Гуморальный механизм противовирусного иммунитета

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.