Гуморальный иммунитет при вирусных инфекциях
Гуморальный противовирусный иммуннитет. Клеточный противовирусный иммунный ответ.Гуморальный противовирусный иммунный ответ в основном рассматривают как благоприятный для организма процесс, который в сочетании с клеточными иммунными механизмами, как правило, способствует выздоровлению. Однако существуют вирусы (герпесвирусы, гепатита В и др.), которые, несмотря на иммунный статус, длительно персистируют в организме хозяина. При некоторых вирусных инфекциях возможны иммунопатологические реакции. Так, антитела против вируса денге способствуют повышению его вирулентности у частично иммунных особей. Опосредованное антителами усиление репликации вируса денге в макрофагах объясняется повышенным связыванием иммунных комплексов с Fc-рецепторами клеточной поверхности. Иммунокомплексная патология лежит в основе патогенеза ряда вирусных инфекций, в том числе при лимфоцитарном хориоменингите и алеутской болезни норок. Следовательно, одним из важных аспектов защиты от данных инфекций является разработка высокоиммуногенных вакцин. Проникновение вирусов в организм, как правило, сопровождается образованием вируснейтрализующих антител. Исключение составляют ряд вирусов и прежде всего, вирус африканской чумы свиней. Инфицирование этим вирусом не индуцирует синтез вируснейтрализующих антител, хотя в сыворотке крови выявляют комплементсвязывающие, преципитирующие и задерживающие гемадсорбцию антитела. Отсутствие вируснейтрализующих антител обусловливает неспособность организма связывать и элиминировать циркулирующий вирус, что сопровождается высокой летальностью и сводит на нет попытки создания эффективной вакцины. Важное значение антител в защите от заболевания можно продемонстрировать следующим примером. Дети с тяжелой агаммаглобулинемией выздоравливают нормально от кори, но очень плохо защищены от паралитического полиомиелита, несмотря на прививку живой полиовирусной вакциной. Такие дети имели нормальный, опосредованный клетками и интерфероном иммунитет, нормальный фагоцитоз и нормальную систему комплемента, но не могли образовывать антитела, которые особенно важны, чтобы вирус с током крови не попал в нервную систему. Следует отметить, что полиовирус имеет два органа-мишени: кишечник и центральную нервную систему, которые поражаются в указанной последовательности.
Наряду с гуморальными факторами, играющими важную роль в ограничении распространения вирусов в организме, существенное значение при различных вирусных инфекциях имеет клеточный иммунитет. Так, убедительно доказано значение цитотоксических Т-клеток в формировании специфического иммунного статуса при многих системных инфекциях, особенно вызываемых вирусами «второй категории». Об этом свидетельствует, например, необычайно тяжелое течение болезни, обусловленное вирусом герпеса у детей с иммунодефицитом, связанным с дефектом Т-клеточной системы. Известно, что репликация аттенуированного вируса необходима прежде всего для развития выраженного клеточного иммунитета, в то время как инактивированные вакцины индуцируют, главным образом, гуморальный иммунный ответ. Кроме того, иммунизация живыми вакцинами через слизистые покровы может приводить и к выраженному местному синтезу антител, которые способны эффективно предотвращать локальную колонизацию (например, кишечника энтеропатогенными вирусами, а дыхательного тракта респираторными вирусами), блокируя таким образом развитие инфекции уже на уровне места проникновения и репликации вируса. С учетом указанной взаимосвязи, несомненный интерес представляют вирусы со строго дифференцированным тропизмом в отношении клеток слизистого покрова, в защите которых главенствующая роль принадлежит факторам иммунной системы слизистых покровов. К широко распространенным вирусным инфекциям респираторного тракта человека и животных относятся грипп, парагрипп и респираторно-синцитиальная инфекция. Они считаются «локальными» инфекциями: клетки эпителия дыхательных путей представляют не только «входные ворота» возбудителя, но и основное место его репликации. Разрушение цилиарного эпителия воздухоносных путей часто сопровождается активацией нормальной микрофлоры респираторного тракта и развитием секундарной инфекции. При гриппе и других респираторных вирусных инфекциях на поверхности эпителиальных клеток дыхательных путей прочно фиксируются секреторные антитела класса IgA (11S), которые являются первым и главным звеном защиты организма. Однако следует отметить, что нижние отделы респираторного тракта человека содержат большее количество IgG, чем носоглоточная область. Секреторные IgA отличаются от сывороточных антител меньшей специфичностью, поскольку они способны нейтрализовать инфекционную активность гетерологичных штаммов в пределах подтипа. Среди секреторных и сывороточных антител наибольшее значение имеют вирусспецифические антитела к поверхностным гликопротеинам и, главным образом, к НА. Если антитела к НА нейтрализуют инфекционность вируса, то антитела к NA в основном ограничивают распространение инфекции, снижая ее интенсивность. Помимо антител к гликопротеинам при респираторной инфекции образуются антитела к внутренним белкам вируса, в основном к нуклеопротеину (NP) и матриксному (М) белку. В отличие от поверхностных штаммоспецифических гликопротеинов, внутренние белки являются типоспецифическими антигенами, то есть индуцируют синтез антител, образующих иммунные комплексы со всеми штаммами вируса одного типа. Несмотря на индукцию гуморального и клеточного ответа, NP-белок вируса гриппа не создавал протективного иммунитета. Протективный эффект при пассивном переносе сывороточных IgG (особенно анти-НА) подтверждает их главную роль в гуморальном иммунитете при гриппе и других респираторных вирусных инфекциях. Устойчивость к респираторным вирусным инфекциям при отсутствии антител в сыворотке крови приписывают действию специфически сенсибилизированных цитотоксических Т-лимфоцитов. Адаптивный перенос таких клеток защищал мышей даже от летального инфицирования вирусом гриппа. С их присутствием связывают относительно высокую (50%) частоту субклинических инфекций в период пандемий гриппа. Такие клетки обнаруживали в периферической крови иммунных доноров и в легких привитых мышей. Они взаимодействуют в основном с перекрестно-реагирующими детерминантами внутренних белков вируса гриппа одного типа. Несмотря на то, что некоторые из них «узнают» НА вируса, тем не менее для большинства перекрестно реагирующих Тц-лимфоцитов основной «мишенью» является вирионный белок NP. Полагают, что свойством различать антигенные детерминанты обладает особый клон Тц-лимфоцитов, наделенный иммунологической памятью, которая усиливается при естественном инфицировании организма. Время полужизни вирусспецифических Тц-лимфоцитов у человека составляет 2—3 года. К специфическим факторам клеточного иммунитета относят также Тц-клетки с гиперчувствительностью замедленного типа. Антителозависимая цитотоксичность определяется всецело наличием антител и является своеобразным связующим звеном между клеточным и гуморальным иммунитетом. Это же положение подтверждается на примере Т-хелперов, которые способствуют продукции как Тц-лимфоцитов, так и антител. При первичном инфицировании, когда еще не развились специфические факторы защиты, в борьбу с возбудителем включаются клеточные и гуморальные факторы неспецифической резистентности. Индуцируемая вирусом гриппа активность естественных киллеров (NK) обусловлена главным образом НА- и NA-антигенами. Таким образом, иммунитет при гриппе ассоциируется с развитием гуморального ответа, а также формированием вирусспецифического клеточного иммунитета. Основные факторы гуморального иммунитета — вируснейтрализующие антитела секретов и сыворотки — обеспечивают защитный эффект в основном при реинфекции вирусом, проявляющейся даже спустя много лет после первичного инфицирования. Наибольшее значение для защиты имеют штаммспецифические антитела к НА вируса. Иммунитет, индуцированный инактивированными гриппозными вакцинами, связывают с действием сывороточных антител. Живые вакцины обеспечивают длительный местный иммунитет слизистых оболочек с синтезом секреторных антител и, кроме того, транзиторный ответ сывороточных антител. Устойчивость организма к респираторным вирусам, как, впрочем, и ко многим другим вирусам, представляет собой многофакторный феномен, обусловленный как специфическими факторами иммунитета, так и неспецифической резистентностью. — Вернуться в оглавление раздела «Микробиология.» Оглавление темы «Патогенез и механизмы противовирусной защиты организма.»: |
Лекция 10
Противовирусный иммунитет. Химиотерапия и иммунопрофилактика вирусных инфекций
Модуль 4
Комплексная цель модуля
Комплексная цель модуля состоит в необходимости объединить лекционный материал, касающийся механизмов защитных реакций организма-хозяина, связать в единую систему факторы гуморального и клеточного иммунитета, белкового и нуклеинового гомеостаза при вирусных инфекциях. При чтении лекций, входящих в данный модуль, необходимо подчеркнуть единство иммунных реакций организма-хозяина и разрабатываемых химиотерапевтических антивирусных препаратов, продемонстрировать, как механизм действия этих препаратов основан на природных механизмах защитных реакций.
Модуль состоит из 4 лекций, материал которых позволяет решить поставленную цель.
Иммунная система представляет совокупность лимфоидных органов и тканей, основной функцией которой является распознавание и элиминация чужеродных веществ, преимущественно белковой природы (т. е. веществ, синтез которых не кодирует ДНК хозяина), и обеспечение гомеостаза организма.
Антигены. Основной мишенью действия иммунной системы являются антигены, подавляющее большинство которых имеет белковую природу.
Определенная конфигурация аминокислот на поверхности антигена, обладающая иммуногенными свойствами, называется эпитоп, а участки перекрывающихся эпитопов образуют антигенные детерминанты. Антигенные детерминанты располагаются в области молекулы с доступной для антител поверхностью. Антигенные детерминанты могут быть и скрытыми, выходя на поверхность при изменении конформации или частичном расщеплении макромолекулы.
Антитела. Ответной реакцией иммунной системы на введение антигенов является появление антител — специфических иммуноглобулинов (Ig). Существует пять классов иммуноглобулинов, которые обозначаются символами IgM, IgG, IgA, IgD и IgE. Особое внимание привлечено к иммуноглобулину IgG, так как его молекулы составляют большинство всех сывороточных иммуноглобулинов и в значительной степени определяют уровень гуморального иммунитета. Молекулы IgG имеют коэффициент седиментации 7S и построены из идентичных двух тяжелых (Н, haevy) и идентичных двух легких (L, light) цепей, соединенных дисульфидными связями. У тяжелых и легких цепей имеются постоянная и вариабельная области. В вариабельной области имеются аминокислотные последовательности, способные к специфическому связыванию с разными антигенами. Постоянная область цепей имеет одни и те же аминокислотные последовательности во всех антителах данной подгруппы и в связывании с антигеном не участвует. Антигенсвязывающий центр находится во фрагменте Fab. На другом конце молекулы находится фрагмент Fc, который не связывает антиген, но в нем локализованы центры связывания комплемента, фиксации на клеточных мембранах и ряд других функций. В электронном микроскопе молекулы иммуноглобулинов выглядят в виде структуры V-образной формы, оба конца которой составлены из вариабельных участков пар тяжелых и легких цепей. Антитела являются двухвалентными, так как оба конца их могут взаимодействовать с двумя антигенными детерминантами. Антитела класса IgM имеют коэффициент седиментации 19 S и являются пентамерами (рис. 30, б), под влиянием восстанавливающих веществ диссоциируют на пять субъединиц, каждая из которых состоит из двух легких и двух тяжелых цепей с коэффициентом седиментации 7 S, связанных между собой дисульфидными связями. Молекула IgA является димером, состоящим из двух мономеров. Функцию связывания димеров осуществляет J-цепь. Иммуноглобулины IgD и IgE являются минорными сывороточными компонентами, т. е. находятся в сыворотке в наименьших концентрациях. При соединении антигена с антителом происходит взаимодействие между поверхностью антигенной детерминанты и активным центром иммуноглобулина, находящимся в вариабельной его части, таким путем, что комплементарные друг другу поверхности соединяются физико-химическими связями.
При введении в организм человека или животных антигенов выработка антител развивается в определенном порядке. При первичном введении антигена вначале появляются антитела класса IgM (3-6-й день), затем класса IgG (5—14-й день) и, наконец, класса IgA (15-21-й день). При повторном введении антигена антитела IgM-класса образуются в малом количестве и быстро образуются антитела классов IgG и IgA. Иммуноглобулины класса IgM являются антителами первичного ответа, иммуноглобулины класса IgG — основные антитела со строго выраженной специфичностью, в то время как иммуноглобулины класса IgAиграют роль в формировании местного иммунитета слизистых оболочек (секреторные иммуноглобулины). Иммуноглобулины класса IgE фиксируются на клетках и имеют большое значение в развитии аллергических реакций (гиперчувствительности). Иммуноглобулины IgD обусловливают развитие аутоиммунных процессов и, возможно, препятствуют возникновению толерантности.
Т- и В-лимфоциты. Виммунной системе существуют две независимые, но функционирующие совместно клеточные популяции: Т-лимфоциты (тимусзависимые) и В-лимфоциты (не зависимые от тимуса). В-лимфоциты обеспечивают выработку антител и ответственны, таким образом, за большинство явлений гуморального иммунитета. Клеточный иммунитет обеспечивают Т-лимфоциты, одновременно осуществляющие функцию регуляции как В-, так и Т-системы. Эта функция Т-лимфоцитов опосредуется существованием ряда морфологических и функциональных субпопуляций, основными из которых являются Т-помощники (хелперы), Т-супрессоры, Т-киллеры и Т-индукторы. Отдельную ветвь представляют макрофаги. Иммуногенез обеспечивают восемь типов клеток — четыре типа Т-лимфоцитов, три типа В-лимфоцитов и макрофаги. Среди лимфоцитов периферической крови человека 55 -60% составляют Т-лимфоциты и 25-30% — В-лимфоциты; 10-20% лимфоцитов (нулевые клетки), по-видимому, являются предшественниками Т- или В-лимфоцитов.
Антителогенез. Предшественники В-клеток в костном мозге превращаются в В-лимфоциты, которые поступают в периферические лимфоидные органы и являются предшественниками трех типов плазматических клеток, продуцирующих антитела классов IgM, IgG и IgA. Подача Т-лимфоцитом включающего сигнала контролируется Ш-генами (генами иммунного ответа). Молекула антигена распознается также и Т-супрессорами, ограничивающими пролиферацию В-клеток на различных стадиях иммунного процесса. Т-супрессоры являются также клетками, обеспечивающими «запрет» на образование аутоантител к собственным антигенам организма, т. е. иммунологическую толерантность. Огромное разнообразие антител обеспечивается существованием в организме млекопитающих не менее 1 млн. лимфоидных клеток, способных дать пролиферацию независимому иммуноком-петентному клону, и обусловлено комбинацией вариабельных фрагментов легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов.
Моноклональные антитела. Моноклональные антитела получают путем гибридизации лимфоцитов селезенки мышей, иммунизированных определенным антигеном, с клетками злокачественной опухоли иммунной системы мышей — миеломы. Этот метод, предложенный в 1975 г. основан на способности таких гибридных клеток (гибридомы) к быстрому размножению с образованием клона специфичесих антител. Гибридные клетки можно поддерживать в перевиваемой культуре, а клонируя отдельные гибридные клетки, можно получить клоны, продуцирующие большое количество идентичных антител к одной антигенной детерминанте. Размноженный в культуре клон вводят мышам интра-перитонеально и затем пассируют развившиеся опухоли. Асцитическая жидкость таких опухолей содержит моноклональные антитела в высоких титрах. Моноклональные антитела позволяют изучать отдельные детерминанты, а применение нескольких клонов позволяет дать исчерпывающую характеристику изучаемой группе вирусов.
Иммуногенез Т-лимфоцитов. Исходным событием иммуногенеза Т-лимфоцитов также является взаимодействие антигена с макрофагом. Антиген взаимодействует со структурами главного антигена гистосовместимости (HLA) макрофага и в таком виде распознается Т-лимфоцитами; В-лимфоцит также распознает антиген и получает дополнительный сигнал включения от стимулированного Т-лимфоцита. Взаимная активация лимфоцитов происходит благодаря специфическим и неспецифическим гуморальным факторам — лимфокинам и интерлейкинам. В результате происходит пролиферация и дифференцировка Т-клеток с образованием клонов эффекторных Т-лимфоцитов, которые распознают измененную клетку и уничтожают ее. Таким образом, основой иммунного процесса служит кооперативное функционирование клеточной «троицы»: Т- и В-лимфоцитов и макрофага.
Иммунологическая память.Иммунологической памятью называют способность организма давать ускоренные иммунологические реакции на повторное введение антигена. Иммунологическая память в ряде случаев сохраняется многие годы и свойственна как гуморальному, так и клеточному иммунитету. Клетками памяти является часть дочерних В- и Т-лимфоцитов, стимулированных данным антигеном, однако более длительную иммунологическую память имеют Т-лимфоциты.
Факторы неспецифической резистентности.Помимо иммунной системы, в организме существуют факторы неспецифической резистентности. К ним относятся кожные и слизистые покровы, являющиеся механическим препятствием для проникновения возбудителей инфекционных болезней и антигенов; лизоцимы, выделяемые слизистыми оболочками и циркулирующие в крови; пропердиновая система; мукопротеины клеток слизистых оболочек. К факторам неспецифической резистентности относится также система комплемента, состоящая из 12 белков нормальной сыворотки, которая непосредственно взаимодействует с иммунной системой.
ВИРУСНЫЕ АНТИГЕНЫ
Вирусные антигены могут быть вирионными (входящими в состав вирионов) и вирусиндуцированными (находящимися в зараженной клетке). Вирионными антигенами могут быть либо простые белки, состоящие из одной полипептидной цепи, либо надмолекулярные образования, состоящие из нескольких полипептидных белков.
Вирусные антигены находятся и на поверхности зараженных клеток. Эти антигены обусловлены, во-первых, вновь образованными вирусными частицами, еще сохранившими связь с клеточной поверхностью, и в первую очередь вирусными частицами, выходящими из клетки путем почкования; во-вторых, встроенными в плазматическую мембрану клеток вновь образованными вирусными гликопротеидами при репродукции оболочечных вирусов. В процессе репродукции вируса в клетке происходит синтез вирусспецифических неструктурных белков, которые также обладают антигенными свойствами.
Антигенные детерминанты вирусных антигенов.Антитела, вырабатываемые в ходе вирусной инфекции или при введении вирусных антигенов, взаимодействуют не со всей молекулой антигена, а с ее антигенными детерминантами, которые могут иметь разную природу.
На примере гемагглютинина вируса гриппа можно видеть четыре типа антигенных детерминант, которые встречаются у вирусных антигенов. Первые две детерминанты обусловлены первичной последовательностью аминокислотных остатков и конформацией вторичной структуры этого участка белка — петлей в случае детерминанты А и а-спиралью в случае детерминанты В. Третья детерминанта (С) образуется в результате взаимодействия сближающихся разных участков мономера гемагглютинина. Наконец, четвертая детерминанта (D) возникает в результате образования тримера гемагглютинина, определяющего его четвертичную структуру.
ГУМОРАЛЬНЫЙ ИММУНИТЕТ
Нейтрализация инфекционной активности вируса антителами осуществляется двумя путями: 1) в результате необратимых конформационных изменений структуры белков вирусной частицы у сложно устроенных вирусов, в основном структуры молекул гликопротеидов; такой механизм нейтрализации требует участия комплемента; 2) врезультате пространственной блокады молекулами антител вирусных прикрепительных белков и предотвращения связывания вириона с клеточными рецепторами. Поскольку на поверхности вирусной частицы прикрепительные белки представлены во множественных копиях, нейтрализация по этому типу требует связывания с вирусной частицей более одной молекулы антител. Связанные с недостаточным числом молекул антител вирусы могут прикрепиться к клетке и вызвать инфекционный процесс.
Гуморальный иммунитет играет важную роль в противовирусном иммунитете, и уровень антител в крови обычно является надежным показателем резистентности к таким вирусным инфекциям, как корь, клещевой энцефалит, полиомиелит и др. Повышение титра антител в парных сыворотках, т. е. взятых в раннем периоде болезни и в период выздоровления, используется для серологической диагностики вирусного заболевания, а исследования парных сывороток, взятых в начале и конце эпидемии у здоровых людей, позволяют оценить частоту бессимптомных форм изучаемой вирусной инфекции.
Гуморальный иммунитет определяют по наличию в крови антител преимущественно класса IgG. Однако при многих инфекциях, в частности при гриппе, ОРЗ, полиомиелите, и других энтеровирусных, ротавирусных инфекциях, важное значение имеет создание местного иммунитета слизистых оболочек дыхательных путей и пищеварительного тракта, связанное с образованием и секрецией антител класса IgA. Содержание их, не всегда коррелирующее с содержанием антител класса IgG, более объективно характеризует степень иммунитета к изучаемой вирусной инфекции.
Поскольку антитела класса IgG появляются не ранее чем через одну неделю после заболевания и длительно циркулируют в крови, они имеют ограниченное значение для диагностики и не свидетельствуют о свежеперенесен-ной инфекции. Основная роль антител класса IgG сводится к защите организма от повторного заражения. Для установления свежеперенесенной инфекции определяют антитела класса IgM, которые появляются раньше, чем IgG, и раньше исчезают.