Условия появления иммуногенности. Что такое иммуногенность Явная патогенность и иммуногенность для

Все вакцины, кроме генно-инженерных, гетерогенны по свое­му антигенному составу. При введении корпускулярных вакцин (живых или убитых) появляются продукты их распада, отличаю­щиеся по физико-химическим свойствам. Образуются олигомеры, мономеры и низкомолекулярные фрагменты. Последние способ­ны взаимодействовать со специфическими рецепторами иммуно- компонентных клеток, не вызывая иммунного ответа. Кроме того, очень крупные молекулы антигена с высокой степенью валентно­сти также могут быть толерогенными. Менее гетерогенными явля­ются анатоксины и высокоочищенные микробные фракции, ис­пользуемые в качестве вакцин.

Иммуногенность полных антигенов, входящих в состав вакцин, зависит от размера и полимерности их молекул, иммуногенность гаптенов - от их эпитопной плотности на молекуле носителя. Низкополимерный антиген может вызывать не только слабый, но и качественно иной характер иммунного ответа по сравнению с высокополимерным антигеном.

С точки зрения молекулярной и клеточной иммунологии вак­цина должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Вакцина должна активировать вспомогательные клетки (мак­рофаги, дендритные клетки, клетки Лангерганса), участвую­щие в процессинге и представлении антигена.
2. Она должна содержать эпитопы для Т- и В-клеток, обеспе­чивающие необходимое соотношение гуморального и кле­точного иммунитета.
3. Она должна легко подвергаться процессированию, ее эпито- пы должны обладать способностью взаимодействовать с ан­тигенами гистосовместимости 1 и/или II класса.
4. Она должна индуцировать образование регуляторных клеток (Т-хелперов), эффекторных клеток (киллеров, Т-эффекторов ГЗТ, антителообразующих клеток) и клеток иммунологиче­ской памяти.

Идеальная вакцина должна соответствовать двум основным тре­бованиям: она должна быть безопасной и высокоэффективной. Она должна вводиться один раз и обеспечивать пожизненный иммуни­тет у 100% привитых. Таких вакцин пока нет. Несмотря на боль­шие успехи в области совершенствования существующих вакцин и разработки новых препаратов, длительность иммунитета, возни­кающего после введения большинства вакцин, мала даже при ус­ловии многоразового введения одной и той же вакцины. Для не­которых вакцин она составляет всего 1 год (табл. 25). Указанные в таблице данные получены разными авторами в разное время и являются достаточно условными. Следует отметить, что у имму­низированных лиц определенная степень специфической защиты остается и после исчезновения циркулирующих антител.

Таблица 25. Длительность иммунитета (по защитным титрам антител) после пер­вичной иммунизации Вакцина Длительность иммунитета Коклюшная 3 года Дифтерийный анатоксин 7-10 лет Столбнячный анатоксин 1-5 лет Против гепатита В 5 лет Коревая 15 лет Против краснухи 20 лет Против эпидемического паротита 8 лет Живая полиомиелитная Пожизненно БЦЖ 7-10 лет Против гепатита А 4 года Брюшнотифозная полисахаридная 2 года Антирабическая 3 года Против клещевого энцефалита 3 года Менингококковая полисахаридная 2 года Холерная 6 мес Против чумы 1 год Против сибирской язвы 1 год Против туляремии 5 лет Бруцеллезная 1-2 года Против гемофильной инфекции типа Ь 4 года

Сила иммунного ответа зависит от двух основных факторов: свойств макроорганизма и особенностей антигенов, используе­мых для иммунизации. Иммуногенность антигенов, получаемых из возбудителей инфекционных болезней, неодинакова. Наиболее иммуногенны экзотоксины и поверхностные антигены микроор­ганизмов. Иммуногенность вакцины во многом зависит от того, насколько удачно выбраны антигены для конструирования препа­рата. При недостаточной его иммуногенности используют неспе­цифические иммуностимуляторы (адъюванты). В практике вакци­нации в качестве иммуностимуляторов используют гидроокись алю­миния, фосфат алюминия, фосфат кальция, полиоксидоний и белковые носители.

Трудности в создании высокоэффективных вакцин связаны так­же с особенностями макроорганизма, его генотипа, фенотипа, с существованием двух видов иммунитета (гуморального и клеточ­ного), которые регулируются разными субпопуляциями клеток- хелперов (Тх1 и Тх2). Поствакцинальный иммунитет складывает­ся из двух видов иммунных реакций: гуморального и клеточного. Отсутствие циркулирующих антител еще не является доказатель­ством слабости иммунитета, при новой встрече с антигеном им­мунный ответ развивается за счет иммунологической памяти. Кроме того, в основе резистентности к некоторым видам инфекций ле­жат клеточные механизмы, поэтому вакцины, используемые для профилактики этих инфекций, должны формировать клеточный иммунитет.

Иммуногенность вакцин составляет основу ее эффективности. Как правило, корпускулярность вакцин (живых, убитых) обеспе­чивает необходимую иммуногенность, в остальных случаях часто приходится использовать дополнительные методы повышения иммуногенности вакцин.

Способы повышения иммуногенности вакцин

1. Использование оптимальной концентрации антигена.
2. Очистка вакцин от низкомолекулярных веществ, способных вызывать специфическую или неспецифическую супрессию иммунного ответа.
3. Агрегация антигена с помощью ковалентного связывания и других методов комплексообразования.
4. Включение в вакцину максимального количества эпитопов антигена.
5. Сорбция на веществах, создающих депо антигена (гидроокись алюминия, фосфат кальция и др.).
6. Использование липосом (водно-масляной эмульсии).
7. Добавление микробных, растительных, синтетических и дру­гих видов адъювантов.
8. Связывание слабого антигена с белковым носителем (столб­нячным, дифтерийным анатоксином и др.).
9. Включение антигена в микрокапсулы, обеспечивающие выб­рос антигена через заданный промежуток времени.

10. Улучшение условий процессинга и представления антигена. Использование антигенов гистосовместимости 1 и II классов или антител к этим антигенам.

Подходы к созданию вакцин, обеспечивающих формирование клеточного и гуморального иммунитета, различны. Это обуслов­лено участием в иммунном ответе двух регуляторных клеток: Тх1 и Тх2. Между ними существует определенная степень антагонизма, хотя они и образуются из одного и того же вида клеток-предше- ственников. Получить вакцину, которая бы вызывала клеточный иммунитет, достаточно трудно. Во многих случаях не удается пе­реключить иммунный ответ Тх2 на вакцину, которая стимулирует образование антител, на клеточный ответ Тх1.

Крайне важно, чтобы вакцины вызывали Т-зависимый иммун­ный ответ. В противном случае ответ будет кратковременным, а повторное введение вакцины не будет вызывать вторичный ответ. Первичный и вторичный иммунный ответ отличаются друг от друга по динамике формирования иммунитета (рис. 11). Вторичный им­мунный ответ недостаточно выражен, если для иммунизации ис­пользуется слабый антиген, если в организме присутствуют пассив­но введенные или активно приобретенные антитела, если антиген вводят пациенту с иммунодефицитом.

Вторичный иммунный ответ характеризуются следующими при­знаками:

1. Более раннее (по сравнению с первичным ответом) развитие иммунных реакций.
2. Уменьшение дозы антигена, необходимой для достижения оптимального ответа.
3. Увеличение силы и продолжительности иммунного ответа.
4. Усиление гуморального иммунитета:

– увеличение количества антителообразующих клеток и цир­кулирующих антител;

– активация Тх2 и усиление выработки их цитокинов (ИЛ-3, 4, 5, 6, 9, 10, 13, ГМ-КСФ и др.);

– сокращение периода образования ^М-ангител, преобла­дание 1нСт- и IgA-aнтитeл;

– повышение аффинности антител.

5. Усиление клеточного иммунитета:

– увеличение числа антигенспецифических Т-киллеров и Т-эффекторов ГЗТ;

– активация Тх1 и усиление выработки их цитокинов (ИФ-у, ФИО, ИЛ-2, ГМ-КСФ и др.);

– повышение аффиннности антигенспецифических рецеп­торов Т-клеток.

6.Повышение устойчивости к заражению.

Способность быстро реагировать на повторный контакт с анти­геном организм приобретает благодаря иммунологической памя­ти. Она характерна для клеточного и гуморального иммунитета, зависит от формирования Т- и В-клеток памяти. Иммунологичес­кая память развивается после перенесенной инфекции или вакци­нации и сохраняется длительное время.

При некоторых инфекциях антитела в сыворотке крови при­сутствуют на протяжении десятилетий. Вместе с тем полупериод жизни самого устойчивого иммуноглобулина составляет в среднем 25 дней. Таким образом, в организме постоянно происходит ре- синтез специфического иммуноглобулина.

Длительность постинфекционного иммунитета зависит от свойств возбудителя, инфицирующей дозы, состояния иммунной системы, генотипа, возраста и других факторов. Иммунитет может быть кратковременным, например при гриппе, дизентерии, воз­вратном тифе, достаточно продолжительным, например при си­бирской язве, риккетсиозе, лептоспирозе, и даже пожизненным, например при полиомиелите, кори, коклюше.

Приобретенный иммунитет является хорошей защитой против заражения тем же возбудителем. Если основным механизмом им­мунитета при данной инфекции является эффект нейтрализации, то наличие определенного уровня циркулирующих антител доста­точно для предупреждения реинфекции.

Для достижения стойкого иммунитета вакцины приходится вво­дить 2 раза и более. Первичная вакцинация может состоять из не­скольких доз вакцины, интервалы между дозами строго регламенти­рованы. График проведения ревакцинации более свободный, ревак­цинацию можно проводить через год и даже через несколько лет.

Интервал между введениями вакцины должен быть не менее 4 нед. В противном случае развивается менее стойкий иммунитет. Наоборот, некоторое увеличение 4-недельного интервала может усилить вторичный иммунный ответ. Максимальное повышение концентрации антител при вторичном ответе на вакцины возни­кает при невысоких исходных титрах антител. Высокий предше­ствующий уровень антител препятствует дополнительной выработке антител и длительному их сохранению, а в некоторых случаях на­блюдается снижение титров антител.

ЮЛ. Антигены

10.1.1. Общие представления

Онтогенез каждого макроорганизма про­ходит в непосредственном контакте с чуже­родными для него клетками, доклеточными формами жизни, а также отдельными моле­кулами биологического происхождения. Все эти объекты, будучи чужеродными, таят в себе огромную опасность: контакт с ними мо­жет нарушить гомеостаз, повлиять на течение биологических процессов и даже повлечь ги­бель макроорганизма. Поэтому чужеродные биологические объекты представляют собой эволюционно сформировавшийся ранний сигнал опасности для иммунной системы: они являются основным раздражителем и ко­нечной точкой приложения системы приоб­ретенного иммунитета. Совокупность таких объектов, как явления биологического мира, получила название антиген (от греч. anti - против и genos - создавать).

Антиген - это биополимер органичес­кой природы, генетически чужеродный для макроорганизма, который при попадании в последний распознается его иммунной системой и вызывает иммунные реакции, направленные на его устранение.

Теоретически антигеном может быть мо­лекула любого органического вещества, как вредного для макроорганизма, так и безвред­ного. В частности, антигенами являются ком­поненты и продукты жизнедеятельности бак­терий, грибов, простейших, вирусных частиц, организмов животных и растений.

Антигены имеют самое разнообразное про­исхождение. В сущности, они являются про­дуктом природного биологического синтеза любого чужеродного организма. В ряде случа­ев антигены могут образовываться в собствен­ном организме при структурных изменениях

уже синтезированных молекул при биодегра­дации, нарушении их нормального биосинтеза (эпигенетическая мутация) или генетической мутации клеток. Кроме того, антигены могут быть получены искусственно в результате на­учной или производственной деятельности человека, в том числе путем направленного химического синтеза. Однако в любом случае молекулу антигена будет отличать генетичес­кая чужеродность по отношению к макроор­ганизму, в который она попала.

Антигены могут проникать в макроорга­низм самыми различными путями: через кож­ные покровы или слизистые, непосредствен­но во внутреннюю среду организма, минуя покровы, - или образовываясь внутри него. Антигены распознаются иммунокомпетент-ными клетками и вызывают каскад разнооб­разных иммунных реакций, направленных на их инактивацию, разрушение и удаление.

По современным представлениям, учение об антигенах является ключевым для понима­ния основ молекулярно-генетических меха­низмов иммунной защиты макроорганизма, а также принципов иммунотерапии и имму­нопрофилактики.

10.1.2. Свойства антигенов

Антигены обладают рядом характерных свойств: антигенностью, специфичностью и иммуногенностью.

10.1.2.1. Антигенность

Под антигенностью понимают потенциаль­ную способность молекулы антигена акти­вировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с фактора­ми иммунитета (антитела, клон эффекторных лимфоцитов). Иными словами, антиген дол­жен выступать специфическим раздражителем по отношению к иммунокомпетентным клет­кам. При этом взаимодействие компоненты иммунной системы происходит не со всей

молекулой одновременно, а только с ее не­большим участком, который получил название «антигенная детерминанта», или «эпитоп».

Различают линейные, или секвенциальные, антигенные детерминанты (например, пер­вичная аминокислотная последовательность пептидной цепи) и поверхностные, или кон-формационные (расположенные на повер­хности молекулы антигена и возникшие в результате вторичной или более высокой кон-формации). Кроме того, существуют конце­вые эпитопы (расположенные на концевых участках молекулы антигена) и центральные. Определяют также «глубинные», или скрытые, антигенные детерминанты, которые проявля­ются при разрушении биополимера.

Размер антигенной детерминанты невелик, но может варьировать. Он определяется осо­бенностями антиген-рецепторной части фак­тора иммунитета, с одной стороны, и видом эпитопа - с другой. Например, антигенсвя-зывающий участок молекулы иммуноглобу­лина (как сывороточного, так и рецептора В-лимфоцита) способен распознать линей­ную антигенную детерминанту, образованную всего лишь 5 аминокислотными остатками. Конформационная детерминанта по сравне­нию с линейной несколько больше - для ее образования требуется 6-12 аминокислотных остатков. Рецепторный аппарат Т-лимфоци-тов ориентирован на иные по строению и раз­меру антигенные детерминанты. В частнос­ти, Т-киллеру для определения чужеродности требуется нанопептид, включенный в состав МНС I класса; Т-хелперу при распознавании «свой-чужой» необходим олигопептид разме­ром 12-25 аминокислотных остатков в комп­лексе с МНС II класса.

Структура и состав эпитопа имеют кри­тическое значение. Замена хотя бы одного структурного элемента молекулы приводит к образованию принципиально новой анти­генной детерминанты с иными свойствами. Нужно также отметить, что денатурация при­водит к полной или частичной потере анти­генных детерминант или появлению новых, при этом теряется специфичность антигена.

Так как молекулы большинства антигенов имеют довольно большие размеры, в их струк­туре определяется множество антигенных де-

терминант, которые распознаются разными по специфичности антителами и клонами лимфоцитов. Поэтому антигенность вещества зависит от наличия и числа антигенных детер­минант в структуре его молекулы.

Чужеродность является обязательным усло­вием для реализации антигенности. По этому критерию система приобретенного иммунитета дифференцирует потенциально опасные объ­екты биологического мира, синтезированные с чужеродной генетической матрицы. Понятие «чужеродность» относительное, так как имму-нокомпетентные клетки не способны напря­мую анализировать чужеродный генетический код. Они воспринимают лишь опосредованную информацию, которая, как в зеркале, отражена в молекулярной структуре вещества.

В норме иммунная система невосприим­чива к собственным биополимерам. Если на какой-либо биополимер в макроорганизме возникла реакция, то, соответственно, он приобрел черты чужеродности и перестал вос­приниматься иммунной системой как «свой». Подобное событие может возникнуть при некоторых патологических состояниях как результат нарушения регуляции иммунного ответа (см. «аутоантигены», «аутоантитела». «аутоиммунитет», «аутоиммунные болезни»).

Чужеродность находится в прямой зависи­мости от «эволюционного расстояния» между организмом-реципиентом и донором анти­генов. Чем дальше в филогенетическом раз­витии организмы отстоят друг от друга, тем большей чужеродностью и, следовательно, иммуногенностью обладают их антигены по отношению друг к другу. Это свойство ис­пользуют биологи и палеонтологи (при изуче­нии филогенеза, уточнении классификации и т.д.), судебно-медицинские эксперты и кри­миналисты (установление кровного родства, принадлежности улик, фальсификации пи­щевых продуктов и т. д.).

Чужеродность заметно проявляется даже между особями одного вида. Отмечено, что единичные замены аминокислот, составляю­щих основу внутривидового полиморфизма, эффективно распознаются антителами в се­рологических реакциях.

Вместе с тем антигенные детерминанты да­же генетически неродственных животных или

структурно различных биополимеров могут иметь определенное подобие. В этом случае их антигены оказываются способными специ­фически взаимодействовать с одними и теми же факторами иммунитета. Такие антигены получили название перекрестно реагирующих. Описанное явление характерно, например, для альбуминов, коллагенов, миоглобинов различ­ных видов животных. Обнаружено также сходс­тво антигенных детерминант стрептококка, сарколеммы миокарда и базальной мембраны почек, Treponema pallidum и липидной вытяжки из миокарда крупного рогатого скота, возбуди­теля чумы и эритроцитов человека О (I) группы крови. Явление, когда один микроб маскирует­ся антигенами другого микроба или макроорга­низма для «защиты» от факторов иммунитета, получило название антигенная мимикрия.

10.1.2.2. Иммуногенность

Иммуногенность - потенциальная способ­ность антигена вызывать по отношению к себе в макроорганизме специфическую за­щитную реакцию. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов, которые можно объединить в три группы:

1. Молекулярные особенности антигена;

2. Клиренс антигена в организме;

3. Реактивность макроорганизма.

К первой группе факторов отнесены природа, химический состав, молекулярный вес, струк­тура и некоторые другие характеристики.

Иммуногенность в значительной степени за­висит от природы антигена. Известно, что наибо­лее выраженными иммуногенными свойствами обладают белки и полисахариды, а нуклеино­вые кислоты и липиды, напротив, слабоимму-ногенны. В то же время их сополимеры: ЛПС, гликопротеиды, липопротеиды, - способны в достаточной мере активировать иммунную сис­тему и поэтому занимают промежуточное поло­жение по степени иммуногенности.

Определенное влияние на степень имму­ногенности оказывает химический состав мо­лекулы антигена. В частности, для иммуно­генности белков важно разнообразие их ами­нокислотного состава. Отмечено также, что сополимеры, состоящие из нескольких амино­кислот, иммуногеннее, чем из одной амино­кислоты. «Монотонные» полипептиды, пост-

роенные из одной аминокислоты, практически не активируют иммунную систему. Наличие в структуре молекулы белка ароматических ами­нокислот, таких как тирозин, триптофан, су­щественно повышает иммуногенность.

Важна также оптическая изомерия аминок-слот, составляющих молекулу белка. Пептиды, построенные из L-аминокислот, легко под­даются ферментативной деградации и вы-сокоиммуногенны. Полипептидная цепочка, построенная из правовращающих изомеров аминокислот, напротив, медленно расщеп­ляется ферментами макроорганизма и может проявлять лишь ограниченную иммуноген­ность при введении в очень малых дозах, так как высокие дозы таких соединений быстро приводят к развитию иммунологической то­лерантности (см. гл. 11, разд. 11.6).

Несмотря на кажущуюся равноценность ан­тигенных детерминант по иммуногенности, в их спектре существует определенная иерархия. Она проявляется тем, что эпитопы различают­ся по способности индуцировать иммунный ответ. Поэтому при иммунизации некоторым антигеном в полученном спектре антител будут преобладать иммуноглобулины, специфичные к отдельным антигенным детерминантам. Это явление получило название иммунодоминант-ности. По современным представлениям, им-мунодоминантность обусловлена различиями в сродстве эпитопов к антигенпрезентирую-щим комплексам гистосовместимости.

Большое значение имеет размер и молекулярная масса антигена. Несмотря на то, что белки хорошо стимулируют иммунную систему, небольшие по­липептидные молекулы с молекулярной массой менее 5 кДа, как правило, низкоиммуногенны. Минимальный расчетный размер олигопептида, способный индуцировать иммунный ответ, 6-12 аминокислотных остатков с молекулярной мас­сой около 450 Да. С увеличением размера пептида возрастает его иммуногенность. Теоретически су­ществует определенная зависимость между этими параметрами, однако на практике она не всегда выполняется из-за влияния посторонних факто­ров. Так, например, при равной молекулярной массе (около 70 кДа) альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин.

Для полисахаридов сохраняются примерно те же зависимости, что и для пептидных анти-

генов. Например, практически не проявляет никакой иммуногенности декстран, который используют в клинике для трансфузионной терапии - его молекулярная масса составля­ет около 75 кДа. В то же время полисахарид с молекулярной массой 600 кДа достаточ­но хорошо индуцирует в организме человека иммунную реакцию. Примечательно, что на нуклеиновые кислоты описанные закономер­ности практически не распространяются.

На степень иммуногенности также оказыва­ет влияние пространственная структура анти­гена. Чрезвычайно важным оказалось наличие в структуре антигена ос-спирали, разветвлен­ных боковых цепей, а также высокой плотнос­ти идентичных по строению эпитопов.

Опытным путем было доказано, что вы­сокодисперсные коллоидные растворы ан­тигена плохо индуцируют иммунный ответ. Гораздо большей иммуногенностью обладают агрегаты молекул и корпускулярные антиге­ны - цельные клетки (эритроциты, бактерии и т. д.). Это связано с тем, что корпускулярные и высокоагрегированные антигены лучше фа­гоцитируются, чем отдельные молекулы.

Важность пространственной структуры ан­тигена подчеркивает и тот факт, что фибрил­лярный белок коллаген, имеющий большую молекулярную массу (около 330 кДа), обладает значительно меньшей иммуногенностью по сравнению с таким глобулярным белком, как альбумин, который почти в 5 раз его легче.

Оказалась также существенной стерическая стабильность молекулы антигена. При денату­рации коллагена до желатина вместе с конфор-мационной «жесткостью» структуры молекулы практически полностью исчезает и ее иммуно-генность. Поэтому растворы желатина широко используются для парентерального введения.

Еще одним важным условием иммуно­генности является растворимость антигена. Например, такие высокомолекулярные бел­ки, как кератин, меланин, натуральный шелк, как и другие высокополимерные соединения, не могут быть получены в виде коллоидно­го раствора в нормальном состоянии, и они не являются иммуногенами. Благодаря этому свойству конский волос, шелк, кетгут и дру­гие применяются в клинической практике для восстановления целостности органов и

тканей. Поэтому воспалительную реакцию в месте шва или репозиции не следует рас­сматривать как иммунологический конфликт, спровоцированный шовным материалом.

Вторая группа факторов связана с динамикой поступления антигена в организм и его выведе­ния. Так, хорошо известна зависимость имму­ногенности антигена от способа его введения. Это свойство обусловлено анатомо-топографически-ми особенностями строения и развития иммун­ной системы в местах аппликации антигена, а также биологической природой иммуногена и в обязательном порядке учитывается при вакци­нации или иммунизации. Например, учитывая тропизм антигена, вакцину против полиомиели­та вводят перорально, против сибирской язвы - накожно, БЦЖ - внутрикожно, АКДС - под­кожно, против столбняка - внутримышечно.

На иммунный ответ влияет количество пос­тупающего антигена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Однако пе­редозировка антигена вызывает обратную ре­акцию - иммунологическую толерантность. Между количеством антигена и силой иммун­ного ответа в определенном отрезке (интерва­ле) доз существует логарифмическая зависи­мость, выражаемая уравнением антигенности (А. А. Воробьев, А. В. Маркович):

lgH = alfa+ betalgD,

где al и be - коэффициенты, характеризую­щие соответственно природу антигена и им-мунореактивность макроорганизма; Н - сила иммунного ответа; D - количество антигена.

Третья группа объединяет факторы, опреде­ляющие зависимость иммуногенности от со­стояния макроорганизма. В этой связи на пер­вый план выступают наследственные факторы. Хорошо известно, что результат иммунизации в определенной мере связан с генотипом особи. Существуют чувствительные и нечувствительные к определенным антигенам роды и виды живот­ных, которых используют в лабораторной работе. Например, кролики и крысы практически не ре­агируют на некоторые бактериальные антигены, которые могут вызывать у морской свинки или мыши чрезвычайно бурный иммунный ответ.

Даже внутри вида можно выделить группы близкородственных особей (например, ин-

бредные линии животных), которые по-раз­ному будут отвечать на вводимый антиген. В ходе гибридологического исследования ус­тановлено, что сила иммунного ответа на простой антиген у мышей детерминируется одним геном и имеет доминантный модус на­следования. Иммунное реагирование на слож­ные по строению антигены имеет мультиген-ный контроль. Причем у мышей и морских свинок четко прослеживается ассоциация силы иммунного ответа с генами главного комплекса гистосовместимости. В популяции людей также известны значительные (в десят­ки и сотни раз) межиндивидуальные различия в чувствительности к вакцинам - выделяют иммунологически реактивных и иммунологи-чески инертных индивидуумов.

Однако, как показали исследования, наряду с генетической предрасположенностью нема­ловажное значение имеет также функциональ­ное состояние макроорганизма - его психо­эмоциональный и гормональный фон, интен­сивность обменных процессов и пр. От этого зависит различный уровень чувствительности к одному и тому же антигену, как у одного ин­дивидуума в разные возрастные периоды, так и популяционная гетерогенность в целом.

Таким образом,

Иммуногенность является важным свойс­твом антигена, которое необходимо учиты­вать не только в научных исследованиях. С иммуногенностью, а точнее с индивиду­альной реактивностью макроорганизма на

Введение антигена, связаны популяционные проблемы вакцинации. Ввиду сложности подбора индивидуальной дозы вакцинного

I препарата, применяют те дозы, способы и формы его введения, которые обеспечивают наибольший процент положительных реак­ций в популяции в целом. Считается, что для предотвращения или прекращения развития эпидемического процесса необходимо, что­бы иммунитетом в коллективе располагало 45 % привитых.

Иммуногенностью антигена можно уп­равлять, модифицируя перечисленные вы­ше факторы. Существуют группы веществ:

адъювантов и иммуномодуляторов, - кото­рые способны неспецифически усиливать это свойство антигена. Такой эффект широко используется при создании вакцин, в имму­нотерапии, иммунопрофилактике и научно-исследовательской работе.

10.1.2.3. Специфичность

Специфичностью называют способность ан­тигена индуцировать иммунный ответ к строго определенному эпитопу. Это свойство обуслов­лено особенностями формирования иммунно­го ответа - необходима комплементарность рецепторного аппарата иммунокомпетентных клеток к конкретной антигенной детерминанте. Поэтому специфичность антигена во многом определяется свойствами составляющих его эпитопов. Однако при этом следует учитывать условность границ эпитопов, их структурное разнообразие и гетерогенность клонов анти-генреактивных лимфоцитовой специфичности. В результате этого организм на антигенное раз­дражение всегда отвечает поликлональными им­мунным ответом. Подсчитано, что на отдельные антигенные детерминанты одновременно ре­агирует до ста различных клонов эффектор-ных лимфоцитов. Это обусловливает широкий спектр варьирования аффинности специфичес­ких иммуноглобулинов, и такие иммуноглобу­лины называют поликлональными.

10.1.3. Классификация антигенов Основываясь на отдельных характерных свойствах, все многообразие антигенов может быть подразделено на несколько классифика­ционных групп:

По происхождению,

По природе,

По молекулярной структуре,

По степени иммуногенности,

По степени чужеродности,

По направленности активации и обеспе­ченности иммунного реагирования.

По происхождению различают экзоген­ные (возникшие вне организма) и эндоген­ные (возникшие внутри организма) антигены. Среди эндогенных особого внимания заслу­живают ауто- и неоантигены.

Аутогенные антигены (аутоантигены), или антигены собственного организма, - это

структурно неизмененные молекулы, синтези­руемые в организме в физиологических усло­виях. В норме аутоантигены не вызывают ре­акцию иммунной системы вследствие сформи­ровавшейся иммунологической толерантности (невосприимчивости) либо их недоступности для контакта с факторами иммунитета - это так называемые забарьерные антигены. При срыве толерантности или нарушении целост­ности биологических барьеров (наиболее час­тая причина - травма) компоненты иммунной системы начинают специфически реагировать на аутоантигены выработкой специфических факторов иммунитета (аутоантитела, клон ау-тореактивных лимфоцитов).

От аутоантигенов следует отличать неоан­тигены, которые возникают в организме в результате мутаций. После модификации мо­лекулы приобретают черты чужеродности.

По природе: биополимеры белковой (протеиды) и небелковой природы (полиса­хариды, липиды, липополисахариды, нуклеи­новые кислоты и пр.).

По молекулярной структуре: глобуляр­ные (молекула имеет шаровидную форму) и фибриллярные (форма нити).

По степени иммуногенности: полно­ценные и неполноценные. Полноценные ан­тигены обладают выраженной антигеннос-тью и иммуногенностью - иммунная система чувствительного организма реагирует на их введение выработкой факторов иммунитета. Такие вещества, как правило, имеют доста­точно большую молекулярную массу (более 10 кДа), большой размер молекулы (частицы) в виде глобулы и хорошо взаимодействуют с факторами иммунитета.

Неполноценные антигены, или гаптены (термин предложен К. Ландштейнером), напротив, не способны при введении в нормальных условиях индуцировать в организме иммунный ответ, так как обладают крайне низкой иммуногенностью. Однако свойство антигенности они не утратили, что позволяет им специфически взаимодейс­твовать с уже готовыми факторами иммунитета (антителами, лимфоцитами). Чаще всего гапте-нами являются низкомолекулярные соединения (молекулярная масса меньше 10 кДа).

При определенных условиях удается за­ставить иммунную систему макроорганизма

специфически реагировать на гаптен как на полноценный антиген и вырабатывать фак­торы иммунитета. Для этого необходимо ис­кусственно укрупнить молекулу гаптена - соединить ее прочной связью с достаточно большой белковой молекулой. Молекула бел­ка-носителя получила название шлеппер (от нем. schlepper - буксир). Синтезированный таким образом конъюгат будет обладать всеми свойствами полноценного антигена и вызы­вать при введении в организм выработку ан­тител или клона лимфоцитов, специфичных к гаптенной части комплекса. При этом спе­цифичность в составе молекулы конъюгата определяется гаптенной частью, а иммуно-генность - белком-носителем.

Используя для иммунизации конъюгаты, получают антитела к гормонам, лекарствен­ным препаратам и другим низкоиммуно-генным соединениям. Созданные на осно­ве антител к низкомолекулярным веществам диагностикумы, диагностические наборы и иммуносорбенты позволили значительно рас­ширить возможности и повысить эффектив­ность лабораторной диагностики и фармако­терапии, а также синтеза и выделения особо чистых биоорганических соединений.

По степени чужеродности: ксено-, ал­ло- и изоантигены. Ксеногенные антигены (или гетерологичные) - общие для организмов, стоящих на разных ступенях эволюционного развития, например, относящиеся к разным родам и видам. Впервые феномен общности ряда антигенов у животных различных видов был отмечен Д. Форсманом (1911). Ученый иммунизировал кролика суспензией органов морской свинки. Оказалось, что полученная в ходе эксперимента иммунная сыворотка бы­ла способна взаимодействовать не только с антигенами морской свинки, но также агглю­тинировать эритроциты барана. Позже было установлено, что морская свинка и баран име­ют ряд структурно сходных антигенных детер­минант, дающих перекрестное реагирование. В дальнейшем перечень подобных ксеногенных антигенов был расширен десятками и сотнями пар и даже триплетов, которые формировали между собой как теплокровные, так и холод­нокровные животные, растения и микробы. Все эти антигены получили обобщенное на-

звание антигены Форсмана. В настоящее время антигены Форсмана рассматривают в истори­ческом аспекте, а исследование гетероанти-генов широко применяется в судебно-меди­цинской экспертизе, палеонтологии и других областях медицины и естествознания.

Аллогенные антигены (или групповые) - об­щие для генетически неродственных орга­низмов, но относящихся к одному виду. На основании аллоантигенов общую популяцию организмов можно подразделить на отдельные группы. Примером таких антигенов у людей являются антигены групп крови (системы АВО и др.) и многие другие. Аллогенные ткани при трансплантации иммунологически несов­местимы - они отторгаются или лизируются реципиентом. Микробы на основании груп­повых антигенов могут быть подразделены на серогруппы. Это имеет большое значение для микробиологической диагностики (например, классификация сальмонелл Кауфмана-Уайта) и эпидемиологического прогнозирования.

Изогенные антигены (или индивидуаль­ные) - общие только для генетически иден­тичных организмов, например для однояйцо­вых близнецов, инбредных линий животных. Изотрансплантаты обладают практически полной иммунологической совместимостью и не отторгаются реципиентом при пересадке. Примером таких антигенов в популяции лю­дей являются антигены гистосовместимости, а у бактерий - типовые антигены, не дающие дальнейшего расщепления.

В пределах отдельного организма в опреде­ленных анатомо-морфологических образовани­ях (например, органах или тканях) обнаружива­ются специфичные для них антигены, которые в других органах и тканях больше не встреча­ются. Это, например, раковоэмбриональные антигены (альфа-фетопротеин, трансферрин). Такие антигены получили обобщенное назва­ние органо- и тканеспецифтеских.

Отдельным критерием классификации является направленность активации и обеспеченность иммунного реагирова­ния в ответ на внедрение антигена. В зависи­мости от физико-химических свойств вещест­ва, условий его внедрения, характера реакции и реактивности макроорганизма различают иммуногены, толерогены и аллергены.

Иммуногены при попадании в организм спо­собны индуцировать продуктивную реакцию иммунной системы, которая заканчивается выработкой факторов иммунитета (антите­ла, антигенореактивные клоны лимфоци­тов). В клинической практике иммуногены используют для иммунодиагностики, имму­нотерапии и иммунопрофилактики многих патологических состояний.

Толероген является полной противополож­ностью иммуногену. При взаимодействии с системой приобретенного иммунитета он вы­зывает включение альтернативных механиз­мов, приводящих к формированию иммуноло­гической толерантности или неотвечаемости на эпитопы данного толерогена (см. разд. 11.6). Толерогену, как правило, присуща мономер­ность, низкая молекулярная масса, высокая эпитопная плотность и высокая дисперсность (безагрегатность) коллоидных растворов. Толерогены используют для профилактики и лечения иммунологических конфликтов и ал­лергии путем наведения искусственной неот­вечаемости на отдельные антигены.

Аллерген также воздействует на систему приобретенного иммунитета. Однако, в отли­чие от иммуногена, производимый им эффект формирует патологическую реакцию организ­ма в виде гиперчувствительности немедлен­ного или замедленного типа (см. разд. 11.4). По своим свойствам аллерген не отличается от иммуногена. В клинической практике ал­лергены применяют для диагностики инфек­ционных и аллергических заболеваний.

Среди иммуногенов выделяют две груп­пы антигенов, различающихся по необходи­мости вовлечения Т-лимфоцитов в индук­цию иммунного ответа. Это - Т-зависимые и Т-независимые антигены. Иммунная реакция в ответ на введение Т-зависимого антиге­на реализуется при обязательном участии Т-лимфоцитов (Т-хелперов). К Т-зависи-мым относится большая часть известных ан­тигенов. В то же время для развития иммун­ного ответа на Т-независимые антигены не требуется привлечение Т-хелперов. Эти ан­тигены способны непосредственно стимули­ровать В-лимфоциты к антителопродукции, дифференцировке и пролиферации, а также вызывать иммунный ответ у бестимусных

животных. Т-независимые антигены имеют относительно простое строение. Это круп­ные молекулы с молекулярной массой более 10^ 3 кДа, они поливалентны и имеют моно­тонно повторяющиеся последовательности с многочисленными однотипными эпитопами. Т-независимые антигены обладают митоген-ным действием и способны индуцировать поликлональную реакцию. В качестве при­мера можно привести полимерную форму флагеллина (сократительный белок жгути­ков бактерий), Л ПС, туберкулин, сополиме­ры D-аминокислот и др.

От Т-независимых антигенов следует отличать суперантигены. Это условный термин, введенный для обозначения группы веществ, в основном, микробного происхождения, которые могут не­специфически вызывать поликлональную реак­цию. В организме в обход естественного процес-синга антигена цельная молекула суперантигена способна вмешиваться в кооперацию антигенп-резентирующей клетки и Т-хелпера и нарушать распознавание «свой-чужой». Установлено, что молекула суперантигена самостоятельно связы­вается с межклеточным комплексом «антиген гистосовместимости II класса - Т-клеточный рецептор» и формирует ложный сигнал распоз­навания чужеродной субстанции. В процесс не­специфической активации одновременно вовле­кается огромное количество Т-хелперов (до 20 % от общей массы и более), возникает гиперпро­дукция цитокинов, за которой следует поликло-нальная активация лимфоцитов, их массовая ги­бель вследствие апоптоза и развитие вторичного функционального иммунодефицита.

На сегодняшний день свойства суперанти­гена обнаружены у стафилококкового энте-ротоксина, белков вирусов Эпштейна-Барр, бешенства, ВИЧ и некоторых других микро­бных субстанций.

10.1.4. Антигены организма человека

Начало изучению аллоантигенных свойств тканей было положено К. Ландштайнером, который в 1900 г. открыл систему групповых антигенов эритроцитов (АВО). В организме человека выделяют множество разнообразных антигенов. Как биологические объекты, они нужны не только для полноценного развития и функционирования всего организма в целом,

но также несут важную информацию, столь необходимую для клинико-лабораторной диа­гностики при определении иммунологической совместимости органов и тканей в трансплан­тологии, а также в научных исследованиях.

С позиций клинической медицины наиболь­ший интерес и важность из числа группоспеци-фических (аллогенных) антигенов представляют антигены групп крови, среди индивидуально специфических (изогенны) - антигены гисто­совместимости, а в группе органо- и тканеспеци-фических - раковоэмбриональные антигены.

10.1.4.1. Антигены групп крови человека

Антигены групп крови человека легко опре­деляются на мембране эритроцитов, поэтому они получили название «эритроцитарные ан­тигены». На сегодняшний день известно более 250 различных эритроцитарных антигенов.

Наиболее важное клиническое значение имеют антигены системы АВ0 и Rh (ре­зус-фактор): их необходимо учитывать при проведении гемотрансфузионной терапии, пересадке органов и тканей, предупреж ie нии и лечении иммуноконфликтныхослож-нений беременности и т. д.

Антигены системы АВО располагаются на на­ружной мембране всех клеток крови и тканей человека, но наиболее выражены на эритроци­тах. Кроме того, у большинства людей (80 %) эти антигены обнаруживаются в плазме крови, лимфе, секретах слизистых и других биоло­гических жидкостях. Антигены системы АВО синтезируются ядросодержащими предшест­венниками эритроцитов и многими другими клетками организма. Они свободно секретиру-ются в межклеточное пространство и поэтому могут появиться на мембране клетки либо как продукт клеточного биосинтеза, либо в резуль­тате сорбции из межклеточных жидкостей.

Антигены системы АВО представляют собой высокогликозилированные пептиды: 85 % при­ходится на углеводную часть и 15 % - на поли­пептидную. Пептидный компонент состоит из 15 аминокислотных остатков. Он постоянен для всех групп крови АВО и иммунологически инер­тен. Иммуногенность молекулы антигена систе­мы АВО определяется его углеводной частью.

В системе антигенов АВО выделяют три вари­анта антигенов, различающихся по строению углеводной части: Н, А и В. Базовой молекулой является антиген Н, специфичность которого определяют три углеводных остатка. Антиген А имеет в структуре дополнительный, четвертый углеводный остаток- N-ацетил-D-галактозу, а антиген В - D-галактозу Антигены системы АВО имеют независимое аллельное наследо­вание, что определяет наличие в популяции 4 групп крови: 0(1), А (II), В (III) и AB(IV). Кроме того, антигены А и В имеют несколько аллотипов (например, А1, A2, А3... или В1, В 2 , В 3 ...), которые встречаются в популяции людей с различной частотой.

Определяют групповую принадлежность пациента по системе антигенов АВО в реак­ции агглютинации - эритроциты пациента тестируются специфическими групповыми антисыворотками. Однако, учитывая высо­кий популяционный полиморфизм данной антигенной системы, перед гемотрансфузией в обязательном порядке проводят биологи­ческую пробу на совместимость реципиента и препарата донорской крови. Ошибка в опре­делении групповой принадлежности и пере­ливание пациенту несовместимой по группе крови, как правило, приводит к развитию острого состояния - внутрисосудистого ге­молиза вплоть до гемолитического шока и гибели пациента.

Второй важнейшей системой эритроцитарньгх антигенов является система резус (Rh) - так на­зываемые резус-антигены или резус-факторы. Эти антигены синтезируются предшественниками эритроцитов и обнаруживаются главным образом на эритроцитах, так как они нерастворимы в био­логических жидкостях. По химической структуре резус-антиген представляет собой термолабиль­ный липопротеид. Выделяют 6 разновидностей этого антигена. Генетическая информация о его строении находится в многочисленных аллелях трех сцепленных между собой локусов (D/d, С/с, Е/е). В зависимости от наличия или отсутствия резус-антигена, в популяции людей различают две группы: резус-положительные и резус-отри­цательные индивидуумы.

Совпадение по резус-антигену важно не только при переливании крови, но также для течения и исхода беременности.

При беременности «резус-отрицательной» матери «резус-положительным» плодом мо­жет развиться «резус-конфликт». Это пато­логическое состояние связано с выработкой антирезусных антител, способных вызвать иммунологический конфликт: невынаши­вание беременности или желтуху новорож­денного (внутрисосудистый иммунный ли-зис эритроцитов).

Эпитопная плотность антигена на мембране эритроцитов невысока. Кроме того, его моле­кула недостаточно удобна для взаимодействия с антителами. Поэтому «резус-антигены» оп­ределяют на мембране эритроцитов в реакции непрямой агглютинации (реакция Кумбса).

10.1.4.2. Антигены гистосовместимости

На цитоплазматических мембранах практи­чески всех клеток макроорганизма обнаружива­ются антигены гистосовместимости. Большая часть из них относится к системе главного ком­плекса гистосовместимости, или МНС (аббр. от англ. Main Hystocompatibility Complex).

Антигены гистосовместимости играют ключевую роль в осуществлении специфичес­кого распознавания «свой-чужой» и индук­ции приобретенного иммунного ответа. Они определяют совместимость органов и тканей при трансплантации в пределах одного вида, генетическую рестрикцию (ограничение) им-мунного реагирования и другие эффекты.

Большая заслуга в изучении МНС, как яв­ления биологического мира, принадлежит Дж. Доссе, П. Догерти, П. Гореру, Г. Снеллу, Р. Цинкернагелю, Р. В. Петрову, ставшим ос­новоположниками иммуногенетики.

Впервые МНС был обнаружен в 60-х годах XX в. в опытах на генетически чистых (инбредных) линиях мышей при попытке межлинейной пе­ресадки опухолевых тканей (П. Горер, Г. Снелл). У мышей этот комплекс получил название Н-2 и был картирован в 17-й хромосоме.

У человека МНС был описан несколько позже в работах Дж. Доссе. Его обозначи­ли как HLA (аббр. от англ. Human Leukocyte Antigen), так как он ассоциирован с лейкоци­тами. Биосинтез HLA определяется генами,

локализованными сразу в нескольких локусах короткого плеча 6-й хромосомы.

МНС имеет сложную структуру и высокую полиморфность. По химической природе анти­гены гистосовметимости представляют собой гликопротеиды, прочно связанные с цитоплаз-матической мембраной клеток. Их отдельные фрагменты имеют структурную гомологию с молекулами иммуноглобулинов и поэтому от­носятся к единому суперсемейству. Различают два основных класса молекул МНС. Условно принято, что МНС I класса индуцирует преиму­щественно клеточный иммунный ответ, а МНС II класса- гуморальный. Основные классы объединяют множество сходных по структуре антигенов, которые кодируются множеством аллельных генов. При этом на клетках индиви­дуума могут экспрессироваться не более двух разновидностей продуктов каждого гена МНС, что важно для поддержания популяционной гетерогенности и выживания как отдельной особи, так и всей популяции в целом.

МНС I класса состоит из двух нековалент-но связанных полипептидных цепей с разной молекулярной массой: тяжелой альфа-цепи и легкой бета-цепи (рис. 10.1). Альфа-цепь имеет внеклеточный участок с доменным строением (alfa1-, а2- и а3-домены), трансмембранный и цитоплазматический. Бета-цепь представляет собой бета-2-микроглобулин, который «нали­пает» на а3-домен после экспрессии альфа-це­пи на цитоплазматической мембране клетки.

Альфа-цепь обладает высокой сорбцион-ной способностью по отношению к пептидам Это свойство определяется all- и а2-домена-ми, формирующими так называемую «щель Бьоркмана» - гипервариабельный участок, ответственный за сорбцию и презентацию молекул антигена. «Щель Бьоркмана» МНС I класса вмещает нанопептид, который в та­ком виде легко выявляется специфическими антителами.

Процесс формирования комплекса «МНС I класса-антиген» протекает внутриклеточно непрерывно. В его состав включаются любые эндогенно синтезированные пептиды, в том числе вирусные. Комплекс изначально соби­рается в эндоплазматическом ретикулуме, куда при помощи особого белка, протеосомы, пере­носятся пептиды из цитоплазмы. Включенный в комплекс пептид придает структурную ус­тойчивость МНС I класса. В его отсутствие функцию стабилизатора выполняет шаперон (калнексин).

Для МНС I класса характерна высокая ско­рость биосинтеза - процесс завершается за 6 часов. Этот комплекс экспрессируются на поверхности практически всех клеток, кроме эритроцитов (в безъядерных клетках отсутс­твует биосинтез) и клеток ворсинчатого тро-фобласта («профилактика» отторжения пло­да). Плотность МНС I класса достигает 7000 молекул на клетку, и они покрывают около 1 % ее поверхности. Экспрессия молекул заметно усиливается под влиянием цитокинов, напри­мер gama-интерферона.

В настоящее время у человека различают более 200 различных вариантов HLA I класса. Они кодируются генами, картированными в трех основных сублокусах 6-й хромосомы и наследуются и проявляются независимо: HLA-A, HLA-B и HLA-C. Локус А объединяет более 60 вариантов, В - 130, а С - около 40.

Типирование индивидуума по HLA I класса проводится на лимфоцитах серологическими методами - в реакции микролимфоцитолиза со специфическими сыворотками. Для диагнос­тики используют поликлональные специфи­ческие антитела, обнаруживаемые в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также моноклональные.

Учитывая независимое наследование генов сублокусов, в популяции формируется беско­нечное множество неповторяющиеся комби­наций HLA I класса. Поэтому каждый человек строго уникален по набору антигенов гистосов-местимости, исключение составляют только однояйцовые близнецы, которые абсолютно похожи по набору генов. Основная биологи­ческая роль HLA I класса состоит в том, что они определяют биологическую индивидуаль­ность («биологический паспорт») и являются маркерами «своего» для иммунокомпетентных клеток. Заражение клетки вирусом или мутация изменяют структуру HLA I класса. Содержащая чужеродные или модифицированные пептиды молекула МНС I класса имеет нетипичную для данного организма структуру и является сиг­налом для активации Т-киллеров (СD8 + -лим-фоциты). Клетки, отличающиеся по I классу, уничтожаются как чужеродные.

В структуре и функции МНС II класса есть ряд принципиальных отличий. Во-первых, они имеют более сложное строение. Комплекс об­разован двумя нековалентно связанными по­липептидными цепочками (альфа-цепь и бета-цепь), имеющими сходное доменное строение (рис. 10.1). Альфа-цепь имеет один глобуляр­ный участок, а бета-цепь - два. Обе цепи как трансмембранные пептиды состоят из трех участков - внеклеточного, трансмембранного и цитоплазматического.

Во-вторых, «щель Бьоркмана» в МНС II клас­са образована одновременно обеими цепочками. Она вмещает больший по размеру олигопептид (12-25 аминокислотных остатков), причем пос­ледний полностью «скрывается» внутри этой щели и в таком состоянии не обнаруживается специфическими антителами.

В-третьих, МНС II класса включает в себя пептид, захваченный из внеклеточной среды путем эндоцитоза, а не синтезированный са­мой клеткой.

В-четвертых, МНС II класса экспресси-руется на поверхности ограниченного числа клеток: дендритных, В-лимфоцитах, Т-хел-перах, активированных макрофагах, тучных, эпителиальных и эндотелиальных клетках. Обнаружение МНС II класса на нетипичных клетках расценивается в настоящее время как иммунопатология.

Биосинтез МНС II класса протекает в эн-доплазматическом ретикулуме, образующий­ся димерный комплекс затем встраивается в цитоплазматическую мембрану. До включе­ния в него пептида комплекс стабилизируется шапероном (калнексином). МНС II класса экспрессируется на мембране клетки в течение часа после эндоцитоза антигена. Экспрессия комплекса может быть усилена ga-интерферо-ном и снижена простагландином Е 2 .

У мыши антиген гистосовместимости по­лучил название la-антиген, а у человека, по аналогии, - HLAII класса.

По имеющимся данным, человеческому организму свойственен чрезвычайно высо­кий полиморфизм HLA II класса, который в большей степени определяется особенностя­ми строения бета-цепи. В состав комплекса входят продукты трех основных локусов: HLA DR, DQ и DP. При этом локус DR объединяет около 300 аллельных форм, DQ - около 400, a DP - около 500.

Наличие и тип антигенов гистосовмес­тимости II класса определяют в серологи­ческих (микролимфоцитотоксический тест) и клеточных реакциях иммунитета (сме­шанная культура лимфоцитов, или СКЛ). Серологическое типирование МНС II класса производят на В-лимфоцитах с использо­ванием специфических антител, обнаружи­ваемых в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также син­тезированных методами генной инженерии. Тестирование в СКЛ позволяет выявить ми­норные компоненты МНС II класса, не опре­деляемые серологически. В последнее время все чаще применяют ПЦР.

Биологическая роль МНС II класса чрез­вычайно велика. Фактически этот комплекс участвует в индукции приобретенного им­мунного ответа. Фрагменты молекулы анти­гена экспрессируются на цитоплазматичес-кой мембране особой группы клеток, которая получила название антигенпрезентирующих клеток (АПК). Это еще более узкий круг сре­ди клеток, способных синтезировать МНС II класса. Наиболее активной АПК считается дендритная клетка, затем - В-лимфоцит и макрофаг. Структура МНС II класса с вклю-

ченным в него пептидом в комплексе с ко-факторными молекулами CD-антигенов вос­принимается и анализируется Т-хелперами (СD4 + -лимфоциты). В случае принятия ре­шения о чужеродности включенного в МНС II класса пептида Т-хелпер начинает синтез соответствующих иммуноцитокинов, и вклю­чается механизм специфического иммунного реагирования. В итоге активируется проли­ферация и окончательная дифференцировка антигенспецифичных клонов лимфоцитов и формирование иммунной памяти.

Помимо описанных выше антигенов гисто-совместимости, идентифицирован III класс молекул МНС. Локус, содержащий кодирую­щие их гены, вклинивается между I и II клас­сом и разделяет их. К МНС III класса относят­ся некоторые компоненты комплемента (С2, С4), белки теплового шока, факторы некроза опухоли и др.

10.1.4.3. Опухольассоциированные антигены

Первые указания на наличие в опухолях специфических антигенов датируются 40-ми годами XX в. В 1948-1949 гг. Л. А. Зильбер, видный отечественный микробиолог и имму­нолог, при разработке вирусной теории рака доказал существование антигена, специфич­ного для опухолевой ткани. Позже, в 60-х годах XX в., Г. И. Абелев (в опытах на мышах) и Ю. С. Татаринов (при обследовании лю­дей) обнаружили в сыворотке крови больных первичным раком печени эмбриональный вариант сывороточного альбумина - альфа-фетопротеин. К настоящему моменту опу­хольассоциированные антигены обнаружены и охарактеризованы для многих опухолей, и были даже клонированы их гены. Однако не все опухоли содержат специфические мар­керные антигены, и не все маркеры обладают строгой тканевой специфичностью.

Опухольассоциированные антигены клас­сифицируют по локализации и генезу. По местонахождению различают сывороточные, секретируемые опухолевыми клетками в меж­клеточную среду, и мембранные. Последние по­лучили название опухолеспецифтеских транс­плантационных антигенов, или TSTA (аббр. от англ. Tumor-specific transplantation antigen).

В зависимости от природы выделяют вирус­ные, эмбриональные, нормальные гиперэкспрес-сируемые и мутантные антигены, ассоции­руемые с опухолями. Вирусные опухольассо­циированные антигены, по сути, являются белками онковирусов. Эмбриональные анти­гены в норме синтезируются в зародышевом периоде. Это, например, альфа-фетопротеин (см. выше); нормальный протеин тестикул, MAGE 1, 2, 3 и др. - маркеры нормальных семенников, а также меланомы, рака молоч­ной железы и пр.; хорионический гонадотро-пин - в норме синтезируется в плаценте, а также при хориокарциноме и других опухо­лях. В меланоме в большом количестве синте­зируется нормальный фермент тирозиназа.

Из мутантных белков следует отметить характерный для многих опухолей протеин Ras - ГТФ-связывающий белок, участвую­щий в трансмембранном проведении сигнала. Маркерами рака молочной и поджелудочной желез, карцином кишечника являются моди­фицированные муцины (MUC 1, 2 и др.).

Из общих свойств опухольассоциированных антигенов необходимо отметить, что в боль­шинстве своем они представляют собой про­дукты экспрессии генов, в норме включаемых только в эмбриональном периоде. Они являют­ся слабыми иммуногенами, хотя в отдельных случаях могут индуцировать реакцию цитоток-сических Т-лимфоцитов (Т-киллеров) и рас­познаваться в составе молекул МНС (HLA) I класса. Направленные против опухольассоци­ированных антигенов специфические антитела, в сущности, не угнетают рост опухолей, а, на­оборот, вызывают иммунодепрессию.

10.1.4.4. CD-антигены

На мембране клеток обнаруживаются груп­повые антигены, объединяющие клетки, име­ющие сходные морфофункциональные харак­теристики или находящиеся на определенной стадии развития. Эти маркерные молекулы получили название антигенов кластеров диф-ференцировки клетки, или CD-антигенов (аббр. от англ. Cell Differentiation Antigens, или Claster Definition). По структуре они пред­ставляют собой гликопротеиды, многие из которых относятся к суперсемейству имму­ноглобулинов.

CD-антигены используют для выявления отличий в группах клеток, из которых на­иболее широкое распространение получи­ли маркеры иммунокомпетентных клеток. Например, CD3 экспрессируется на попу­ляции Т-лимфопитов, CD4 характерен для субпопуляции Т-хелперов, a CD8 - ци-тотоксических Т-лимфоцитов Т-киллеров. CDlla обнаруживается на цитоплазмати-ческих мембранах моно- и гранулонитов, а CDllb - на естественных киллерах. CD19-22 являются маркерами В-лимфоцитов.

Список CD-маркеров довольно обшир­ный, он насчитывает около 200 вариантов. Основные CD-маркеры клеток, участвующих в иммунном ответе, представлены в табл. 10.1. Информация о структуре закодирована в раз­личных участках генома, а экспрессия зави­сит от стадии дифференцировки клетки и ее функционального состояния.

CD-антигены имеют диагностическое зна­чение в клинике иммунодефицитных состо­яний, а также в научно-исследовательской работе. Типирование CD-маркеров осущест­вляется в серологических реакциях с исполь­зованием моноклональных антител (реакция иммунофлюоресценции, цитотоксический тест и др.).

10.1.5. Антигены микробов

В структуре микробов определяется не­сколько типов антигенов. При этом анти­генный состав микроба во многом зависит от его эволюционного и таксономического положения. Принципиальные различия име­ют антигены бактерий, вирусов, грибов и простейших.

Вместе с тем микробные антигены могут быть общими для отдельных систематических категорий. Так, существуют антигены, харак­терные для целых семейств, родов и видов. Внутри видов могут быть выделены серо­логические группы (серогруппы), варианты (серовары) или типы (серотипы). Антигены микробов используют для получения вакцин и сывороток, необходимых для диагностики, профилактики и лечения инфекционных или аллергических заболеваний, а также в диа­гностических реакциях.

10.1.5.1. Антигены бактерий

В структуре бактериальной клетки разли­чают жгутиковые, соматические, капсуль-ные и некоторые другие антигены (рис. 10.2). Жгутиковые, или Н-антигены, локализуют­ся в локомоторном аппарате бактерий - их жгутиках. Они представляют собой эпитопы сократительного белка флагеллина. При на­гревании флагеллин денатурирует, и Н-ан-тиген теряет свою специфичность. Фенол не действует на этот антиген.

Соматический, или О-антиген, связан с клеточной стенкой бактерий. Его основу со­ставляют ЛПС. О-антиген проявляет термос­табильные свойства - он не разрушается при длительном кипячении. Однако соматичес­кий антиген подвержен действию альдегидов (например, формалина) и спиртов, которые нарушают его структуру.

Если проиммунизировать животное жи­выми бактериями, имеющими жгутики, то будут вырабатываться антитела, на­правленные одновременно против О- и Н-антигенов. Введение животному про­кипяченной культуры стимулирует био­синтез антител к соматическому антигену. Культура бактерий, обработанная фено-

лом, вызовет образование антител к жгу­тиковым антигенам.

Капсульные, или К-антигены, располагаются наповерхности клеточной стенки. Встречаются у бактерий, образующих капсулу. Как правило, К-антигены состоят из кислых полисахаридов (уроновые кислоты). В то же время у бациллы сибирской язвы этот антиген построен из по­липептидных цепей. По чувствительности к нагреванию различают три типа К-антигена: А, В, и L. Наибольшая термостабильность ха­рактерна для типа А, он не денатурирует даже при длительном кипячении. Тип В выдержи­вает непродолжительное нагревание (около 1 часа) до 60 °С. Тип L быстро разрушается при этой температуре. Поэтому частичное удале­ние К-антигена возможно путем длительного кипячения бактериальной культуры.

На поверхности возбудителя брюшного ти­фа и других энтеробактерий, которые облада­ют высокой вирулентностью, можно обнару­жить особый вариант капсульного антигена. Он получил название антигена вирулентнос­ти, или Vi-антигена. Обнаружение этого ан­тигена или специфичных к нему антител име­ет большое диагностическое значение.

Антигенными свойствами обладают также бактериальные белковые токсины, ферменты и некоторые другие белки, которые секрети-руются бактериями в окружающую среду (на­пример, туберкулин). При взаимодействии со специфическими антителами токсины, фер­менты и другие биологически активные моле­кулы бактериального происхождения теряют свою активность. Столбнячный, дифтерий­ный и ботулинический токсины относятся к числу сильных полноценных антигенов, поэ­тому их используют для получения анатокси­нов для вакцинации людей.

В антигенном составе некоторых бактерий выделяется группа антигенов с сильно выра­женной иммуногенностью, чья биологическая активность играет ключевую роль в формиро­вании патогенности возбудителя. Связывание таких антигенов специфическими антителами практически полностью инактивирует виру­лентные свойства микроорганизма и обеспечи­вает иммунитет к нему. Описываемые антиге­ны получили название протективных. Впервые протективный антиген был обнаружен в гной-

ном отделяемом карбункула, вызванного ба­циллой сибирской язвы. Это вещество являет­ся субъединицей белкового токсина, которая ответственна за активацию других, собственно вирулентных субъединиц - так называемого отечного и летального факторов.

10.1.5.2. Антигены вирусов

В структуре вирусной частицы различают несколько групп антигенов: ядерные (или ко­ровью), капсидные (или оболочечные) и су-перкапсидные. На поверхности некоторых вирусных частиц встречаются особые V-ан-тигены- гемагглютинин и фермент нейра-минидаза. Антигены вирусов различаются по происхождению. Часть из них - вирусоспе-цифические. Информация об их строении картирована в нуклеиновой кислоте вируса. Другие антигены вирусов являются компо­нентами клетки хозяина (углеводы, липиды). они захватываются во внешнюю оболочку ви­руса при его рождении путем почкования.

Антигенный состав вириона зависит от стро­ения самой вирусной частицы. Антигенная специфичность простоорганизованных виру­сов связана с рибо- и дезоксирибонуклеопро-теинами. Эти вещества хорошо растворяются в воде и поэтому обозначаются как S-антиге-ны (от лат. solutio - раствор). У сложноорга-низованных вирусов часть антигена связана с нуклеокапсидом, а другая - локализуется во внешней оболочке - суперкапсиде.

Антигены многих вирусов отличаются вы­сокой степенью изменчивости. Это связано с постоянным мутационным процессом, кото­рый претерпевает генетический аппарат вирус­ной частицы. Примером могут служить вирус гриппа, вирусы иммунодефицитов человека.

10.1.6. Процессы, происходящие с антигеном в макроорганизме

Процесс проникновения антигена и его кон­такт с иммунной системой протекают поэтапно и имеют свою динамику во времени. При этом на каждом этапе появления и распространения в макроорганизме антиген сталкивается с мощ­ным противодействием развитой сети разнооб­разных факторов иммунитета (см. табл. 9.3.).

Существуют разнообразные пути проник­новения и распространения антигена в мак-

роорганизме. Они могут появляться внутри самого макроорганизма (эндогенное проис­хождение) или поступать извне (экзогенное происхождение). Экзогенное происхождение предполагает, что антиген может проникнуть в макроорганизм:

1) через дефекты кожных покровов и сли­зистых (как результат ранений, микротравм, укусов насекомых, расчесов и др.);

2) путем всасывания в желудочно-кишечном тракте (эндоцитоз эпителиальными клетками);

В организме антиген разносится лимфой (лимфогенный путь) и кровью (гематогенный путь) по различным органам и тканям. При этом он распределяется не хаотично - анти­ген чаще всего фильтруется в лимфатических узлах, а также в лимфоидной ткани печени, селезенки, легких и других органов, где всту­пает в контакт с разнообразными факторами иммунной защиты.

Ответная реакция этих факторов заключа­ется в инактивации и удалении (элиминации) антигена из макроорганизма. Первыми всту­пают в действие факторы врожденного им­мунитета, так как эта система, несмотря на ее многообразие и сложность отдельных ее ком­понентов, не требует длительного времени для активации. Если антиген не был инактивиро-ван или элиминирован в течение 4 ч, в ак­тивную работу включается система факторов приобретенного иммунитета. Эффективность их действия обеспечивается путем специфи­ческого распознавания «свой-чужой» и выра­ботки соответствующих факторов регуляции и иммунной защиты (специфические антите­ла, клоны антигенореактивных лимфоцитов).

Совокупный эффект всех звеньев и уровней иммунной защиты макроорганизма, незави­симо от степени их вовлечения в процесс, направлен на:

1) связывание и блокирование биологичес­ки активных участков молекулы антигена;

2) разрушение или отторжение антигена;

3) полную утилизацию, изоляцию (инкап­суляции) или выведение остатков антигена из макроорганизма.

В итоге достигается полное или частич­ное восстановление гомеостаза. Параллельно формируется иммунная память, толерант­ность или аллергия.

Все вакцины, кроме генно-инжерных, гетерогенны по своему составу. Они содержат антигены разного размера и разной полимерности. Даже при введе­нии корпускулярных вакцин (живых или убитых) появляются продукты их распа­да, отличающиеся по физико-химическим свойствам.

Образуются олигомеры, мономеры и низкомолекулярные фрагменты. Последние способны взаимодейст­вовать со специфическими рецепторами иммунокомпетентных клеток, не вызы­вая иммунного ответа. Кроме того, очень крупные молекулы антигена с высокой степенью валентности также являются толерогенами.

Иммуногенность полных антигенов, входящих в состав вакцин, зависит от размера и полимерности их молекул, иммуногенность гаптенов - от их эпитоп- ной плотности на молекуле носителя. Низкополимерный антиген может вызывать не только слабый, но и качественно иной характер иммунного ответа по сравнению с высокополимерным антигеном. Прямая корреляция между иммуногенностью и полимерностью антигена имеет определенный предел, выше которого анти­ген приобретает толерогенные свойства. Это особенно характерно для полиса­харидных антигенов. Для белков свойственна толерантность, вызванная низко­полимерными антигенами.

С точки зрения молекулярной и клеточной иммунологии вакцина должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Вакцина должна активировать вспомогательные клетки (макрофаги, денд­ритные клетки, клетки Лангерганса), участвующие в процессинге и презен­тации антигена.

2. Она должна содержать эпитопы для Т- и В-клеток, обеспечивающие необ­ходимое соотношение гуморального и клеточного иммунитета.

3. Она должна легко подвергаться процессированию, ее эпитопы должны об­ладать способностью взаимодействовать с антигенами гистосовместимо­сти класса I и (или) II.

4. Она должна индуцировать образование регуляторных клеток (Т-хелперов), эффекторных клеток (киллеров, Т-эффекторов ГЗТ, антителообразующих клеток) и клеток иммунологической памяти.

Идеальная вакцина должна удовлетворять двум основным требованиям: она должна быть безопасной и высоко эффективной. Она должна вводиться один раз и обеспечивать пожизненный иммунитет у 100% привитых. Таких вакцин пока нет. Несмотря на большие успехи в области совершенствования существующих вакцин и разработки новых препаратов длительность иммунитета, возникающего после введения большинства вакцин, мала даже при условии многоразового вве­дения одной и той же вакцины. Для некоторых вакцин она составляет всего 1 год (табл. 25). Указанные в таблице данные получены разными авторами в разное время и являются достаточно условными.

Вакцина	Годы
Коклюшная	3
Дифтерийный анатоксин	7-10
Столбнячный анатоксин	1-5
Против гепатита В	5
Коревая	15
Против краснухи	20
Против эпидемического паротита	8
Живая полиомиелитная	пожизненно
БЦЖ	7-10
Против гепатита А	4
Брюшнотифозная полисахаридная	2
Антирабическая	3
Против клещевого энцефалита	3
Менингококковая полисахаридная	2
Холерная	6 мес
Против чумы	1
Против сибирской язвы	1
Против туляримии	5
Бруцеллезная	1-2
Против гемофильной Ь инфекции	4

Сила иммунного ответа зависит от двух основных факторов: от свойств макроорганизма и особенностей антигенов, используемых для иммунизации.

Иммуногенность антигенов, получаемых из возбудителей инфекционных болез­ней, неодинакова. Наиболее иммуногенны экзотоксины и поверхностные ан­тигены микроорганизмов. Иммуногенность вакцины во многом зависит, на­сколько удачны выбраны антигены для конструирования препарата. При недостаточной его иммуногенности используют неспецифические иммуности­муляторы (адъюванты). Их много, механизмы их действия разнообразны. Одни из них направлены на изменение свойств антигена, другие - на стимуляцию функций иммунной системы организма. В конечном счете иммуностимуляция связана с активированием иммунокомпетентных клеток, усилением их проли­ферации и дифференцировки. В практике вакцинации в качестве иммуности­муляторов используют гидроокись алюминия, фосфат алюминия, фосфат каль­ция. В состав вакцины против гемофильной палочки входит белковый носитель

(столбнячный анатоксин), а в состав вакцины гриппол - синтетический стиму­лятор полиоксидоний.

Трудности в создании высокоэффективных вакцин связаны также с особен­ностями макрорганизма, его генотипа, фенотипа, с существованием двух видов иммунитета (гуморального и клеточного), которые регулируются разными суб­популяциями клеток-хелперов (Тх1 и Тх2). Поствакцинальный иммунитет скла­дывается из двух видов иммунных реакций: гуморальной и клеточной. Отсутствие циркулирующих антител еще не является доказательством слабого иммунитета. В основе резистентности к некоторым видам инфекций лежат клеточные меха­низмы, поэтому вакцины, используемые для профилактики этих инфекций, дол­жны формировать клеточный иммунитет.

Иммуногенность вакцин составляет основу ее эффективности. Как прави­ло, корпускулярность вакцин (живых, убитых) обеспечивает необходимую имму­ногенность, в остальных случаях часто приходится использовать дополнитель­ные методы повышения иммуногенности вакцин.

Способы повышения иммуногенности вакцин

1. Использование оптимальной концентрации антигена.

2. Очистка вакцин от низкомолекулярных веществ, способных вызывать спе­цифическую или неспецифическую супрессию иммунного ответа.

3. Агрегация антигена с помощью ковалентного связывания и других методов комплексообразования.

4. Включение в вакцину максимального количества эпитопов антигена.

5. Сорбция на веществах, создающих депо антигена (гидроокись алюминия, фосфат кальция и пр.).

6. Использование липосом (водно-масляной эмульсии).

7. Добавка микробных, растительных и других видов адъювантов.

8. Связывание слабого антигена с носителем (столбнячным, дифтерийным анатоксинами и др.).

9. Усиление иммуногенных свойств вакцины с помощью искусственных носи­телей-адъювантов (полиоксидоний и др.).

10. Включение антигена в микрокапсулы, обладающие адъювантными свойствами и обеспечивающие выброс антигена через заданный промежуток времени.

11. Улучшение условий процессинга и презентации антигена. Использование антигенов гистосовместимости класса I и II или антител к этим антигенам.

Антигены – это вещества, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций.

Антигенные вещества представляют собой высокомолекулярные соединения, обладающие определенными свойствами: чужеродностью, антигенностью, иммуногенностью, специфичностью и определенной молекулярной массой. Антигенами могут быть разнообразные вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами и полисахаридами. Антигенными свойствами обладают клетки животного и растительного происхождения, яды животного и растительного происхождения. Антигенными свойствами обладают вирусы, бактерии, микроскопические грибы, простейшие, экзо - и эндотоксины микроорганизмов. Все антигенные вещества имеют ряд общих свойств:

Антигенность – это способность антигена вызывать иммунный ответ . Степень иммунного ответа организма на различные антигены неодинакова, т. е. на каждый антиген вырабатывается неодинаковое количество антител.

Специфичность – это особенность строения веществ, по которой антигены отличаются друг от друга. Ее определяет антигенная детерминанта, т. е. небольшой участок молекулы антигена, который соединяется с выработанным на него антителом.

Иммуногенность - это способность создавать иммунитет. Это понятие относится, главным образом, к микробным антигенам, обеспечивающим создание иммунитета к инфекционным болезням. Антиген, чтобы быть иммуногенным, должен быть чужеродным и иметь достаточно большую молекулярную массу. С увеличением молекулярной массы иммуногенность нарастает. Корпускулярные антигены (бактерии, грибы, эритроциты) более иммуногены, чем растворимые. Среди растворимых антигенов наибольшей иммуногенность обладают высокомолекулярные соединения.

Антигены подразделяют на полноценные и неполноценные. Полноценные антигены вызывают в организме синтез антител или сенсибилизацию лимфоцитов и вступают с ними в реакцию как in vivo, так и in vitro. Для полноценных антигенов характерна строгая специфичность, т. е. они вызывают в организме выработку только специфических антител, вступающих в реакцию только с данным антигеном.

Неполноценные антигены (гаптены) представляют собой сложные углеводы, липиды и другие вещества, не способные вызвать образование антител в организме, но вступающие с ними в специфическую реакцию. Добавление к гаптенам небольшого количества белка придает им свойства полноценного антигена.

Аутоантигены – антигены, образованные из белков собственных тканей, изменивших свои физико-химические свойства под воздействием различных факторов (токсины и ферменты бактерий, лекарственные вещества, ожоги, обморожения, облучение). Такие, измененные белки становятся чужеродными для организма, и организм отвечает выработкой антител, т. е. возникают аутоиммунные заболевания.

Если рассматривать антигенные свойства микроорганизма, то можно отметить, что антигенный состав – это достаточно постоянная характеристика любого микроорганизма. В антигеном комплексе чаще всего встречаются общеродовые антигены (общие для представителей данного рода), группоспецифические (присущие определенной группе), видоспецифические (присущие всем особям данного вида), и штаммоспецифические.

По локализации антигены могут быть поверхностные (К-антигены – антигены клеточной стенки), соматические (О-антигены, локализованы во внутреннем слое клеточной стенки, термостабильны) и жгутиковые (Н-антигены, присутствуют у всех подвижных бактерий, термолабильны). Многие из них активно секретируются клеткой в окружающую среду. В тоже время, существуют гидрофобные антигены, прочно связанные с клеточной стенкой.

Кроме того, патогенные микроорганизмы способны выделять ряд экзотоксинов. Экзотоксины обладают свойствами полноценных антигенов с выраженной неоднородностью в пределах рода и вида. Споры бактериальной клетки также обладают антигенными свойствами: они содержат антиген, общий для вегетативной клетки и споры.

Патогенные микроорганизмы ведут постоянную борьбу с иммунной системой путем изменения структуры поверхностных антигенов. Изменения чаще всего появляются в результате точечных мутаций, в результате появляются варианты существующих антигенов.

Антитела

В процессе эволюции организмы выработали набор защитных приспособлений к патогенным микроорганизмам, включающие неспецифические механизмы, препятствующие проникновению патогенов, вещества неспецифически повреждающие их (лизоцим, комплемент), фагоцитоз и другие клеточные реакции. Вместе с тем, патогенные микроорганизмы тоже научились преодолевать неспецифические барьеры. Поэтому в процессе эволюции появились специфические гуморальные факторы защиты в виде антител и способность организма к выраженному специфическому иммунному ответу.

Антитела – белки, относящиеся к иммуноглобулинам, которые синтезируются лимфоидными и плазматическими клетками в ответ на попадание в организм антигена, обладающими способностью специфически связываться с ним. Антитела составляют более 30% белков сыворотки крови, обеспечивают специфичность гуморального иммунитета благодаря способности связываться только с тем антигеном, который стимулировал их синтез.

Первоначально антитела условно классифицировали по их функциональным свойствам на нейтрализующие, лизирующие и коагулирующие. К нейтрализующим были отнесены антитоксины, антиферменты и вируснейтрализующие лизины. К коагулирующим – агглютинины и преципитины; к лизирующим – гемолитические и комплементсвязывающие антитела. С учетом функциональной способности антител были даны названия серологическим реакциям: агглютинация, гемолиз, лизис, преципитация и др.

В соответствии с Международной классификацией сывороточные белки, несущие функцию антител, получили название иммуноглобулинов (Ig). В зависимости от физикохимических и биологических свойств различают иммуноглобулины классов IgM, IgG, IgA, IgE, IgD.

Иммуноглобулины – белки с четвертичной структурой, т. е. их молекулы построены из нескольких полипептидных цепей. Молекула каждого класса состоит из четырех полипептидных цепей – двух тяжелых и двух легких, связанных между собой дисульфидными мостиками. Легкие цепи – структура общая для всех классов иммуноглобулинов. Тяжелые цепи имеют характерные структурные особенности, присущие определенному классу, подклассу.

Антитела, входящие в определенные классы иммуноглобулинов, обладают различными физическими химическими, биологическими и антигенными свойствами.

Иммуноглобулины содержат три вида антигенных детерминант: изотипические (одинаковые для каждого представителя данного вида), аллотипические (детерминанты, различные у представителей данного вида) и идиотипические (детерминанты, определяющие индивидуальность данного иммуноглобулина и являющиеся различными у антител одного класса, подкласса). Все указанные антигенные различия определяются с помощью специфических сывороток.

Синтез и динамика образования антител

Антитела вырабатывают плазматические клетки селезенки, лимфатических узлов, костного мозга, пейеровых бляшек. Плазматические клетки (антителопродуценты) происходят из предшественников В-клеток после их контакта с антигеном. Механизм синтеза антител аналогичен синтезу любых белков и происходит на рибосомах. Легкие и тяжелые цепи синтезируются отдельно, затем соединяются на полирибосомах, а окончательная их сборка происходит в пластинчатом комплексе.

Динамика образования антител. При первичном иммунном ответе в антителообразовании различают две фазы: индуктивную (латентную) и продуктивную. Индуктивная фаза – это период от момента парентерального введения антигена до появления антигенреактивных клеток (продолжительность не более суток). В эту фазу происходит пролиферация и дифференцировка лимфоидных клеток в направлении синтеза IgM. Вслед за индуктивной фазой наступает продуктивная фаза антителообразования. В этот период, примерно до 10…15 суток уровень антител резко возрастает, при этом уменьшается число клеток, синтезирующих IgM, и нарастает продукция IgA.

Феномен взаимодействия антиген-антитело.

Знание механизмов взаимодействия антигенов и антител раскрывает сущность многообразных иммунологических процессов и реакций, возникающих в организме под влиянием патогенных и непатогенных факторов.

Реакция между антителом и антигеном протекает в две стадии:

Специфическая - непосредственное соединение активного центра антитела с антигенной детерминантой.

Неспецифическая – вторая стадия, когда, отличающийся плохой растворимостью иммунный комплекс выпадает в осадок. Эта стадия возможна в присутствии раствора электролита и визуально проявляется по разному, в зависимости от физического состояния антигена. Если антигены корпускулярные, то имеет место феномен агглютинации (склеивания различных частиц и клеток). Образующиеся конгломераты выпадают в осадок, при этом клетки морфологически не изменяются, теряя подвижность, они остаются живыми.

1.Определение антигена.

(Слайд: определение антигена, классификация и основные свойства антигенов)

Антигены - вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, иммунологической толерантности, иммунологической памяти и др.).

2. Классификация антигенов и их основные свойства.

Свойства антигенов, определяет их иммуногенность - способность вызывать иммунный ответ; специфичность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген - распознающими рецепторами лимфоцитов; антигенность – мера антигенного качества, большая или меньшая способность вызывать образование антител.

Антигенами могут быть белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты в комбинации между собой или липидами. Антигенами являются любые структуры, несущие признаки генетической чужеродности и распознаваемые в этом качестве иммунной системой. Наибольшей иммуногенностью обладают белковые антигены, в том числе бактериальные экзотоксины, вирусная нейраминидаза.

Многообразие понятия “антиген”.

Антигены разделены на полные (иммуногенные) , всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства, и неполные (гаптены) , не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

Гаптены обладают антигенностью, что обусловливает их специфичность, способность избирательно взаимодействовать с антителами или рецепторами лимфоцитов, определяться иммунологическими реакциями. Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с иммуногенным носителем (например, белком), т.е. становятся полными.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность - носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т.е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках - генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т.е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость - обязательные свойства антигенов.

3. Структура антигена.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты- фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген - распознающими рецепторами клетки. (Слайд: структура антигенов - рис. 1.11. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8 - 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов - выступающие О - боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа - гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека - мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов - поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов). (Слайд)

1.Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).

2.Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример - группы крови (АВО и др.). Изоантигены – антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида отличаются друг от друга. К разряду изоантигенов можно отнести антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены, обуславливающие различие клеток и тканей, вследствие чего возникает их несовместимость при пересадках.

3.Типоспецифичность - понятие аналогичное предыдущему, но имеющее отношение чаще всего к микроорганизмам. Например, пневмакокки по своим полисахаридным антигенам делятся на типы Возбудители ботулизма по характеру синтезируемого токсина делятся на типы А, В, С, Д, Е.

4.Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно - реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана - типичный перекрестно - реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б. Rh- система эритроцитов. У человека Rh - антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacus rhesus, т.е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример - белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

Подобная антигенная мимикрия обманывает иммунную систему, защищает от ее воздействия микроорганизмы. Наличие перекрестных антигенов способно блокировать системы, распознающие чужеродные структуры.

5.Функциональная – антигенная специфичность, связанная с функцией данной органической молекулы. Белки, выполняющие в организме различные функции иммунологически различаются (альбумины, глобулины).

6.Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции) , направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).

7.Стадиоспецифичность . Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа - фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

4. Антигенная специфичность и антигенное строение бактерий.

Для характеристики микроорганизмов выделяют родовую, видовую, групповую и типовую специфичность антигенов. Наиболее точная дифференциация осуществляется с использованием моноклональных антител (МКА), распознающих только одну антигенную детерминанту.

Обладая сложным химическим строением, бактериальная клетка представляет целый комплекс антигенов. Антигенными свойствами обладают жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, токсины, ферменты.

Основными видами бактериальных антигенов являются: (Слайд)

Соматические или О - антигены (у грамотрицательных бактерий специфичность определяется дезоксисахарами полисахаридов ЛПС);

Жгутиковые или Н- антигены (белковые);

Поверхностные или капсульные К - антигены.

Выделяют протективные антигены , обеспечивающие защиту (протекцию) против соответствующих инфекций, что используется для создания вакцин. Например, F 1 - антиген E.pestis – возбудителя чумы.

Суперантигены (некоторые экзотоксины, например - стафилококковый) вызывают чрезмерно сильную иммунную реакцию, часто приводят к побочным реакциям, развитию иммунодефицита или аутоиммунных реакций.

5. Антигены гистосовместимости.

(Слайд: определение МНС; тканевое распределение молекул МНС 1 и 2 классов - табл. 3.3, сравнительные данные о степени участия молекул МНС 1 и 2 классов в иммунных реакциях – табл. 3.4. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

При пересадках органов возникает проблема совместимости тканей, связанная со степенью их генетического родства, реакциями отторжения чужеродных аллогенных и ксеногенных трансплантатов, т.е. проблемами трансплантационного иммунитета. Существует ряд тканевых антигенов. Трансплантационные антигены во многом определяют индивидуальную антигенную специфичность организма. Первоначально МНС определяли как совокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов. В настоящее время понятие МНС стало более широким. МНС – это комплекс близкосцепленных генов, основное предназначение которых – контроль различных функциональных проявлений иммунной реактивности. У людей она часто называется системой HLA (Human leucocyte antigens), в связи с четким представительством на лейкоцитах трансплантационных антигенов. Гены этой системы расположены на коротком плече хромосомы С6. Система HLA- это система сильных антигенов. Спектр молекул МНС уникален для организма, что определяет его биологическую индивидуальность и позволяет различать “чужое - несовместимое”.

Первые опыты и, которые легли в основу открытия МНС были выполнены благодаря близкородственному скрещиванию. Последовательное близкородственное скрещивание приводит к чистой инбредной линии животных. Основная характеристика такой линии состоит в том, что все ее особи гомозиготны и неотличимы в генетическом виде друг от друга.

Для решения вопросов сцепленности иммунологически значимых признаков с МНС, в частности признака иммунного отторжения трансплантанта, необходимо было иметь линии мышей, которые отличались бы друг от друга только по одному этому комплексу. в результате был разработан прием получения конгенных линий . В основе получения конгенных линий мышей лежит метод возвратного скрещивания - получение потомства в ряду поколений от скрещивания гетерозиготы (детей гомозиготных родителей, отличающихся генетически друг от друга) с одним из исходных гомозиготных родителей. Смысл заключается в замене МНС (комплекса Н-2) одной имбредной линии на гаплотип (набор сцепленных генов одной гаплоидной хромосомы) другой. Используются для изучения МНС рекомбинантные по МНС линии . Они отличаются друг от друга только отдельными или даже одним локусом комплекса Н-2. Рекомбинантные линииполучают при анализе потомков от скрещивания двух конгенных линий.

Использование инбредных линий для генетических и иммунологических исследований привело к созданию трансплантационной терминологии. (Слайд: терминология гистогенетических отношений между донором и реципиентом, законы трансплантации - табл. 3.1; рис. 3.4 , « Иммунология» В.Г. Галактионов)

Основными особенностями комплекса являются:

- полигенность - наличие нескольких неаллельных генов, белковой природы которые сходны структурно и функционально;

- полиморфизм – присутствие многих аллельных форм одного и того же гена.

Все гены МНС наследуются по кодоминантному типу. Полигенность и полиморфизм – определяют антигенную индивидуальность особей данного вида. Полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных эпитопов Т- клеткам. С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, Т-хелперы остаются ареактивными и их помощь В-клеткам не реализуется. Это и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролируют синтез антигенов класса 1, определяют тканевые антигены и контролируют гистосовместимость. Антигены класса 1 определяют индивидуальную антигенную специфичность, они представляют любые чужеродные антигены Т - цитотоксическим лимфоцитам. Антигены класса 1 представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток. Молекулы МНС класса 1 взаимодействуют с молекулой CD8, экспрессируемой на мембране предшественников цитотоксических лимфоцитов (CD- claster difference).

Гены МНС класса 2 контролируют антигены класса 2. Они контролируют ответ к тимусзависимым антигенам. Антигены класса 2 экспрессированы преимущественно на мембране иммунокомпетентных клеток (прежде всего макрофагов и В - лимфоцитов, частично - активированных Т- лимфоцитов). К этой же группе генов (точнее - области HLA - D) относятся также гены Ir - силы иммунного ответа и гены Is - супрессии иммунного ответа. Антигены МНС класса 2 обеспечивают взаимодействие между макрофагами и В - лимфоцитами, участвуют во всех стадиях иммунного ответа- представлении антигена макрофагами Т- лимфоцитам, взаимодействии (кооперации) макрофагов, Т- и В- лимфоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток. Антигены класса 2 принимают участие в формировании противомикробного, противоопухолевого, трансплантационного и других видов иммунитета.

Структуры, с помощью которых белки МНС классов 1 и 2 связывают антигены (так называемые активные центры) по уровню специфичности уступают только активным центрам антител.

Гены МНС класса 3 кодируют отдельные компоненты системы комплемента.

(Слайд: частота антигенов комплекса HLA в нормальной популяции людей и у лиц с некоторыми заболеваниями – табл. 3.5. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

6. Процессинг антигенов

(Слайд: процессинг антигенов – рис. 9.20. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Процессинг антигенов - это их судьба в организме. Одной из важнейших функций макрофагов является переработка антигена в иммуногенную форму (это собственно и есть процессинг антигена) и представление его иммунокомпетентным клеткам. В процессинге, наряду с макрофагами, участвуют В - лимфоциты, дендритные клетки, Т- лимфоциты. Под процессингом понимают такую переработку антигена, в результате которой пептидные фрагменты антигена (эпитопы), необходимые для передачи (представления), отбираются и связываются с белками МНС класса 2 (или класса 1). В таком комплексном виде антигенная информация передается лимфоцитам. Дендритные клетки имеют значение в фиксации и длительном хранении (депонировании) переработанного антигена.

Экзогенные антигены подвергаются эндоцитозу и расщеплению в антиген- представляющих (презентирующих) клетках. Фрагмент антигена, содержащий антигенную детерминанту, в комплексе с молекулой класса 2 МНС транспортируется к плазматической мембране антиген - представляющей клетки, встраивается в нее и представляется CD4 Т- лимфоцитам. (Слайд: предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена - рис 9.26. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Эндогенные антигены - продукты собственных клеток организма. Это могут быть вирусные белки или аномальные белки опухолевых клеток. Их антигенные детерминанты представляются CD8 Т- лимфоцитам в комплексе с молекулой класса 1 МНС.

(Слайд: образование комплексов антигенных пептидов эндогенного происхождения с молекулами МНС класса 1 - рис 9.25. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Лекция № 4

Тема лекции: Гуморальный иммунитет. Иммуноглобулины. Роль антител в иммунном ответе. Реакция антиген - антитело, ее применение.

План лекции: