Иммунная система человека обеспечивает специфическую защиту организма
от генетически чужеродных молекул и клеток, в том числе от инфекционных
агентов – бактерий, вирусов, грибов, простейших. Анатомически иммунная система
представлена обособленной лимфоидной тканью, располагающейся по всему
организму в виде различных органов и отдельных клеток.
Органы иммунной системы подразделяются на центральные и периферические.
К центральным относятся костный мозг и тимус, а к периферическим органам - лимфатические узлы, скопления лимфоидной ткани
(групповые фолликулы, миндалины), селезенка.
Основными клетками иммунной системы являются Т- и В-лимфоциты. Кроме лимфоцитов к клеткам иммунной системы относят мононуклеарные и гранулярные лейкоциты, тучные и дендритные клетки.
Центральные органы иммунной системы служат для воспроизведения и се-
лекции клеток иммунной системы. Здесь происходит лимфопоэз - рождение,
размножение (пролиферация) и дифференцировка лимфоцитов. У птиц к
центральным органам иммунной системы относят сумку Фабрициуса (бурсу),
локализованную в области клоаки.
Костный мозг локализуется в губчатом веществе костей (эпифизы трубчатых
костей, грудина, ребра и др.). В костном мозге находятся полипотентные стволовые
клетки, которые являются родоначальницами всех форменных элементов крови.
Вилочковая железа (тимус, зобная железа) располагается в верхней части
загрудинного пространства. Тимус появляется в период внутриутробного развития,
окончательно созревает к пятилетнему возрасту, после периода полового созревания начинается его инволюция, то есть замещение лимфоидной ткани на жировую и соединительную.
Предшественники Т-лимфоцитов, которые образовались из стволовой клетки в костном мозге, поступают в корковый слой тимуса. Здесь под влиянием тимических факторов они активно размножаются и дифференцируются (превращаются) в зрелые Т-лимфоциты.
В периферических органах иммунной системы происходит окончательная
дифференцировка иммунокомпетентных клеток и развитие иммунных реакций.
Лимфатические узлы - мелкие образования бобовидной формы, которые
располагаются по ходу лимфатических сосудов.Лимфатические узлы выполняют функцию
биологического сита - через них фильтруется лимфа.В секторах поверхностного коркового слоя расположены лимфатические фолликулы с центрами размножения В-лимфоцитов (герминативные центры). Паракортикальный слой - это зона Т-лимфоцитов. Мозговое вещество
образовано тяжами соединительной ткани, между которыми располагаются
макрофаги и плазматические клетки.
Селезенка - это орган, через который фильтруется вся кровь. Располагается в
левой подвздошной области и имеет дольчатое строение. Периартериальные лимфоидные скопления преимущественно заселены Т-лимфоцитами, а вторичные - В-лимфоцитами.
Групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) являются
скоплением лимфоидной ткани в слизистой оболочке тонкой кишки.Они обеспечивают местный иммунитет слизистой кишечника.
Миндалины глоточного кольца обеспечивает местный иммунитет в носоглотке, ротовой полости и верхних дыхательных путях, защищает их слизистые от внедрения микробов и других генетически чужеродных агентов воздушно-капельным или воздушно-пылевым путем.
К клеткам иммунной системы относятся в первую
очередь лимфоциты, фагоциты и дендритные клетки. Клетки иммунной системы
имеют общего предшественника - полипотентную стволовую клетку костного мозга.
Регуляторные клетки управляют функционированием компонентов
иммунной системы путем выработки медиаторов - иммуноцитокинов и лигандов.
Эти клетки определяют направление развития иммунного реагирования, его
интенсивность и продолжительность.
Эффекторные клетки воздействуют на чужеродный объект либо непосредственно, либо путем биосинтеза биологически активных веществ со специфическим эффектом (антитела, токсические субстанции,
медиаторы и пр.).
АПК захватывают, процессируют (перерабатывают) и
представляют (презентируют) антиген иммунокомпетентным клеткам (Т-хелперам)
в составе комплекса с МНС II класса. Наличие на мембране МНС II класса является
обязательным признаком АПК. Наиболее типичными АПК являются дендритные
клетки, В-лимфоциты и макрофаги.
Лимфоциты представляют собой подвижные мононуклеарные клетки. В
зависимости от места созревания в организме, эти клетки подразделяются на две
популяции Т- (тимус) и В- (бурса Фабрициуса, костный мозг) лимфоцитов.-осуществляют специфическое распознавание антигена, индукцию
клеточного и гуморального иммунного ответов, различные формы иммунного
реагирования.
В-лимфоциты - это преимущественно эффекторные иммунокомпетентные
клетки,зрелые В-лимфоциты и их потомки - плазматические клетки (плазмоциты) являются
антителопродуцентами. Их основным продуктом являются иммуноглобулины.
Кроме того, В-лимфоциты являются профессиональными АПК. Они участвуют в
формировании гуморального иммунитета, В-клеточной иммунологической памяти и
гиперчувствительности немедленного типа.
Т-лимфоциты - это сложная по составу группа клеток, которая происходит от
полипотентной стволовой клетки костного мозга, а созревает и дифференцируется в
тимусе из предшественников (пре-Т-лимфоциты).
Профессионально Т-лимфоциты разделяются на две
субпопуляции: иммунорегуляторы и эффекторы. Задачу регуляции иммунного
ответа выполняют Т-хелперы. Эффекторную функцию осуществляют
цитотоксические лимфоциты: Т-киллеры и естественные киллеры.
В организме Т-лимфоциты обеспечивают клеточные формы иммунного ответа
(гиперчувствительность замедленного типа, трансплантационный иммунитет,
противоопухолевый иммунитет и т. д.), определяют силу и продолжительность
иммунной реакции. Их созреванием, дифференцировкой и активностью управляют
цитокины.
Т-хелперы выполняют регуляторную функцию. При помощи специфического рецептора Т-хелпер
анализирует информацию, передаваемую ему АПК.
Т-киллеры представляют собой субпопуляцию Т-лимфоцитов-эффекторов.Т-киллер устраняет клетки-мишени путем антителонезависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности,
для чего синтезирует ряд токсических субтанций: перфорин, гранзимы и
гранулизин.
Перфорин - токсический белок, который синтезируют цитотоксические лимфоциты.
Гранзимы - это обобщающее название сериновых протеаз, синтезируемых
зрелыми активированными цитотоксическими лимфоцитами. Гранзимы индуцируют гибель клетки путем апоптоза.
Гранулизин - эффекторное вещество с ферментативной активностью,
синтезируемое цитотоксическими лимфоцитами. Способно запускать в клетках-
мишенях апоптоз.
Естественные киллеры (нормальные киллеры, NK-клетки - аббр. от англ.
Natural Killer) представляют собой малые лимфоциты. Они происходят из общей лимфоидной клетки-предшественницы, мигрируют с кровотоком, но отсутствуют в лимфе.
Обнаруживаются в печени, селезенке, слизистых, матке. ЕК являются главным
защитником макроорганизма от внутриклеточных паразитов.
Фагоциты - самая многочисленная фракция иммунокомпетентных клеток,
гетерогенная по морфологическим свойствам. Вырабатывают иммуноцитокины, ферменты, ион-
радикалы и другие биологически активные вещества, осуществляют вне- и
внутриклеточный киллинг и фагоцитоз. Макрофаги обеспечивают переработку и
представление антигена Т-хелперам.
Эозинофилы - гранулярные лейкоциты крови. Содержатся в крови, рыхлой
соединительной ткани. В большом количестве накапливаются в очагах местных
воспалений, вызванных гельминтами, и выполняют функцию киллеров
(антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность).
Тучные клетки - немигрирующие морфологические элементы неясного
происхождения, располагающиеся оседло вдоль барьерных тканей (lamina propria
слизистых оболочек, в подкожной соединительной ткани) и в соединительной ткани
кровеносных сосудов. По набору синтезируемых биологически активных
соединений и локализации выделяют две разновидности тучных клеток: клетки
слизистых оболочек и клетки соединительной ткани.
Базофилы - гранулоциты, происходящие от костномозговой стволовой
клетки. Имеют общую клетку-предшественник с эозинофилами, дифференцировка
которых альтернативно определяется цитокинами. Постоянно мигрируют с
кровотоком, привлекаются в очаг воспаления анафилотоксинами (С3а, С4а и С5а) и
задерживаются там при помощи соответствующих хоминговых рецепторов.
Дендритные клетки - отростчатые клетки костномозгового происхождения,
локализуются в лимфоидных органах и барьерных тканях. Экспрессируют на своей
поверхности МНС II класса и ко-стимулирующие факторы (СD40, 80, 86). Способны
поглощать путем эндоцитоза, перерабатывать (процессировать) и представлять
(презентировать) антиген Т-хелперам в комплексе с МНС II класса. Является
наиболее активной АПК. Из числа дендритных клеток хорошо известны клетки
Лангерганса (в эпидермисе), интердигитальные клетки (в лимфатических узлах),
дендритные клетки тимуса.
Антигенами называются вещества, несущие признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывающие развитие специфических иммунологических реакций.
Природными антигенами являются белки, полисахариды, мукополисахариды, липополисахариды, высокомолекулярные препараты нуклеиновых кислот.
Основные свойства антигенов:
1. Чужеродность – понятие, применительное к конкретному организму или виду. Например, кроличий альбумин не обладает чужеродностью по отношению к организму кролика, однако для морской свинки он будет чужеродным антигеном, вызывающим иммунный ответ.
2. Специфичность – особенности строения, по которым антигены отличаются друг от друга.
Специфическое строение антигенов обусловливает специфичность иммунного ответа, т.е.
направленность иммунного ответа только на вводимый антиген.
3. Антигенность – способность антигена избирательно реагировать со специфическими к нему АТ. Это свойство зависит от степени чужеродности, особенностей строения, и от
молекулярной массы вещества. Наименьшая молекулярная масса веществ, против которых удается получить антитела составляет около 1000 Дальтон. Вещества меньшей молекулярной массы являются неполноценными антигенами или гаптенами. Несмотря на то, что гаптены обладают чужеродностью, и способны связываться с готовыми антителами, они не способны индуцировать образование антител.
Однако гаптены могут приобрести свойства полноценных антигенов, если удается искусственно
увеличить их молекулярную массу: например, присоединить гаптен к белку или адсорбировать на
коллоидных частицах.
4. Иммуногенность – способность антигена индуцировать иммунный ответ (по Покровскому). Гаптены – вещества, обладающие свойством антигенности, но не обладают иммуногенностью.
Все компоненты бактериальной клетки являются полноценными антигенами. Среди бактериальных
антигенов различают структурные, непосредственно связанные с клеткой, и секретируемые во внешнюю среду. В соответствии с принадлежностью антигенов к определенным структурам бактериальной клетки различают следующие их виды:
1. Соматический антиген – О-антиген. Это антиген клеточной стенки бактерий. У Г+ бактерий основным соматическим антигеном являются тейхоевые кислоты, у Г- это липополисахарид (эндотоксин). О-антиген термостабилен.
2. Жгутиковый антиген – Н-антиген. Имеется только у подвижных бактерий, состоит из белка
флагеллина, термолабилен.
3. Капсульный – К-антиген. Поверхностный антиген вещества капсулы. Имеет мукополисахаридную или белковую природу, термолабилен.
4.Антигены, связанные с бактериальной клеткой, либо с другими нерастворимыми частицами, например, эритроцитами, называются корпускулярными, в отличие от растворимых антигенов, например, сывороточного альбумина.
К секретируемым (растворимым) бактериальным антигенам относятся экзотоксины и экзоферменты, в том числе, ферменты агрессии.
Антителами называются белковые молекулы, способные к специфическому связыванию с антигенными детерминантами. Антитела относятся к гамма-глобулинам. Другое название антител– иммуноглобулины.
Строение молекул антител было определено в конце 50-х годов 20 в. в работах Р.Портера и Эдельмана. У млекопитающих существует 5 классов иммуноглобулинов, различающихся по своему строению и некоторым свойствам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD.
Строение иммуноглобулинов.
Наиболее “типичное” строение имеют IgG. Молекула состоит из 4 белковых
цепей: двух легких (L) и двух тяжелых (H), которые соединены между собой
дисульфидными связями.
Центр связывания с антигенной детерминантой
называется активным центром антитела. Он образован N-концевыми участками
тяжелой и легкой цепей. Участок тяжелых цепей, расположенный вблизи
дисульфидных связей, называется шарнирной областью. С помощью фермента
папаина молекула IgG выше шарнирной области расщепляется на 3 фрагмента: 2 из
них содержали легкую цепь и часть тяжелой цепи, а также активный центр антитела
(Fab-фрагменты); третий фрагмент состоял только из остатков тяжелых цепей (Fc-
фрагмент). Таким образом, было показано, что молекула IgG имеет два активных
центра, то есть является двухвалентной (может связывать 2 молекулы антигена).
Благодаря подвижной шарнирной области Fab-фрагменты могут изменять взаимное
расположение в пространстве.
Аминокислотные последовательности легких и тяжелых цепей делятся на
константный (постоянный) и вариабельный участки. Вариабельные участки
находятся на N-концах легких и тяжелых цепей (VL и VH). Константные участки
последовательности находятся на С-концах цепей (СL и СH). В легких и тяжелых
цепях аминокислотные последовательности образуют несколько глобулярных
структур, которые называются доменами.
Активный центр антитела образуется вариабельными доменами легкой и
тяжелой цепей и представляет собой полость (паратоп), имеющую определенную
конфигурацию и распределение электрических зарядов на своей поверхности.
Размер, форма и распределение зарядов в активном центре определяет его
специфичность, т.е. способность связываться с определенной антигенной
детерминантой (эпитопом), имеющей комплементарную структуру.
Антигенные детерминанты представляют собой участки, выступающие на поверхности молекул антигенов. Поэтому взаимодействие эпитоп-паратоп происходит по принципу
“ключ-замок”. Прочность связи активного центра антител с антигенной
детерминантой характеризуется понятием аффинность.
Аффинность – это мера сродства активного центра и антигенной детерминанты.
Классы иммуноглобулинов
На долю иммуноглобулинов класса IgG приходится 75% от общего
количества сывороточных иммуноглобулинов. Важным свойством IgG является их
способность проходить через плаценту. Таким образом, материнские антитела
попадают в организм ребенка и защищают его в первые месяцы жизни от инфекции
(естественный пассивный иммунитет).
К классу IgM относится около 10% общего пула иммуноглобулинов.
Молекула IgM представляет собой пентамер, т.е. состоит из 5 одинаковых молекул,
сходных по своему строению с молекулой IgG, имеет 10 активных центров.
Субъединицы соединены между собой дисульфидными связями. В молекуле IgM
имеется дополнительная J-цепь, которая связывает субъединицы. Антитела класса
IgM не проходят через плацентарный барьер.
Антитела класса IgА составляют 15-20% от общего содержания
иммуноглобулинов. Молекула IgА состоит из 2-х легких и 2-х тяжелых цепей, имеет
2 активных центра. В сыворотке крови IgА присутствуют в мономерной форме,
тогда как в секретах слизистых оболочек IgА представлены в виде димеров и4
называются секреторными или sIgА, имеют 4 активных центра. С-концы тяжелых
цепей в молекуле sIgА соединены между собой J-цепью и белковой молекулой,
которая называется секреторный компонент. Секреторный компонент защищает
sIgА от расщепления и инактивации протеолитическими ферментами, которые
содержатся в большом количестве в секрете слизистых оболочек. Основная функция
sIgА – защита слизистых оболочек от инфекции. IgА не проникают через
плацентарный барьер. Они защищают желудочно-кишечный тракт новорожденного от инфекции.
IgD – в основном находятся на мембране В-лимфоцитов. Имеют строение,подобное IgG, 2 активных центра. Биологическая роль до конца не известна.
IgЕ – концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке крови
чрезвычайно низкая. Молекулы IgЕ в основном фиксированы на поверхности
тучных клеток и базофилов. По своему строению IgЕ сходен с IgG, имеет 2
активных центра. Предполагается, что IgЕ имеет существенное значение в развитии
антигельминтозного иммунитета. IgЕ играет главную роль в патогенезе некоторых
аллергических заболеваний (бронхиальная астма, сенная лихорадка) и