого рецептора транзиторна, но абсолютно необходима для правильной дифференцировки B-лимфоцитов.

◊ Поздняя про-B-клетка также экспрессирует рецепторы для цитокинов ИЛ-7 и SDF-1, секретируемых клетками стромы и вызывающих пролиферацию и накопление «полуклонов» B-лимфоцитов (про-B- и больших пре-B-клеток) с уже известной специфичностью по тяжёлой цепи, но ещё неизвестной - по лёгкой. Это тоже увеличивает разнообразие молекул иммуноглобулинов: с одной и той же тяжёлой цепью будет сочетаться больше разных вариантов лёгких цепей.

. Пре-B-клетка. Происходит V-J-перестройка генов иммуноглобулинов лёгких цепей (сначала одной из цепей - к или λ) на одной из гомологичных хромосом. Если продуктивная

перестройка не получится с первой попытки, предпринимаются следующие. Клетки, в которых не произошло ни одной продуктивной перестройки в генах тяжёлых и лёгких цепей, погибают по механизму апоптоза - явления, весьма распространённого среди лимфоцитов.

. Незрелый B-лимфоцит. Уже экспрессируется дефинитивный BCR, содержащий L-цепь, μ-цепь, + Igα + Igβ.

Развитие толерантности. На стадии незрелых B-лимфоцитов начинается также развитие толерантности к собственным тканям организма. Для этого предусмотрено 3 механизма: делеция аутореактивных клонов, ареактивность (анергия) и «редактирование» рецептора по антигенной специфичности. Первые два механизма продолжают действовать и по выходе лимфоцита из костного мозга, т.е. при контакте со значительными количествами аутоантигенов.

. Негативная селекция и делеция клонов. Связывание мембранного антигена незрелой B-клеткой (экспрессирует IgM-BCR, но ещё отсутствует IgD-BCR) служит сигналом для её апоптоза. Таким образом, удаляются B-лимфоциты, несущие антигенраспознающие рецепторы, способные связывать белки собственных тканей.

. Ареактивность. Связывание незрелым B-лимфоцитом растворимого антигена не приводит к апоптозу, но лимфоцит приходит в состояние анергии, т.е. проведение сигнала от BCR блокируется и лимфоцит не активируется.

. «Редактирование» рецепторов происходит в небольшой части незрелых B-клеток, в которых ещё активны рекомбиназы. В этих клетках связывание IgM (в составе BCR на поверхности незрелого B-лимфоцита) с антигеном служит сигналом для запуска повторного процесса рекомбинации VDJ/VJ: образующаяся при этом новая комбинация может не быть аутореактивной.

Маркёр завершения B-лимфопоэза (образования зрелого наивного B-лимфоцита, готового к выходу из костного мозга в периферическую лимфоидную ткань) - одновременная экспрессия (коэкспрессия) на мембране двух типов BCR - с IgM и IgD (причём IgD больше, чем IgM).

Иммуногенез. После распознавания антигена и вступления в иммунный ответ B-лимфоцит проходит в фолликулах перифери-

ческих лимфоидных органов и тканей ещё 2 стадии додифференцировки, которые называют иммуногенезом.

. Пролиферация центробластов. В фолликулах В-лимфоциты, называемые на этой стадии центробластами, интенсивно пролиферируют, удерживаясь связями со специальными клетками стромы - ФДК.

На ФДК экспрессированы необычные рецепторы для иммуноглобулинов (FcR), способные продолжительное время (дни, месяцы, возможно, годы) удерживать комплекс антиген-антитело на мембране клетки.

В центробластах происходит возрастание аффинности антител в отношении специфического антигена по механизму гипермутагенеза, так как на этом этапе дифференцировки выживают те из вновь мутировавших В-лимфоцитов, у которых аффинность BCR к антигенам на поверхности ФДК выше. Этот процесс также называют положительной селекцией.

. Выбор дальнейшего пути. На второй стадии иммуногенеза происходит выбор: В-лимфоцит становится либо В-лимфоцитом памяти (дифференцированный резерв на случай повторной встречи с тем же антигеном), либо плазмоцитом (плазматической клеткой) - продуцентом больших количеств секретируемых антител заданной специфичности (рис. 5-9).

Описанный путь дифференцировки характерен для В2-лимфоцитов, которые давно известны и хорошо изучены. Однако существует и другая субпопуляция В-лимфоцитов - В1-клетки.

В1-лимфоциты

В свою очередь, В1-лимфоциты подразделяют на 2 субпопуляции: В1а (CD5 +) и В1b (CD5 -).

Предшественники В1а-лимфоцитов ещё в эмбриональном периоде мигрируют из эмбриональных кроветворных тканей (фетальной печени, оментума) в брюшную и плевральную полости, где существуют как самоподдерживающаяся популяция. В1b-лимфоциты тоже происходят из фетальных предшественников, однако их пул у взрослых может частично пополняться за счёт костного мозга.

Рис. 5-9. B-лимфоцит и плазматическая клетка. Активированные B-лимфоциты, т.е. распознавшие антигенную детерминанту и получившие сигнал к пролиферации, пролиферируют и заканчивают дифференцировку. Совокупность окончательно дифференцированных потомков B-лимфоцита составляет клон плазматических клеток, синтезирующих антитела (иммуноглобулины) именно к этой и только к этой антигенной детерминанте. Обратите внимание, что в цитоплазме плазматической клетки присутствует большое количество синтезирующего белок аппарата - гранулярной эндоплазматической сети. На мембране плазмоцита уже нет ни иммуноглобулинов, ни MHC-II. В этих клетках прекращается переключение классов иммуноглобулинов и гипермутагенез, а образование антител уже не зависит от контакта с антигеном и взаимодействий с T-лимфоцитами

Предназначение B1-лимфоцитов - быстрый ответ на проникающие в организм широко распространённые патогены (преимущественно бактерии). Многие В1-клетки продуцируют антитела, специфичные к аутоантигенам.

Разнообразие антител, продуцируемых B1-лимфоцитами, невелико; как правило, они полиспецифичны. Почти все антитела В1-клеток принадлежат к IgM-изотипу и распознают наиболее распространённые соединения клеточных стенок бактерий.

Преобладающая часть нормального IgM сыворотки крови здорового человека синтезируется именно B1-лимфоцитами.

Предполагают, что основная функция B1a-лимфоцитов - секреция естественных антител, а B1b-лимфоцитьI участвуют в продукции антител к Т-независимым антигенам.

Естественные (конститутивные) иммуноглобулины

Ещё до встречи с каким бы то ни было внешним антигеном в крови и биологических жидкостях организма уже присутствуют так называемые естественные (конститутивные) иммуноглобулины. У взрослых большинство из них относится к IgG, но есть также IgA и IgM. Эти антитела способны связывать множество антигенов (как эндо-, так и экзогенных). Мишенями для нормальных иммуноглобулинов могут быть другие иммуноглобулины; TCR; молекулы CD4, CD5 и HLA-I; FcγR; лиганды для молекул межклеточной адгезии и др.

Функции естественных антител. Есть основания полагать, что естественные антитела выполняют ряд весьма важных для здоровья организма функций: «первая линия обороны» против патогенов; удаление из организма погибших клеток и продуктов катаболизма; презентация антигенов T-лимфоцитам; поддержание гомеостаза аутоиммунной реактивности; противовоспалительное действие (нейтрализация суперантигенов; индукция синтеза противовоспалительных цитокинов; аттенуация комплементзависимого повреждения тканей и др.).