Антителообразование

Образование антител как иммунная реакция на антиге­ны происходит в лимфоидной ткани периферических ор­ганов иммунитета, главным образом, в лимфатических узлах и белой пульпе селезенки. Продуцентами антител являются плазмоциты.

Общая иммунная реакция на антиген. Синтез антител начинается в тимуснезависимой зоне и в стенках лимфа­тических синусов, сопровождаясь общим нарастанием клеточности лимфоузлов, увеличением в них центров размножения с большим количеством митотически деля­щихся лимфоцитов, появлением вокруг них и в медулляр­ных тяжах плазматических клеток. В первые сутки после введения антигена резко снижается выход лимфоцитов из лимфатических узлов, а в последующие 3-4 дня, наобо­рот, значительно возрастает, что ведет к интенсивной миг­рации (расселению) стимулированных лимфоцитов через кровь во все лимфоидные ткани.

Фазы антителообразования. В динамике образования антител различают две фазы - индуктивную (латентную) и продуктивную, или репродуктивную.

Индуктивной фазой называют отрезок времени меж­ду введением антигена и появлением следов иммуногло­булинов или первых плазмоцитов. В этой фазе происходит распознавание антигена. Он фагоцитируется макро­фагами (пиноцитируется) или связывается ими. Если вслед за этим антиген полностью разрушается, то анти­тела не вырабатываются. Антителогенез происходит лишь при частичной деградации антигена. В таком слу­чае в лимфоидной ткани, где происходит связывание ан­тигена, отмечаются массовая гибель и, параллельно, пролиферация клеток, появляется большое количество фагоцитов, увеличивается содержание гистамина, гепа­рина, серотонина и других веществ, усиливающих воспа­ление. На этом фоне в конце индуктивной фазы начина­ется взаимодействие (кооперация) между вспомогатель­ными А-клетками, на мембране которых находится из­мененный антиген, Т- и В-лимфоцитами, в результате чего молодые В-лимфоциты, или предшественники плаз­моцитов, получают сигнал к пролиферации и дифферен­циации (рис. 63).

Индуктивная фаза очень лабильна и длится примерно 20 ч. Начавшийся процесс антителообразования в ней можно приостановить воздействием неблагоприятных для организма факторов. Легче всего это удается с помощью радиации, вследствие чего индуктивную фазу антителогенеза называют радиочувствительной.

Рис. 63. Трансформация В-лимфоцитов в антителообразующие

Клетки

В продуктивной фазе происходит интенсивный синтез антител. Приостановить его не удается даже радиооблуче­нием, и поэтому продуктивную фазу называют радиорезистентной. В этой фазе иммунного ответа усиливается кооперация иммунокомпетентных клеток, и сильно воз­растает деление В-лимфоцитов. На смену молодым плаз-мобластам (иммунобластам) в лимфоидной ткани прихо­дят юные плазмоциты, а затем - и зрелые.

При первичном иммунном ответе максимальное коли­чество плазмоцитов в селезенке и лимфатических узлах появляется на 7-е сут. Это совпадает с высоким титром ан­тител в крови. Повторное введение чужеродного антигена сопровождается необычно интенсивным антителообразо-ванием - высокий титр антител возникает уже на 3-4-е сут, что связано с наличием в организме первично имму­низированных особей клеток иммунологической памяти, не закончивших полный цикл трансформации (см. «Иммунный ответ»).

Продуктивная фаза антителообразования сравнитель­но непродолжительна. Применительно к одному клону она продолжается около 10 сут, но по отношению ко мно­гим из них - может удлиняться до нескольких недель. Од­нако через 2-3 мес. титр антител в крови переболевших инфекционными заболеваниями резко снижается.

Функциональные особенности плазмоцитов. Касаясь функциональных особенностей плазмоцитов, следует под­черкнуть, что они, в известном смысле, могут рассматри­ваться как своеобразные одноклеточные белковые желе­зы. Плазмоциты секретируют иммуноглобулины по го­локриновому или мерокриновому типу. Как правило, плазмоциты образуют антитела одной иммунологической специфичности, например Н- или О- антитела к соответ­ствующим жгутиковым и соматическим антигенам бакте­рий. Более того, при наличии в молекуле антигена двух разных детерминант плазмоцит вырабатывает антитела против одной из них. Только 0,01 % плазмоцитов проду­цирует оба антитела. Большинство плазмоцитов синтези­рует лишь один класс тяжелых и один тип легких цепей одновременно. Первичный иммунологический ответ обычно начинается с синтеза макроглобулинов М с конс­тантой седиментации 19S. При вторичном ответе на анти­ген образуются микроглобулины G с константой 7S. Боль­шая часть плазматических клеток образует антитела с константой седиментации либо 7S, либо 19S.

Развитие клона плазмоцитов, начиная от плазмобласта до зрелой формы, занимает 5-6 сут. Жизненный цикл плазмоцитов, продуцирующих тот или иной вид антител, не превышает 48 ч. При этом вырабатывающиеся клоном плазмоцитов антитела представляют собой широкий спектр иммуноглобулинов, отличающихся как по специфичности по отношению к различным детерминантам ан­тигена, так и по авидности.

Моноклональные антитела. Методику получения высо­коспецифических антител с большей степенью авидности к определенной детерминантной группе антигена разработа­ли Ц. Милыптейн и Г. Келер, создав бессмертные клоны В-клеток, которые называют гибридомами. Гибридомы получают путем слияния нормальных по продолжительности жизненного цикла лимфоцитов, продуцирующих антите­ла, с опухолевыми (бессмертными) дефектными линиями В-клеток, неспособными к секреции иммуноглобулинов.

Схематически это осуществляют следующим образом. Антигеном, который имеет, например, две или больше де­терминант, иммунизируют мышей или крыс. Получив лим­фоциты селезенки, продуцирующие соответствующие к ним антитела, с помощью полиэтиленгликоля разрушают их клеточные стенки и сливают с опухолевыми В-клетками.

Затем взвесь клеток высевают на элективную для гиб­рида ГАТ-среду, содержащую гипоксантин, аминоптерин и тимидин, но неблагоприятную как для нормальных лимфоцитов, так и для опухолевых В-клеток.

Получить чистый клон гибридом в ГАТ-среде удается только в том случае, если в лунке микропанели для куль­тур клеток будет находиться одна особь гибрида. Каждая гибридома наследует присущие родительским клеткам свойства: от антителообразующей - способность продуци­ровать высокоспецифические иммуноглобулины к строго определенному эпитопу, а от опухолевой В-клетки — спо­собность к перевиваемости и неограниченному росту.

Имея одинаковые структуру, идиотип и специфич­ность, моноклональные антитела нашли широкое приме­нение в идентификации различных видов микроорганиз­мов, субпопуляций лимфоцитов, определении совмести­мости групп крови, диагностике опухолей, серотерапии инфекционных заболеваний, новообразований и во мно­гих других областях биологии и медицины.

Иммунный ответ

Иммунный ответ - это антигенспецифическая реакция, развивающаяся в ответ на воздействие конкретного анти­гена и направленная на его распознавание, разрушение и удаление. В основе развития иммунного ответа лежит взаи­модействие иммунокомпетентных клеток, определяющих выбор клеток, включаемых в ответную реакцию на анти­ген и трансформацию их в эффекторные клетки.

Общие механизмы распознавания антигенов и образо­вание эффекторных клеток. Проникающие в организм ан­тигены, будь то клетки или молекулы, в нативном (природном) виде не распознаются как генетически чужерод­ные метки (исключением являются В-лимфоциты). Им­мунная реакция их распознавания начинается с фагоцито­за антигена макрофагами крови и тканей или с его связы­вания с дендритными клетками стромы лимфоидных орга­нов. В макрофагах они могут полностью разрушаться, но чаще расщепляются до промежуточных продуктов. В частности, большинство антигенов в течение часа в лизосомах фагоцитов подвергаются ограниченной денатурации и про-1еолизу или, как чаще говорят, процессингу. Оставшиеся в них пептиды (9-10 - 12-25 остатков аминокислот), называемые номинальным антигеном, комплексируются с репрессированными на внешней мембране макрофагов молекулами МНС класса II и в таком состоянии представляются для распознавания. В дендритных клетках антиген тоже процессируется, но может оставаться, как на па-нхиматозных клетках, в неизмененном виде. В случае процессинга переструктурированный в них антиген комплексируется с молекулами МНС класса II и класса I. Макрофаги, дендритные и некоторые другие вспомогательные клетки, несущие на внешней мембране комплек-молекул МНС с включенными в них пептидами, предназначенные для распознавания антигена, называются антигенпрезентирующими (presentatio - предъявление), мембранные комплексы антигенпрезентирующих клеток познают Т-лимфоциты. Таким образом, Т-лимфоциты познают не антиген как таковой, а его фрагменты, изменяющие структуру антигенов главного комплекса гистосовместимости, т. е. «измененное свое».

Одновременно с распознаванием антигена происходит контактное взаимодействие антигенпрезентирующих клеток и Т-лимфоцитов с помощью комплементарных поверхностных молекул, что обеспечивает их взаимную адгезию и секрецию антигенпрезентирующими клетками цитокинов, которые вызывают сначала активацию Т-лимфоцитов, а затем - пролиферацию и их дифференциацию в эффекторные клетки. К

Кооперация иммунокомпетентных клеток в гуморальном иммунном ответе. Иммунный ответ в виде антителообразования происходит при распознавании В-клеткой гена, который индуцирует ее пролиферацию и дифференциацию в плазмоциты. Прямое воздействие на В-клетку без участия Т-клеток могут оказывать только тимуснезависимые антигены. По механизму стимулирую­щего действия их разделяют на два типа: тип 1, к которо­му относятся бактериальные липополисахариды, и тип 2, включающий полисахариды стрептококков, полимеры D-аминокислот, поливинилпирролидон, полимеризованный флагеллин, не подвергающиеся деградации в лизосомах макрофагов. Тимуснезависимые антигены типа 1 стиму­лируют деление В-клеток неспецифически, воздействуя как митогены. Антигены типа 2 с многократно повторяю­щимися детерминантами реагируют с иммуноглобулино-выми рецепторами В-клеток. При этом в специфическом механизме активации В-клеток, кроме них, участвуют макрофаги, выделяя цитокины, стимулирующие их деле­ние и трансформацию в плазмоциты.

Гуморальный иммунный ответ на тимусзависимые ан­тигены начинается со связывания антигена рецептором В-лимфоцитов. Образующийся при этом на мембране В-лимфоцита комплекс IgM+Ar погружается внутрь клетки, где после процессинга и связывания с цитоплазматическими молекулами МНС класса II презентируется на его поверх­ности для распознавания Т-хелпером. Таким образом, в мо­лекуле тимусзависимого антигена существует два набора эпитопов. Один из них распознается антигенспецифически-ми рецепторами BCR В-лимфоцитов, а второй, формируе­мый внутри В-клетки, распознается СБ4⁺-Т-хелперами. Эпитоп первого набора, распознаваемый В-клеткой, может иметь различную химическую структуру, например поли-сахаридную или белковую, а эпитоп второго набора, распо­знаваемый Т-хелперами, - только белковую. Естественно, что по отношению к эпитопам первого набора В-клетка яв­ляется распознающей, а к эпитопам второго набора - презентирующей. В результате распознавания Т-хелпером эпитопов второго набора с помощью TCR-рецептора при участии корецептора CD4 и костимулирующих молекул CD28 и CD40L, взаимодействующих, как это показано на рис. 64, с соответствующими им молекулами CD80 и 40, Т-хелперы (ТхО) дифференцируются в Тх2-хелперы, выделя­ющие ИЛ-4, под влиянием которого В-клетка дифференци­руется в плазмоцит, секретирующий антитела.

Кооперация иммунокомпетентных клеток в цитотоксических реакциях. Цитотоксической называют иммун­ную реакцию, приводящую к формированию цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ), способных разрушать инфи­цированные или опухолевые (мутантные) клетки с экспрессируемым опознавательным антигеном на их по­верхности. В качестве антигенпрезентирующих клеток, как это представлено на рис. 65, в ней участвуют дендрит­ные клетки или макрофаги, презентирующие антигенный пептид в комплексе с молекулами МНС класса II Т-хелперам (С04⁺-клеткам), а в комплексе с МНС класса I - пре-Цитотоксическим лимфоцитам (СБ8⁺-клеткам). Для акти­вации тех и других клеток обязательна костимуляция, обусловленная взаимодействием молекул CD80 антиген-презентирующих клеток с корецептором CD28 Т-лимфо­цитов. Распознавшие презентированный антигенный пеп­тид СБ4⁺-клетки продуцируют интерферон γ, активирую­щий антигенпрезентирующие клетки, а распознавшие ан­тигенный пептид СБ8⁺-клетки подвергаются бласттранс­формации, экспрессируя молекулы-рецепторы для ИЛ-2, который крайне необходим им для превращения в ЦТЛ и последующего размножения. Источником ИЛ-2 для ЦТЛ на первом этапе служат активированные вместе с ними ТхО-хелперы. Допускается, что на более поздних этапах ИЛ-2 начинают сами вырабатывать СВ8⁺-клетки, стимули­рованные антигенпрезентирующими клетками, т. е. обеспечивают свое размножение по аутокринному механизму.

В отличие от Т-хелперов, нуждающихся для продол­жительной пролиферации в контакте с АПК и в действии многих цитокинов, поддержание размножения активиро­ванных ЦТЛ обеспечивается одним ИЛ-2. Интересно, что, стимулируя размножение ЦТЛ, этот цитокин вместе с тем усиливает экспрессию к нему рецепторов и интенсифици­рует дальнейшую его выработку. Завершившие деление ЦТЛ, ничем не отличающиеся по внешним признакам от преСБ8⁺-клеток, выселяются из паракортикальных зон лимфоузлов и, попав в циркуляцию, разносятся в различ­ные органы и ткани, где могут разрушать инфицирован­ные и перерождающиеся клетки.

Главным результатом дифференциации ЦТЛ является реализация иммунного цитолиза. Отличается он от неим­мунного, вызванного NK-киллерами, тем, что происходит через определенное время, необходимое для формирова­ния активных Т-киллеров. Клетки-мишени распознаются такими киллерами по комплексам антигенных пептидов с молекулами МНС класса I, но без участия антигенпрезентирующих клеток. Механизм иммунного Т-клеточного Цитолиза почти таков же, как NK-зависимого, т. е. после установления тесной связи с клеткой-мишенью в зону их межклеточного контакта из гранул ЦТЛ поступают перфорин и гранзимы (фрагментины), которые после актива­ции в присутствии ионов Са²⁺ перфорируют мембрану ми­шени и внутри клетки фрагментируют ДНК. В отличие от NK-зависимого, в клеточном цитолизе могут участвовать и другие цитотоксические вещества, например лимфотоксин и фактор некроза опухолей, а также выделяемый Т-хелперами и Txl-клетками интерферону, усиливающий экспрессию молекул гистосовместимости на поверхности клеток-мишеней, что способствует распознаванию чуже­родного пептида.

Таким образом, в отличие от дифференциации лимфо­цитов при созревании, в процессе которой формируются антигенраспознающие клетки, их дифференциация в им­мунном ответе направлена на образование эффекторных клеток. Так, в гуморальном ответе происходит формиро­вание крупных плазматических клеток с обильной цитоплазмой, и они переходят от синтеза мембранных иммуно­глобулинов, имеющихся у В-лимфоцитов, к секреции рас­творимых lg, а при клеточном цитотоксическом ответе -цитотоксических лимфоцитов, синтезирующих вещества, разрушающие клетки-мишени, и цитокины, регулирую­щие активацию, рост и дифференциацию лимфоцитов и эффекторных клеток воспаления. При этом в гумораль­ном ответе в качестве антигенпрезентирующих клеток обычно выступают В-лимфоциты, а Т-хелперами служат Тх2-клетки, а в цитотоксическом - дендритные клетки и ТхО- или Txl-клетки.

Регуляторами иммунного ответа по-прежнему, можно считать, являются Т-супрессоры, которые в процессе об­разования иммуноглобулинов и в реакциях цитолиза бло­кируют выработку аутоантител и обеспечивают толерант­ность к собственным тканям и органам.

Клетки памяти. Параллельно с образованием плазмо-цитов и ЦТЛ формируются клетки памяти.

В-клетки памяти представляют собой особую линию дифференциации. Они образуются в зародышевых цент­рах вторичных фолликулов лимфатических узлов. Реша­ющим моментом индукции В-клеток памяти является СБ40-опосредованное взаимодействие предшественников В-клеток с Т-хелперами. Их фенотип, если не считать экспрессии молекул CD45RO, практически не отличается от фенотипа обычных В-клеток. Рецепторы этих клеток обладают более высоким сродством к антигену, и они лег­ко активируются, контактируя с Т-клеткой при представ­лении ей антигенного пептида и действии Т-клеточных цитокинов, что имеет значение для быстрого выхода В-клеток памяти в пролиферацию. Формирование В-клеток, ответственных за иммунологическую память, обеспечива­ющих быструю элиминацию антигенов и абсолютную ус­тойчивость к реинфекции, отличается интересными зако­номерностями. В течение 10-20 дней после первичной им­мунизации их количество неуклонно возрастает. Затем оно держится на постоянном уровне в течение нескольких месяцев, а иногда и лет. У клеток иммунологической па­мяти все направления синтеза иммуноглобулинов, за исключением одного, репрессированы, и для них антиген слу­жит директивным включателем уже детерминированной пролиферации и дифференциации, которая заканчивает­ся образованием плазмоцитов за 2-3 дня.

Менее изучены Т-клетки памяти. Так как они имеют все основные маркеры Т-лимфоцитов, включая рецептор-ный комплекс CD3-TCR, вспомогательные и адгезивные молекулы, то считается, что Т-клетки памяти относятся к их долгоживущим вариантам. Наиболее специфическим признаком Т-клеток памяти является экспрессия на их поверхности тех же молекул CD45RO и отсутствие CD45RA. В популяции Т-клеток памяти имеются как СБ4⁺-клетки, так и СВ8⁺-лимфоциты, но преобладают первые. Все они формируются в паракортикальной зоне лимфоузлов и параартериальных муфтах селезенки.

Цитокины

Общие свойства. Цитокинами (cytos - клетка, kineo -возбуждаю) называют вещества, активирующие и коорди­нирующие взаимодействие клеток. По структуре они яв­ляются гликопротеинами с молекулярной массой от 8 кД до 80 кД, а по эффекту действия - медиаторами. Выраба­тываются при иммунном ответе, развитии воспаления и кроветворении, регулируя и стимулируя их. Обладают по­тенцирующим и аддитивным действием. Однако могут оказывать и противоположный эффект. Быстро синтези­руясь (в течение 1-4-24 ч), они в короткие сроки расходу­ются или выводятся из кровотока через почки. При угасании иммунной реакции синтез цитокинов прекращается. Сродство к цитокинам определяется наличием на мембра­нах клеток специфических рецепторов, но многие из них отличаются плейотропизмом.

Продуценты цитокинов. Цитокины вырабатывают Т-лимфоциты, В-лимфоциты, NK-клетки, моноциты-макро­фаги, дендритные и другие клетки соединительной ткани.

Классификация цитокинов. Цитокины лимфоцитов называют лимфокинами, моноцитов - монокинами, кле­ток стромы - гемопоэтинами {haima — кровь, poiesis -вы­работка). При этом лимфокины регулируют активацию, рост и дифференциацию лимфоцитов, монокины стиму­лируют неспецифические эффекторные клетки воспале­ния, а гемопоэтины - процессы кроветворения.

Независимо от того, какими клетками вырабатываются цитокины, они подразделяются на четыре группы: интерлейкины (inter - взаимно, leukos -белый), координирую­щие взаимодействие между лейкоцитами; интерфероны (ИФН), обладающие противовирусной активностью; фак­торы некроза опухолей (ФНО), разрушающие мутантные клетки (см. «Противоопухолевый иммунитет»); колоние-стимулирующие факторы (КСФ), вызывающие экстраме­дуллярные (внемозговые) очаги кроветворения. Отдельно выделяют трансформирующий фактор роста Р (ТФРР).

В норме без антигенной стимуляции иммунной системы в кровотоке обнаруживаются небольшие количества цито­кинов, в основном цитокины стромальных клеток и моно­цитов, стимулами для секреции которых могут, по-види­мому, служить контакты с окружающими клетками, мета­болиты и многие другие факторы. В отсутствие стимуля­ции лимфокины не выделяются, и покоящиеся лимфоци­ты обычно на них не реагируют. Активированные клетки начинают продуцировать цитокины в ближайшие часы. Так, монокины и гемопоэтины обнаруживаются спустя 1ч, интерлейкины - через 2 (ИЛ-2), 4 (ИЛ-4), 6 ч (ИЛ-10). Пик выработки моно- и гемопоэтинов приходится на 3-14-й ч, а большинства интерлейкинов - на 2-3 сут.

Биологическая характеристика цитокинов. В настоя­щее время описано около 20 интерлейкинов, два ФНО (α и β), три ИНФ (α, β и γ), три КСФ.

Таблица 5. Основные клетки-продуценты и их цитокины

Как видно из табл. 5, наибольший спектр цитокинов синтезируют ТхО, но продуцируют они их в очень малом количестве. Более высокий уровень цитокинов секретиру-ют воспалительные Txl- и иммунные Тх2-лимфоциты. Цитотоксические лимфоциты образуют тоже большое ко­личество цитокинов, но интенсивность их секреции на­много ниже, чем у всех трех типов хелперов, моноцитов-макрофагов и клеток стромы.

Поиск по сайту: