Иммунная система

  Приобретенный иммунитет широко используется для  вакцинации. Введение ослабленных или  убитых микробов (или выделенных из них макромолекул) вызывает иммунологическую реакцию. Вакцинация является основным способом предупреждения таких страшных заболеваний как оспа, туберкулез, полиомиелит, сибирская язва и многих других. Приобретенный иммунитет  составляет основное препятствие для  пересадок органов (сердце, почки, печень) и ткани (кожа) от одного человека к  другому. Для преодоления этого барьера несовместимости пользуются препаратами, подавляющими иммунную систему [2]. 

  4.2.3.  Антитела и антиген-распознающие рецепторы лимфоцитов 

        Вещество, способное  вызывать реакцию приобретенного иммунитета, носит название  антигена. Антигеном может быть не всякое вещество. Оно должно быть чужеродным, макромолекулярным и иметь устойчивую химическую структуру. К типичным антигенам относятся белки и полисахариды.

  Когда свободный антиген циркулирует  в крови, в ответ на него появляются защитные белки - антитела, которые  специфически распознают его и образуют с ним комплекс. Антитела обезвреживают  антиген, если он токсичен (бактериальный  токсин, змеиный яд или болезнетворный вирус), и способствуют выведению  его из организма.

  При отторжении трансплантата главная  роль принадлежит особой разновидности лимфоцитов   Т - киллерам, “убийцам”. Эти лимфоциты несут на своей наружной мембране антителоподобные рецепторы - рецепторы Т-клеток (РТК). РТК специфически распознают антиген, находящийся на мембране чужеродных клеток, и обеспечивают  прикрепление Т-киллера к клетке-мишени. Это необходимо для осуществления киллером своей смертоносной функции. Прикрепившись, они  выделяют в просвет между собой и мишенью особый белок, “продырявливающий” мембрану клетки-мишени, в результате чего клетка гибнет. Затем они открепляются от мишени и переходят на другую клетку, и так несколько раз. При повторной встрече организма с антигеном образуется больше антител и киллеров, они появляются в более короткие сроки, чем при первой встрече. В этом и проявляется иммулогическая память, и на этом основан эффект вакцинации.

  Как устроены антитела и рецепторы лимфоцитов? Очевидно, что их структура должна быть необычной, так как они строго специфически распознают громадное  множество различных антигенов - любой чужеродный белок, полисахарид  или синтетическую молекулу, вообще в природе не встречающиеся. При  этом антитела и Т-лимфоциты, как  правило, не реагируют с белками и клетками собственного организма. Как природа решает эту задачу?

  Принцип строения антитела и РТК заключается в следующем. Часть молекулы антитела, которая связывается с антигеном, очень изменчива, поэтому ее называют  вариабельной  (V). V-часть концентрируется на самом кончике антитела, поэтому защитную молекулу можно сравнить с пинцетом, ухватывающим с помощью острых концов мельчайшие детали самого замысловатого часового механизма.  Активный центр распознает в молекуле антигена небольшие участки, состоящие из 4 - 8 аминокислот. Эти участки антигена подходят к структуре активного центра, “как ключ к замку”.

  Разнообразие  активных центров очень велико, не менее 10⁷ -10 ⁸. Этого вполне достаточно для специфического распознавания любого произвольно взятого антигена антителами и РТК (а точнее, их активными центрами).

  Следует подчеркнуть, что весь репертуар  антител или РТК возникает  до встречи с антигеном и независимо от антигена, а большая часть антител  не потребуется в течение всей жизни.

  Специфические антитела — иммуноглобулины против конкретных антигенов бактерий (стафилококки, стрептококки, возбудители дифтерии, кишечных инфекций, клостридии и др.), связываясь с бактериальными токсинами, вызывают их нейтрализацию, т. е. утрату токсического действия на организм. Сами бактерии, связавшиеся со специфическими антителами, быстрее и легче захватываются  и убиваются фагоцитирующими  клетками или лизируются активированной системой комплемента.

  Антитела  представляют собой гликопротеины  с молекулярной массой от 150 000 до 1 000 000. В простейшем случае молекула AT имеет  форму буквы «игрек» или «рака» с меняющимся углом между двумя  верхними отрезками («клешнями»), что  говорит о гибкости ее структуры. Состоят антитела из четырех полипептидных  цепей, связанных друг с другом дисульфидными  мостиками. Две цепи — длинные  и посередине изогнутые (как хоккейные клюшки), а две короткие и прямые прилегают к верхним отрезкам длинных цепей. Молекулярная масса длинных цепей 50000, их называют тяжелыми, или Н-цепями; коротких — 25.000, их называют легкими, или Z-цепями. Тяжелые и легкие цепи отличаются по аминокислотному составу и антигенным свойствам.

  Обе цепи иммуноглобулина по порядку  расположения в них аминокислот  делятся на две части. Одна из них, С-область, у всех цепей иммуноглобулина стабильна; другая, V-область, вариабельна, последовательность аминокислот в ней меняется в зависимости от вида антигена, вызывающего образование антитела. При этом на концах V-областей молекулы Y (на двух «клешнях рака») формируются два антигенсвязывающие центра. Последние у разных иммуноглобулинов имеют разную конфигурацию, комплементарную детерминантной группе того антигена, под воздействием которого выработались.

  В зависимости от строения константных  областей тяжелых цепей все иммуноглобулины  подразделяют на пять классов: JgG, JgM, JgA, JgE, JgD .

  JgG активируют систему комплемента  и связываются с некоторыми  антигенами поверхности клеток, делая тем самым эти клетки  более доступными для фагоцитоза. Поскольку это сравнительно мелкие  мономерные молекулы, они могут  проникать через плацентарный  барьер из крови матери в  кровь плода. Так как до рождения  у плода существенной продукции  антител не происходит (для этого  требуется контакт с чужеродными  веществами), JgG матери служат важными  механизмами защиты новорожденного  от инфекции. В последующем их  количество пополняется при кормлении  ребенка грудью (особенно в первые  шесть часов после родов), что  обеспечивает ему иммунитет в  первые недели жизни. Содержание  этих иммуноглобулинов в крови  ребенка обычно даже выше, чем  у матери. Они защищают организм  новорожденного от вируса полиомиелита, вируса краснухи, от возбудителей  менингита, коклюша, столбняка,  дифтерии. Через 2—4 месяца содержание JgG заметно снижается, что связано  с интенсивным распадом материнских  AT и временной недостаточностью  собственного синтеза. Со 2-го  года жизни ребенка количество JgG в его крови начинает увеличиваться  и достигает взрослого уровня  к 4—5 годам.

  Бурная  выработка JgG происходит уже при  повторном попадании антигена в  организм, обеспечивая нейтрализацию  бактериальных токсинов и вирусов. Период полураспада 24 дня.

  JgM — самые крупные антитела, вырабатывающиеся  на первичное введение в организм  антигена. Они отличаются выраженной  авидностью и образуют прочные  соединения с антигенами, несущими  множественные детерминанты, — эти  антитела вызывают агглютинацию  и способны нейтрализовывать  инородные частицы, обеспечивая  устойчивость к бактериальным  инфекциям. К JgM принадлежат антитела  системы групп крови АВО, хо-лодовые  агглютинины и ревматические  факторы. Сохраняются JgM , однако, недолго — период их полураспада  не превышает 5 дней.

  JgA могут представлять собой как  мономеры, так и полимеры и  вырабатываются как на первичное,  так и на вторичное воздействие  антигена. При этом сывороточные JgA накапливаются в крови. Биологическая  роль их до конца не изучена.  Секреторные JgA продуцируются в  слизистых оболочках кишечника,  в верхних дыхательных путях,  в мочеполовой трубке, содержатся  в слезной жидкости, слюне, молоке  и обеспечивают местный иммунитет  тканей против антигенов, контактирующих  со слизистыми оболочками. Период  полураспада — 6 дней.

  Мономерные  иммуноглобулины JgD и JgE присутствуют в  плазме в очень низких концентрациях. Возможно, они функционируют как  связанные с клетками рецепторы  антигенов. JgE сое? диняются со специальными рецепторами на поверхности базо-филов  и тучных клеток при встрече с  соответствующим антигеном, клетка — носитель этого иммуноглобулина  — секре-тирует гистамин и другие вазоактивные вещества, вызывающие аллергическую  реакцию.

  JgD находится на поверхности В-лимфоцитов  и вместе с JgM составляет основную  часть их рецепторов. О физиологической  роли их известно мало [6].

  4.2.4.  Клеточные механизмы иммунитета 

  Как сказано, в организме предсуществуют антитела и РТК к любому произвольно  взятому антигену. Эти антитела и  РТК присутствуют на поверхности  лимфоцитов, образуя там антигенраспознающие  рецепторы. Чрезвычайно важно, что  один лимфоцит может синтезировать  антитела (или РТК) только одной специфичности, не отличающиеся друг от друга по структуре  активного центра. Это формулируется  как принцип “один лимфоцит - одно и антитело”.

        Каким же образом  антиген, попадая в организм, вызывает усиленный синтез именно тех антител, которые специфично реагируют только с ними? Ответ на этот вопрос дала теория селекции клонов австралийского исследователя Ф.М. Бернета. Согласно этой теории, одна клетка синтезирует  лишь один тип антител, которые локализуются на ее поверхности. Репертуар антител  формируется до и независимо от встречи  с антигеном. Роль антигена заключатся лишь в том, чтобы найти клетку, несущую на своей мембране антитело, реагирующее именно с ним, и активировать эту клетку. Активированный лимфоцит вступает в деление и дифференцировку. В результате из одной клетки возникает 500 - 1000 генетически идентичных клеток (клон). Клон синтезирует один и тот  же тип антител, способных специфически распознавать антиген и соединяться с ним. В этом и заключается суть иммунного ответа: селекции нужных клонов и их стимуляции к делению.

        В основе образования  лимфоцитов-киллеров тот же принцип: селекция антигенов Т-лимфоцита, несущего на своей поверхности РТК нужной специфичности, и стимуляция его  деления и дифференцировки. В  результате образуется клон однотипных Т-киллеров. Они несут на своей  поверхности большое количество РТК. Последние  взаимодействуют  с антигеном, входящим в состав чужеродной клетки, и способных убивают эти  клетки.

        Киллер ничего не может сделать с растворимым  антигеном - ни обезвредить его, ни удалить  из организма. Но лимфоцит-киллер очень  активно убивает клетки, содержащие чужеродный антиген. Поэтому он проходит мимо растворимого антигена, но не пропускает антиген, находящийся на поверхности  “чужой”  клетки.

        Детальное изучение реакции иммунитета показало, что  для образования клона клеток, продуцирующих антитела, или клона  Т-киллеров необходимо участие специальных  лимфоцитов-помощников (Т-хэлперов). Сами по себе они не способны ни вырабатывать антитела, ни убивать клетки-мишени. Но, распознавая чужеродный антиген, они реагируют на него выработкой ростовых и дифференцированных факторов. Данные факторы необходимы для размножения  и созревания антителообразующих и  киллерных  лимфоцитов. В этой связи  интересно вспомнить о вирусе СПИДа, вызывающем сильное поражение  иммунной системы. Вирус ВИЧ поражает именно Т-хэлперы, делая иммунную систему  не способной ни к выработке антител, ни к образованию Т-киллеров [2]. 

  4.2.5.  Эффекторные механизмы иммунитета 

        Как антитела или  Т-киллеры удаляют из организма  чужеродные вещества или клетки? В  случае киллеров РТК выполняют лишь функцию “наводчика” - они распознают соответствующие мишени и прикрепляют  к ним клетку-убийцу. Так распознаются клетки, зараженные вирусом. Сам по себе РТК не опасен для клетки-мишени, но “идущие за ним” Т-клетки представляют огромный разрушительный потенциал. В  случае антител мы встречаемся со сходной ситуацией. Сами по себе антитела безвредны для клеток, несущих  антиген, но при встрече с антигенами, циркулирующими или входящими в  состав клеточной стенки микроорганизма, к антителам подключается  система   комплемента. Она резко усиливает действие антител. Комплемент сообщает образующемуся комплексу антиген - антитело биологическую активность: токсичность, сродство с фагоцитирующим клеткам и способность вызывать воспаление.

    Первый компонент этой системы  (С3) распознает комплекс антиген  - антитело. Распознавание ведет  к появлению у него ферментативной  активности к последующему компоненту. Последовательная активация всех  компонентов системы комплемента  имеет ряд последствий. Во-первых, происходит каскадное усиление реакции. При этом продуктов реакции образуется несравнимо больше, чем исходных реагирующие веществ. Во-вторых, на поверхности бактерии фиксируются компоненты (С9) комплемента, резко усиливающих фагоцитоз этих клеток. В-третьих, при ферментативном расщеплении белков системы комплемента образуются фрагменты, обладающие мощной воспалительной активностью. И, наконец, при включении в комплекс антиген-антитело последнего компонента комплемента этот комплекс приобретает способность “продырявливать” клеточную мембрану и тем самым убивать чужеродные клетки. Таким образом, система комплемента - важнейшее звено в защитных реакциях организма.