С повышением полимерности белков повышается их иммуногенность. Антигены и их характеристика. Антигены организма человека

1.Определение антигена.

(Слайд: определение антигена, классификация и основные свойства антигенов)

Антигены - вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, иммунологической толерантности, иммунологической памяти и др.).

2. Классификация антигенов и их основные свойства.

Свойства антигенов, определяет их иммуногенность - способность вызывать иммунный ответ; специфичность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген - распознающими рецепторами лимфоцитов; антигенность – мера антигенного качества, большая или меньшая способность вызывать образование антител.

Антигенами могут быть белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты в комбинации между собой или липидами. Антигенами являются любые структуры, несущие признаки генетической чужеродности и распознаваемые в этом качестве иммунной системой. Наибольшей иммуногенностью обладают белковые антигены, в том числе бактериальные экзотоксины, вирусная нейраминидаза.

Многообразие понятия “антиген”.

Антигены разделены на полные (иммуногенные) , всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства, и неполные (гаптены) , не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

Гаптены обладают антигенностью, что обусловливает их специфичность, способность избирательно взаимодействовать с антителами или рецепторами лимфоцитов, определяться иммунологическими реакциями. Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с иммуногенным носителем (например, белком), т.е. становятся полными.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность - носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т.е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках - генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т.е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость - обязательные свойства антигенов.

3. Структура антигена.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты- фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген - распознающими рецепторами клетки. (Слайд: структура антигенов - рис. 1.11. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8 - 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов - выступающие О - боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа - гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека - мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов - поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов). (Слайд)

1.Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).

2.Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример - группы крови (АВО и др.). Изоантигены – антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида отличаются друг от друга. К разряду изоантигенов можно отнести антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены, обуславливающие различие клеток и тканей, вследствие чего возникает их несовместимость при пересадках.

3.Типоспецифичность - понятие аналогичное предыдущему, но имеющее отношение чаще всего к микроорганизмам. Например, пневмакокки по своим полисахаридным антигенам делятся на типы Возбудители ботулизма по характеру синтезируемого токсина делятся на типы А, В, С, Д, Е.

4.Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно - реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана - типичный перекрестно - реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б. Rh- система эритроцитов. У человека Rh - антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacus rhesus, т.е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример - белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

Подобная антигенная мимикрия обманывает иммунную систему, защищает от ее воздействия микроорганизмы. Наличие перекрестных антигенов способно блокировать системы, распознающие чужеродные структуры.

5.Функциональная – антигенная специфичность, связанная с функцией данной органической молекулы. Белки, выполняющие в организме различные функции иммунологически различаются (альбумины, глобулины).

6.Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции) , направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).

7.Стадиоспецифичность . Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа - фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

4. Антигенная специфичность и антигенное строение бактерий.

Для характеристики микроорганизмов выделяют родовую, видовую, групповую и типовую специфичность антигенов. Наиболее точная дифференциация осуществляется с использованием моноклональных антител (МКА), распознающих только одну антигенную детерминанту.

Обладая сложным химическим строением, бактериальная клетка представляет целый комплекс антигенов. Антигенными свойствами обладают жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, токсины, ферменты.

Основными видами бактериальных антигенов являются: (Слайд)

Соматические или О - антигены (у грамотрицательных бактерий специфичность определяется дезоксисахарами полисахаридов ЛПС);

Жгутиковые или Н- антигены (белковые);

Поверхностные или капсульные К - антигены.

Выделяют протективные антигены , обеспечивающие защиту (протекцию) против соответствующих инфекций, что используется для создания вакцин. Например, F 1 - антиген E.pestis – возбудителя чумы.

Суперантигены (некоторые экзотоксины, например - стафилококковый) вызывают чрезмерно сильную иммунную реакцию, часто приводят к побочным реакциям, развитию иммунодефицита или аутоиммунных реакций.

5. Антигены гистосовместимости.

(Слайд: определение МНС; тканевое распределение молекул МНС 1 и 2 классов - табл. 3.3, сравнительные данные о степени участия молекул МНС 1 и 2 классов в иммунных реакциях – табл. 3.4. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

При пересадках органов возникает проблема совместимости тканей, связанная со степенью их генетического родства, реакциями отторжения чужеродных аллогенных и ксеногенных трансплантатов, т.е. проблемами трансплантационного иммунитета. Существует ряд тканевых антигенов. Трансплантационные антигены во многом определяют индивидуальную антигенную специфичность организма. Первоначально МНС определяли как совокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов. В настоящее время понятие МНС стало более широким. МНС – это комплекс близкосцепленных генов, основное предназначение которых – контроль различных функциональных проявлений иммунной реактивности. У людей она часто называется системой HLA (Human leucocyte antigens), в связи с четким представительством на лейкоцитах трансплантационных антигенов. Гены этой системы расположены на коротком плече хромосомы С6. Система HLA- это система сильных антигенов. Спектр молекул МНС уникален для организма, что определяет его биологическую индивидуальность и позволяет различать “чужое - несовместимое”.

Первые опыты и, которые легли в основу открытия МНС были выполнены благодаря близкородственному скрещиванию. Последовательное близкородственное скрещивание приводит к чистой инбредной линии животных. Основная характеристика такой линии состоит в том, что все ее особи гомозиготны и неотличимы в генетическом виде друг от друга.

Для решения вопросов сцепленности иммунологически значимых признаков с МНС, в частности признака иммунного отторжения трансплантанта, необходимо было иметь линии мышей, которые отличались бы друг от друга только по одному этому комплексу. в результате был разработан прием получения конгенных линий . В основе получения конгенных линий мышей лежит метод возвратного скрещивания - получение потомства в ряду поколений от скрещивания гетерозиготы (детей гомозиготных родителей, отличающихся генетически друг от друга) с одним из исходных гомозиготных родителей. Смысл заключается в замене МНС (комплекса Н-2) одной имбредной линии на гаплотип (набор сцепленных генов одной гаплоидной хромосомы) другой. Используются для изучения МНС рекомбинантные по МНС линии . Они отличаются друг от друга только отдельными или даже одним локусом комплекса Н-2. Рекомбинантные линииполучают при анализе потомков от скрещивания двух конгенных линий.

Использование инбредных линий для генетических и иммунологических исследований привело к созданию трансплантационной терминологии. (Слайд: терминология гистогенетических отношений между донором и реципиентом, законы трансплантации - табл. 3.1; рис. 3.4 , « Иммунология» В.Г. Галактионов)

Основными особенностями комплекса являются:

- полигенность - наличие нескольких неаллельных генов, белковой природы которые сходны структурно и функционально;

- полиморфизм – присутствие многих аллельных форм одного и того же гена.

Все гены МНС наследуются по кодоминантному типу. Полигенность и полиморфизм – определяют антигенную индивидуальность особей данного вида. Полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных эпитопов Т- клеткам. С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, Т-хелперы остаются ареактивными и их помощь В-клеткам не реализуется. Это и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролируют синтез антигенов класса 1, определяют тканевые антигены и контролируют гистосовместимость. Антигены класса 1 определяют индивидуальную антигенную специфичность, они представляют любые чужеродные антигены Т - цитотоксическим лимфоцитам. Антигены класса 1 представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток. Молекулы МНС класса 1 взаимодействуют с молекулой CD8, экспрессируемой на мембране предшественников цитотоксических лимфоцитов (CD- claster difference).

Гены МНС класса 2 контролируют антигены класса 2. Они контролируют ответ к тимусзависимым антигенам. Антигены класса 2 экспрессированы преимущественно на мембране иммунокомпетентных клеток (прежде всего макрофагов и В - лимфоцитов, частично - активированных Т- лимфоцитов). К этой же группе генов (точнее - области HLA - D) относятся также гены Ir - силы иммунного ответа и гены Is - супрессии иммунного ответа. Антигены МНС класса 2 обеспечивают взаимодействие между макрофагами и В - лимфоцитами, участвуют во всех стадиях иммунного ответа- представлении антигена макрофагами Т- лимфоцитам, взаимодействии (кооперации) макрофагов, Т- и В- лимфоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток. Антигены класса 2 принимают участие в формировании противомикробного, противоопухолевого, трансплантационного и других видов иммунитета.

Структуры, с помощью которых белки МНС классов 1 и 2 связывают антигены (так называемые активные центры) по уровню специфичности уступают только активным центрам антител.

Гены МНС класса 3 кодируют отдельные компоненты системы комплемента.

(Слайд: частота антигенов комплекса HLA в нормальной популяции людей и у лиц с некоторыми заболеваниями – табл. 3.5. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

6. Процессинг антигенов

(Слайд: процессинг антигенов – рис. 9.20. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Процессинг антигенов - это их судьба в организме. Одной из важнейших функций макрофагов является переработка антигена в иммуногенную форму (это собственно и есть процессинг антигена) и представление его иммунокомпетентным клеткам. В процессинге, наряду с макрофагами, участвуют В - лимфоциты, дендритные клетки, Т- лимфоциты. Под процессингом понимают такую переработку антигена, в результате которой пептидные фрагменты антигена (эпитопы), необходимые для передачи (представления), отбираются и связываются с белками МНС класса 2 (или класса 1). В таком комплексном виде антигенная информация передается лимфоцитам. Дендритные клетки имеют значение в фиксации и длительном хранении (депонировании) переработанного антигена.

Экзогенные антигены подвергаются эндоцитозу и расщеплению в антиген- представляющих (презентирующих) клетках. Фрагмент антигена, содержащий антигенную детерминанту, в комплексе с молекулой класса 2 МНС транспортируется к плазматической мембране антиген - представляющей клетки, встраивается в нее и представляется CD4 Т- лимфоцитам. (Слайд: предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена - рис 9.26. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Эндогенные антигены - продукты собственных клеток организма. Это могут быть вирусные белки или аномальные белки опухолевых клеток. Их антигенные детерминанты представляются CD8 Т- лимфоцитам в комплексе с молекулой класса 1 МНС.

(Слайд: образование комплексов антигенных пептидов эндогенного происхождения с молекулами МНС класса 1 - рис 9.25. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Лекция № 4

Тема лекции: Гуморальный иммунитет. Иммуноглобулины. Роль антител в иммунном ответе. Реакция антиген - антитело, ее применение.

План лекции:

Для того чтобы спровоцировать иммунный ответ, антиген должен обладать свойством иммуногена, как об этом уже упоминалось. С другой стороны, организму (реципиенту) необходимо обладать способностью воспринимать сигнал и включать иммунные механизмы. Например, при анализе генетического контроля иммунного ответа выявлены линии мышей и морских свинок, одни из которых отвечают на определенный антиген, а другие остаются ареактивными к тому же антигену. Иными словами, антиген в качестве иммуногена проявляется тогда, когда иммунная система конкретного организма способна к адекватному ответу. Иммуногенность антигена определяется следующими свойствами: чужеродностью для организма, молекулярной массой, химическим строением.

Чужеродность. Для того чтобы молекула выступила в качестве иммуногена, она должна быть распознана иммунной системой как «не своя». Это качество антигена кажется очевидным. При этом не все чужеродные молекулы способны вызвать иммунный ответ равной силы. Хорошо известно, что филогенетическая удаленность донора антигена от реципиента и выраженность иммунного ответа находятся в прямой зависимости.
Например, синтез антител к бычьему сывороточному альбумину легче вызвать у кролика, чем у козы. Кролики относятся к отряду зайцеобразных, а козы и быки включены в другой отряд - парнокопытных. В зависимости от особенностей антигена его иммуногенные свойства будут проявляться и на внутривидовом (индивидуальном) уровне. Получение антител к антигенам гистосовместимости или аллотипам иммуноглобулинов - обычный прием исследовательской работы. В то же время антитела к альбумину при внутривидовой иммунизации не образуются.

Изменение конформации собственных белков (например, при тепловой или химической денатурации) делает такие белки чужеродными для собственного организма, который реагирует на них синтезом антител. Развитие реакции к собственным, нативным антигенам известно при аутоиммунных заболеваниях. Однако такая патологическая реактивность связана с нарушениями в самой иммунной системе и не связана с какими-либо изменениями в аутоантигенах. Молекулярная масса. Экспериментаторам хорошо известна зависимость между размерами антигена и силой иммунного ответа.
Все корпускулярные антигены (бактерии, гетерологичные эритроциты) хорошие иммуногены. Для белковых антигенов иммунный ответ будет тем сильнее, чем больше его молекулярная масса. При всех прочих равных условиях большая молекулярная масса антигена обеспечивает большую иммуногенность. Вирус табачной мозаики - наиболее сильный иммуноген в отличие от рибонуклеазы - слабого иммуногена.

Химические особенности. Чужеродность и значительная молекулярная масса не являются достаточным условием для проявления иммуногенности антигена. Синтетический поли-Ь-лизин с высокой молекулярной массой не является иммуногеном. В то же время сополимеры, построенные из двух аминокислот и более, приобретают способность индуцировать иммунный ответ. Иммуногенность значительно усиливается, если в структуру сополимера включены ароматические аминокислоты. Так, например, сополимер двух аминокислот лизина и глутаминовой кислоты приобретает иммуногенность при минимальной молекулярной массе 30 - 40 кДа. Добавление в сополимер тирозина снижает минимальную молекулярную массу, достаточную для проявления иммуногенности, до 10 - 20 кДа.
При включении еще одной ароматической аминокислоты - фенилаланина иммуногенность сополимера проявляется при молекурной массе, равной всего 4 кДа. К этой же категории явлений относится увеличение иммуногенности очень слабого антигена желатины добавлением небольшого количества тирозина.

Еще одна особенность, связанная с химическим строением полимерных молекул: антиген распознается Т-хелперами на поверхности антигенпрезентирующей клетки, где он экспрессируется в иммуногенной форме после переработки гидролитическими ферментами. Если ферменты лизосом не способны деградировать макромолекулы, то они остаются неиммуногенными и слабоиммуногенными. Ферменты макрофагов разрушают белки, построенные из L-аминокислот, и остаются инертными к D-изомерам, что и является причиной крайне низкой иммуногенности синтетических полимеров, построенных из D-аминокислот.

Требования к организму
Наличие у антигенов перечисленных выше свойств (чужеродность, достаточная молекулярная масса, особенности химической структуры) не всегда является гарантом развития полноценного иммунного ответа.
Это зависит от иммунизируемого организма, его индивидуальной генетической характеристики - генотипа.

Различные инбредные линии мышей неодинаково отвечают на один и тот же антиген. Так, мыши, имеющие гаплотип главного комплекса гистосовместимости (МНС) Н-2Ь, развивают крайне слабый ответ на введение синтетического сополимера: полигистидин-полиглутаминовая кислота-полиаланин-полилизин [(H,G)-A-L]. При этом мыши с гаплотипом Н-2к характеризуются высоким ответом. В силе иммунного ответа на другой сополимер [(T,G)-A-L], который отличается от предыдущего всего на одну аминокислоту, отмечается реверсия: линия с гаплотипом Н-2Ь развивает сильный ответ, линия Н-2к - слабый. В основе столь тонкой дифференцировки антигена лежат различия по генам иммунного ответа (Ir-генам), локализованным в МНС.

Иммуногенность - потенциальная способность антигена вызывать по отношению к себе в макроорганизме специфическую за­щитную реакцию. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов, которые можно объединить в три группы:

Молекулярные особенности антигена;

Клиренс антигена в организме;

Реактивность макроорганизма.

К первой группе факторов отнесены природа, химический состав, молекулярный вес, струк­тура и некоторые другие характеристики.

Иммуногенность в значительной степени за­висит от природы антигена. Известно, что наибо­лее выраженными иммуногенными свойствами обладают белки и полисахариды, а нуклеино­вые кислоты и липиды, напротив, слабоиммуногенны. В то же время их сополимеры: ЛПС, гликолротеады, липопротеиды, - способны в достаточной мере активировать иммунную сис­тему и поэтому занимают промежуточное поло­жение по степени иммуногенности.

Определенное влияние на степень имму­ногенности оказывает химический состав мо­лекулы антигена. В частности, для иммуно­генности белков важно разнообразие их ами­нокислотного состава. Отмечено также, что сополимеры, состоящие из нескольких амино­кислот, иммуногеннее, чем из одной амино­кислоты. «Монотонные» полипептиды, построенные из одной аминокислоты, практически не активируют иммунную систему. Наличие в структуре молекулы белка ароматических ами­нокислот, таких как тирозин, триптофан, су­щественно повышает иммуногенность.

Важна также оптическая изомерия аминокслот, составляющих молекулу белка. Пептиды построенные из L-аминокислот, легко под­даются ферментативной деградации и высокоиммуногенны. Полипептидная цепочка построенная из правовращающих изомеров аминокислот, напротив, медленно расщеп ляется ферментами макроорганизма и может проявлять лишь ограниченную иммуногенность при введении в очень малых дозах, так как высокие дозы таких соединений быстро приводят к развитию иммунологической толерантности.

Несмотря на кажущуюся равноценность ан­тигенных детерминант по иммуногенности, их спектре существует определенная иерархия Она проявляется тем, что эпитопы различаются по способности индуцировать иммунный ответ. Поэтому при иммунизации некоторым антигеном в полученном спектре антител буду преобладать иммуноглобулины, специфичные к отдельным антигенным детерминантам. Это явление получило название иммунодоминант ности. По современным представлениям, иммунодоминантность обусловлена различиями в сродстве эпитопов к антигенпрезентирующим комплексам гистосовместимости.

Большое значение имеет размер и молекулярная масса антигена. Несмотря на то, что белки хорошо стимулируют иммунную систему, небольшие по­липептидные молекулы с молекулярной массой менее 5 кДа, как правило, низкоиммуногенны. Минимальный расчетный размер олигопептида, способный индуцировать иммунный ответ, 6-12 аминокислотных остатков с молекулярной мас­сой около 450 Да. С увеличением размера пептида возрастает его иммуногенность. Теоретически су­ществует определенная зависимость между этими параметрами, однако на практике она не всегда выполняется из-за влияния посторонних факто­ров. Так, например, при равной молекулярной массе (около 70 кДа) альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин.

Для полисахаридов сохраняются примерно те же зависимости, что и для пептидных антигенов. Например, практически не проявляет никакой иммуногенности декстран, который используют в клинике для трансфузионной терапии - его молекулярная масса составля­ет около 75 кДа. В то же время полисахарид с молекулярной массой 600 кДа достаточ­но хорошо индуцирует в организме человека иммунную реакцию. Примечательно, что на нуклеиновые кислоты описанные закономер­ности практически не распространяются.

На степень иммуногенности также оказыва­ет влияние пространственная структура а нти­гена. Чрезвычайно важным оказалось наличие в структуре антигена а-спирали, разветвлен­ных боковых цепей, а также высокой плотнос­ти идентичных по строению эпитопов.

Опытным путем было доказано, что вы­сокодисперсные коллоидные растворы ан­тигена плохо индуцируют иммунный ответ. Гораздо большей иммуногенностью обладают агрегаты молекул и корпускулярные антиге­ны - цельные клетки (эритроциты, бактерии и т. д.). Это связано с тем, что корпускулярные и высокоагрегированные антигены лучше фа­гоцитируются, чем отдельные молекулы.

Важность пространственной структуры ан­тигена подчеркивает и тот факт, что фибрил­лярный белок коллаген, имеющий большую молекулярную массу (около 330 кДа), обладает значительно меньшей иммуногенностью по сравнению с таким глобулярным белком, как альбумин, который почти в 5 раз его легче.

Оказалась также существенной стерическая стабильность молекулы антигена. При денату­рации коллагена до желатина вместе с конфор-мационной «жесткостью» структуры молекулы практически полностью исчезает и ее иммуногенность. Поэтому растворы желатина широко используются для парентерального введения.

Еще одним важным условием иммуно­генности является растворимость антигена. Например, такие высокомолекулярные бел­ки, как кератин, меланин, натуральный шелк, как и другие высокополимерные соединения, не могут быть получены в виде коллоидно­го раствора в нормальном состоянии, и они не являются иммуногенами. Благодаря этому свойству конский волос, шелк, кетгут и дру­гие применяются в клинической практике для восстановления целостности органов и

тканей. Поэтому воспалительную реакцию в месте шва или репозиции не следует рас­сматривать как иммунологический конфликт, спровоцированный шовным материалом.

Вторая группа факторов связана с динамикой поступления антигена в организм и его выведе­ ния. Так, хорошо известна зависимость имму­ногенности антигена от способа его введения. Это свойство обусловлено анатомо-топографическими особенностями строения и развития иммун­ной системы в местах аппликации антигена, а также биологической природой иммуногена и в обязательном порядке учитывается при вакци­нации или иммунизации. Например, учитывая тропизм антигена, вакцину против полиомиели­та вводят перорально, против сибирской язвы - накожно, БЦЖ - внутрикожно, АКДС - под­кожно, против столбняка - внутримышечно.

На иммунный ответ влияет количество пос­ тупающего антигена : чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Однако пе­редозировка антигена вызывает обратную ре­акцию - иммунологическую толерантность. Между количеством антигена и силой иммун­ного ответа в определенном отрезке (интерва­ле) доз существует логарифмическая зависи­мость, выражаемая уравнением антигенности (А. А. Воробьев, А. В. Маркович):

Коэффициенты, характеризую­щие соответственно природу антигена и иммунореактивность макроорганизма; - сила иммунного ответа; D - количество антигена.

Третья группа объединяет факторы, опреде­ляющие зависимость иммуногенности от со­стояния макроорган изма. В этой связи на пер­вый план выступают наследственные факторы. Хорошо известно, что результат иммунизации в определенной мере связан с генотипом особи. Существуют чувствительные и нечувствительные к определенным антигенам роды и виды живот­ных, которых используют в лабораторной работе. Например, кролики и крысы практически не ре­агируют на некоторые бактериальные антигены, которые могут вызывать у морской свинки или мыши чрезвычайно бурный иммунный ответ.

Даже внутри вида можно выделить группы близкородственных особей (например, инбредные линии животных), которые по-раз­ному будут отвечать на вводимый антиген. Входе гибридологического исследования ус­тановлено, что сила иммунного ответа на простой антиген у мышей детерминируется одним геном и имеет доминантный модус на­следования. Иммунное реагирование на слож­ные по строению антигены имеет мультигенный контроль. Причем у мышей и морских свинок четко прослеживается ассоциация силы иммунного ответа с генами главного комплекса гистосовместимости. В популяции людей также известны значительные (в десят­ки и сотни раз) межиндивидуальные различия в чувствительности к вакцинам - выделяют иммунологически реактивных и иммунологи-чески инертных индивидуумов.

Однако, как показали исследования, наряду с генетической предрасположенностью нема­ловажное значение имеет также функциональ­ное состояние макроорганизма - его психо­эмоциональный и гормональный фон, интен­сивность обменных процессов и пр. От этого зависит различный уровень чувствительности к одному и тому же антигену, как у одного ин­дивидуума в разные возрастные периоды, так и популяционная гетерогенность в целом.

Таким образом, иммуногенность является важным свойс­твом антигена, которое необходимо учиты­вать не только в научных исследованиях. С иммуногенностью, а точнее с индивиду­альной реактивностью макроорганизма на введение антигена, связаны популяционные проблемы вакцинации. Ввиду сложности подбора индивидуальной дозы вакцинного препарата, применяют те дозы, способы и формы его введения, которые обеспечивают наибольший процент положительных реак­ций в популяции в целом. Считается, что для предотвращения или прекращения развития эпидемического процесса необходимо, что­бы иммунитетом в коллективе располагало 95 % привитых.

Иммуногенностью антигена можно уп­равлять, модифицируя перечисленные вы­ше факторы. Существуют группы веществ:

адъювантов и иммуномодуляторов;

Кото­рые способны неспецифически усиливать это свойство антигена. Такой эффект широко используется при создании вакцин, в имму­нотерапии, иммунопрофилактике и научно-исследовательской работе.

Антигены – это вещества, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций.

Антигенные вещества представляют собой высокомолекулярные соединения, обладающие определенными свойствами: чужеродностью, антигенностью, иммуногенностью, специфичностью и определенной молекулярной массой. Антигенами могут быть разнообразные вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами и полисахаридами. Антигенными свойствами обладают клетки животного и растительного происхождения, яды животного и растительного происхождения. Антигенными свойствами обладают вирусы, бактерии, микроскопические грибы, простейшие, экзо - и эндотоксины микроорганизмов. Все антигенные вещества имеют ряд общих свойств:

Антигенность – это способность антигена вызывать иммунный ответ . Степень иммунного ответа организма на различные антигены неодинакова, т. е. на каждый антиген вырабатывается неодинаковое количество антител.

Специфичность – это особенность строения веществ, по которой антигены отличаются друг от друга. Ее определяет антигенная детерминанта, т. е. небольшой участок молекулы антигена, который соединяется с выработанным на него антителом.

Иммуногенность - это способность создавать иммунитет. Это понятие относится, главным образом, к микробным антигенам, обеспечивающим создание иммунитета к инфекционным болезням. Антиген, чтобы быть иммуногенным, должен быть чужеродным и иметь достаточно большую молекулярную массу. С увеличением молекулярной массы иммуногенность нарастает. Корпускулярные антигены (бактерии, грибы, эритроциты) более иммуногены, чем растворимые. Среди растворимых антигенов наибольшей иммуногенность обладают высокомолекулярные соединения.

Антигены подразделяют на полноценные и неполноценные. Полноценные антигены вызывают в организме синтез антител или сенсибилизацию лимфоцитов и вступают с ними в реакцию как in vivo, так и in vitro. Для полноценных антигенов характерна строгая специфичность, т. е. они вызывают в организме выработку только специфических антител, вступающих в реакцию только с данным антигеном.

Неполноценные антигены (гаптены) представляют собой сложные углеводы, липиды и другие вещества, не способные вызвать образование антител в организме, но вступающие с ними в специфическую реакцию. Добавление к гаптенам небольшого количества белка придает им свойства полноценного антигена.

Аутоантигены – антигены, образованные из белков собственных тканей, изменивших свои физико-химические свойства под воздействием различных факторов (токсины и ферменты бактерий, лекарственные вещества, ожоги, обморожения, облучение). Такие, измененные белки становятся чужеродными для организма, и организм отвечает выработкой антител, т. е. возникают аутоиммунные заболевания.

Если рассматривать антигенные свойства микроорганизма, то можно отметить, что антигенный состав – это достаточно постоянная характеристика любого микроорганизма. В антигеном комплексе чаще всего встречаются общеродовые антигены (общие для представителей данного рода), группоспецифические (присущие определенной группе), видоспецифические (присущие всем особям данного вида), и штаммоспецифические.

По локализации антигены могут быть поверхностные (К-антигены – антигены клеточной стенки), соматические (О-антигены, локализованы во внутреннем слое клеточной стенки, термостабильны) и жгутиковые (Н-антигены, присутствуют у всех подвижных бактерий, термолабильны). Многие из них активно секретируются клеткой в окружающую среду. В тоже время, существуют гидрофобные антигены, прочно связанные с клеточной стенкой.

Кроме того, патогенные микроорганизмы способны выделять ряд экзотоксинов. Экзотоксины обладают свойствами полноценных антигенов с выраженной неоднородностью в пределах рода и вида. Споры бактериальной клетки также обладают антигенными свойствами: они содержат антиген, общий для вегетативной клетки и споры.

Патогенные микроорганизмы ведут постоянную борьбу с иммунной системой путем изменения структуры поверхностных антигенов. Изменения чаще всего появляются в результате точечных мутаций, в результате появляются варианты существующих антигенов.

Антитела

В процессе эволюции организмы выработали набор защитных приспособлений к патогенным микроорганизмам, включающие неспецифические механизмы, препятствующие проникновению патогенов, вещества неспецифически повреждающие их (лизоцим, комплемент), фагоцитоз и другие клеточные реакции. Вместе с тем, патогенные микроорганизмы тоже научились преодолевать неспецифические барьеры. Поэтому в процессе эволюции появились специфические гуморальные факторы защиты в виде антител и способность организма к выраженному специфическому иммунному ответу.

Антитела – белки, относящиеся к иммуноглобулинам, которые синтезируются лимфоидными и плазматическими клетками в ответ на попадание в организм антигена, обладающими способностью специфически связываться с ним. Антитела составляют более 30% белков сыворотки крови, обеспечивают специфичность гуморального иммунитета благодаря способности связываться только с тем антигеном, который стимулировал их синтез.

Первоначально антитела условно классифицировали по их функциональным свойствам на нейтрализующие, лизирующие и коагулирующие. К нейтрализующим были отнесены антитоксины, антиферменты и вируснейтрализующие лизины. К коагулирующим – агглютинины и преципитины; к лизирующим – гемолитические и комплементсвязывающие антитела. С учетом функциональной способности антител были даны названия серологическим реакциям: агглютинация, гемолиз, лизис, преципитация и др.

В соответствии с Международной классификацией сывороточные белки, несущие функцию антител, получили название иммуноглобулинов (Ig). В зависимости от физикохимических и биологических свойств различают иммуноглобулины классов IgM, IgG, IgA, IgE, IgD.

Иммуноглобулины – белки с четвертичной структурой, т. е. их молекулы построены из нескольких полипептидных цепей. Молекула каждого класса состоит из четырех полипептидных цепей – двух тяжелых и двух легких, связанных между собой дисульфидными мостиками. Легкие цепи – структура общая для всех классов иммуноглобулинов. Тяжелые цепи имеют характерные структурные особенности, присущие определенному классу, подклассу.

Антитела, входящие в определенные классы иммуноглобулинов, обладают различными физическими химическими, биологическими и антигенными свойствами.

Иммуноглобулины содержат три вида антигенных детерминант: изотипические (одинаковые для каждого представителя данного вида), аллотипические (детерминанты, различные у представителей данного вида) и идиотипические (детерминанты, определяющие индивидуальность данного иммуноглобулина и являющиеся различными у антител одного класса, подкласса). Все указанные антигенные различия определяются с помощью специфических сывороток.

Синтез и динамика образования антител

Антитела вырабатывают плазматические клетки селезенки, лимфатических узлов, костного мозга, пейеровых бляшек. Плазматические клетки (антителопродуценты) происходят из предшественников В-клеток после их контакта с антигеном. Механизм синтеза антител аналогичен синтезу любых белков и происходит на рибосомах. Легкие и тяжелые цепи синтезируются отдельно, затем соединяются на полирибосомах, а окончательная их сборка происходит в пластинчатом комплексе.

Динамика образования антител. При первичном иммунном ответе в антителообразовании различают две фазы: индуктивную (латентную) и продуктивную. Индуктивная фаза – это период от момента парентерального введения антигена до появления антигенреактивных клеток (продолжительность не более суток). В эту фазу происходит пролиферация и дифференцировка лимфоидных клеток в направлении синтеза IgM. Вслед за индуктивной фазой наступает продуктивная фаза антителообразования. В этот период, примерно до 10…15 суток уровень антител резко возрастает, при этом уменьшается число клеток, синтезирующих IgM, и нарастает продукция IgA.

Феномен взаимодействия антиген-антитело.

Знание механизмов взаимодействия антигенов и антител раскрывает сущность многообразных иммунологических процессов и реакций, возникающих в организме под влиянием патогенных и непатогенных факторов.

Реакция между антителом и антигеном протекает в две стадии:

Специфическая - непосредственное соединение активного центра антитела с антигенной детерминантой.

Неспецифическая – вторая стадия, когда, отличающийся плохой растворимостью иммунный комплекс выпадает в осадок. Эта стадия возможна в присутствии раствора электролита и визуально проявляется по разному, в зависимости от физического состояния антигена. Если антигены корпускулярные, то имеет место феномен агглютинации (склеивания различных частиц и клеток). Образующиеся конгломераты выпадают в осадок, при этом клетки морфологически не изменяются, теряя подвижность, они остаются живыми.

Все вакцины, кроме генно-инженерных, гетерогенны по свое­му антигенному составу. При введении корпускулярных вакцин (живых или убитых) появляются продукты их распада, отличаю­щиеся по физико-химическим свойствам. Образуются олигомеры, мономеры и низкомолекулярные фрагменты. Последние способ­ны взаимодействовать со специфическими рецепторами иммуно- компонентных клеток, не вызывая иммунного ответа. Кроме того, очень крупные молекулы антигена с высокой степенью валентно­сти также могут быть толерогенными. Менее гетерогенными явля­ются анатоксины и высокоочищенные микробные фракции, ис­пользуемые в качестве вакцин.

Иммуногенность полных антигенов, входящих в состав вакцин, зависит от размера и полимерности их молекул, иммуногенность гаптенов - от их эпитопной плотности на молекуле носителя. Низкополимерный антиген может вызывать не только слабый, но и качественно иной характер иммунного ответа по сравнению с высокополимерным антигеном.

С точки зрения молекулярной и клеточной иммунологии вак­цина должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Вакцина должна активировать вспомогательные клетки (мак­рофаги, дендритные клетки, клетки Лангерганса), участвую­щие в процессинге и представлении антигена.
2. Она должна содержать эпитопы для Т- и В-клеток, обеспе­чивающие необходимое соотношение гуморального и кле­точного иммунитета.
3. Она должна легко подвергаться процессированию, ее эпито- пы должны обладать способностью взаимодействовать с ан­тигенами гистосовместимости 1 и/или II класса.
4. Она должна индуцировать образование регуляторных клеток (Т-хелперов), эффекторных клеток (киллеров, Т-эффекторов ГЗТ, антителообразующих клеток) и клеток иммунологиче­ской памяти.

Идеальная вакцина должна соответствовать двум основным тре­бованиям: она должна быть безопасной и высокоэффективной. Она должна вводиться один раз и обеспечивать пожизненный иммуни­тет у 100% привитых. Таких вакцин пока нет. Несмотря на боль­шие успехи в области совершенствования существующих вакцин и разработки новых препаратов, длительность иммунитета, возни­кающего после введения большинства вакцин, мала даже при ус­ловии многоразового введения одной и той же вакцины. Для не­которых вакцин она составляет всего 1 год (табл. 25). Указанные в таблице данные получены разными авторами в разное время и являются достаточно условными. Следует отметить, что у имму­низированных лиц определенная степень специфической защиты остается и после исчезновения циркулирующих антител.

Таблица 25. Длительность иммунитета (по защитным титрам антител) после пер­вичной иммунизации Вакцина Длительность иммунитета Коклюшная 3 года Дифтерийный анатоксин 7-10 лет Столбнячный анатоксин 1-5 лет Против гепатита В 5 лет Коревая 15 лет Против краснухи 20 лет Против эпидемического паротита 8 лет Живая полиомиелитная Пожизненно БЦЖ 7-10 лет Против гепатита А 4 года Брюшнотифозная полисахаридная 2 года Антирабическая 3 года Против клещевого энцефалита 3 года Менингококковая полисахаридная 2 года Холерная 6 мес Против чумы 1 год Против сибирской язвы 1 год Против туляремии 5 лет Бруцеллезная 1-2 года Против гемофильной инфекции типа Ь 4 года

Сила иммунного ответа зависит от двух основных факторов: свойств макроорганизма и особенностей антигенов, используе­мых для иммунизации. Иммуногенность антигенов, получаемых из возбудителей инфекционных болезней, неодинакова. Наиболее иммуногенны экзотоксины и поверхностные антигены микроор­ганизмов. Иммуногенность вакцины во многом зависит от того, насколько удачно выбраны антигены для конструирования препа­рата. При недостаточной его иммуногенности используют неспе­цифические иммуностимуляторы (адъюванты). В практике вакци­нации в качестве иммуностимуляторов используют гидроокись алю­миния, фосфат алюминия, фосфат кальция, полиоксидоний и белковые носители.

Трудности в создании высокоэффективных вакцин связаны так­же с особенностями макроорганизма, его генотипа, фенотипа, с существованием двух видов иммунитета (гуморального и клеточ­ного), которые регулируются разными субпопуляциями клеток- хелперов (Тх1 и Тх2). Поствакцинальный иммунитет складывает­ся из двух видов иммунных реакций: гуморального и клеточного. Отсутствие циркулирующих антител еще не является доказатель­ством слабости иммунитета, при новой встрече с антигеном им­мунный ответ развивается за счет иммунологической памяти. Кроме того, в основе резистентности к некоторым видам инфекций ле­жат клеточные механизмы, поэтому вакцины, используемые для профилактики этих инфекций, должны формировать клеточный иммунитет.

Иммуногенность вакцин составляет основу ее эффективности. Как правило, корпускулярность вакцин (живых, убитых) обеспе­чивает необходимую иммуногенность, в остальных случаях часто приходится использовать дополнительные методы повышения иммуногенности вакцин.

Способы повышения иммуногенности вакцин

1. Использование оптимальной концентрации антигена.
2. Очистка вакцин от низкомолекулярных веществ, способных вызывать специфическую или неспецифическую супрессию иммунного ответа.
3. Агрегация антигена с помощью ковалентного связывания и других методов комплексообразования.
4. Включение в вакцину максимального количества эпитопов антигена.
5. Сорбция на веществах, создающих депо антигена (гидроокись алюминия, фосфат кальция и др.).
6. Использование липосом (водно-масляной эмульсии).
7. Добавление микробных, растительных, синтетических и дру­гих видов адъювантов.
8. Связывание слабого антигена с белковым носителем (столб­нячным, дифтерийным анатоксином и др.).
9. Включение антигена в микрокапсулы, обеспечивающие выб­рос антигена через заданный промежуток времени.

10. Улучшение условий процессинга и представления антигена. Использование антигенов гистосовместимости 1 и II классов или антител к этим антигенам.

Подходы к созданию вакцин, обеспечивающих формирование клеточного и гуморального иммунитета, различны. Это обуслов­лено участием в иммунном ответе двух регуляторных клеток: Тх1 и Тх2. Между ними существует определенная степень антагонизма, хотя они и образуются из одного и того же вида клеток-предше- ственников. Получить вакцину, которая бы вызывала клеточный иммунитет, достаточно трудно. Во многих случаях не удается пе­реключить иммунный ответ Тх2 на вакцину, которая стимулирует образование антител, на клеточный ответ Тх1.

Крайне важно, чтобы вакцины вызывали Т-зависимый иммун­ный ответ. В противном случае ответ будет кратковременным, а повторное введение вакцины не будет вызывать вторичный ответ. Первичный и вторичный иммунный ответ отличаются друг от друга по динамике формирования иммунитета (рис. 11). Вторичный им­мунный ответ недостаточно выражен, если для иммунизации ис­пользуется слабый антиген, если в организме присутствуют пассив­но введенные или активно приобретенные антитела, если антиген вводят пациенту с иммунодефицитом.

Вторичный иммунный ответ характеризуются следующими при­знаками:

1. Более раннее (по сравнению с первичным ответом) развитие иммунных реакций.
2. Уменьшение дозы антигена, необходимой для достижения оптимального ответа.
3. Увеличение силы и продолжительности иммунного ответа.
4. Усиление гуморального иммунитета:

– увеличение количества антителообразующих клеток и цир­кулирующих антител;

– активация Тх2 и усиление выработки их цитокинов (ИЛ-3, 4, 5, 6, 9, 10, 13, ГМ-КСФ и др.);

– сокращение периода образования ^М-ангител, преобла­дание 1нСт- и IgA-aнтитeл;

– повышение аффинности антител.

5. Усиление клеточного иммунитета:

– увеличение числа антигенспецифических Т-киллеров и Т-эффекторов ГЗТ;

– активация Тх1 и усиление выработки их цитокинов (ИФ-у, ФИО, ИЛ-2, ГМ-КСФ и др.);

– повышение аффиннности антигенспецифических рецеп­торов Т-клеток.

6.Повышение устойчивости к заражению.

Способность быстро реагировать на повторный контакт с анти­геном организм приобретает благодаря иммунологической памя­ти. Она характерна для клеточного и гуморального иммунитета, зависит от формирования Т- и В-клеток памяти. Иммунологичес­кая память развивается после перенесенной инфекции или вакци­нации и сохраняется длительное время.

При некоторых инфекциях антитела в сыворотке крови при­сутствуют на протяжении десятилетий. Вместе с тем полупериод жизни самого устойчивого иммуноглобулина составляет в среднем 25 дней. Таким образом, в организме постоянно происходит ре- синтез специфического иммуноглобулина.

Длительность постинфекционного иммунитета зависит от свойств возбудителя, инфицирующей дозы, состояния иммунной системы, генотипа, возраста и других факторов. Иммунитет может быть кратковременным, например при гриппе, дизентерии, воз­вратном тифе, достаточно продолжительным, например при си­бирской язве, риккетсиозе, лептоспирозе, и даже пожизненным, например при полиомиелите, кори, коклюше.

Приобретенный иммунитет является хорошей защитой против заражения тем же возбудителем. Если основным механизмом им­мунитета при данной инфекции является эффект нейтрализации, то наличие определенного уровня циркулирующих антител доста­точно для предупреждения реинфекции.

Для достижения стойкого иммунитета вакцины приходится вво­дить 2 раза и более. Первичная вакцинация может состоять из не­скольких доз вакцины, интервалы между дозами строго регламенти­рованы. График проведения ревакцинации более свободный, ревак­цинацию можно проводить через год и даже через несколько лет.

Интервал между введениями вакцины должен быть не менее 4 нед. В противном случае развивается менее стойкий иммунитет. Наоборот, некоторое увеличение 4-недельного интервала может усилить вторичный иммунный ответ. Максимальное повышение концентрации антител при вторичном ответе на вакцины возни­кает при невысоких исходных титрах антител. Высокий предше­ствующий уровень антител препятствует дополнительной выработке антител и длительному их сохранению, а в некоторых случаях на­блюдается снижение титров антител.