Интерферон как неспецифические факторы иммунитета
Интерферон относится к важным защитным белкам иммунной системы. Открыт при изучении интерференции вирусов, т. е. явления, когда животные или культуры клеток, инфицированные одним вирусом, становились нечувствительными к заражению другим вирусом. Оказалось, что интерференция обусловлена образующимся при этом белком, обладающим защитным противовирусным свойством. Этот белок назвали интерфероном.
Интерферон представляет собой семейство белков-гликопротеидов, которые синтезируются клетками иммунной системы и соединительной ткани. В зависимости от того, какими клетками синтезируется интерферон, выделяют три типа: α, β и γ-интерфероны.
Альфа-интерферон вырабатывается лейкоцитами и он получил название лейкоцитарного; бета-интерферон называют фибробластным, поскольку он синтезируется фибробластами — клетками соединительной ткани, а гамма-интерферон — иммунным, так как он вырабатывается активированными Т-лимфоцитами, макрофагами, естественными киллерами, т. е. иммунными клетками.
Интерферон синтезируется в организме постоянно, и его концентрация в крови держится на уровне примерно 2 МЕ/мл (1 международная единица — ME — это количество интерферона, защищающее культуру клеток от 1 ЦПД50 вируса). Выработка интерферона резко возрастает при инфицировании вирусами, а также при воздействии индукторов интерферона, например РНК, ДНК, сложных полимеров. Такие индукторы интерферона получили название интерфероногенов.
Помимо противовирусного действия интерферон обладает противоопухолевой защитой, так как задерживает пролиферацию (размножение) опухолевых клеток, а также иммуномодулирующей активностью, стимулируя фагоцитоз, естественные киллеры, регулируя антителообразование В-клетками, активируя экспрессию главного комплекса гистосовместимости.
Механизм действия интерферона сложен. Интерферон непосредственно на вирус вне клетки не действует, а связывается со специальными рецепторами клеток и оказывает влияние на процесс репродукции вируса внутри клетки на стадии синтеза белков.
Применение интерферона. Действие интерферона тем эффективнее, чем раньше он начинает синтезироваться или поступать в организм извне. Поэтому его используют с профилактической целью при многих вирусных инфекциях, например гриппе, а также с лечебной целью при хронических вирусных инфекциях, таких как парентеральные гепатиты (В, С, D), герпес, рассеянный склероз и др. Интерферон дает положительные результаты при лечении злокачественных опухолей и заболеваний, связанных с иммунодефицитами.
Интерфероны обладают видоспецифичностью, т. е. интерферон человека менее эффективен для животных и наоборот. Однако эта видоспецифичность относительна.
Получение интерферона. Получают интерферон двумя способами: а) путем инфицирования лейкоцитов или лимфоцитов крови человека безопасным вирусом, в результате чего инфицированные клетки синтезируют интерферон, который затем выделяют и конструируют из него препараты интерферона; б) генно-инженерным способом — путем выращивания в производственных условиях рекомбинантных штаммов бактерий, способных продуцировать интерферон. Обычно используют рекомбинантные штаммы псевдомонад, кишечной палочки со встроенными в их ДНК генами интерферона. Интерферон, полученный генно-инженерным способом, носит название рекомбинантного. В нашей стране рекомбинантный интерферон получил официальное название «Реаферон». Производство этого препарата во многом эффективнее и дешевле, чем лейкоцитарного.
Рекомбинантный интерферон нашел широкое применение в медицине как профилактическое и лечебное средство при вирусных инфекциях, новообразованиях и при иммунодефицитах
Они защищают организм человека от всех заболеваний и обусловлены врожденными свойствами организма, которые способствуют уничтожению самых различных микроорганизмов на поверхности тела и его полостях. К неспецифическим факторам иммунитета относят:
1. Тканевые (клеточные) факторы. Среди тканевых факторов важную роль выполняют:
a) Иммунологические барьеры, к которым относят защитные свойства кожи, слизистых и лимфоузлов. Кожа и слизистые являются механическим барьером, секрет потовых, сальных желез и секрет слизистых угнетают многие виды патогенных микроорганизмов. Лимфоузлы препятствуют распространению микроорганизмов в макроорганизме, являясь мощным естественным барьером
b) Видовая реактивность клеток – отсутствие рецепторов на поверхности клеток делает невозможным адсорбцию и проникновение инфекционного агента или яда в клетку
c) Фагоцитоз – процесс активного поглощения клетками макроорганизма попавших в него чужеродных веществ (в т.ч. микроорганизмов) с последующим их перевариваем с помощью внутриклеточных ферментов. Стадии фагоцитоза: 1) приближение фагоцита к объекту – положительный хемотаксис; 2) прилипание микроорганизма к фагоцитам — адгезия; 3) поглощение (инвагинация) микроорганизмов фагоцитами и образование фагосомы; 4) образование фаголизосомы, переваривание и гибель микроорганизма – киллинг -инактивация. Различают завершенный фагоцитоз – заканчивается полным разрушением и гибелью микроорганизма — и незавершенный – микроорганизмы внутри фагоцита не только не гибнут, но даже размножаются. Фагоцитарной активностью обладают микрофаги – это нейтрофилы, эозинофилы, базофилы – гранулярные лейкоциты, макрофаги – моноциты крови, гистиоциты, эндотелиальные и ретикулярные клетки внутренних органов и костного мозга.
d) Нормальные киллеры (клетки убийцы) – это цитотоксические лимфоциты, разрушающие клетки-мишени, инфицированные вирусами, и онкогенные клетки под действием лимфотоксинов.
2. Гуморальные факторы неспецифической защиты. Многочисленны, вырабатываются Т-лимфоцитами и макрофагами. К ним относят:
a) Комплемент – неспецифическая ферментная система крови, состоящая из 9 различных протеиновых фракций, адсорбирующихся в процессе каскадного присоединения на комплексе антиген + антитело и оказывающих лизирующее действие на связанные антителами клеточные антигены
b) Лизоцим – белок, содержащийся в слюне, крови, слезной и тканевой жидкости, активен в отношении грамположительных бактерий, т.к. нарушает синтез муреина в клеточной стенке.
c) β-лизины – освобождаются из лейкоцитов и более активны по отношению к грамотрицательным бактериям
d) лейкины – протеолитические ферменты, освобождающиеся при разрушении лейкоцитов и нарушающие целостность поверхностных белков микробных клеток
e) интерферон – α и β, продуцируются соответственно мононуклеарными фагоцитами и фибробластами и обладают противовирусной активностью
f) пропердин – комплекс белков, обладающих противовирусной, антибактериальной активностью в присутствии солей магния, вызывая лизис микроорганизмов и усиливая фагоцитарную реакцию и воспалительный процесс
g) эритрин – обладает ингибирующим действием на коринебактерии дифтерии и высвобождается при разрушении эритроцитов
h) нормальные антитела – обнаруживаются в крови новорожденных в очень низких титрах, обладают цитофильным действием, уровень их возрастает под действием микроорганизма как пускового сигнала. Образование нормальных антител генетически запрограммировано, они экспрессируются на поверхностных мембранах незрелых В-лимфоцитов в виде рецепторов
3. Факторы саморегуляции: проявляются повышением температуры тела, изменение рН и rН2 пораженных тканей, усилением выделительных функций организма, выведение микроорганизмов и их токсинов с мочой, испражнениями, мокротой и другими экскретами.
Приобретенный постинфекционный иммунитет обусловлен гуморальными и тканевыми факторами высокой специфичности – иммуноглобулинами и иммунокомпетентными клетками. Его образование индуцируется антигенами.
Антигены – (в дословном переводе термин «антиген» означает «анти» – против, «генос» – порождающий) – генетически чужеродные для организма вещества, на введение которых организм отвечает развитием специфических иммунологических реакций (образованием антител).
Свойства антигенов:
1. Иммуногенность – способность антигенов вызывать выработку антител
2. Способность взаимодействовать с антителами
3. Специфичность – определяется эпитопом (детерминантной группой) антигена – небольшой участок антигена, с помощью которого происходит его соединение со строго определенным антителом.
Виды антигенов:
1. Иммуногены – высокомолекулярные соединения, индуцирующие антителообразование и взаимодействующие с иммуноглобулинами
2. Неполноценные антигены (гаптены) — не способные вызывать выработку антител, но способные реагировать с готовыми антителами. Гаптены при соединении с белками организма человека способны превращаться в иммуногены. Антигенная структура микроорганизмов очень разнообразна. Различают: 1) соматические О-антигены, 2) оболочечные, капсульные К-антигены, 3) жгутиковые Н-антигены, 4) протективные (защитные) антигены — появляются у микроорганизмов только при попадании в организм человека, 5) рибосомальные, 6) Vi-антигены – антигены вирулентности. Условия, при которых вещества превращаются в антигены: чужеродность, макромалекулярность, коллоидное состояние, растворимость. Отдельно взятые виды микроорганизмов содержат видо- и типоспецифические антигены, но могут содержать и групповые, общие с родственными или отдаленными видами. Групповая общность антигенной структуры у различных видов клеток называется антигенной мимикрией, при которой иммунная система человека утрачивает способность быстро распознавать чужую метку и вырабатывать иммунитет (этим объясняется персистенция, устойчивое микробоносительство и поствакцинальное осложнение).
Антитела – это иммуноглобулины сыворотки крови, образующиеся в ответ на введение антигена и способные реагировать с ними.
Строение иммуноглобулинов:
По внешнему виду иммуноглобулин напоминает букву игрек и состоит из 4 полипептидных цепей, соединенных друг с другом дисульфидной связью: две длинные, тяжелые Н-цепи, напоминающие по форме клюшку и две короткие, легкие L-цепи. Структура верхних участков Н и L цепей сильно варьирует и называется V-участками или Fab-фрагментами – представляющими собой антигенсвязывающий центр или паратоп. Нижний конец Н-цепей обозначается C-областью или Fс-фрагментом, с помощью которых иммуноглобулины адсорбируются на рецепторах иммунокомпетентных клеток (комплементсвязывающий фрагмент).
По характеру действия антител на микроорганизмы различают антитоксины, лизины, агглютинины, преципитины, гемолизины, цитотоксины, бактериоцины, гемагглютинины.
Различают 5 основных классов иммуноглобулинов:
1. Ig G – мономеры, высоко специфичные, составляют 75% всех иммуноглобулинов человека, наиболее активны в развитии иммунитета человека, единственные из иммуноглобулинов проникают через плаценту, обеспечивают пассивный иммунитет плода, остаются долго после перенесенного заболевания
2. Ig М – состоят из 5 мономеров, образуют большие решетки (агглютинины, преципитины, комплементсвязывающие антитела), вырабатываются при первичной встрече с антигеном, поэтому появляются первыми после заражения, образуются первыми у ребенка на 5 месяце жизни, низкоспецифичны, не имеют диагностического значения, указывают на первичность и свежесть процессов, после перенесенного заболевания и при хроническом течении их нет
3. Ig А – обладают способностью проникать в секреты слизистых (молозиво, слюна, содержимое бронхов и др.), обеспечивают защиту слизистых оболочек дыхательного и пищеварительного трактов от действия микроорганизмов
4. Ig Е – мономеры с заблокированным Fab-концом, являются аллергическими, кожносенсебилизирующими веществами. Fс-конец присоединен к шоковым клеткам (базофилы, тучные клетки, эндотелий сосудов, эпителий кожи и слизистых), которые выбрасывают медиаторы воспаления, вызывая спазм сосудов, бронхов, отечность слизистых. С наличием этих иммуноглобулинов связана ГНТ и полинозы (анафилактический шок, бронхиальная астма, отеки, мигрени)
5. Ig D – плохо изучены, один Fab-конец у них заблокирован и встречаются они при коллагенозах (ревматизм, красная волчанка)
Образование антител как иммунная реакция на антигены происходит в лимфоидной ткани периферических органов иммунитета, главным образом, в лимфатических узлах и белой пульпе селезенки. Продуцентами антител являются плазмоциты. В динамике образования антител различают 2 фазы:
1) индуктивную (латентную) – отрезок времени между введением антигена и появлением первых плазмоцитов или следов иммуноглобулинов. В этой фазе антигены фагоцитируются макрофагами, накапливаются в них, подвергаются обработке и презентуются (представляются) макрофагами для распознавания Т-хелперам. Под действием Т-хелперов В-лимфоциты превращаются в плазмоциты, которые в дальнейшем и осуществляют синтез антител;
2) продуктивную (репродуктивную) – в эту стадию происходит интенсивный синтез антител.
Реакции иммунитета – это реакции, в основе которых лежит взаимодействие антигена с антителами. К ним относят: реакцию агглютинации, преципитации, РСК, РИФ, ИФА, РТГА, РНГА и др. Применяют реакции иммунитета для диагностики инфекционных заболеваний в двух направлениях:
1. Серодиагностика – определение неизвестных антител в сыворотке больного с помощью известных антигенов – диагностикумов, представляющих собой взвесь убитых микроорганизмов и выпускаемых микробиологической промышленностью.
2. Идентификация выделенной от больного чистой культуры микроорганизма – определение неизвестного антигена чистой культуры микроорганизмов, выделенной от больного, с помощью известных антител иммунной сыворотки, выпускаемой микробиологической промышленностью.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятия «инфекционный процесс»
2. Как называется клиническое проявление инфекционного процесса, сопровождающееся рядом характерных клинических симптомов?
3. Что понимают под термином «инфекция»?
4. Дайте определение понятия «патогенность»
5. Как называется степень или мера болезнетворности штамма внутри патогенного вида?
6. Перечислите факторы вирулентности
7. Какие виды токсинов, вырабатываемых микроорганизмами, вы знаете?
8. Какие признаки характерны для экзотоксинов?
9. Перечислите свойства, характерные для эндотоксинов
10. Какие микроорганизмы называют условно-патогенными?
11. Как называются инфекции, вызываемые УПБ?
12. Дайте определение понятия «иммунитет»
13. Как классифицируют иммунитет по происхождению?
14. Как называется иммунитет, развивающийся после перенесённого инфекционного заболевания?
15. К какой группе относят иммунитет новорожденных, формирующийся за счёт получения готовых антител от организма матери?
16. Какой вид иммунитета развивается после введения в организм вакцин и анатоксинов?
17. Какой вид иммунитета возникает при введении в макроорганизм готовых антител, полученных от другого иммунного организма?
18. Как классифицируют иммунитет по направленности действия?
19. Как классифицируют иммунитет по механизму действия?
20. Какие факторы иммунитета относят к неспецифическим факторам защиты?
21. Перечислите тканевые (клеточные) факторы неспецифической защиты
22. Чем обеспечиваются защитные свойства кожи, слизистых оболочек и лимфоузлов?
23. Дайте определение понятия «фагоцитоз»
24. Перечислите стадии фагоцитоза
25. Какие виды фагоцитоза вы знаете?
26. Перечислите клетки организма человека, обладающие фагоцитарной активностью
27. Как называются цитотоксические лимфоциты, разрушающие клетки-мишени, инфицированные вирусами, и онкогенные клетки под действием лимфотоксинов?
28. Перечислите гуморальные факторы неспецифической защиты
29. Какие реакции организма человека относят к факторам саморегуляции?
30. Дайте определение понятия «антигены»
31. Какие свойства антигенов вы знаете?
32. Чем отличаются полноценные антигены (иммуногены) от неполноценных антигенов (гаптенов)?
33. Какие антигены могут встречаться у микроорганизмов?
34. Дайте определение понятия «антитела»
35. Каково строение иммуноглобулинов?
36. Какие классы иммуноглобулинов вы знаете?
37. Какие фазы различают в динамике образования антител?
38. Как называются реакции, в основе которых лежит взаимодействие антигена с антителами?
39. Какие реакции относят к реакциям иммунитета?
40. Каково практическое применение реакции иммунитета?
Тест – да- , -нет — на тему
«Инфекция и иммунитет».
1. Инфекция – это эволюционно сложившиеся формы взаимоотношений между болезнетворными микробами и окружающей средой.
2. Различные формы проявления инфекции обусловливаются биологическими и социальными факторами окружающей среды.
3. Группу микробов, вызывающих инфекционные болезни, называют инфекционными.
4. Патогенность как видовой признак подвержена изменчивости.
5. Вирулентность – показатель болезнетворной активности.
6. Инвазивность – это способность микроорганизмов к внедрению и размножению.
7. Агрессивность – это способность выживать, размножаться и поражать.
8. Резистентность – это устойчивость организма, которое обусловливается неспецифическими факторами антиинфекционной защиты.
9. Восприимчивость – это способность организма реагировать на внедрение патогенных микробов.
10. Восприимчивость бывает двух видов: общая и индивидуальная.
11. Инфекционные болезни отличаются от соматических: заразительностью, способностью размножаться передачей специфического механизма, специфичностью локализации возбудителя в определённых органах и тканях, невосприимчивостью.
12. Инфекционные заболевания протекают циклически.
13. Инкубационный период начинается с момента заболевания.
14. Все инфекционные болезни по механизму передачи делятся на кишечные, дыхательных путей, кровяные, инфекции кожных покровов и слизистых оболочек.
15. В переводе с греческого слово «иммунитет» означает невосприимчивость.
16. Современная иммунология является биологической наукой изучающей физиологию и патологию больного организма.
17. Различают четыре типа иммунокомпетентных клеток.
18. Невосприимчивость – это явление гомеостатического порядка.
19. Выделяют три вида иммунитета: естественный, антивирусный, приобретенный.
20. Видовая ареактивность клеток к патогенным микробам и токсинам обусловлена генотипом.
Ответы.
1. Нет.
2. Да.
3. Нет.
4. Да.
5. Да.
6. Нет.
7. Да.
8. Да.
9. Да.
10. Нет.
11. Нет.
12. Да.
13. Да.
14. Да.
15. Нет.
16. Нет.
17. Нет.
18. Да.
19. Нет.
20. Да.
Иммунитет к гриппу, так же как и к другим вирусным инфекциям, определяется совокупностью его видовых (наследственных) и приобретенных в течение жизни свойств и функций, препятствующих, проникновению и размножению вируса в клетках, а также обезвреживающих его токсическое действие. Эти неспецифические и специфические факторы иммунитета разнообразны.
К неспецифическим факторам иммунитета относят естественную, или видовую, резистентность клеток, возраст организма, интерферон, вирусные ингибиторы, температуру тела, а к специфическим факторам — антитела, содержащиеся в крови и носовом секрете.
Интерферон
О существовании иммунитета клеток к вирусам предполагали давно, но только в последнее десятилетие были получены данные о материальном субстрате клеточного иммунитета, названном интерфероном. Он был обнаружен при изучении явления интерференции (антагонизма) вирусов, т. е. при торможении или полном подавлении размножения одного вируса другим вирусом. Интерференция вирусов — широко распространенное явление и наблюдается как между живыми вирусами, так и между инактивированным и живым вирусами. При этом наиболее выраженное подавление размножения вирусов наблюдается, когда один из них вводят в организм за 1-2 часа раньше другого. Интерферирующее действие вируса проявляется также в предупреждении развития инфекционного процесса.
Впервые (1957) интерферон был обнаружен в экстрактах из хорионаллантоисных оболочек куриного эмбриона при контакте их с инактивированным или живым вирусом гриппа. В последующие годы было установлено, что интерферон образуется в организме и в культуре клеток при введении живых и убитых вирусов, риккетсий, бактерий и их эндотоксинов, чужеродной нуклеиновой кислоты, полисахаридов и липополисахаридов бактериального происхождения.
Продукцию интерферона вызывают все вирусы, однако активность стимуляции образования его у разных видов вирусов различна. К наиболее активным индукторам интерферона следует отнести миксовирусы, энтеровирусы и арбовирусы. Менее активны вирусы герпеса, осповакцины и аденовирусы. Живые вирусы вызывают более длительную выработку интерферона, чем инактивированные.
В организме животных интерферон обнаруживается очень рано — через 1-2 часа, достигая максимального уровня спустя 6-8 часов после введения вируса. Интерферон обнаруживается в крови, в моче, спинномозговой жидкости, в смывах носоглотки, в различных органах (почки, легкие и др.) и тканях животного.
Интерферон образуется всеми клетками организм. Наиболее активно продуцируют его клетки ретикулоэндотелиальной системы, особенно макрофаги и лимфоциты.
Механизм образования интерферона еще недостаточно изучен. Известно, что индуктором образования интерферона является вирусная нуклеиновая кислота. Информация о синтезе интерферона закодирована в клеточной ДНК. В незараженной клетке функция генов, обусловливающих стимуляцию продукции интерферона, по-видимому, подавлена белком-репрессором. Проникший же в клетку вирус растормаживает (дерепрессирует) функцию этих генов, и в клетке образуется интерферон.
Независимо от условий образования (вида организма, типа клеток) интерферон обладает рядом общих свойств. Он относится к простым белкам, разрушается при замораживании и оттаивании, при облучении ультрафиолетовым светом, при действии трипсином и пепсинном. В то же время он устойчив к прогреванию при 60-80° в течение часа, не разрушается — как в кислой (рН 2,0), так и в щелочной среде (рН 10).
Интерферон обладает видовой специфичностью, т. е. интерферон, образованный клетками человека, защищает человека и не действует в организме животных, например мыши, и наоборот. Он обладает широким спектром противовирусного действия и этим коренным образом отличается от антител. Интерферон не токсичен и обладает слабой антигенной активностью.
Чувствительность разных вирусов к интерферону различна: размножение одних подавляется небольшими концентрациями его, другие относительно устойчивы к нему.
Механизм действия интерферона на репродукцию вирусов еще недостаточно изучен. Известно, что он не препятствует адсорбции вируса на клетке, а для проявления его действия необходимо сохранение целостности клеточных рецепторов. Интерферон не способен непосредственно нейтрализовать биологическую активность вируса.
Получен ряд данных, свидетельствующих о том, что интерферон действует не на одну, а на несколько стадий размножения вируса. Он, по-видимому, препятствует соединению вирусной РНК с рибосомами, что приводит к невозможности синтеза вирусных белков. Эти изменения, надо полагать, вызываются антивирусным белком, образующимся в обработанных интерфероном клетках.
Выраженная способность к подавлению размножении вирусов позволяет отнести интерферон к активным факторам неспецифической резистентности к вирусам. Ему принадлежит существенная роль в процессе выздоровления организма.
Вирусные ингибиторы
Вирусные ингибиторы — это мукопротеидной и липопротеидной природы вещества, содержащиеся в сыворотке, слюне, моче, а также в тканях человека и животных, способные подавлять гемагглютинирующие и инфекционные свойства вирусов.
Их делят, как уже указывалось, на термолабильные (бета-ингибиторы), разрушающиеся при 62-65°, и термостабильные. Среди последних различают: ингибиторы умеренной термостабильности (альфа-ингибиторы), разрушающиеся при 75°, и ингибиторы высокой термостабильности, выдерживающие нагревание при 100° в течение 10 минут. Активность термолабильных ингибиторов связана с бета-липопротеидами, а термостабильных — с мукопротеидами, содержащимися в альфа-глобулиновой фракции сыворотки человека и животных. Наиболее выемкой вируснейтрализующей активностью обладают термостабильные гамма-ингибиторы. В отличие от альфа- и бета ингибиторов они устойчивы к трипсину, углекислоте, разрушаются перйодатом калия или натрия, ацетоном и риванолем. В опытах на куриных зародышах и мышах было показано, что предварительное введение ингибиторов препятствует адсорбции вируса на клетках и развитию инфекции.
Механизм действия вирусных ингибиторов на вирусы во многом сходен с действием на них антител. Вступая в свизь с вирусом, ингибиторы лишают их гемагглютинирующей и вируснейтрализующей активности. Вируснейтрализующая активность сывороточных ингибиторов в отношении некоторых вирусов не уступает активности иммунных сывороток, нейтрализуя (в опытах на куриных эмбрионах и мышах) тысячи инфекционных доз вируса. Активность их более высока в отношении авирулентных штаммов, чем вирулентных.
Отмечено, что ингибиторочувствительные штаммы исчезают из организма, в сыворотке которого содержатся большие количества ингибиторов, через несколько часов, а ингибиторорезистентные штаммы сохраняются в кров: в течение 3-4 суток.
Обнаружение вируснейтрализующих ингибиторов (гамма- и бетаингибиторов) в носовом секрете, мокроте, слюне явилось основанием, чтобы отнести их к факторам противогриппозного иммунитета.
Роль фагоцитарных клеток
Как выяснилось в последние годы, в иммунитете против вируса гриппа существенная роль принадлежит фагоцитарным клеткам — лейкоцитам, особенно макрофагам. Они поглощают пораженные вирусом клетки и продукты их разрушения, выполняя этим существенную защитную функцию при гриппе. Кроме того, они продуцируют антитела и интерферон.
Защитная функция нормальной и повышенной температуры тела при гриппе проявляется в инактивации внеклеточного вируса и повышении продукций интерферона.