Иммуноглобулины участвующие в местном иммунитете
Иммуноглобулины А, М, G, E
(Immunoglobulin A, M, G, E)
Что это:
Иммуноглобулины (ИГ) – ещё их называют антителами – гликопротеиды (белок + сахара), которые вырабатываются плазматическими клетками крови (сами плазматические клетки образуются из В-лимфоцитов в костном мозге, селезенке и лимфоузлах). Их задача – навешивать ярлыки на всяких незнакомцев, таких как вирусы, бактерии, паразиты, грибки. Вот этими ярлыками-мишенями и являются иммуноглобулины. Они метят определенного негодяя (патогена-антигена), а иммунная система прицельно направляет своих «киллеров» на их уничтожение, т.е. иммуноглобулины «вызывают огонь на себя». Это называется – эффекторная функция (вызывать реакцию иммунной системы). Вторая их функция – антигенсвязывающая, т.е., связываясь с поверхностью антигена (пришивая метку), они напрямую ослабляют его разрушающее действие на здоровые клетки (блокируют активные центры, снижают токсичность и подвижность микроорганизмов).
В чем суть:
В зависимости от времени, места и типа патогена, ИГ подразделяются на классы:
Иммуноглобулины А (IgA)
– находятся в двух формах: сывороточной (в крови, 10-15 % из общего числа ИГ) и секреторной (в слизистой бронхов и кишечника, поте, слезной жидкости, слюне, молозиве). Секреторный IgA – компонент барьерного иммунитета (наряду с другими его элементами, такими как фагоциты, лимфоциты, цитокины и система комплемента).
IgA – пограничные войска нашего организма, они дают первый бой всем врагам, нарушающим границы нашей родины-тела. Не менее 50% ресурсов иммунитета – барьерный иммунитет. «Ты не бойся ни жаpы и ни холода, закаляйся, как сталь!» – это про тренировку «пограничных войск» данного вида иммунитета. IgA также защищают наши слизистые от действия протеаз (ферменты, расщепляющие белковые связи, содержатся в ЖКТ, а также выделяются микробами).
IgA составляют 10-15 % от общего числа ИГ в крови.
Норма: 0.7 – 4 г/л (могут быть разные референтные значения в лабораториях).
Повышение:
- онкология (карциномы – опухоль из эпителиальных клеток, миеломная болезнь – опухоль из плазматических клеток, хронический лимфоцитоз – опухоль из В-лимфоцитов);
- аутоиммунные заболевания (системная красная волчанка, ревматоидный артрит, гломерулонефрит);
- хронические инфекции;
- алкогольный цирроз печени.
Снижение:
- селективный иммунодефицит IgA (1:400 в популяции);
- целиакия;
- отсутствие селезенки;
- СПИД;
- врождённая телеангиэктазия (стойкое расширение сосудов кожи).
Иммуноглобулины М (IgМ)
– образуются, когда В-лимфоциты впервые встречают врага-антиген и от удивления говорят: это ещё что, мать вашу?! То есть это первичный ответ на антиген (видимо, матом, поэтому и называют их М). IgМ состоят из пяти мономеров (а не одного или двух, в отличие от других ИГ), один из них в виде буквы Y, вот им он и поднимает антиген «на вилы», образуя с ним комплекс. IgM повышаются в первые недели инфекции, а затем их заменяют IgG, которые обеспечивают защиту на долгий срок. Таким образом IgM – главный показатель недавней (новой) инфекции.
IgM составляют 5-10% от общего числа ИГ в крови.
Норма: 0.5-2.5 г/л (могут быть разные референтные значения в лабораториях)
Повышение:
- болезни печени;
- первичный билиарный цирроз;
- хронические инфекции (особенно грибковые);
- хронический и острый лимфолейкоз.
Снижение:
- период новорожденности (примерно до 6 месяцев);
- амилоидоз;
- миеломная болезнь (не-IgM);
- лечение цитостатиками.
Иммуноглобулины G (IgG)
– обеспечивают длительную защиту при повторной инфекции. Если IgM при первичной инфекции метят все антигены торопливо и неточно (а это затратно), то IgG, с помощью Т-лимфоцитов памяти, обучены метить определенный возбудитель (краснуха ветрянка, корь и т.д.) неторопливо и точно. Их производство более ювелирно и требует большего времени, поэтому они появляются на несколько недель позже, чем IgM. IgG постоянно циркулируют в крови и при повторной инфекции их количество увеличивается. Благодаря малым размерам, IgG единственный из всех ИГ проходит плаценту и обеспечивает иммунитет плода и новорожденного до 6 месяцев.
Являются показателем уже перенесенной (знакомой) инфекции.
IgG составляют 70-80 % от общего числа ИГ в крови.
Норма: 7-16 г/л (могут быть разные референтные значения в лабораториях).
Повышение:
- выздоровление после первичной инфекции;
- хронические инфекции;
- заболевания печени;
- аутоиммунные заболевания;
- хронический лимфоцитоз;
- саркоидоз (узелки-гранулемы, чаще в легких и печени).
Снижение:
- общий вариабельный иммуннодефицит;
- белководефицитные синдромы;
- удаление селезенки;
- беременность.
Иммуноглобулины Е (IgЕ)
— у них две основные функции:
- участие в аллергических реакциях атопического типа (наследственная предрасположенность);
- формирование иммунного ответа на паразитарную инфекцию.
IgA – рисковые ребята, садятся на тучные клетки, которые как, мины, начинены взрывчаткой (гистамином, серотонином, простогландинами и др.) и когда происходит повторная встреча этих ребят (IgE) c уже знакомыми патогенами-антигенами, они сцепляются в драчливый клубок, как коты (образуется комплекс антиген-антитело), и мины (тучные клетки) взрываются с высвобождением гистамина, серотонина и других медиаторов, т.е. развивается аллергическая реакция в разных видах (аллергический ринит, бронхиальная астма, атопический дерматит и др.). IgE cоставляют 0.004% от общего числа ИГ в крови – мизер, но мал клоп, да вонюч (когда при аллергии и паразитах количество IgE возрастает в разы)!
Норма: до 100 МЕ/мл (могут быть разные референтные значения в лабораториях).
Повышение:
- аллергические заболевания и реакции, включая ангионевротический отек;
- паразитарные инфекции.
Снижение:
- вторичные или первичные иммунодефициты;
- атаксия-телеангиоэктазия.
Существуют ещё Иммуноглобулины D (IgD), роль которых пока не очень изучена, предполагается их участие в аутоиммунных реакциях. IgD составляют 1% от общего числа ИГ в крови.
Что с этим делать и на что обратить внимание:
– основная задача врача – ответить на вопрос: доктор, часто простываю, у меня, что – иммунитет ослаб?!
Самые частые иммунодефициты, связанные с нарушением функции ИГ:
- селективный дефицит иммуноглобулина А;
- общий вариабельный иммунодефицит;
- транзиторная гипогаммаглобулинемия у детей и другие, более редкие, иммунодефицитные состояния.
– наряду с другими исследованиями, определение уровня ИГ используется для дифференциальной диагностики заболеваний (аллергических, паразитарных, аутоиммунных);
– определение уровня ИГ – один из анализов иммунной системы наряду с такими исследованиями как:
- лейкоциты и их фагоцитарная активность;
- система комплемента;
- уровень Т-лимфоцитов и их субпопуляций.
Заметка из жизни: никогда не вырабатывается иммунитет на хамство. Будьте вежливы, не напрягайте себя!
Виктор Ямщиков, врач-минималист
Основными формами иммунного ответа на попадание антигена в организм являются: биосинтез антител, образование клеток иммунной памяти, реакция гиперчувствительности немедленного типа, реакция гиперчувствительности замедленного типа, иммунологическая толерантность, идиотип- антиидиотипические отношения.
Для гуморального иммунитета характерна выработка специфических антител (иммуноглобулинов).
Антитела — специфические белки гамма- глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами.
Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.
Иммуноглобулины ( Ig ) разделены в зависимости от локализации на три группы:
— сывороточные (в крови);
— секреторные ( в секретах- содержимом желудочно- кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно- в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);
— поверхностные ( на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В- лимфоцитов).
Любая молекула антител имеет сходное строение ( Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых ( Н ) и двух легких ( L ) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab ( fragment antigen binding ), определяющих антительную специфичность, и один Fc ( fragment constant ) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток ( макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).
Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу ( аминокислотным последовательностям ) и обозначаются как VL и VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ — замок” и образован гипервариабельными областями L- и Н- цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.
Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков- доменов. В легких ( L ) цепях — два домена- один вариабельный ( V ) и один константный ( C ), в тяжелых ( H ) цепях- один V и 3 или 4 ( в зависимости от класса иммуноглобулина ) C домена.
Существуют легкие цепи двух типов- каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.
Выявлено пять классов тяжелых цепей- альфа ( с двумя подклассами), гамма ( с четырьмя подклассами), эксилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов- А, G, E, M и D.
Именно константные области тяжелых цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.
Известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико- химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса ( IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 ), в составе IgA- два подкласса (IgA1, IgA2 ).
Структурной единицей антител является мономер, состоящий из двух легких и двух тяжелых цепей. Мономерами являются IgG, IgA ( сывороточный), IgD и IgE. IgM- пентамер (полимерный Ig). У полимерных иммуноглобулинов имеется дополнительная j ( joint) полипептидная цепь, которая объединяет ( полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).
Основные биологические характеристики антител.
1. Специфичность — способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).
2. Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров ( это связано с молекулярной организацией- моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными ( IgG ) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела навывают полными антителами. Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр ( блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.
3. Афинность — прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.
4. Авидность — интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.
5. Гетерогенность — обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:
— изотипические — принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;
— аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;
— идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.
Понятие о поликлональных и моноклональных антителах будет дано в следующих разделах.
Характеристика основных классов иммуноглобулинов.
Ig G. Мономеры, включают четыре субкласса. Концентрация в крови- от 8 до 17 г/л, период полураспада- около 3- 4 недель. Это основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG- антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние или 7S антитела), при вторичном иммунном ответе. IgG1 и IgG4 специфически (через Fab- фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация), благодаря Fc- фрагментам IgG взаимодействуют с Fc- рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM- антител, IgG- антитела относятся к категории поздних- появляются позже и более длительно выявляются в крови.
IgM.Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J- цепью, имеет 10 антиген- связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM- наиболее ранний класс антител, образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM- антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам грамотрицательных бактерий, жгутиковым антигенам- преимущественно IgM- антитела. IgM- основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных- это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG- 0,5- 2,0 г/л, период полураспада- около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG.
IgA. Выделяют сывороточные IgA (мономер) и секреторные IgA (IgAs). Сывороточные IgA составляют 1,4- 4,2 г/л. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа- IgA1 преобладает в сыворотке, субкласс IgA2 — в экстраваскулярных секретах.
Секреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов. Основная роль IgA- обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.
IgE. Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях. Основная роль- своими Fc- фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся “антитела аллергии”- реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab- фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc- фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.
IgD.Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В- лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.
С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини)- разновидность реакции преципитации и ИФА.
Определение антител различных классов имеет важное значение для диагностики инфекционных заболеваний. Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови- важный критерий при постановке диагноза- серологический метод диагностики. Антитела класса IgM появляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда- годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.
Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM- антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия— антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных— взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней- недель проб.
Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами (реакция “антиген- антитело”) проявляется в виде ряда феноменов- агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.
Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.
Первичный ответ- при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный- при повторном контакте. Основные отличия:
— продолжительность скрытого периода (больше- при первичном);
— скорость нарастания антител (быстрее- при вторичном);
— количество синтезируемых антител (больше- при повторном контакте);
— последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном- быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).
Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа- встреча с возбудителем после вакцинации.
Роль антител в формировании иммунитета.
Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.
1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.
2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.
3. Комплекс антиген- антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).
4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.
5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.
IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении грамотрицательных бактерий, IgA- в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs- в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE- в реакциях гиперчувствительности немедленного типа.