Роль иммуноглобулинов различных классов в иммунитете

Человеческий иммунитет – это сложная многоступенчатая система защиты организма от вредоносного воздействия извне (вирусов, бактерий, аллергенов, грибков). Не существует одного органа, который бы отвечал за иммунную защиту. Эта функция возложена на разные системы: начиная с кишечника и заканчивая микроскопическими белковыми веществами – иммуноглобулинами.

Общая характеристика иммуноглобулинов

Иммуноглобулины (Ig), также известные как антитела, представляют собой молекулы гликопротеинов (особые белковые соединения, содержащиеся в плазме крови). Они – важная часть иммунной системы, задача которой – защищать организм от инфекций и других инородных веществ. В нашем организме, как и в организмах позвоночных животных, иммуноглобулины содержатся в крови и в некоторых секреторных жидкостях. Антитела помогают организму идентифицировать и уничтожать посторонние вредоносные элементы. Обычно иммуноглобулины вырабатываются как ответ на контакт с антигенами, например, бактериями или вирусами. Иногда иммуноглобулины продуцируются после контакта с собственными тканями организма, называемыми аутоантигенами.

Дефицит или избыток антител может быть признаком различных патологий, поэтому определение их количества в крови является важной частью при диагностике многих заболеваний. Кроме того, современные достижения в биомедицине позволяют использовать синтетические антитела в лечении некоторых заболеваний.

Структура антител

Иммуноглобулины – это симметричные Y-образные молекулы, состоящие из двух тяжелых длинных цепочек (Н) и двух коротких легких (L). Цепи соединены друг с другом либо дисульфидными (SS), либо водородными связями. Каждый иммуноглобулин можно условно разделить на две части: константную (C) и вариабельную (V). В то время как С-часть определяет активность антитела, то V-область необходима для связывания со специфическими антигенами (то есть специфическими белками, которые сигнализируют о присутствии в организме конкретной бактерии, вируса или другого чужеродного объекта).

Структура и роль С-части идентична для всех видов антител. Этот участок можно образно назвать мозговым центром иммуноглобулина. Именно он контролирует, насколько эффективно антитело выполняет свою функцию. V-область у разных видов антител отличается. Благодаря этой вариабельности антитела могут распознавать и связываться с разными видами чужеродных тел в организме. То есть для каждого вида «чужака» существует свой иммуноглобулин со специфической структурой V-области.

Иными словами, каждое антитело подходит к антигену по принципу ключа и замка, а в сочетании друг с другом образуют так называемые иммунные комплексы. Но также антитела способны проявлять гибкость в сочетании с «чужаками», благодаря чему с легкостью адаптироваться к различным антигенам. Однако эта способность иммуноглобулинов иногда провоцирует у человека перекрестные аллергические реакции – когда иммунитет человека с аллергией не может различать аллергены. Например, человек с аллергией на цветочную пыльцу из-за неправильной работы иммуноглобулинов может также реагировать на сырые фрукты и овощи.

Разновидности иммуноглобулинов

В человеческом организме иммуноглобулины представлены в двух формах:

• растворимые (продуцируются плазматическими клетками);
• связанные с наружной мембраной B-лимфоцитов, они же – рецепторные антитела.

Кроме того, существуют разные классы и подклассы (изотопы) иммуноглобулинов. Они различаются по своим биологическим особенностям, структуре и нацеленности на «мишени». На основе различий в структуре тяжелых цепей было выделено несколько классов антител. Каждый из них отличается функциями и ответными реакциями.

У плацентарных млекопитающих, и в том числе человека, было идентифицировано 5 основных классов антител: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM. В человеческой крови содержатся только три из них – IgA, IgG и IgM. Но остальные, по мнению специалистов, являются не менее полезными для поддержания иммунной системы. Все они различаются между собой по типу тяжелой цепи. К примеру, для молекул IgG свойственны гамма-цепи, IgM имеют мю-цепи, IgA – альфа-цепи, IgE отличаются наличием цепей типа эпсилон, а IgD – обладатели дельта-цепей. Эти различия позволяют иммуноглобулинам участвовать в различных типах и на разных стадиях иммунных ответов.

Кроме основных классов иммуноглобулинов существует несколько подклассов. Разница между ними основана на незначительных отличиях в типе тяжелых цепей каждого класса. В человеческом организме встречаются 4 подкласса антител. Нумерация соответствует порядку уменьшения их концентрации в сыворотке. Так, антитела IgG и IgA дополнительно группируют на подклассы IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, а также IgA1 и IgA2.

Большинство антител (IgG, IgD, IgE) в организме представлены в форме мономера (одной молекулы). Исключение составляет антитело класса А, которое также встречается в форме димера, и IgМ, образующий форму снежинки (пентамер).

Характеристика разных классов иммуноглобулинов

Класс IgA

Около 15% антител, содержащихся в организме здорового человека, это иммуноглобулины типа IgA. В наших телах могут присутствовать два подкласса IgA – IgA1 и IgA2. Они различаются молекулярной массой тяжелых цепей и концентрацией в сыворотке. Кстати, в сыворотке IgA представлен в основном как мономер (состоит из одной молекулы). В секреторных жидкостях иммуноглобулин присутствует в виде димера, связанного с пептидом. Большинство IgA в организме – это димеры. Они присутствуют в большинстве секреторных жидкостей, включая слизистые оболочки дыхательных и мочеполовых путей, ЖКТ, а также слюну, слезы, молозиво и молоко у женщин. Поскольку IgA присутствует на слизистых оболочках пищеварительной системы, где он может подвергаться воздействию ферментов, в составе этого антитела есть специальный компонент, который защищает молекулу от преждевременного разрушения.

Иммуноглобулины класса A, как правило, не являются специфическими с точки зрения «подстраивания» под определенный тип чужеродных тел. Обычно антитела из этой группы присутствуют в уязвимых местах организма или на участках, где микробы могут легко проникнуть внутрь. Иммуноглобулины класса A обеспечивают местный гуморальный иммунитет. Это связано с его свойствами предотвращать проникновение патогенов через эпителиальные поверхности. Из-за обилия IgA в секрете слизистых оболочек (слюна, слезы) он защищает организм от некоторых локальных инфекций.

Основная функция иммуноглобулинов этого класса состоит не в разрушении антигенов, а в предотвращении проникновения посторонних веществ в систему кровообращения. Сами по себе IgA довольно слабые и не способны самостоятельно разрушать бактерии. Поэтому они всегда работают вместе с лизоцимами – ферментами, которые также присутствуют в секреторных жидкостях и могут разрушать бактерии.

Если концентрация иммуноглобулинов класса IgA в организме нарушается, человек часто страдает инфекционными заболеваниями дыхательных путей и почечными болезнями, в том числе нефропатией. Люди, в чьих организмах не хватает IgA, более склонны к аутоиммунным расстройствам, таким как ревматоидный артрит, волчанка, аллергия и астма.

К снижению количества IgA могут привести разные заболевания. Одно из таких – гонорея. Бактерии, вызывающие гонорею, продуцируют фермент, который расщепляет антитело IgA на две части: Fc и Fab. Что интересно, Fab все еще может находить опасные для организма бактерии, но без взаимодействия с Fc он не способен противостоять им.

Класс IgD

Иммуноглобулины класса D в теле человека представлены в очень маленьком количестве и составляют примерно 0,2% от всех антител. Известно, что IgD прикрепляется к поверхности некоторых В-лимфоцитов как рецептор В-клеток. Тем не менее его функции в человеческом организме на сегодня до конца еще не изучены. Есть мнение, что именно IgD является причиной аллергии на пенициллин. Также иногда он может активизироваться после контакта с безвредными белками крови, тем самым вызывая в организме аутоиммунные реакции.

Класс IgE

Иммуноглобулин IgE, как и IgD, в сыворотке встречается в гораздо меньших количествах, нежели другие классы антител. IgE защищает от проникновения паразитов, а также отвечает за аллергические реакции.

IgE содержится в плазме крови. Из всех сывороточных антител на долю этого приходится только 0,002%. Но это не мешает ему выполнять жизненно важную роль для человека. Иммуноглобулины этой группы связываются с поверхностью базофилов и тучных клеток. Дальше к ним присоединяется антиген, что в свою очередь ведет к выбросу в кровоток веществ-модераторов воспалительной реакции. То есть IgE управляет аллергическими реакциями.

Когда антигены, такие как пыльца, ядовитые вещества, споры грибов, пылевые клещи или перхоть домашних животных связываются с IgE, в организме высвобождаются такие вещества, как гепарин, гистамин, протеолитические ферменты, лейкотриены и цитокины. Это ведет к расширению сосудов и повышению их проницаемости. В результате этого опасные вещества могут проникнуть в капилляры, а затем и в ближайшие ткани, вследствие чего появляются характерные для аллергической реакции симптомы. Кстати, большинство типичных аллергических реакций в виде чихания, кашля, слезотечения и повышенного выделения слизи как раз таки способствует выведению из организма оставшихся аллергенов.

Исследования показали, что такие расстройства, как астма, ринит, экзема, крапивница и дерматит вызывают повышение уровня IgE. Антитела Е-типа также активно продуцируются в ответ на присутствие в организме червей-паразитов (гельминтов), персистирующих инфекций (герпесвирусы, атипичные микроорганизмы) и некоторых членистоногих (например, вшей). Кроме того, IgE играет косвенную роль в иммунном ответе, стимулируя другие иммунные компоненты к действию. Также он может защищать поверхности слизистых оболочек, вызывая, в случае опасности, воспалительные реакции.

Патологически низкий уровень антител класса IgE может возникать на фоне редкого генетического заболевания, сопровождающегося нарушением координации мышц (атаксия телеангиэктазия).

Класс IgG

Иммуноглобулины класса G являются доминирующими в человеческом организме. На их долю приходится 75% всех антител. Частично это связано с длительным периодом полураспада: от 7 до 23 дней (зависимо от подкласса). Кроме того, они могут сохраняться в крови в течение нескольких десятков лет после контакта с антигеном.

Существуют 4 подкласса IgG:

1. IgG1 составляет от 60 до 65% от общего количества иммуноглобулина этого класса. Его дефицит обычно является признаком гипогаммаглобулинемии (дефицит плазматических клеток).
2. IgG2 – второй по распространенности изотоп, составляет 20-25% от общего количества IgG. «Взрослые» концентрации антитела обычно появляются к 6-7-летнему возрасту. Дефицит IgG2 связывают с рецидивирующими инфекциями дыхательных путей.
3. IgG3 занимает от 5 до 10% от общего IgG. Играет основную роль в иммунных реакциях против белковых или полипептидных антигенов.
4. IgG4 составляет до 4% в общей доле IgG. Раньше IgG4 связывали только с пищевой аллергией, но недавние исследования показали, что повышение IgG4 в сыворотке бывает у пациентов, страдающих склерозирующим панкреатитом, холангитом и интерстициальной пневмонией. Тем не менее точная роль IgG4 до сих пор неизвестна.

IgG играет ключевую роль в гуморальном иммунном ответе. Это основной иммуноглобулин, содержащийся в крови, а также в лимфатической, спинномозговой и брюшной жидкостях. Способность оставаться в организме в течение длительного времени делает его наиболее полезным антителом для пассивной иммунизации. Это единственное антитело, способное проникать через плаценту матери и попадать в кровообращение плода, обеспечивая послеродовую защиту для новорожденного в течение первых месяцев его жизни.

Главные функции IgG:

• усиление фагоцитоза в макрофагах и нейтрофилах;
• нейтрализация токсинов;
• инактивация вирусов;
• уничтожение бактерий.

Класс IgM

IgM – это самый важный представитель семейства человеческих иммуноглобулинов, хотя он и отличается весьма коротким периодом полураспада – около 5 дней.

Иммуноглобулинам класса IgM в общей доле сывороточных антител в человеческом организме отведено примерно 10-13%. Они участвуют в первичных иммунных реакциях и являются наиболее важными из антител.

IgM преимущественно содержится в лимфатической жидкости и крови. Является главным нейтрализующим агентом на ранних стадиях заболевания. IgM – это так сказать первая линия защиты человеческого организма от непрошеных гостей. В ходе иммунного ответа они вырабатываются первыми, а затем замещаются антителами G. Интересно, что у детей, начиная с 9-месячного возраста, в организме вырабатывается такое же количество антител IgM, как и у взрослых.

Повышение уровня IgM можно расценивать как признак недавно перенесенной инфекции или присутствия в организме антигена.

Роль иммуноглобулинов в организме

Антитела являются частью гуморального иммунного ответа и действуют очень специфично, так как всегда направлены против определенного антигена.

Задача любого антитела в организме человека – участвовать в иммунных реакциях. Иммуноглобулины обладают способностью образовывать иммунные комплексы с молекулами антигена, активировать систему комплемента (комплекс белков, содержащихся в крови, необходимых для защиты организма от чужеродных агентов) и вызывать воспаления. Все это должно нейтрализовать антиген и безопасно удалить его из организма.

Из-за различных биохимических свойств разные классы антител могут выполнять специализированные функции:

• нейтрализовать паразитов (IgE);
• нейтрализовать микроорганизмы (IgM, IgG);
• защищать от повторных заболеваний, таких как эпидемический паротит (IgG);
• защищать слизистые оболочки (IgA);
• участвовать в синтезировании лимфоцитов (IgD);
• защищать плод (IgG) и новорожденного малыша (IgA).

Антитела и иммунологическая память

Иммунный ответ делится на первичный и вторичный. Первичный ответ проявляется во время первого контакта с антигеном, после чего организм вырабатывает по большей части иммуноглобулины класса IgM, которые затем замещаются более специфическими и стабильными антителами IgG.

Вторичный иммунный ответ возникает при повторном контакте с тем же антигеном. Он интенсивнее первичного, концентрация антител достигает более высоких уровней, чем в первый раз.

Такой эффект обусловлен иммунологической памятью и наличием памяти у В-лимфоцитов. Эти клетки живут в организме годами, и когда они вступают в контакт с антигеном, начинают очень интенсивно делиться и продуцировать специфические антитела.

Как определить количество антител

Антитела составляют от 12% до 18% сывороточных белков. Для оценки количества отдельных белковых фракций, в лабораторных условиях составляется так называемая протеинограмма.

Тест на антитела, метод иммуноферментной агглютинации (ИФА), как правило, проводится с венозной кровью (позволяет определить количество иммуноглобулинов класса IgM, IgG, IgE, IgA). Кроме того, определить количество антитела класса IgA можно путем биохимического исследования слюны или кала человека – метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). В отдельных ситуациях тест может быть проведен с использованием другого материала, например спинномозговой жидкости.

Если в крови пациента диагностировано критическое повышение некоторых иммуноглобулинов, говорят о гипергаммаглобулинемии. Как правило, у таких пациентов чрезмерно повышаются антитела класса IgM, при этом остальные остаются в дефиците.

На фоне патологического повышения некоторых антител могут развиваться разные заболевания, в том числе:

• острые и хронические воспаления;
• паразитарные, бактериальные, вирусные или грибковые заболевания;
• аутоиммунные болезни;
• цирроз печени;
• саркоидоз;
• СПИД.

Патологически низкое количество антител в сыворотке может возникать на фоне:

• врожденных генетически расстройств;
• приема некоторых препаратов, в том числе противомалярийных, цитостатических, глюкокортикоидных;
• недоедания;
• инфекции, в том числе ВИЧ;
• онкологических заболеваний;
• нефротического синдрома;
• обширных ожогов;
• тяжелой диареи.

Иммуноглобулины и вакцинация

Антитела играют ключевую роль в развитии иммунитета после вакцинации. В результате контакта с антигеном, содержащимся в вакцине, иммунная система вырабатывает антитела. Сначала менее стойкий и специфический IgM, а затем более стойкий IgG. Например, во время вакцинации против вируса гепатита В, вакцину вводят трижды с определенным интервалом между прививками. Это позволяет создать стойкий иммунитет к болезни. Эффективность такой вакцинации определяется изменением в организме количества антител IgG.

Антитела в медицине

Благодаря развитию биохимии, молекулярной биологии и медицины, в наше время стало возможным синтезировать иммуноглобулины в лабораторных условиях (как правило, антитела класса IgG). Такие антитела называют моноклональными, так как они происходят из клона одной клетки и работают против определенного антигена.

Сегодня моноклональные иммуноглобулины используют для лечения разных заболеваний. Впервые эта методика была применена в 1981 году для лечения лимфомы. А уже в 1984 году изобретатели моноклональных антигенов – немецкий биолог Георг Келер и британский иммунолог Сезар Мильштейн – получили Нобелевскую премию.

В современной медицине моноклональные антитела применяют для:

• уничтожения раковых клеток;
• ингибирования отдельных клеток иммунной системы после трансплантации органов (позволяет предотвратить отторжение пересаженного органа);
• подавления иммунных реакций при аутоиммунных заболеваниях.

Сравнительная таблица иммуноглобулинов

IgA	IgD	IgE	IgG	IgM
Молекулярный вес	320 000	180 000	200 000	150 000	900 000
Тип цепи	Альфа	Дельта	Эпсилон	Гамма	Мю
Концентрация в сыворотке	1-4 мг/мл	0-0,4 мг/мл	10-400 мг/мл	10-16 мг/мл	0,5-2 мг/мл
Процент от общего иммуноглобулина	15%	0,2%	0,002%	75%	12%
Распространение	Внутрисосудистое и секретирующее	Поверхность лимфоцитов	Базофилы и тучные клетки в слюне и выделениях из носа	Внутри- и внесосудистое	Преимущественно внутрисосудистое
Функция	Защищать слизистые оболочки	Неизвестно	Защита от паразитов	Вторичный иммунный ответ	Первичный иммунный ответ

Иммуноглобулины – микроскопические элементы, которые играют очень важную роль в наших организмах. Если бы не антитела, даже малейшая инфекция была бы для человека смертоносной.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru