Что такое протективный иммунитет

Сегодня многие озабочены вопросом: дает ли факт наличия антител к новому коронавирусу гарантию иммунитета? Однако ситуация с иммунитетом гораздо сложнее. Его наличие зависит не только от присутствия в крови антител (иммуноглобулинов), но еще и от наличия важных клеток — Т-лимфоцитов, Т-киллеров (CD8-клеток) и Т-хэлперов (CD4-клеток). Т-киллеры способны по разным приметам опознавать в организме клетки, зараженные вирусами, и, в случае их обнаружения, убивать их самостоятельно или призывать другие клетки на помощь. А Т-хэлперы увеличивают количество и «убийственный» потенциал Т-киллеров, специфичных в отношении конкретного вируса.

Новое исследование американцев (пока это препринт) поставило целью выявить специфические антигены коронавируса, вызывающие наиболее сильный клеточный иммунный ответ — эта информация очень важна для создания будущей вакцины.

Однако параллельно случилось другое важное открытие. В каждом втором образце донорской крови людей, взятой в 2015-2018 годах, были найдены именно специфические СD4+ Т-лимфоцитов, которые сегодня обнаруживают у абсолютно всех переболевших новой коронавирусной инфекцией. То есть можно предположить, что 50% населения, которые еще не встретились с новой инфекцией, уже может иметь к ней иммунитет. Кроме того, сегодня в крови у 70% переболевших COVID-19 обнаруживаются еще и специфические CD8+ Т-лимфоциты. Их нашли в 20% образцов донорской крови.

Результаты исследования дают основания предполагать, что значительная часть населения может обладать перекрестным иммунитетом к вирусу SARS-CoV-2 благодаря ранее перенесенным «сезонным простудам», т.е. «обычным» коронавирусам. Те, кто когда-то болел другими «коронами», могли получить антитела, способные справиться с новым вирусом. Возможно, именно поэтому большинство переносят заболевание в легкой форме или вообще без клинической картины заболевания.

«Доноры, чьи образцы крови были подвергнуты анализу, определенно не могли болеть COVID-19 в 2015-2018 годах. Тем не менее, примерно в половине случаев у них обнаружилась специфическая реакция Т-клеток на антигены вируса.

Авторы исследования полагают, что дело в кросс-реактивном иммунитете. Они проверили образцы донорской крови, которые были использованы в эксперименте, на антитела к двум из четырех ранее известных коронавирусов, поражающих человека, HcoV-OC43 и HcoV-NL63, и получили положительный результат анализа. То есть эти люди ранее переболели другими коронавирусными инфекциями, отличными от COVID-19″, — отмечает старший научный сотрудник ЦКБ РАН Сергей Кацалап.

«Это исследование крайне важно для понимания механизмов адаптивного иммунитета, — рассказал «МК» завкафедрой клинической иммунологии и аллергологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, академик РАН, заслуженный деятель науки РФ Александр Караулов. – Если этиологию заболевания COVID-19 мы изучили, это новый коронавирус SARS-CoV-2, то в отношении формирования иммунитета к нему идут постоянные дискуссии. 

Иногда этот иммунитет патогенный (люди умирают от цитокинового шторма или от избыточного иммунного ответа), иногда протективный (что важно для создания вакцин).

В основе противовирусного иммунитета лежит не только и не столько антительный ответ, сколько Т-клеточный иммунитет, реакция Т-клеток: СД-4-хелперов и CD-8 киллеров, а также клеток памяти. Эти клетки вовлекаются в защиту организма в ответ на вирусную инфекцию, в т.ч. и SARS-CoV-2, и, благодаря им, при острой инфекции происходит элиминация вируса, то есть «очистка» от вируса и формирование иммунитета к последующему заражению. И в этом смысле все идет по классике.

Но вопрос еще и в том, от чего зависит тяжесть течения инфекции? Мы видим, что элиминации вируса не возникает у некоторых пожилых или у людей с тяжелыми заболеваниями типа сахарного диабета или онкологии. У них связь между врожденным и адаптивным иммунитетом нарушена; адаптивного у них недостаточно.

Сегодня основная гипотеза ответа на вопрос, почему одни болеют легко, а другие тяжело, заключается в том, что болеющие легко, по всей видимости, имеют перекрестный иммунитет к другим коронавирусам. Перекрестная реактивность встречается при некоторых инфекциях, например, при гриппе.

Установлен факт, что гриппом H1N1 легче болели те, у кого был перекрестный иммунитет к другим штаммам гриппа, то есть, у них есть Т-клетки-киллеры, активно работающие против вируса, что позволяет выздороветь быстрее. Конечно, работа американцев предварительная, нужно провести дополнительные исследования среди тяжелых пациентов в стационарах. И все же эти данные доказывают, что существование перекрестного иммунитета у здоровых людей в ответ на SARS-CoV-2 возможно. И это нужно учитывать при создании вакцин.

— Получается, что обладатели Т-лимфоцитов к старым коронавирусам при встрече с новым, скорее всего, переболеют легче?

— Да, за счет той самой кросс-реактивности между циркулирующими коронавирусами, которые вызывают обычную простуду. Это примерно 40-60% здоровых лиц, не имеющих контактов с COVID, которым Т-клетки памяти потенциально дадут иммунный ответ, то есть запустят активный и достаточный Т-клеточный цитотоксический (киллерный) ответ, помимо антительного ответа. Но этих киллеров очень сложно определять диагностически, нужно специальные исследования в лаборатории…

Тем временем, в журнале Nature опубликовано еще одно исследование биологов из Вашингтонского университета. У пациента, который перенес тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС, вызываемый SARS-CoV) в 2003 году, обнаружили антитела, способные блокировать работу и SARS-CoV-2. 

Возбудитель атипичной пневмонии SARS-CoV наиболее близок по своему строению и свойствам к новому SARS-CoV-2. Ученым удалось получить восемь разных антител, используя B-клетки памяти того пациента, которые в разной степени блокировали вирус. И одно из них продемонстрировало способность связываться с S-белком нового коронавируса SARS-CoV-2, который отвечает за проникновение вируса внутрь клетки человека, а значит является протективным, то есть защитным.

И это очень важно, так как именно понимание того, какие фрагменты вируса являются протективными, необходимо для разработки эффективной вакцины от коронавирусной инфекции, а также для новых методов лечения COVID-19, предполагают ученые. «Это также путь использования коктейля антител для профилактики и терапии тяжелого течения болезни», — считает академик Караулов.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АНТИГЕНА С АНТИТЕЛОМ. ПРЕЗЕНТАЦИЯ АНТИГЕНА

1.1. Противоинфекционный иммунитет

1.2. Презентация антигена

1.1. ПРОТИВОИНФЕКЦИОННЫЙ ИММУНИТЕТ

Противоинфекционный иммунитет – это приобретенный иммунитет против конкретного возбудителя инфекционного заболевания, индуцированный им и направленный на его элиминацию.

Классификация:

1. по происхождению
   • естественный
     • естественный пассивный – приобретается пассивно, когда антитела от матери во время внутриутробного развития передаются плоду через плаценту. Передаются антитела против возбудителей тех болезней, которыми мать переболела или против которых была иммунизирована. Если ребенок вскармливается грудным молоком, то он получает еще и секреторные иммуноглобулины А.
     • естественный активный – приобретается в результате перенесенного заболевания. Приобретается индивидуально, его продолжительность различна, проявляется через 1–2 недели после начала заболевания и может оставаться на месяцы, годы, пожизненно.
   • искусственный
     • искусственный пассивный – приобретается при введении в организм готовых антител. Возникает сразу, длится 2–3 недели, если гетерологичные антитела (от лошади), и 4–5 недель, если антитела человеческие.
     • искусственный активный – при введении вакцин.
2. по связи с возбудителем
   • стерильный (постинфекционный) – сохраняется после элиминации возбудителя из организма (корь, дифтерия).
   • нестерильный (инфекционный) – существует до тех пор, пока в организме есть возбудитель (туберкулез, сифилис).
3. по охвату организма
   • общий – охватывает весь организм
   • местный – какой либо орган. Основная роль принадлежит IgA2. Эти иммуноглобулины связывают антигены, препятствуют адсорбции микробов, блокируя их рецепторы.
4. по механизму
   • гуморальный
   • клеточный
   • смешанный (основной)
5. по направленности
   • антитоксический – против экзотоксинов, ферментов – токсинов, эндотоксинов. В основе лежит гуморальный иммунный ответ. Элиминация токсина происходит за счет взаимодействия антител с токсичной группой токсина и ее нейтрализации, модификации антителом рецепторов токсинов (токсин не может прикрепиться к клетке – мишени), преципитации (осаждения).
   • антибактериальный. Антитела образуются против всех антигенов бактерий, но защитную роль играют антитела, выработанные на протективные антигены. Элиминация бактерий зависит от их локализации. Если бактерии находятся внеклеточно, то их элиминация идет следующими путями:
     • бактерия + антитела + комплемент + иммунный лизис
     • антитела способствуют опсонизации бактерий и этим способствуют фагоцитозу

     Если бактерии находятся внутриклеточно, то элиминация происходит за счет образования инфекционной гранулемы ( по Т– эффекторному пути). Если организм не ослаблен, то в гранулеме микроорганизм либо погибает, либо долго остается в жизнеспособном состоянии. В противном случае при распаде гранулемы происходит диссеменация микрба по организму.

   • противовирусный – зависит от локализации вируса. В основном вирус находится внутри клеток, где живет и размножается. В ходе внедрения в клетку и жизнедеятельности вирус изменяет антигенную структуру клеточной мембраны и на такую клетку вырабатываются Т– киллеры. Кроме того, может образовываться гранулема (Т– эффекторный путь). На внеклеточный вирус вырабатываются антитела, они соединяются с вирусом, и комплекс вирус * антитело захватывается макрофагом. В некоторых случаях имеет место антитело– зависимая цитотоксичность – к клетке с вирусом присоединяется антитело, нормальные киллеры выделяют вещества типа перфорина, которые вызывают гибель клетки путем разрушения ее мембраны.
   • антигрибковый – близок к антибактериальному, но имеет свои особенности, т. к. в составе гриба имеется много полисахаридов, и грибы могут существовать в виде спор и вегетативных форм. Неспецифические факторы – альтернативный путь активации системы комплемента. Помимо гибели клеток гриба, белки системы комплемента привлекают к грибу воспалительные клетки – развивается воспалительная реакция. Клетки гриба также могут стать объектом действия нормальных киллеров. Возможен гуморальный путь – гриб + антитела + комплемент лизис. При грибковых заболеваниях вырабатываются иммуноглобулины Е, которые участвуют в развитии аллергических реакций типа гиперчувствительности немедленного типа, это способствует развитию воспаления. Имеет место и клеточный иммунный ответ (Т– хелперы – интерферон + фагоцитоз; Т– эффекторы + инфекционная гранулема). От частой стимуляции Т– супрессоров может возникнуть анергия – отсутствие либо очень слабый иммунный ответ.
   • противопаразитарный – против простейших и гельминтов. Необходимо учитывать, что многие паразиты имеют несколько стадий развития, соответственно возникают стадия – специфичные антитела. При смене стадии паразит на некоторое время «уходит» от действия антител, что затрудняет развитие иммунного ответа. Механизмы – ГИО и КИО. Необходимо учитывать, что простейшие сами выделяют супрессивные факторы, в результате чего возникают вторичные иммунодефициты. Угнетается синтез цитокинов (особенно интерлейкина 2). Паразиты стимулируют выработку макрофагами фактора некроза опухолей (TNF), который является белком воспалительной реакции, поэтому в месте локализации паразита часто бывает воспалительный инфильтрат. В отношении простейших имеют значение и механизмы антитело– зависимой цитотоксичности.

Антиген–антитело взаимодействие происходит за счет соединения молекул Аг и Ат в комплекс. В первой фазе двухвалентные молекулы Ат и поливалентные молекулы Аг объединяются в иммунные комплексы эпитопом Аг и паратопом Ат, высококомплементарными по структуре и заряду. В редких случаях, когда структура эпитопов разных Аг близка, взаимодействие Аг –Ат носит неспецифический характер. На первом этапе взаимодействия основной связующей силой являются кулоновские, а после сближения эпитопа и паратопа на расстояние в доли нм решающую роль в формировании комплекса играют ван–дер–ваальсовы силы. Во второй фазе у преципитирующих (полных) Ат происходит неспецифическое объединение (за счет водородных, гидрофобных и иных сил) иммунных комплексов в видимые невооруженным глазом преципитаты или агглютинаты. У неполных, непреципитирующих, Ат неспецифическая фаза отсутствует.

Второе свойство иммунных комплексов – их выраженная способность адсорбировать на себе комплемент и активировать его, что может быть выявлено в РСК (см.) и гемолиза реакции (см.). В результате взаимодействия Аг с Ат и формирования иммунного комплекса (с участием или без участия комплемента) наступают торможение инфекц. активности вирусов и бактерий; нейтрализация микробных токсинов, ферментов, метаболитов; лизис бактерий, грибов, простейших, чужеродных и антигенно измененных собственных клеток; опсонизация корпускулярных Аг и их прилипание к рецепторам фагоцитов; сенсибилизация тучных и др. клеток и развитие ГНТ. Для А.–А.в. оптимальны рН 6,4 –8,6, ионная сила 0,5– 0,1, температура +37°С. По такому же типу Аг взаимодействует с антигенраспознающим рецептором Т– и В–лимфоцитов.

1.2. ПРЕЗЕНТАЦИЯ АНТИГЕНА

Иммунный ответ (ИО) развивается в периферических лимфоидных органах. В ИО участвуют макрофаги, Т– и В– лимфоциты, фибробласты, ретикулярные клетки.

Макрофаги. Зрелые макрофаги имеют рецепторы к антигенам (Fc), С3b– рецепторы, антигены гистосовместимости. Макрофаги участвуют как в естественном, так и в специфическом ИО. На ранней стадии ИО макрофаги выполняют функцию презентации антигена – в результате фагоцитоза антиген расщепляется, а его эпитоп выносится на мембрану в комплексе с белком МНСII. На конечной стадии ИО макрофаг активируется лимфокинами.

В– лимфоциты. В– лимфоциты распознают антигены, участвуют в гуморальном ИО, имеют рецепторы к эритроцитам мышей (МЕ – Mice’s Erythrocytes), Fc, C3b, к антигенам, к антигенам гистосовместимости. Они не имеют специфических антиген– распознающих рецепторов, разделяются на огромное количество клонов. Антиген– распознающим рецептором является молекула иммуноглобулина.

Т– лимфоциты. Т– лимфоциты разделяют на четыре основных субпопуляции – Т – хелперы, Т – супрессоры, Т– киллеры и Т – эффекторы. Все они имеют рецепторы к эритроцитам барана, к иммуноглобулинам (Fc), к белкам системы комплемента ( но не имеют рецепторов к C3b), к интерлейкинам, к антигенам, имеют антигены МНСI и MHCII. Субпопуляции Т– лимфоцитов неоднородны, так, Т– хелперы разделяются на две группы – Т– хелперы 1 и Т– хелперы 2. Т– хелперы 1 являются активаторами КИО, а Т– хелперы 2 – ГИО. Т– лимфоциты обеспечивают клеточный, антивирусный, антибактериальный иммунитет, ГЗТ.

В зависимости от путей реализации иммунный ответ разделяют на гуморальный (ГИО) и клеточный (КИО), однако в чистом виде ни один из них не проявляется.v

Гуморальный иммунный ответ контролируется красным костным мозгом, развивается на растворимые агенты – белки, ЛПС, экзотоксины, на внеклеточных паразитов.v

Существует два варианта ГИО. Если ответ происходит на Т – независимые антигены, то это т. н. простой ответ, он возможен потому, что некоторые антигены способны сами активировать Т– лимфоциты. В этом случае синтез IgM не сопровождается образованием клеток памяти.

В случае, если ответ формируется в ответ на Т– зависимые антигены, происходит кооперация Т– и В– лимфоцитов. Выделяют следующие стадии:

• распознавание антигена;
• презентация антигена – макрофаг поглощает антиген, расщепляет, соединяет с белками МНС I и МНС II и переносит на мембрану;
• передача информации на Т– хелпер;
• бласттрансформация В– лимфоцитов, дифференцировка бластов в плазмациты и В– клетки памати;
• синтез антител и элиминация антигена.

Формирование механизмов синтеза антител называют индуктивным периодом, с момента начала синтеза антител начинается продуктивный период.

Функция антител: активация системы комплемента, нейтрализация токсинов, опсонизация антигенов, преципитация мелких антигенов.

Иммунный ответ идет в несколько стадий. Сначала идет синтез иммуноглобулинов М. При вторичном попадании антигена процесс протекает быстрее и интенсивнее.

Клеточный иммунный ответ развивается на чужеродные клетки, не клетки, пораженные вирусом, на внутриклеточных организмов. Контролируется тимусом, филогенетически более поздний.

Основная группа клеток, осуществляющих клеточный иммунный ответ, – Т– лимфоциты. Основные эффекторы – сенсибилизированные Т– лимфоциты или выделяемые ими медиаторы (лимфокины). Сенсибилизированный Т– лимфоцит является антигенспецифичным, т. к. стимулирован антигеном. Дифференцировка происходит под воздействием интерлейкина 2.

Клеточный иммунный ответ разделяют на стадии:

• распознавание макрофагом или другой антиген– презентирующей клеткой;
• обработка антигена макрофагом или другой антиген– презентирующей клеткой;
• презентация обработанного антигена в комплексе с белками МНС I и МНС II (Т– киллеры непосредственно взаимодействуют с комплексом АГ* МНС I, а Т– эффекторы – посредством Т–хелперов);
• передача информации на Т– хелперы;
• передача информации на Т– эффекторы;
• пролиферация и дифференцировка Т – эффекторной популяции под действием интерлейкина 2.

Т– киллеры при встрече с чужеродной клеткой выделяют перфорин, разрушающий ее мембрану. Т– эффекторы оказывают опосредованное действие: выделяют факторы хемотаксиса, подавления миграции макрофагов и лейкоцитов, активации.

Клетки в очаге пролиферации образуют инфильтрат, который окружается фибробластами, продуцируемым ими коллагеном, и становится гранулемой. Гранулема выполняет ограничивающую функцию – локализует процесс воспаления, препятствует его распространению; элиминирующая функция выражена слабо.