Инструктивные и конструктивные теории иммунитета
Теория иммунитета Мечникова — теория, согласно которой решающая роль в антибактериальном иммунитете принадлежит фагоцитозу.
Сначала И.И.Мечников как зоолог экспериментально изучал морских беспозвоночных фауны Черного моря в Одессе и обратил внимание на то, что определенные клетки (целомоциты) этих животных поглощают инородные субстанции (твердые частицы и бактерий), проникшие во внутреннюю среду. Затем он увидел аналогию между этим явлением и поглощением белыми клетками крови позвоночных животных микробных телец. Эти процессы наблюдали и до И.И.Мечникова другие микроскописты. Но только И.И.Мечников осознал, что это явление не есть процесс питания данной единичной клетки, а есть защитный процесс в интересах целого организма. И.И.Мечников первым рассматривал воспаление как защитное, а не разрушительное явление. Против теории И.И.Мечникова в начале XX в. были большинство патологов, так как они наблюдали фагоцитоз в очагах воспаления, т.е. в больных местах, и считали лейкоциты (гной) болезнетворными, а не защитными клетками. Более того, некоторые полагали, что фагоциты — разносчики бактерий по организму, ответственные за диссеминацию инфекций. Но идеи И.И.Мечникова устояли; ученый назвал действующие таким образом защитныеклетки » пожирающими клетками». Его молодые французские коллеги предложили использовать греческие корни того же значения. И.И.Мечников принял этот вариант, и появился термин «фагоцит».Эти работы и теория Мечникова чрезвычайно понравились Л. Пастеру, и он пригласил Илью Ильича работать в свой институт в Париже.
Клонально-Селекционная теория иммунитета.
теория Бернета — теория, согласно которой в организме возникают клоны клеток, иммунокомпетентных в отношении различных антигенов; антиген избирательно контактирует с соответствующим клоном, стимулируя выработку им антител.
Данная теория была разработана Франком Бёрнетом (1899—1985) для объяснения функционирования иммунной системы.
Иммунный ответ должен определять огромное число антигенов . Поэтому человеческий организм должен синтезировать сотни тысяч молекул антител с различными распознающими областями
Клонально-селекционная теория утверждает:
1. Антитела и лимфоциты с необходимой специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
2. Лимфоциты, участвующие в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны.
В случае B-лимфоцитов рецепторами являются молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
3. Каждый лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
4. Лимфоциты, сенсибилизированные антигеном, проходят несколько стадий пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток .
Плазматические клетки будут синтезировать антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , выделяемые другими клетками. Лимфоциты могут также сами начать выделять цитокины.
Благодаря этому механизму клональной селекции антитела могут накапливаться в достаточно высокой концентрации, чтобы эффективно бороться с инфекцией .
Подобный же механизм существует для селекции антиген-специфичных T-лимфоцитов .
Пролиферирующему клону необходимо время для образования достаточного количества клеток. Вот почему проходит обычно несколько дней после контакта с антигеном, прежде чем в сыворотке обнаруживаются антитела. Поскольку эти антитела образовались в результате антигенного воздействия, мы говорим о приобретенном иммунном ответе .
Интенсивность ответа, осуществляемого популяцией примированных лимфоцитов, возрастает, главным образом, за счет увеличения клеток, способных воспринимать антигенный стимул. При этом должна существовать комбинация механизмов, включающих хранение антигена, существование популяции лимфоцитов и постоянное поддерживание отдельных клонов клеток, что и приводит к способности иммунной системы к длительной памяти(приобретенного иммунитета).
Один из наиболее эффективных контролирующих механизмов заключается в том, что продукт реакции одновременно служит ее ингибитором. Именно этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител.
Теория иммунитета Эрлиха — одна из первых теорий антителообразования, согласно которой у клеток имеются антигенспецифические рецепторы, высвобождающиеся в качестве антител под действием антигена.
В статье Пауля Эрлиха противомикробные вещества крови автор назвал термином «антитело», так как бактерий в то время называли термином «korper» — микроскопические тельца. Но П. Эрлиха «посетило» глубокое теоретическое прозрение. Несмотря на то, что факты того времени свидетельствовали, что в крови неконтактировавшего с конкретным микробом животного или человека не определяются антитела против данного микроба, П. Эрлих каким-то образом осознал, что и до контакта с конкретным микробом в организме уже естьантитела в виде, который он назвал «боковыми цепями». Как мы теперь знаем, это именно так, и «боковые цепи» Эрлиха — это подробно изученные в наше время рецепторы лимфоцитов для антигенов.Позже этот же образ мыслей П. Эрлих «применил» к фармакологии: в своей теории химиотерапии он предполагал предсуществование в организме рецепторов для лекарственных веществ. В 1908 г. П. Эрлиху вручили Нобелевскую премию за гуморальную теорию иммунитета.
Пастер предложил теорию исчерпанной силы; согласно этой теории «невосприимчивость» представляет состояние, при котором организм человека (как питательная среда) не поддерживает развитие микробов. Однако автор быстро понял, что его теория не может объяснить ряд наблюдений. В частности, Пастер показал, что если заразить курицу сибирской язвой и держать её ноги в холодной воде, то у неё развивается заболевание (в обычных условиях куры невосприимчивы к сибирской язве). Развитие феномена обусловливало снижение температуры тела на 1-2 °С, то есть ни о каком исчерпывании питательной среды в организме речь идти не могла.
В самой сжатой форме все появившиеся со времен П. Эрлиха гипотетические построения, касающиеся феномена иммунологической специфичности, можно разбить на две группы: инструктивные и селективные.
Инструктивные теории рассматривали антиген в качестве пассивного материала — матрицы, на которой формируется антигенсвязующий участок антител. По этой теории все антитела имеют одну и ту же последовательность аминокислотных остатков. Различия касаются третичной структуры и возникают в процессе окончательного формирования молекулы антитела вокруг антигена. С иммунологических позиций они не объясняли, во-первых, почему количество антител в молярном отношении значительно больше количества проникшего в организм антигена, и, во-вторых, не отвечали на вопрос, за счет чего формируется иммунологическая память. Теории противоречат современным фактам иммунологии и молекулярной биологии и представляют лишь исторический интерес.
Более плодотворными оказались селективные теории вариабельности антител. В основе всех селективных теорий лежит представление о том, что специфичность антител предопределена, и антиген выступает лишь в качестве фактора отбора соответствующих по специфичности иммуноглобулинов. В 1955 г. вариант селективной теории выдвинул Н. Ерне. По его представлениям, в организме постоянно присутствуют антитела самой разнообразной специфичности. Антитело после взаимодействия с соответствующим антигеном поглощается фагоцитирующими мононуклеарами, что приводит к активной продукции этими клетками антител исходной специфичности.
Особое место в иммунологии занимает клонально-селекционная теория иммунитета М.Ф. Бернета (1959). Она гласит, что при дифференцировке лимфоцитов от стволовой кроветворной клетки и при параллельно идущем процессе мутационных изменений в генах, ответственных за синтез антител, возникают клоны, которые способны взаимодействовать с антигеном одной конкретной специфичности. В результате подобного взаимодействия формируется отобранный по специфичности клон, который либо секретирует антитела заданной специфичности, либо обеспечивает строго специфическую клеточную реакцию. Клонально-селекционный принцип организации иммунной системы, выдвинутый Бернетом, полностью подтвердился в настоящее время. Недостатком теории являются представления о том, что многообразие антител возникает только за счет мутационного процесса. Основной принцип селекции специфических клонов сохранен в теории зародышевой линии Л. Худа и соавт. (1971). Однако первопричину многообразия клонов авторы видят не в повышенной мутабельности иммуноглобулиновых генов, а в исходном зародышевом их предсуществовании. Весь набор V — генов, контролирующих вариабельную область иммуноглобулинов, представлен изначально в геноме и передается из поколения к поколению без изменений. В процессе развития В-клеток происходит рекомбинация иммуноглобулиновых генов, так что отдельно взятая созревающая В-клетка способна синтезировать иммуноглобулин одной специфичности. Такая моноспецифическая клетка становится источником клона В-клеток, продуцирующих определенный по специфичности иммуноглобулин.
Объединяющим моментом всех этих теоретических построений является убежденность в том, что антиген — лишь фактор селекции, но не участник формирования специфичности.
1. Терминологическое разнообразие антигенов. Свойства антигенов.
Антигены представляют собой чужеродные вещества или структуры, которые способны вызывать иммунный ответ.
Серьезное изучение антигена как индуктора иммунного ответа началось после работ Ландштейнера в 20-30-х годах. Теоретически любая молекула может быть антигенной, попав в организм, который воспринимает ее как чужеродную и дает на нее иммунный ответ. В этом определении скрыты две основные характеристики антигена: иммуногенность и антигенная специфичность. Иммуногенность — это свойство антигена вызывать иммунный ответ. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов: чужеродность, молекулярный вес, химический состав, вид животного и его генетическая конституция, способ введения антигена, чувствительность к катаболическому разрушению, действие адъювантов.
Специфичность антигена — это способность антигена избирательно реагировать с антителами или сенсибилизированными лимфоцитами, которые появились в результате иммунизации. За специфичность антигена ответственны определенные участки его молекулы, называемые детерминантами (или эпитопами). Специфичность антигена определяется набором детерминант. Детерминанта — область молекулы антигена, к которой выработаны специфические антидетерминанты (активные центры антител). Специфичность выражается в том, насколько точно антигенная детерминанта «пригнана» к антиген — связующему центру (антидетерминанте). Специфичность взаимодействия антигена с антителом зависит от пространственной конфигурации детерминант.
Различают:
секвенциальную (англ. seguence — последовательность), представленную определенной аминокислотной последовательностью в произвольно свернутой молекуле белка;
конформационную, представленную определенными областями белков, расположенными на поверхности молекул.
2. Антигены HLA.
Главный комплекс гистосовместимости был открыт в связи с разработкой вопросов внутривидовой пересадки тканей. Комплекс расположен у человека на 6-й, а у мышей — на 17-й хромосоме и занимает значительный участок ДНК, включающий до 4х106 пар оснований, или около 50 генов. Основными особенностями комплекса являются его значительная полигенность — наличие нескольких неаллельных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции, а также полиморфизм — присутствие многих аллельных форм одного и того же гена. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.
Главный комплекс гистосовместимости как у мышей, так и у человека включает три группы генов:
- 1. гены, контролирующие молекулы II класса (Н-2К, Н-2D и Н-2L — у мышей и HLA — А, -В, -С — у человека);
- 2. гены, контролирующие молекулы II класса (б и в — цепи молекул А и Е — у мышей и DP, DQ, DR — учеловека); к этой же группе генов относятся LMP и ТАР, контролирующие соответствующие белки, которые участвуют в образовании комплекса антигенного пептида с молекулами МНС;
- 3. гены III класса отвественны за синтез одного из компонентов системы комплемента, фактора некроза опухолей — б и в, ферментов, участвующих в синтезе гормонов.
Наиболее важными в иммунологическом смысле гликопротеинами, контролируемыми комплексом, являются антигены I и II классов.
Методами рентгеноструктурного анализа выяснена структура молекул I и II классов главного комплекса гистосовместимости. Молекула I класса состоит из тяжелой цепи, включающей три домена: б1, б2, и б3, и одной легкой цепи — в2 — микроглобулина. Связывание антигенного пептида молекулой I класса происходит в антигенсвязывающей щели, образованной б — спиральными участками б1- и б2 — доменов. Молекула II класса представляет собой гетеродимер, состоящий из двух нековалентно связанных цепей: б и в, каждая из которых включает два домена: б1, б2, и в1, в2, соответственно. Антигенсвязывающая область, как и у молекул I класса, образована б — спиральными участками. В построении этой области принимают участие б1 и в1 — цепи. Между молекулами I и II классов видно структурное сходство: однотипная пространственная организация, общее количество доменов, принцип построения антигенсвязывающей области.
HLA- антигены принимают участие в распознавании и устранении аномальных клеток цитотоксическими лимфоцитами.
3. Иммуноглобулины: структура, функции.
Антитела представляют собой глобулины, специфически реагирующие с антигеном, который определил их образование. С 1964 г. антитела принято называть иммуноглобулинами.
При анализе структуры и функции иммуноглобулинов следует различать два понятия: гетерогенность и вариабельность. Гетерогенность определяет свойства иммуноглобулинов, обусловленные постоянной частью молекулы, т.е. теми структурными особенностями, которые позволяют делить всю группу этих белков на классы, подклассы, аллотипы, и типы легких цепей. Гетерогенность подразумевает также различия в функциональной активности разных классов иммуноглобулинов за исключением их свойства специфического взаимодействия с антигеном. Вариабельность — это индивидуальная характеристика иммуноглобулинов, относящаяся к одному и тому же классу или подклассу. Она проявляется в специфической антигенсвязующей активности и обусловлена меняющейся от белка к белку последовательностью аминокислотных остатков в N — концевой части молекулы.
У млекопитающих известно пять классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgD, IgE, которые имеют общий план строения, но отличаются структурными особенностями тяжелых (Н) цепей, физическими, химическими и биологическими свойствами.
IgG — это антитела, содержащиеся в сыворотке в самой высокой концентрации (12, 0 г/л). Концентрация IgG в сыворотке достигает нормы к 7- летнему возрасту. Повышенная концентрация IgG наблюдается при инфекциях, болезнях печени, аутоиммунных заболеваниях. Пониженная концентрация IgG наблюдается у новорожденных, при замедленном созревании иммунной системы и недостаточности гуморального иммунитета. IgG — единственный иммуноглобулин, обладающий способностью проходить через плаценту, благодаря этому плод получает материнские антитела. Молекулы IgG свободно диффундируют из плазмы крови в тканевую жидкость.
IgM — средняя концентрация IgM в сыворотке составляет у женщин до 1, 1 г/л, у мужчин от 0, 9 г/л. Повышение IgM наблюдается при инфекциях у новорожденных, остром гепатите, снижается — при отдельных формах иммунологической недостаточности. Наибольшую активность проявляет в антибактериальном иммунитете и при некоторых аутоиммунных заболеваниях. IgM находится преимущественно в плазме крови и в лимфе. IgM не проходит через плаценту. Обнаружение у плода антител класса IgM указывает на внутриматочную инфекцию.
IgA — различают секреторный и сывороточный. Концентрация достигает в сыворотке в среднем 2 г/л. Содержание IgA в сыворотке достигает нормальных значений к 10 годам. Повышенное содержание IgA в сыворотке наблюдается при инфекциях у новорожденных, при респираторных и кишечных заболеваниях; пониженная концентрация — при иммунологической недостаточности и лимфоидных опухолях. IgA, содержащийся в секретах характеризуется наличием добавочного структурного компонента, который обозначается как секреторный компонент — SC.
Биологическая функция IgA заключается в местной защите слизистых оболочек от инфекций. Секреторный IgA может препятствовать адгезии бактерий к эпителиальным клеткам, затрудняя этим колонизацию слизистых оболочек бактериями. В отличие от сывороточного IgA концентрация секреторного IgA в слюне достигает значений, характерных для взрослого, уже через 6 — 8 недель после рождения.
IgD — был открыт как необычный миелоидный белок. Затем его обнаружили в сыворотке крови, в очень небольшой концентрации 30 мг/л. Биологическая функция IgD не ясна, предполагают, что он служит рецептором для В-лимфоцитов.
IgE — концентрация в сыворотке составляет 0, 25 мг/л. IgE идентичен антителам, ранее названными реагинами. Функциональная активность IgE проявляется в развитии аллергических реакций. Данный иммуноглобулин способен взаимодействовать с тучными клетками и базофилами посредством Fc- области и соответствующего рецептора на этих клетках. После связи IgE с антигеном (аллергеном) тучные клетки получают сигнал к секреции вазоактивных аминов и других фармакологически значимых соединений, что и приводит к развитию аллергической реакции.
4. Цитокины.
Для развития эффективного иммунного ответа необходимо участие целого ряда эффекторных и регуляторных клеток иммунной системы, клеток, участвующих в реакциях воспаления, гемопоэтических и других типов клеток. Взаимодействие между этими клетками осуществляется с помощью цитокинов. Цитокины — эндогенные низкомолекулярные белковые регуляторы, принимающие участие в наиболее эффективном проявлении иммунного ответа. Цитокины в основном играют регулирующую роль в межклеточных взаимодействиях, активируя или, ингибируя активность определенных клеток. Некоторым цитокинам свойственна прямая эффекторная функция. Цитокины секретируются разными типами клеток, в основном разными популяциями лейкоцитов, и действуют локально от клетки к клетки, соединяясь со специфическими высокоаффинными рецепторами. Термином «цитокины» объединяют разнообразные факторы роста, интерфероны, хемокины и интерлейкины. В настоящее время идентифицировано около 80 цитокинов. Однако предполагают, что их количество приближается к 1000.