Методическое пособие для самоподготовки слушателей цикла «Основы иммунологии»
000
ОтложитьЧитал
Занятие №1. Введение в иммунологию.
Занятие №2. Функциональная организация иммунной системы
Термин «иммунитет» происходит от латинского слова «immunis» (так в древнем Риме называли гражданина, свободного от определенных государственных повинностей).
Иммунитет – функция иммунной системы, обеспечиваемая совокупностью клеточных и гуморальных механизмов, состоящая в распознавании антигенов, несущих признаки генетической чужеродности и их элиминации из внутренней среды организма.
Выделяют иммунитет врожденный и приобретенный.
Приобретенный иммунитет подразделяют также на естественный (приобретаемый в течение жизни организмом при естественном контакте с патогенами) и искусственный (создаваемый в ходе искусственной активации иммунной системы – вакцинации, например).
Искусственный приобретенный иммунитет может быть активным (когда в организм вводятся антигены, то есть вакцины), или пассивным (при введении в организм антител, то есть сывороток).
Иммунную систему схематично можно разделить на две основные части:
1. Клеточный иммунитет.
2. Гуморальный иммунитет.
Кроме того, существуют сложные и многообразные системы неспецифической защиты организма (система фагоцитоза, система комплемента, лизоцим, белки острой фазы, кининовая система и т.д.).
Антигены – вещества, специфически реагирующие с антителами или клеточными рецепторами и способные индуцировать продукцию антител либо специфические клеточные реакции.
Вещества, реагирующие с антителами, но неспособные при введении в организм вызвать продукцию антител, называются гаптенами.
Участок молекулы антигена, обладающий способностью связываться с активным центром антитела или антигенсвязывающего рецептора лимфоцита, называется антигенной детерминантой.
Антитела – вещества, продукция которых может быть вызвана введением в организм антигенов. Непременным свойством антител является их способность специфически связываться с антигенами.
РАСПОЗНАВАНИЕ АНТИГЕНА
В основе современной теории специфического распознавания антигенов иммунной системой лежат следующие представления.
1. Наличие на поверхности лимфоцитов специфических антигенсвязывающих рецепторов, наличие которых не зависит от того, встречался ли ранее организм с данным антигеном или нет.
2. На одном лимфоците может быть рецептор только одной специфичности.
3. Лимфоциты с рецепторами определенной специфичности составляют клон, т. е. являются потомками одной родительской клетки.
4. Распознавание антигена невозможно без участия макрофагов. Последние осуществляют презентацию (представление) антигена лимфоциту.
6. Распознавание «чужого» происходит в «контексте» распознавания «своего». Иными словами, антигенсвязывающий рецептор Т-лимфоцита распознает на поверхности макрофага молекулярный комплекс, состоящий из собственного антигена гистосовместимости и чужеродного антигена.
Структура антител (иммуноглобулинов)
Иммуноглобулины составляют от 15 до 20% белков плазмы крови.
Структура антител была установлена в 1959 году одновременно Роднейем Портером (Англия, Оксфорд) и Джеральдом Эдельманом (США, Рокфеллеровский университет).
Молекула антитела (Ig G) состоит из двух тяжелых и двух легких полипептидных цепей, соединенных между собой дисульфидными связями.
Константные участки цепей ответственны за другие свойства молекулы иммуноглобулинов. В области Сн2 и Сн3 доменов располагаются соответственно участок фиксации комплемента и участок, ответственный за фиксацию антител к клеткам, например к макрофагам, тучным клеткам, лимфоцитам; Сн 4 обеспечивает связывание мономеров в сложные агрегаты.
Ig M (5-10% от общего количества) могут активировать систему комплемента, первыми синтезируются организмом новорожденных, их содержание повышается в течение первой недели и к году достигает уровня взрослых;
Ig A (10-15% от общего количества) секретируются в различные жидкости тела и обеспечивают секреторный иммунитет, синтезируются со 2-3-й недели новорожденности;
Ig E (0,2% от общего количества) прикрепляются к специфическим рецепторам на поверхности тучных клеток и базофилов и, если они связываются с антигеном, из клеток начинают высвобождаться заключенные в них биологически активные вещества, вызывая аллергические явления;
Ig D (0,2% от общего количества) функционируют в качестве мембранных рецепторов для антигена;
Ig G (75% от общего количества) проявляют разнообразные виды активности, в том числе способность проникать через плацентарный барьер, передаются от матери и сохраняются в организме новорожденного в течение 3-х месяцев, обеспечивая ему естественный пассивный иммунитет; синтезируются в организме ребенка со 2-3 месяца
ОРГАНЫ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Существует своеобразная иерархия органов иммунной системы, в которой можно выделить первичные и вторичные лимфоидные органы. К первым относятся тимус (вилочковая железа) и костный мозг (у птиц еще и фабрициева сумка), ко вторым – лимфатические узлы, селезенка, а также лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками (лимфатические фолликулы пищевого и дыхательного трактов: небные миндалины; носоглоточная миндалина; бронхоасоциированная лимфатическая ткань; лимфатическая ткань, ассоциированная с кишечником (GAIT), включая аппендикс и пейеровы бляшки).
Указанные органы связаны между собой и с остальными тканями организма с помощью кровеносной системы и лимфатических путей. По ним передвигаются рециркулирующие лимфоциты, за счет которых и осуществляется эта связь.
Костный мозг. Именно в костном мозге из стволовой клетки возникают все форменные элементы крови, в том числе и предшественники различных популяций лимфоцитов, а также макрофагальные клетки. У млекопитающих костный мозг является эквивалентом фабрициевой сумки птиц – здесь созревают В-лимфоциты.
Тимус. Тимус представляет собой орган, принимающий Т-клетки и осуществляющий созревание или отбор антигенспецифических Т-клеток и осуществляющий избирательное освобождение этих клеток на периферию.
На определенных стадиях созревания тимоцитов происходят следующие события:
экспрессия антигенспецифических рецепторов;
появление или отбор клеток, распознающих продукты специфических для тимуса МНС-генов, необходимых для взаимодействия клеток иммунной системы;
появление на клетках достаточного количества рецепторов, отвечающих за доставку лимфоцитов из кровяного русла в организованные лимфоидные ткани;
приобретение Т-клетками способности осуществлять помощь, «убийство» или супрессию.
Зрелый тимус представляет собой эпителиально-лимфоидный орган, состоящий из трех отдельных слоев (наружного и внутреннего коркового и мозгового), каждый из которых содержит лимфоидные клетки одного определенного класса и нелимфоидные клетки, обеспечивающие необходимое микроокружение для созревания лимфоцитов.
Сформировавшиеся тимусные лимфоциты среднего размера движутся по направлению к мозговому слою – на их пути расположены корковые макрофаги, выполняющие функцию разрушителей («могильщиков»). Они участвуют в разрушении и фагоцитозе уже погибших или обреченных на гибель тимусных лимфоцитов.
Итак, из стволовой клетки костного мозга или из пре-Тклетки в тимусе созревают и дифференцируются три популяции Т-клеток:
ТE – Т-эффекторы (киллеры);
Тh – Т-хелперы (помощники);
TS – Т-супрессоры.
Кроме Т- и В- клеток в периферической крови примерно 10-20% лимфоцитов не несут отличительных маркеров Т- или В-лимфоцитов – нулевые клетки.
Т-эффекторные клетки или киллеры (цитотоксические Т-клетки) – они лизируют клетки, несущий на своей поверхности те антигены, к которым специфичны данные лимфоциты. Лизис клетки-мишени ТЕ –лимфоцитами – процесс сложный, проходит в несколько стадий. Первая стадия – распознавание соответствующего антигена и молекул класса I, имеющихся на поверхности клетки-мишени. Вторая стадия – программирование для лизиса, ТЕ-клетка вызывает повреждение клетки-мишени, а затем следует ее лизис. Отдельная ТЕ-клетка может участвовать в лизисе нескольких клеток по очереди, сама при этом не разрушаясь.
Т-хелперы (to help – помогать) и Т-супрессоры (to supress – подавлять) выполняют регуляторные функции. Т-хелперы, узнав антиген, стимулируют остальные компоненты иммунной системы, то есть В-клетки и другие Т-клетки, специфичные к данному антигену.
Т-хелперы способны стимулировать В-клетки к пролиферации и дифференцировке в антителообразующие клетки, причем, обнаружено несколько механизмов такого стимулирования:
–прямое взаимодействие ТН-клетки и реагирующей В-клетки.
–путем образования растворимых неспецифических хелперных факторов, часто называемых лимфокинами;
Т-супрессоры угнетают иммунный ответ путем регуляции численности хелперных Т-клеток, вовлекаемых в иммунный ответ.
Главный комплекс гистосовместимости
(МНС – major histocompatibility complex).
Итак, общепризнано практически всеми учеными, работающими в этой области науки, что Т- и В-клетки узнают антиген в разных обстоятельствах. В-клетки могут реагировать на свободный антиген, а Т-клетки активируются, только если антиген экспонирован на поверхности клетки, которая несет еще и маркеры иммунологической индивидуальности данного организма. Это белки, кодирующиеся большой группой генов, называемых главным комплексом гистосовместимости, или МНС. Белки МНС были открыты в экспериментах по пересадке органов и тканей. У реципиента развивается иммунный ответ на белки МНС донора. Пересадка органов между неродственными индивидуумами чаще всего оканчивается отторжением трансплантата, так как у разных людей экспрессируются разные наборы генов главного комплекса гистосовмесимости.
Известны три класса белков главного комплекса гистосовместимости.
Белки МНС класса I найдены на поверхности практически всех клеток.
Белки главного комплекса гистосовместимости класса II, напротив, есть на поверхности только некоторых клеток иммунной системы, таких как В-лимфоциты, макрофаги и специализированные эпителиальные клетки.
Гены, кодирующие белки С2, С4 , расположены в комплексе МНС и обозначаются как гены класса III. (Обозначенные факторы системы комплемента участвуют в образовании С3 конвертаз, активирующих последующий каскад реакций).
Отторжение чужой ткани вовсе не основное предназначение белков МНС. Истинная их роль состоит в направлении реакции Т-клеток на антиген. Т-клетки узнают одновременно антиген и белки МНС, находящиеся на поверхности одной клетки. Необходимость двойного стимулирования называется МНС-ограничением.
Цитотоксические Т-клетки (эффекторные клетки, клетки-убийцы) реагируют на антиген вместе с белками МНС класса I, а Т-хелперам требуются белки МНС класса II.
Лимфатические узлы. Лимфатические узлы являются вторым (после кожи и слизистых оболочек) барьером на пути инфекции. Ткани организма дренируются лимфатическими сосудами, по которым лимфа поступает в ворота лимфатического узла.
Т- и В-лимфоциты расположены в лимфатическим узле неравномерно. Покоящиеся В-лимфоциты образуют скопления в кортикальной области. Эти области называются первичными фолликулами. После антигенной стимуляции В-лимфоциты образуют вторичные фолликулы, в которых покоящиеся В-лимфоциты окружают зародышевый центр, содержащий крупные интенсивно пролиферирующие В-лимфобласты, ретикулярные макрофаги и специализированные дендритные клетки. Остальная часть кортикальной области также состоит преимущественно из В-клеток, хотя содержит и диффузно расположенные Т-лимфоциты.
Основная масса Т-лимфоцитов располагается в паракортикальной, или тимусзависимой, области лимфатического узла. При формировании иммунного ответа Т-лимфоциты этой области также превращаются в лимфобласты и активно пролиферируют.
Селезенка. У людей красная пульпа селезенки сохраняет способность к миелопоэзу и реализует ее при некоторых гематологических патологиях. Селезенка является местом распознавания антигена, антигензависимой пролиферации и дифференцировки Т- и В-лимфоцитов, их активации, а также продукции и секреции специфических антител иммуноглобулинов. Основное отличие селезенки от лимфоузлов состоит в том, что селезенка является местом специфического иммунного ответа на антигены, циркулирующие в крови, а в лимфоузлах разыгрываются процессы специфического иммунного ответа на антигены, попадающие в лимфу. Кроме того, селезенка с ее богатой сетью макрофагов в красной пульпе выполняет функции фильтра крови, удаляющего попадающие туда чужеродные частицы и молекулы, а также состарившиеся эритроциты, или эритроциты, нагруженные иммунными комплексами.
Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками. Для обозначения этого вида лимфоидной ткани используется сокращение MALT (mucosal- associated lymphoid tissue). MALT представляет собой субэпителиальные скопления лимфоидной ткани, не ограниченной соединительнотканной капсулой. Лимфоидная ткань может располагаться диффузно, представляя собой скопления лимфоцитов, фагоцитов и плазматических клеток в, или быть достаточно хорошо организованной с выраженными фолликулами. У человека это кольцо Вальдейера – Пирогова, состоящее из язычной, небной и глоточных миндалин, групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) кишечника, а также аппендикс. MALT образует особую систему, в которой циркулируют клетки, синтезирующие IgA и IgE.
КЛЕТКИ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ФОРМИРОВАНИИ ИММУННОГО ОТВЕТА
Макрофаги. Функции макрофагов разнообразны и не исчерпываются потребностями иммунной защиты организма. Впервые на защитную функцию макрофагов указал И. И. Мечников, открывший явление фагоцитоза (Нобелевская премия за 1908 г.). В настоящее время известна другая фундаментальная роль макрофагов – представление антигенов лимфоцитам. Кроме того, макрофаги являются продуцентами многочисленных медиаторов иммунных реакций (простагландины, интерлейкины).
Из всех клеток, участвующих в реализации иммунного ответа, макрофаг отличается наиболее выраженной полифункциональностью. К важнейшим функциям макрофагов следует отнести фагоцитоз, процессинг антигенов и представление процессированного антигена лимфоцитам, синтез цитокинов и компонентов системы комплемента, а также синтез многих лизосомных ферментов.
Макрофаги образуются в костном мозге из промоноцитов и в форме моноцитов циркулируют в периферической крови. Попадая в различные ткани, они могут терять подвижность, а их морфология может меняться. Тем не менее генетическая программа, ответственная за реализацию их функций, не претерпевает существенных изменений. Так, звездчатые ретикулоэндотелиоциты (купферовские клетки) печени, помещенные в искусственные условия, могут осуществлять презентацию антигенов Т-клеткам.
Лимфоциты – клетки, ответственные за специфичность действия иммунной системы, а также за сохранение иммунологической памяти. С помощью специализированных популяций лимфоцитов организм способен различать «свое» и «чужое», распознавать чужеродные антигены, продуцировать антитела, а также осуществлять специфически направленные цитотоксические реакции.