ФОРМЫ ИММУННОГО ОТВЕТА: АНТИТЕЛООБРАЗОВАНИЕ, иммунологическая память

Формы проявления иммунного ответа:
1) антителообразование,
2) иммунный фагоцитоз,
3) опосредованный клетками киллинг,
4) реакции гиперчувствительности,
5) формированиe иммунологической памяти,
6) формирование иммунологической толерантности.

Все элементы иммунной системы реагируют на изменение гомеостаза, в зависимости от характера антигенного воздействия одни формы становятся ведущими, а другие могут практически не проявляться. Например, при токсической инфекции в основном активируется продукция антител (антитоксины). При туберкулезной инфекции, основную роль выполняют факторы клеточного иммунитета (Т-киллеры, естественные киллеры, фагоциты) и т. д..

Антитела — белки, специфически реагирующие с антигенами.
Антитела и фагоцитоз - одна из наиболее филогенетически древних форм иммунной защиты.
Антитела (иммуноглобулины - Ig). относятся к γ-глобулиновой фракции белков сыворотки крови (15-25 % белков сыворотки крови).

Антитела — это γ-глобулины, вырабатываемые в ответ на введение антигена, способные специфически связываться с антигеном , синтезируются В-лимфоцитами и плазматическими клетками.
Циркулирующие антитела подразделяются на сывороточные и секреторные. К антителам отнесеносятся и белки Бенс-Джонса, которые являются легкими цепями молекул Ig и синтезируются при миеломной болезни.

Антитела используют для:
1. диагностики
2.профилактики
3.лечения различных заболеваний,
4.выделения и очистки биологически активных веществ.
Для этого на основе специфических иммуноглобулинов созданы соответствующие иммунобиологические препараты (лечебные и диагностические сыворотки, диагностикумы и пр.).

Иммуноглобулины - это гликопротеиды. Они состоят из полипептидных цепей, стабилизированных сахаридными остатками. При нагревании выше 60 °С молекула Ig денатурируется. Иммуноглобулины различаются по структуре, атигенному составу, по выполняемым функциям.
Если молекулу Ig обработать 2-меркаптоэтанолом, то она распадется на 2 пары полипептидных цепей: две тяжёлых - Н (от англ. heavy — тяжелый) (550-660 аминокислотных остатков) и две легких - L (от англ. light — легкий) цепи(220 аминокислотных остатков). Эти цепи связаны между собой дисульфидными связями (-S-S-).

Строение иммуноглобулина класса G

Между тяжелыми цепями также есть дисульфидная связь . Такой тип межпептидного соединения позволяет менять конформацию в зависимости от окружающих условий . Шарнирный участок отвечает за взаимодействие с компонентом комплемента - С1 и его активацию .
Легкие и тяжелые цепи молекулы Ig делятся на типы, которые определяются последовательностью аминокислот. У легких цепей - κ и λ, у тяжелых цепей α, γ, μ, ε и дельта, которые имеют также и внутреннее подразделение.

Отдельные участки цепи молекулы Ig свернуты в глобулы (домены). Домены стабилизированы дисульфидной связью. В составе тяжелой цепи Ig - 4-5 доменов, а в легкой — 2. Каждый домен состоит из 110 аминокислотных остатков.
Домены различаются по постоянству аминокислотного состава. Выделяют С-домены (от англ. constant — постоянный), с 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. Изменчивость характерна только для 25 % вариабельного домена (гипервариабеная область)

Вариабельные домены легкой и тяжелой цепи образуют участок, который специфически связывается с антигеном. Это антигенсвязывающий центр молекулы Ig (паратоп).
Гипервариабельные области тяжелой и легкой цепи определяют специфичность антигенсвязываюшего центра.

Обработка ферментами молекулы Ig приводит к ее гидролизу.
Папаин разрывает молекулу на три фрагмента. Два из них способны специфически связываться с антигеном. Они состоят из цельной легкой цепи и участка тяжелой (V- и С-домен), и в их структуру входят антигенсвязываюшие участки. Это Fab фрагменты (от англ. «фрагмент, связывающийся с антигеном»).
Третий фрагмент, способный образовывать кристаллы, получил название Fc (от англ. «фрагмент кристаллизующийся»). Он ответствен за связывание с рецепторами на мембране клеток макроорганизма (Fc-рецепторы) и некоторыми микробными суперантигенами (например, белком А стафилококка). Пепсин расщепляет молекулу Ig ниже шарнирного участка и ведет к образованию 2 фрагментов: Fc и двух сочлененных Fab. или F(ab)2.

В зависимости от особенностей молекулярного строения тяжелой цепи различают 5 классов, или изотипов Ig . Молекулы, содержащие тяжелую цепь α-типа, относят к изотипу А ( IgA); IgD обладает δ-пепью, IgE— ε-цепью, IgG— γ-цепью и IgM — μ-цепью. Соответственно особенностям строения подтипов тяжелых цепей различают и подклассы Ig.

Иммуноглобулин класса G. Изотип G составляет основную массу Ig сыворотки крови
( 70—80 %), при этом 50 % содержится в тканевой жидкости. Среднее содержание IgG в сыворотке крови взрослого человека 12 г/л. Этот уровень достигается к 7—10-летнему возрасту. Период полураспада IgG — 21 день.
IgG — мономер, имеет 2 антигенсвязывающих центра (его валентность равна 2), молекулярную массу около 160 кДа и константу седиментации 7S. Различают подтипы Gl. G2, G3 и G4. Синтезируется зрелыми В-лимфоцитами и плазматическими клетками. Максимальная концентрация в сыворотке крови на пике первичного и при вторичном иммунном ответе.

IgGl и IgG3 связывают комплемент. IgG4, обладает цитофильностью (тропностью к тучным клеткам и базофилам) и участвует в развитии аллергической реакции I типа . IgG может проявлять себя как неполное антитело.
Проникает через плацентарный барьер и обеспечивает гуморальный иммунитет новорожденного в первые 3—4 месяца жизни. Способен выделяться в секрет слизистых (молоко) путем диффузии.
IgG обеспечивает нейтрализацию, опсонизацию и маркирование антигена, осуществляет запуск комплемент-опосредованного цитолиза и антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности.

Иммуноглобулин класса М. Самая крупная молекула из всех Ig. Это пентамер, который имеет 10 антигенсвязывающих центров (его валентность равна 10). Молекулярная масса - около 900 кДа. константа седиментации 19S. Различают подтипы Ml и М2. Тяжелые цепи молекулы IgM построены из 5 доменов. Период полураспада IgM — 5 дней.
Составляет около 5—10 % всех сывороточных Ig. Среднее содержание IgM в сыворотке крови взрослого человека составляет около 1 г/л. Этот уровень у человека достигается уже к 2—4-летнему возрасту.

IgM филогенетически наиболее древний иммуноглобулин. Синтезируется предшественниками и зрелыми В-лимфоцитами . Образуется в начале первичного иммунного ответа, также первым начинает синтезироваться в организме новорожденного — определяется уже на 20-й неделе внутриутробного развития.
Эффективный активатор комплемента по классическому пути. Участвует в формировании сывороточного и секреторного гуморального иммунитета. Может образовывать секреторную форму и выделяться в секрет слизистых, в том числе в молоко. Большая часть нормальных антител и изоагглютининов относится к IgM.

Не проходит через плаценту. Обнаружение специфических антител изотипа М в сыворотке крови новорожденного указывает на бывшую внутриутробную инфекцию или дефект плаценты.
IgM обеспечивает нейтрализацию, опсонизацию и маркирование антигена, осуществляет запуск комплемент-опосредованного цитолиза и антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности.

Иммуноглобулин класса А. Существует в сывороточной и секреторной формах. Около 60 % всех IgA содержится в секретах слизистых.
Сывороточный IgA: составляет около 10—15 % всех сывороточных Ig. В сыворотке крови здорового взрослого человека содержится около 2.5 г/л IgA, максимум достигается к 10-летнему возрасту. Период полураспада IgA — 6 дней.
IgA — мономер, имеет 2 антигенсвязываюших центра ( 2-валентный), молекулярную массу около 170 кДа и константу седиментации 7S. Различают подтипы А1 и А2. Синтезируется зрелыми В-лимфоцитами и плазматическими клетками. Хорошо определяется в сыворотке крови на пике первичного и при вторичном иммунном ответе.

Может быть неполным антителом. Не связывает комплемент. Не проходит через плацентарный барьер.
IgA обеспечивает нейтрализацию, опсонизацию и маркирование антигена, осуществляет запуск антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности.
Секреторный IgA: В отличие от сывороточного, секреторный IgA (sIgA) существует в полимерной форме в виде ди- или тримера (4- или 6-валентный) и содержит J- и S-пептиды.

Молекулярная масса 350 кДа и выше, константа седиментации 13S и выше.
Синтезируется В-лимфоцитами и плазматическими клетками в пределах слизистых и выделяется в их секреты(до 5 г в сутки). Пул slgA самый многочисленный в организме — его количество превышает суммарное содержание IgM и IgG. В сыворотке крови sIgA не обнаруживается.

Секреторная форма IgA — основной фактор специфического гуморального местного иммунитета слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы и респираторного тракта. Устойчив к действию протеаз, не активирует комплемент, но нейтрализует антигены. Он препятствует адгезии микробов на эпителиальных клетках и генерализации инфекции в пределах слизистых.

Иммуноглобулин класса Е ( реагин). Содержание в сыворотке крови — 0,00025 г/л. Молекулярная масса — около 190 кДа, константа седиментации — примерно 8S, мономер. Составляет около 0,002 % всех циркулирующих Ig. Этот уровень достигается к 10—15 годам жизни.
Синтезируется зрелыми В-лимфоцитами и плазматическими клетками преимущественно в лимфоидной ткани бронхов, легих и ЖКТ.
Не связывает комплемент. Не проходит через плацентарный барьер. Обладает цитофильностью Участвует в развитии гиперчувствительности немедленного типа — реакция I типа .

Иммуноглобулин класса D. Концентрация в сыворотке крови - 0,03 г/л (около 0,2 % от общего числа циркулирующих Ig). IgD имеет молекулярную массу 160 кДа и константу седиментации 7S, мономер.
Не связывает комплемент. Не проходит через плацентарный барьер. Является рецептором предшественников В-лимфоиитов.

Рецепторные иммуноглобулины. Рецепторные, или мембраные Ig, локализуются на цитоплазматической мембране В-лимфоцитов. Выполняют функции антигенспецифических рецепторов. Рецепторные Ig имеют те же изотип и специфичность, что и синтезируемые в межклеточную среду антитела. Структурное отличие от секретируемых антител заключается в дополнительном М-пептиде, благодаря которому молекула рецепторного Ig фиксируется в цитоплазматической мембране иммунокомпетентной клетки.

Нормальные антитела. В сыворотке крови человека всегда определяется базальный уровень иммуноглобулинов, которые получили название нормальных (естественных) антител. Это изогемагглютинины — антитела различной и специфичности направленные против эритроцитарных антигенов групп крови (система АВО), а также против бактерий кишечной группы, кокков и некоторых вирусов. Эти антитела постоянно образуются в организме без антигенной стимуляции. Они поддерживают готовность макроорганизма к иммунному реагированию, а могут свидетельствовать об отдаленном контакте с антигеном.

Моноклональные антитела. Каждый В-лимфоцит и его потомки, образовавшиеся в результате пролиферации (т. е. клон), способны синтезировать антитела с паратопом строго определенной специфичности. Такие антитела получили название моноклональных. В природных условиях макроорганизма получить моноклональные антитела практически невозможно, т.к. на одну и ту же антигенную детерминанту одновременно реагируют до 100 различных клонов В-лимфоцитов. Поэтому в результате иммунизации мы получаем поликлональные антитела.

Получение моноклональных антител возможно, если провести селекцию антителопродуцирующих клеток и их клонирование (т. е. выделение отдельных клонов в чистые культуры). Однако В-лимфоциты, как и другие эукариоты, имеют ограниченную продолжительность жизни и число возможных митотических делений.

Впервые моноклональные антитела были получены Д. Келлером и Ц. Мильштейном (1975). Они получили гибридные клетки путем слияния иммунных В-лимфоцитов с миеломной (опухолевой) клеткой. Полученные гибриды обладали специфическими свойствами антителопродуцента и «бессмертием» раковой клетки. Эти клетки получили название гибридом. Гибридома размножается в искусственных питательных средах и в организме животных и в неограниченном количестве вырабатывает антитела. Гибридомные моноклональные антитела применяются для создания диагностических и лечебных иммунобиологических препаратов.

Полные и неполные антитела.
По способности образовывать в реакции агглютинации или преципитации (in vitro) макромолекулярную структуру иммунного комплекса Ig раделяются на полные и неполные антитела. Крупный ИК образуют полные антитела. К ним относятся полимерные молекулы Ig (изотип М), а также некоторые IgA и IgG.

Неполные (непреципитирующие) антитела лишены такой способности, несмотря на то что они специфически связываются с антигеном. Причиной этого явления может быть экранирование одного из антигенсвязывающих центров мономерной молекулы Ig и недостаточное число или малая доступность антигенных детерминант . Выявить неполные антитела можно при помоши реакции Кумбса — путем использования «вторых», антииммуноглобулиновых антител.

Другие виды антител. Различают тепловые и холодовые антитела. Первые взаимодействуют с антигеном при температуре +37 °С. Для вторых наибольшая эффективность связывания проявляется в диапазоне +4... —10 °С. Понижение температуры иногда позволяет ограничить низкоаффинные взаимодействия и повысить специфичность реакции.

По способности активировать комплемент антитела подразделяются на комплементсвязывающие (IgM, IgGl и IgG3) и комплементнесвязывающие.
Некоторые антитела выполняют функции катализаторов биохимических процессов . Это реликтовые свойства антител. Такие антитела называются абзимы.

Получены белки со свойствами антител — это одноцепочечные антитела, бифункциональные антитела и иммунотоксины. Они синтезируются живыми биологическими системами. Одноцепочечные антитела являются фрагментом вариабельного домена Ig, обладающим специфичностью и аффинностью и способному к блокирующему действию. Размер такой молекулы очень мал и практически не обладает иммуногенностью. Бифункциональные антитела имеют антигенсвязываюшие центры разной специфичности, т. е. направлены к различным антигенным детерминантам.

Иммунотоксины это гибриды иммуноглобулина и токсина. Они способны направленно доставить молекулу токсина к клетке-мишени.
Иммунотоксины и бифункциональные антитела в перспективе будут использовать для иммунодиагностики, профилактики и лечения инфекционных, онкологических, аллергических и других заболеваний.

Иммуноглобулин обладает антигеностью и выраженной иммуногенностью. В молекуле Ig различают 4 типа атигенных детерминант:
Видовые антигенные детерминанты характерны для Ig всех особей данного вида . Они определяются строением легкой и тяжелой цепи. По этим детерминантам можно идентифицировать видовую принадлежность антител.
Изотипические антигенные детерминанты являются групповыми. Они локализуются в тяжелой цепи и служат для дифференцировки семейства Ig на 5 классов и множество подклассов .

Атотипические антигенные детерминанты индивидуальны. Они располагаются в легкой и тяжелой полипептидных цепях. На основании строения аллотипических детерминант можно различать особи внутри одного вида.
Идиотипические антигеннные детерминанты отражают особенности строения антигенсвязываюшего центра самой молекулы Ig. Они образованы V-доменами легкой и тяжелой цепи молекулы Ig.

В процессе взаимодействия с антигеном принимает участие ограниченный участок Ig — антигенсвязывающии центр, или паратоп.
Для антител характерна специфичность взаимодействия, т. е. способность связываться со строго определенной антигенной детерминантой.

Связь антигена с антителом осуществляется за счет слабых взаимодействий (ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи, электростатические взаимодействия) . Образовавшийся иммунный комплекс (ИК) может диссоциировать на составляющие его компоненты.

Особенности антитела - аффинность и авидность.
Аффинность — сила специфического взаимодействия антитела с антигеном . Зависит от степени комплементарности структуры антигенсвязывающего центра и антигенной детерминанты. Чем выше их комплементарность тем выше будет устойчивость и продолжительность жизни иммунного комплекса.

Авидность - это прочность связывания антитела и антигена. Эта характеристика определяется аффинностью Ig и числом антигенсвязывающих центров. При равной степени аффинности наибольшей авидностью обладают антитела класса М, так как они имеют 10 антигенсвязывающих центров.
Особенности антигена также влияют на эффективность его взаимодействия с антителом. Важное значение имеют пространственная доступность антигенной детерминанты для антигенсвязывающего центра молекулы Ig и число эпитопов в составе молекулы антигена.