Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология

Подождите немного. Документ загружается.

2) незрелого предшественника В-лимфоцита; 3) зрелого покоящегося

В-лимфоцита.

Этапы

дифференцировки

связаны с появлением на поверхности В-

лимфоцита

антигенраспознающего рецептора. Зрелый В-клеточный

антигенраспознающий рецептор представляет собой комплекс, распо-

ложенный на мембране клетки и состоящий из мономерной молекулы

IgM

(в отличие от пентамерного

IgM,

циркулирующего в крови) и двух

трансмембранных белков —

Ig-альфа

Ig-бета,

которые располага-

ются по бокам IgM. Указанные Ig-альфа и Ig-бета играют такую же

роль, как молекула CD3 для Т-лимфоцитов: они участвуют в передаче

сигнала (трансдукции) внутрь В-лимфоцита после его связывания с

антигеном.

Глава 6

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ

Иммуноглобулины

(Ig),

выполняющие в организме функцию анти-

тел, синтезируются плазматическими клетками, которые являются ко-

нечным этапом дифференцировки В-лимфоцита, наступившей в резуль-

тате антигенного стимула и хелперного сигнала.

Иммуноглобулины представляют собой белки плазмы, которые при

электрофорезе мигрируют как гамма-глобулины и образуют диффуз-

ную полосу в гамма-области электрофореграммы, что подтверждает их

гетерогенность. Иммуноглобулины относятся к полифункциональным

белкам и реализуют следующие основные функции: 1) специфически

распознают самые разнообразные антигены и гаптены (неполные анти-

гены); 2) взаимодействуют с другими иммунокомпетентными клетками,

имеющими к ним соответствующие рецепторы; 3)активируют систему

комплемента. Структуры, ответственные за различные функции им-

муноглобулинов, находятся на разных участках молекул этих белков.

В настоящее время известно пять основных классов иммуноглобу-

линов человека:

IgA,

IgM,

IgG,

IgE

IgD.

На рис. 5 представлена структура молекулы иммуноглобулина G.

Как видно из рисунка, мономерные единицы каждого из пяти классов

иммуноглобулинов состоят из двух идентичных тяжелых (Н) (от англ.

heavy — тяжелый) и двух идентичных легких (L) (от англ. light — лег-

кий) цепей, которые удерживаются вместе дисульфидными (ковалент-

ными) и нековалентными связями. Легкие цепи (L-цепи) представле-

Fab

Шарнирная область

Fab

Константная область

Папаин

Пепсин

•

~Fc

Гипервариабельные участки

'Fc

Рис. 5. Структура молекулы иммуноглобулина G и функциональные свойства

ее различных частей (по И. Ройту, 1991):

Fab — специфический участок,

антигенсвязывающий

фрагмент; Fc — неспецифиче-

ский участок, функционально активная часть молекулы

Ig:

фиксация на мембранах

клеток, связывание комплемента, проникновение через мембраны.

ны двумя типами: лямбда (X) и каппа (к), а тяжелые (Н-цепи) — пя-

тью: альфа (а), мю

(д),

гамма (у), дельта (б) и эпсилон (е). Тяжелые

цепи определяют класс иммуноглобулинов — А,

М,

G, D, и Е.

Легкие цепи имеют молекулярную массу приблизительно 2,3 •

и состоят примерно из 200 аминокислотных остатков. Отдельно взя-

тая молекула иммуноглобулина любого класса может содержать иден-

тичные либо каппа-, либо лямбда- цепи, но никогда — обе.

Тяжелые цепи имеют молекулярную массу приблизительно вдвое

большую

(0,005—1

•

D) и состоят примерно из 400 аминокислот-

ных остатков.

Как видно из рис. 5, молекулы иммуноглобулинов состоят из двух

видов фрагментов: Fab {fragment antigen binding, англ.) — антигенсвя-

зывающего и Fc {fragment crystalline, англ.) — кристаллизующегося.

Если на молекулу

IgG

воздействовать папаином, она распадется на

три фрагмента: два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Область, в

которой соединяются Fab- и

Fc-фрагменты

молекул иммуноглобули-

нов, называется шарнирной. За счет шарнирной области субъедини-

цы молекул иммуноглобулинов (цепи) обладают способностью к вра-

щению по отношению друг к другу, что обусловливает гибкость мо-

лекул иммуноглобулинов.

По первичной структуре тяжелых цепей

делятся на подклассы. У

человека обнаружено четыре подкласса

IgG

и два подкласса

IgM

IgA.

У каждого человека одновременно могут присутствовать все клас-

сы и подклассы Ig, что само по себе уже обусловливает гетерогенность

всей популяции Ig, не касающейся, однако, их специфичности к анти-

генам.

В то же время между L- и Н-цепями есть определенное сходство,

очень важное для всего комплекса иммунологических реакций: обе они

имеют вариабельную и константную область (см. рис. 5).

Вариабельная область Ig состоит из легких и тяжелых цепей, раз-

лична для разных Ig, и именно она отвечает за специфичность Ig в

отношении определенного антигена. Принадлежность Ig к тому или

иному классу не влияет на их специфичность к антигенам, но степень

специфичности различна у разных классов Ig: наиболее специфичны

IgG, менее IgA и еще меньше IgM.

После соединения с антигеном и образования иммунного комплек-

са (ИК) молекула Ig сохраняет достаточно выраженную активность за

счет второго, неспецифического, участка молекулы —

Fc.

Fc-констант-

ная область молекулы Ig состоит только из тяжелых цепей, не имеет

отношения к специфичности, но обусловливает ряд важных биологи-

ческих свойств Ig, получивших название эффекторных.

Сложная и многогранная роль Ig, их функциональная неоднознач-

ность еще раз заставляют обратить внимание на особенности их син-

теза. Как указывалось выше, синтез иммуноглобулинов, осуществляе-

мый В-лимфоцитами, напрямую с действием какого-либо антигена не

связан. Так, в организме еще до появления того или иного антигена

существуют клоны В-лимфоцитов, которые способны продуцировать

разнообразные по специфичности Ig. Синтез Ig происходит постоянно

и в определенной степени не зависит от действия конкретного антигена.

При расщеплении молекул иммуноглобулина пепсином образуют-

ся два фрагмента: F(ab)2 и

Fc.

Двухвалентный

Р(аЬ)2-фрагмент

вслед-

ствие своей

двухвалентности

действует как полное антитело и облада-

ет способностью преципитировать или агглютинировать специфиче-

ские антигены.

Специфичность антител обусловлена первичной последовательно-

стью расположения аминокислот в вариабельной области Fab-фрагмен-

та, которая, собственно, и обеспечивает связь с антигеном и поэтому

считается активным центром молекулы Ig. Зоны повышенной изменчи-

вости аминокислот в вариабельных областях тяжелых и легких цепей

названы гипервариабельными участками ("горячие точки") (см. рис. 5).

Считается, что этим обеспечивается разнообразие спектра специфич-

ности антител.

В Fc-фрагменте молекул

расположены центры, ответственные за

их разнообразные биологические функции:

1)фиксацию

на лимфоци-

тах и фагоцитах; 2) связывание первого компонента системы компле-

мента; 3)транспорт через плаценту и другие биологические мембраны.

Способность Ig связываться с антигенами характеризуется следу-

ющими их свойствами: авидностью и аффинностью (или аффини-

тетом).

Прочность связи антитела с соответствующим антигеном называет-

ся авидностью. Авидность (жадность) антител в процессе иммунного

ответа меняется и зависит от их валентности. В свою очередь, валент-

ность антител зависит от числа их активных центров. Так, например,

молекула

IgG

двухвалентна, a

IgM

— десятивалентна. Антитела с дву-

мя валентностями более полноценно связывают антиген, в отличие от

моновалентных антител (неполных или блокирующих), которые не

способны самостоятельно вызвать агглютинацию или преципитацию

антигенов.

Точность совпадения (сродства) пространственной конфигурации

активного центра иммуноглобулина с конфигурацией антигенной де-

терминанты обозначается термином "аффинитет", или "аффинность

антитела". Ее определяют как сумму межмолёкулярных сил притяже-

ния и отталкивания, возникающих при взаимодействии антигенсвя-

зывающего

центра антител и антигенной детерминанты. Аффинность

антител в процессе иммунизации нарастает и обеспечивает более пол-

ную связь с антигеном.

Таким образом, прочность связи антител зависит как от аффинно-

сти, так и от валентности, приходящейся в среднем на одну молекулу

иммуноглобулинов. При равной аффинности авидность IgM будет

больше, чем IgG, поскольку молекула IgM десятивалентна, a IgG —

двухвалентна.

Разнообразие иммуноглобулинов вытекает из особенности их струк-

туры. Иммуноглобулины имеют изотипические, аллотипические и идио-

типические характеристики.

Изотипы отражают классоспецифические особенности иммуногло-

булина данного биологического вида. Изотипические различия им-

муноглобулинов обусловлены структурой тяжелых цепей, что как уже

говорилось, позволяет выделить пять классов иммуноглобулинов раз-

ных изотипов: М, G, А, Е и D.

6.1. ИММУНОГЛОБУЛИН М

Иммуноглобулин М имеет молекулярную массу

9,6-10

D, состав-

ляет

5—10%

всех сывороточных иммуноглобулинов (табл. 3).

Таблица 3. Основные характеристики иммуноглобулинов

IgM

IgG

IgG,

IgG

IgA

IgE

IgD

Количество

в сыворотке

крови

0,4—2,2 г/л

7—18

г/л

0,8—3,7 г/л

0,25

мг/л

3—170мг/л

Доля от общего

количества Ig, %

= 10

= 70

60 от общего

количества IgG

= 15

Функция

Вырабатываются у плода. Ран-

ние антитела против вирусов

и грамотрицательных бакте-

рий; активируют комплемент,

усиливают фагоцитоз

Поздние антитела против по-

лисахаридных антигенов бак-

терий

>G,);

активируют

комплемент

G,),

уси-

ливают фагоцитоз, проникают

через плаценту, нейтрализуют

токсины

Защищают слизистые оболоч-

ки (секреторный IgA), нейтра-

лизуют вирусы и бактериаль-

ные

токсины

Индуцируют аллергию, анафи-

лаксию; реализуют защиту от

паразитов; активируют ткане-

вые базофилы

Дифференцировка лимфоцитов

Период

полураспада,

дни

Около

4—5

Около

5—6

Около 2—3

Около

2—3

В сыворотке крови содержится

0,4—2,2

г/л Ig M, период его полу-

распада

4—5

дней. Антитела класса IgM относятся к "ранним", пред-

ставляют собой основную массу антител, продуцируемых организмом

новорожденных при инфицировании и вакцинации, обладают высо-

кой авидностью, активируют комплемент по классическому пути, за-

щищают организм от вирусов и бактерий, не проходят через плацен-

ту. На каждый "новый" для организма антиген образуются антитела

класса IgM. К

4—6-му

дню после иммунизации биосинтез антител "пе-

реключается" на IgG.

Иммуноглобулины М по своей структуре являются наиболее круп-

номолекулярными — их молекула состоит из пяти мономеров, соеди-

ненных специальной связью в единую структурную форму, т. е. имеет

десять активных центров.

Мы уже писали, что в организме человека IgM определяются еще

до встречи с антигеном: именно они формируют пул естественных ан-

тител и в мономерной форме являются антигенраспознающими рецеп-

торами В-лимфоцитов.

Вследствие того, что IgM не проходит через плаценту, обнаруже-

ние в крови новорожденного

IgM-антител

к инфекционному возбуди-

телю подтверждает инфицированность самого ребенка, поскольку IgM

не могут путем пассивного переноса передаваться от матери (если от-

сутствует патология сосудов плаценты).

К IgM относятся холодовые гемагглютинины, антистрептокковые

антитела, ревматоидный фактор, изогемагглютинины групп крови —

анти-А и анти-В.

Очень важными свойствами IgM являются привлечение ими фаго-

цитирующих клеток в места расположения антигена или в очаг инфек-

ции и активация фагоцитоза. Опсонизируя антигенный раздражитель,

в частности, микроорганизмы, и усиливая фагоцитоз, IgM, с одной

стороны, снижают антигенную нагрузку, а с другой стороны, опсони-

зируя возбудитель — антиген, повышают продуктивность фагоцито-

за. По мере увеличения синтеза

IgG

и нарастания его титра резко тор-

мозится синтез малоспецифичных IgM , который регулируется только

уровнем соответствующего ему по специфичности IgG.

Синтез IgM, поскольку в нем не участвуют Т-лимфоциты, резис-

тентен к действию иммунодепрессантов и облучению.

Длительный синтез исключительно (или преимущественно) IgM —

признак нарушения регуляторной функции Т-лимфоцитов-хелперов.

Гипериммуноглобулинемия М — один из первичных иммунодефици-

тов, обусловленный отсутствием на Т-лимфоцитах-хелперах CD40

лиганда и в связи с этим — невозможностью передачи костимуляци-

онного сигнала В-лимфоцитам для переключения синтеза IgM на син-

тез

другого класса.

Об особенностях Т-независимого иммунного ответа уже упомина-

лось выше. В этой связи интересен тот факт, что грамотрицательные

микробы (например все возбудители кишечных инфекций) вызывают

выработку только IgM без последующего образования клеток иммуно-

логической памяти. Это позволяет понять, почему вакцинация препа-

ратами, полученными из этих микроорганизмов, не дает длительного

иммунитета.

Являясь слабоспецифичными, IgM могут связывать сразу пять мо-

лекул антигена. Это ведет к образованию крупных иммунных комп-

лексов и способствует более быстрому выведению антигенов из цирку-

ляции, а также предотвращает возможность их прикрепления к клеткам

и инициации патологического процесса. Подсчитано, что агглютини-

рующая и

комплементсвязывающая

способности IgM в сотни раз ак-

тивнее, чем у

IgG.

Следует помнить, что часть IgM продуцируется ло-

кально и относится к секреторным.

6.2. ИММУНОГЛОБУЛИН G

Иммуноглобулин G имеет молекулярную массу 1,5 •

D и, в отли-

чие от

других классов, способен проникать через плаценту, защищая

организм новорожденного от инфекции в первые месяцы жизни. Он

составляет до 70% всех сывороточных иммуноглобулинов (см. табл. 3).

Концентрация IgG в сыворотке крови находится в пределах от 7 до

г/л. Он является основным антителом вторичного иммунного отве-

та. Период полураспада IgG самый продолжительный — 21 день. Ос-

новная биологическая функция иммуноглобулинов этого класса — за-

щита организма от возбудителей инфекции и продуктов их жизнедея-

тельности за счет активации комплемента, опсонизации и активации

фагоцитоза. Однако не все субклассы IgG человека одинаково связы-

вают комплемент: он легко соединяется с IgG, и IgG,, слабо — с

IgG

совсем не связывается с

IgG

Являясь тимусзависимыми, IgG вырабатываются лишь при обяза-

тельном участии Т-лимфоцитов. Поэтому облучение, как и действие

различных иммунодепрессантов, не только нарушает синтез IgG, но

может подавить его полностью.

Максимальный синтез IgG наблюдается после повторного введения

антигена с соблюдением определенного интервала, иногда до

30—35

дней. Характер процессов, происходящих на каждом этапе формиро-

вания иммунитета, влияет на конечный результат иммунизации, т. е.

на завершенность иммунного ответа, его полноценность и появление

клеток иммунологической памяти. Эти обстоятельства явились обо-

снованием схем иммунизации — доз антигенов и интервалов их вве-

дения. В них учтены характер антигенов и особенности вызываемых

ими процессов. Изменения разработанных и обоснованных схем им-

мунизации, если это не оправдано иммунологически, могут привести

к нарушению синтеза Ig и формирования клеток иммунологической

памяти, а следовательно, и всего эффекта иммунизации, вплоть до его

"извращения" — сенсибилизации.

Уровень IgG в организме регулируется

двояко:

антигенной стимуля-

цией, вызывающей его синтез, и разрушением Ig. Конечная концентра-

ция IgG зависит от соотношения процессов его синтеза и деструкции.

При недостаточном уровне IgG его разрушение замедляется.

Таким образом,

IgG

представляют собой наиболее многочислен-

ный класс Ig. Обладая высокой специфичностью, они активно уча-

ствуют в иммунном ответе и одновременно регулируют его, влияя на

активность других механизмов иммунного ответа — клеточных и гу-

моральных, определяя в конечном итоге полноценность иммунного

ответа.

В значительной степени IgG осуществляют контроль за образовани-

ем Ig по типу обратной связи.

6.3. ИММУНОГЛОБУЛИН А

Иммуноглобулин А имеет молекулярную массу

1,6-10

D (моно-

мер) и

5,0-10

D (полимер) и составляет до 15% всех сывороточных

иммуноглобулинов (см. табл. 3). IgA существует в двух формах — сы-

вороточной и секреторной.

Концентрация сывороточного IgA составляет

0,8—3,7

г/л, период

полураспада

5—6

дней; он способен обезвреживать микробы и токси-

ны, циркулирующие в крови, однако его действие слабее, чем секре-

торного IgA. Сывороточный IgA может активировать комплемент по

альтернативному пути. Инактивация сывороточного IgA может на-

ступить

под

влиянием

IgA-протеаз,

которые продуцируются некото-

рыми микроорганизмами (например Neisseria gonorhoeae).

Секреторный IgA отличается наличием дополнительного секретор-

ного компонента (S), синтезирующегося эпителиальными клетками

слизистых оболочек и присоединяющегося к молекуле IgA в момент

ее прохождения через эпителиальные клетки. S-компонент повышает

устойчивость молекулы иммуноглобулина к действию протеолитиче-

ских ферментов. Секреторный IgA остается на слизистых оболочках,

где нейтрализует бактериальные токсины и локализует вирусы, а так-

же стимулирует фагоцитоз, обеспечивая тем самым местную резистент-

ность к инфекции.

Секреторный IgA преобладает в слюне, слезах, секретах желудка и

кишок (особенно тонкой кишки), желчи, во влагалищном секрете и в

амниотической жидкости, в содержимом легких, бронхов, мочеполовых

путей. Богатым источником секреторного IgA является грудное моло-

ко и, особенно, молозиво, где его количество значительно превышает

содержание в крови. Благодаря этому обеспечивается достаточно вы-

раженная защита детей первых месяцев жизни при естественном вскар-

мливании. Это обстоятельство трудно переоценить, поскольку IgA от-

носится к тимусиезависимым Ig и самостоятельный его синтез в самом

раннем возрасте недостаточен для полноценной защиты. Поступление

IgA

с молозивом и грудным молоком матери предупреждает раннее за-

селение кишечника ребенка

грамотрицательными

бактериями, в част-

ности кишечной палочкой, и способствует формированию грамположи-

тельной микрофлоры кишок, более благоприятной для новорожденного.

Известно, что грамположительные микроорганизмы являются анта-

гонистами возбудителей кишечных инфекций (грамотрицательных

бактерий кишечной группы). Это обеспечивает при естественном вскар-

мливании достаточно выраженный иммунитет у детей первых меся-

цев жизни к возбудителям кишечных инфекций. IgA, связывая микро-

организмы, предотвращает их прикрепление к слизистой оболочке пи-

щеварительного канала.

Таким образом, секреторный IgA, являясь важным элементом мест-

ного иммунитета, защищает слизистые оболочки как от поселения на

них патогенных микроорганизмов, так и от проникновения последних

во внутреннюю среду организма. Тем более важно наличие синергиз-

ма между IgA и механизмами неспецифической защиты — комплемен-

том, лизоцимом, фагоцитирующими клетками и их ферментами, что

способствует осуществлению антибактериальной защиты, повышая в

целом ее эффективность.

6.4. ИММУНОГЛОБУЛИН Е

Иммуноглобулин Е был обнаружен в 1966 г. у больных атопиче-

скими заболеваниями одновременно двумя учеными — К. Ишизака в

Америке и Г. Йоханссоном в Швеции. Было установлено, что при реак-

ции гиперчувствительности немедленного типа в организме выявляют-

ся специфические антитела (реагины), обладающие способностью сен-

сибилизировать собственные ткани и не относящиеся ни к одному из

известных к тому времени классов иммуноглобулинов. Выделенный

ими белок, который имел активность реагинов, был назван

IgE.

Кон-

центрация

IgE

в сыворотке крови здоровых людей составляет в сред-

нем 0,25 мг/л, а у больных с атопическими заболеваниями — в десятки

и даже сотни раз больше (см. табл. 3). Период полужизни IgE —

2—3

дня, скорость биосинтеза — 0,02 мг/кг массы тела в сутки. IgE являет-

ся белком

(гамма

1-гликопротеидом)

с молекулярной массой 1,9 • 10

Способность к образованию IgE в большей степени, чем других

Ig,

связана с наследственными факторами. Принято считать, что услови-

ем развития атопического заболевания является наследственно пере-

дающаяся предрасположенность к повышенной продукции IgE. В ре-

зультате длительных наблюдений за большой популяцией людей ус-

тановлено, что вероятность заболеть аллергическим заболеванием

прямо пропорциональна содержанию

IgE

в сыворотке крови новорож-

денного. Содержание IgE в крови меняется с возрастом. У детей до

года

оно составляет приблизительно 10% от уровня, регистрируемо-

го у здоровых людей среднего возраста. Само по себе повышение уров-

ня IgE не обязательно свидетельствует о наличии аллергического за-

болевания. Повышенный уровень IgE к наиболее распространенным

антигенам обнаружен у

15%

вполне здоровых лиц.

Иммуноглобулин Е не связывает комплемент, не проходит через

плаценту; быстро и прочно связывается с тканевыми базофилами и с

Fc-рецепторами на других "клетках воспаления". В результате взаи-

модействия фиксированного на поверхности этих клеток IgE со спе-

цифическим антигеном происходит их

дегрануляция

с выделением во

внеклеточное пространство биологически активных веществ, обуслов-

ливающих клинические проявления аллергического воспаления. До-

казано, что

IgE-антитела

принимают участие в связывании антигенов

на слизистой оболочке.

Иммуноглобулин Е продуцируется плазматическими клетками се-

лезенки, миндалин, аденоидов, слизистых оболочек дыхательных пу-

тей, желудка и кишок. Продукция IgE начинается у плода очень рано.

В отличие от других иммуноглобулинов, IgE термолабилен (разруша-

ется при 56 °С). Одна из защитных функций IgE — участие в иммуни-

тете против гельминтов.

Представление о том, что IgE в основном являются причиной мно-

гих аллергических заболеваний, не полностью отражает их значение в

физиологии и патологии иммунологических процессов. На самом деле

IgE, которые действительно участвуют в развитии ряда аллергичес-

ких реакций, вместе с тем представляют одну из главных линий защи-

ты именно слизистых оболочек, контактирующих с окружающей сре-

дой, — верхних и нижних отделов дыхательных путей, кишок.

Инфекционные агенты или чужеродные вещества, прорвавшие "пер-

вую линию обороны", которую осуществляют, как правило,

IgA,

свя-

зываются специфическим IgE на поверхности тканевых базофилов. Ре-

зультатом этого взаимодействия является следующий этап защиты —

высвобождение из тканевых базофилов, эозинофилов и базофилов кро-

ви вазоактивных аминов и веществ, которые обладают хемотаксиче-

ской активностью. Это усиливает приток в очаг воспаления других

защитных факторов, клеточных и гуморальных:

IgG,

комплемента,

миграцию нейтрофилов, эозинофилов и т. д.