Иммуноглобулины

Иммуноглобулины – группа гликопротеинов, содержащихся в плазме крови и тканевой жидкости. Синтез Ig осуществляют В-клетки после контакта с антигеном и вызванном им созревании В-клеток в антителообразующие клетки Некоторые молекулы иммуноглобулинов структурно связаны с плазматической мембраной В-клеток и функционируют как антигенспецифичные рецепторы

Структура молекулы иммуноглобулинов

Функции фрагментов Ig

Классы иммуноглобулинов 1. IgG (γ-тяжелая цепь) 2. IgM (μ -тяжелая цепь) 3. IgA (α -тяжелая цепь) 4. IgD (δ -тяжелая цепь) 5. IgE (ε -тяжелая цепь)

Субклассы иммуноглобулинов 1. IgG (γ-тяжелая цепь) IgG1 – γ1 (77%) IgG2 – γ2 (11%) IgG3 – γ3 (9%) IgG4 – γ4 (3%) 1. IgA (α –тяжелая цепь) IgA1 – α1 (90%) IgA2 – α2 (10%) 3. IgM ((μ -тяжелая цепь) IgM1 – μ1 (65%) IgM2 – μ2 (35%)

Типы легких цепей 1. Kappa (κ) 2. Lambda (λ) - Lambda 1 (λ 1) - Lambda 2 (λ 2) - Lambda 3 (λ 3) - Lambda 4 (λ 4)

Распределение основных изотипов Ig

Иммуноглобулин G 70-75% общего пула Ig сыворотки

Иммуноглобулин G IgG3, IgG1 и IgG2 – активируют комплемент по классическому пути IgG4 способен активировать комплемент по альтернативному пути IgG1, IgG3, IgG4 беспрепятственно проникают через плаценту IgG2 обладают ограниченной способностью трансплацентарного транспорта IgG2 в основном продуцируются против антигенов полисахаридной природы IgG4 – антирезусные антитела

Иммуноглобулин G Молекулы IgG свободно диффундируют из плазмы крови в тканевую жидкость, где находится почти половина (48,2 %) имеющегося в организме IgG Скорость биосинтеза IgG составляет 32 мг/кг массы в сутки, период полу-распада дня. Исключение составляют IgG3, для которых период полу-распада значительно короче дней Содержание в крови у детей субклассов IgG достигает уровня такового у взрослых в различные сроки: IgG1 и IgG4 - в возрасте 8 лет, IgG3 – в 10 лет, IgG2 - в 12 лет

Иммуноглобулин M ~10% общего пула Ig сыворотки

Иммуноглобулин М Иммуноглобулины класса М являются наиболее ранними как в филогенетическом, так и в онтогенетическом отношении. В эмбриональном периоде и у новорожденных синтезируются в основном IgM. IgM находятся преимущественно в плазме крови и лимфе, ско-рость их биосинтеза составляет около 7 мг/сутки, период полужизни - 5,1 дня. IgM не проходят через плаценту. Обнаружение у плода IgM в высокой концентрации свидетельствует о внутриматочной инфекции.

Иммуноглобулин М Из всех типов антител IgM проявляют наибольшую способность к связыванию комплемента. IgM1 связывают комплемент, IgM2 не связывают комплемент. IgM содержат основную массу антител против полисахаридных антигенов и О-антигенов грамотрицательных бактерий, включают ревматоидный фак-тор. Антитела класса IgM значительно активнее IgG по агглютинирующей и преципитирующей способности, а также по гемолитическому и опсонизирующему действию.

Иммуноглобулин М К концу 2-го года жизни ребенка содержание IgM составляет 80% от его содержания у взрослых. Максимальная концентрация IgM отмечается в 8 лет.

Иммуноглобулин A 15-20% общего пула Ig сыворотки, из них 80% в виде мономера

Иммуноглобулин А IgA не определяются в секретах новорожденных; в слюне они появляются у детей в возрасте 2 месяцев. Содержание секреторного IgA в слюне достигает его уровня у взрослого к 8 годам. К концу первого года жизни ребенка в крови содержится примерно 30% IgA. Плазматический уровень IgA достигает такового у взрослых к годам.

Иммуноглобулин D

Иммуноглобулин D IgD не связывают комплемент, не проходят через плаценту и не связываются тканями. 75% IgD содержится в плазме крови, период полураспада составляет 2,8 дня, скорость биосинтеза 0,4 мг/кг в день. Биологическая функция IgD неясна; на определенных стадиях дифференцировки В- лимфоцитов IgD выполняют роль рецептора. Концентрация IgD возрастает почти вдвое во время беременности, а также увеличивается при некоторых хронических воспалительных процессах.

Иммуноглобулин E

Иммуноглобулин E IgE не связывают комплемент, не проходят через плаценту, термолабильны, быстро и прочно связываются аллогенными тканями, не преципитируют антигены. Период полураспада 2,3 - 2,5 дня. Плазматические клетки, синтезирующие IgE, обнаруживаются в основном в слизистых оболочках бронхов и бронхиол, желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря, в миндалинах и аденоидной ткани. Распределение клеток, продуцирующих IgE, сходно с распределением IgA - продуцирующих клеток. Концентрация IgE в крови достигает уровня взрослых примерно к 10 годам.

Иммуноглобулин E Антитела класса IgE ответственны за развитие анафилактических (атопических) аллергических реакций гуморального типа. В крови присутствует лишь около 1% IgE, более 99% IgE секретируются энтероцитами в просвет кишечника. Секретируемые в просвет кишечника IgE создают противогельминтозную защиту, в частности, за счет IgE-зависимого цитолиза, обеспечиваемого эозинофилами. Эозинофилы продуцируют два токсических белка - большой основной протеин и катионный протеин эозинофилов.

Свойства иммуноглобулинов Специфичность – способность реагировать только с определенным антигеном Anti-A Ab Ag A Anti-A Ab Ag C Схожий эпитоп Перекрестная реакция Anti-A Ab Ag B Общий эпитоп

Эпитоп – область антигена, взаимодействующая с антителом. Антиген может иметь несколько различных или повторяющихся эпитопов. Антитела специфичны именно к эпитопу, но не к целостной молекуле антигена. Свойства иммуноглобулинов

Валентность – количество антигенных образований, с которыми может связаться Ig

Свойства иммуноглобулинов Аффинность (сродство) – прочность связи одного антигенсвязывающего центра с индивидуальным эпитопом антигена Ab Ag Высокая Ab Ag Низкая

Свойства иммуноглобулинов Авидность (жадность) – суммарная сила взаимодействия антитела с антигеном Keq = 10 4 Affinity 10 6 Avidity Avidity

Взаимодействие антиген-антитело

Принцип замка и ключа Нековалентные связи – Водородные связи – Электростатические связи – Ван дер Ваальсовы силы – Гидрофобные связи Обратимость Множественные связи

Феномены Реакция агглютинации – склеивание корпускулярных антигенных частиц, находящихся во взвеси, между собой под действием антител Реакция агглютинации – склеивание корпускулярных антигенных частиц, находящихся во взвеси, между собой под действием антител Реакция преципитации – укрупнение растворенных антигенных частиц под влиянием антител – помутнение раствора Реакция преципитации – укрупнение растворенных антигенных частиц под влиянием антител – помутнение раствора

Феномены Феномен лизиса – способность некоторых антител растворять клетки с помощью комлемента Феномен лизиса – способность некоторых антител растворять клетки с помощью комлемента Феномен цитотоксичности – клеточно- опосредованная Феномен цитотоксичности – клеточно- опосредованная Феномен опсонизации – усиление фагоцитоза Феномен опсонизации – усиление фагоцитоза

Реакции агглютинации

Агглютинация/гемагглютинация + Типирование групп крови Диагностика инфекций Качественная реакция

Агглютинация/гемагглютинация Простота Полуколичественный метод 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512

Пассивная агглютинация/гемагглютинация Антиген нанесен на неактивные частицы Определение растворенных антител +

Реакция Кумбса Прямая реакция - определение антител на эритроцитах + Patients RBCs Coombs Reagent (Antiglobulin)

Реакция Кумбса Непрямая реакция - определение антиэритроцитарных антител в сыворотке Patients Serum Target RBCs + Step 1 + Coombs Reagent (Antiglobulin) Step 2

Реакция Кумбса Определение анти-Rh антител Аутоиммунные гемолитические анемии

Ингибирование агглютинации/гемагглютинации Определение растворенных антигенов + Prior to Test + + Test Patients sample

Реакции преципитации

Радиальная иммунодиффузия (по Манчини) - А/т в геле - Аг в лунке - Диаметр кольца >> концентрация Ag Concentration Diameter 2 Ag Ab in gel

Другие методы, основанные на взаимодействии антиген- антитело Радиоиммунный метод Иммуноферментный анализ Иммунофлюоресцентный анализ Реакция связывания комплемента

Ag Patients serum Ag No Ag Ag Если исследуемый антиген присутствует в исследуемой сыворотке, то он связывает комплемент, что препятствует лизису эритроцитов. Реакция связывания комплемента

Методы исследования гуморального иммунитета

Методы определения концентрации Ig Простая радиальная иммунодиффузия (метод Манчини) Простая радиальная иммунодиффузия (метод Манчини) Нефелометрия Нефелометрия Иммуноферментный анализ Иммуноферментный анализ

Циркулирующие иммунные комплексы Комплексы, состоящие из антигена, антител и связанных с ними компонентов комплемента Комплексы, состоящие из антигена, антител и связанных с ними компонентов комплемента Повышение концентрации при аутоиммунных, инфекционных (лепра, шистосомиаз) заболеваниях, злокачественных новообразованиях Повышение концентрации при аутоиммунных, инфекционных (лепра, шистосомиаз) заболеваниях, злокачественных новообразованиях

Циркулирующие иммунные комплексы Физические методы: Осаждение с помощью полиэтиленгликоля Осаждение с помощью полиэтиленгликоля Гель-фильтрация Гель-фильтрация Криопреципитация Криопреципитация Центрифугирование в градиенте плотности Центрифугирование в градиенте плотности

Циркулирующие иммунные комплексы Биологические методы: Бесклеточные системы, взаимодействие с: Бесклеточные системы, взаимодействие с: - комплементом - комплементом - ревматоидным фактором - ревматоидным фактором Системы с использованием клеток: Системы с использованием клеток: - тромбоциты - тромбоциты - макрофаги - макрофаги - лимфоциты - лимфоциты - стафилококк - стафилококк

Цитокины

Цитокины Цитокины – биологически активные вещества пептидной природы, регулирующие широкий спектр процессов, протекающих в организме. Термин «цитокины» был предложен N.Cohen в 1974 г.

Цитокины интерлейкины (ИЛ) интерфероны (ИНФ) факторы некроза опухоли (ФНО) колониестимулирующие факторы (КСФ) хемокины факторы роста

Функции цитокинов регуляция гемопоэза регуляция иммунного ответа и воспалительных процессов участие в ангиогенезе апоптоз хемотаксис эмбриогенез

Механизмы действия цитокинов Интракринный механизм - действие цитокинов внутри клетки-продуцента; связывание цитокинов со специфическими внутриклеточными рецепторами. Аутокринный механизм - действие секретируемого цитокина на саму секретирующую клетку. Например, интерлейкины-1, , ФНОα являются аутокринными активирующими факторами для моноцитов/макрофагов.

Механизмы действия цитокинов Паракринный механизм - действие цитокинов на близкорасположенные клетки и ткани. Например, ИЛ- 1, и -18, ФНОα, продуцируемые макрофагом, активируют Т-хелпер (Th0), распознающий антиген и МНС макрофага. Эндокринный механизм - действие цитокинов на расстоянии от клеток-продуцентов. Например, ИЛ-1, -6 и ФНОα, помимо ауто- и паракринных воздеиствий могут оказывать дистантное иммунорегуляторное действие, пирогенный эффект индукцию выработки белков острой фазы гепатоцитами, симптомы интоксикации и мультиорганные поражения при токсико-септических состояниях.

Интерлейкины Цитокины, ответственные за межклеточные взаимодействия между лейкоцитами.

Интерлейкины ИЛ-1 продуцируется гл. обр. макрофагами и в меньшей степени дендритными клетками, эндотелиоцитами, фибробластами, NK, кератиноцитами, некоторыми клонами Th2. ИЛ-1стимулирует продукцию Т-хелперами ИЛ-2, способствует проявлению рецепторов к ИЛ-2 на Т- лимфоцитах, влияет на созревание В-лимфоцитов, стимулирует образование молекул МНС, а также оказывает провоспалительное и пирогенное действие. Стимулирует образование гепатоцитами белков острой фазы, усиливает функции нейтрофилов, NK, обеспечивает взаимосвязь иммунной, нервной и эндокринной систем. Оказывает провоспалительное и пирогенное действие, обеспечивает взаимосвязь иммунной, нервной и эндокринной систем.

Интерлейкины ИЛ-2 вырабатывается Т-лимфоцитами, гл. обр. Th1, а также цитотоксическими лимфоцитами (CD8+). Он активирует дифференцировку Th1 и Т-киллеров, стимулирует NK и синтез иммуноглобулинов В- лимфоцитами. ИЛ-3 продуцируется Т-лимфоцитами и стволовыми клетками. Является ростовым фактором стволовых и ранних предшественников гемопоэтических клеток. ИЛ-4 продуцируется гл. обр. Th2. Он стимулирует дифференцировку Th0 в Th2, стимулирует синтез иммуноглобулинов В-лимфоцитами, подавляет генерацию цитотоксических лимфоцитов, NK, а также продукцию ИФН-g и противоопухолевую активность макрофагов.

Интерлейкины ИЛ-5 синтезируется Th2. Способстует пролиферации и дифференцировке стимулированных В-лимфоцитов, усиливает продукцию IgA, активирует эозинофилы. ИЛ-6 вырабатывается макрофагами, Т- и В-лимфоцитами. Стимулирует пролиферацию тимоцитов, В-лимфоцитов, активирует предшественников цитотоксических лимфоцитов, гранулоцитов и макрофагов, стимулирует образование гепатоцитами белков острой фазы, оказывает провоспалительное действие, обеспечивает взаимосвязь иммунной, нервной и эндокринной систем. ИЛ-7 продуцируется стромальными клетками костного мозга. Является ростовым фактором пре-В- и пре-Т- лимфоцитов.

Интерлейкины ИЛ-8 синтезируется моноцитами, макрофагами, фибробластами. Вызывает миграцию нейтрофилов и базофилов в очаг воспаления и их дегрануляцию, выделение супероксидного радикала. Стимулирует ангиогенез. ИЛ-9 продуцируется гл. обр. Т-лимфоцитами. Стимулирует пролиферацию Т-лимфоцитов, активирует тучные клетки, усиливает эффекты эритропоэтина. ИЛ-10 синтезируется Th2 а также цитотоксическими Т- лимфоцитами второго порядка и макрофагами. Стимулирует пролиферацию и дифференцировку В- лимфоцитов, подавляет синтез ИЛ-2 и ИФН-у клетками Th1, угнетает продукцию провоспалительных цитокинов.

Интерлейкины ИЛ-11 продуцируется стромальными клетками костного мозга. Стимулирует деление и дифференцировку предшественников гемопоэза, колониеобразование мегакариоцитов, увеличивает количество тромбоцитов и эритроцитов в периферической крови. Угнетает продукцию провоспалительных цитокинов. ИЛ-12 продуцируют моноциты, макрофаги и, в меньшей степени, В- лимфоциты и дендритные клетки. Стимулирует рост и дифференцировку Th (Th0 => Th1), Т-киллеров, NK. Индуцирует продукцию ИФН-g Т-лимфоцитами и NK, угнетает апоптоз Th1, синтез IgE. Вместе с ИЛ-4 регулирует баланс Th1 и Th2. ИЛ-13 синтезируется Th2. Стимулирует рост и дифференцировку В- лимфоцитов, подавляет функцию моноцитов/макрофагов, в частности секрецию провоспалительных цитокинов. ИЛ-14 продуцируется в основном Т-лимфоцитами. Усиливает пролиферацию В-лимфоцитов и подавляет продукцию иммуноглобулинов.

Интерлейкины ИЛ-15 вырабатывается моноцитами, эпителиоцитами и гладкомышечными клетками. По действию на Т-лимфоциты ИЛ-15 сходен с ИЛ-2, что объясняется способностью специфически связываться с ИЛ-2-рецепторами. Активирует NK и В-лимфоциты. ИЛ-16 синтезируется эозинофилами и CD8+ Т-лимфоцитами. Является хемоаттрактантом для CD4+ лимфоцитов. ИЛ-17 продуцируется активированными CD4 Т-лимфоцитами. Основными клетками-мишенями цитокина являются эпителиоциты, эндотелиоциты и фибробласты. Он усиливает выработку ИЛ-б, ИЛ-8, гранулоцитарного КСФ, простатландина Е2, увеличивает экспрессию ICAM-1, стимулирует активность фибробластов. ИЛ-18 образуется активированными макрофагами, а также гепатоцитами. Стимулирует синтез Т-лимфоцитами ИФН-g, макрофагами - ИЛ-1, ИЛ 8 и ФНО. Кроме того, он активирует NK.

Интерфероны Интерфероны - гликопротеины, вырабатываемые клетками в ответ на вирусную инфекцию и другие стимулы. Блокируют репликацию вируса в других клетках и участвуют во взаимодействии между клетками иммунной системы.

Интерфероны Различают две серологические группы интерферонов: I тип - ИНФ-α и –β - оказывают противовирусные и противоопухолевые эффекты II тип - ИФН-γ - регулирует специфический иммунный ответ и неспецифическую резистентность.

Интерфероны Интерфероны I типа ИНФ-α - продуцируется мононуклеарными фагоцитами (отсюда одно из названий - "лейкоцитарный ЛФН"), ИНФ-β – продуцируется фибробластами ("фибробластный ИФН") Усиливают продукцию ИФН пирогеиное действие ИЛ-1 и понижение рН в межклеточной жидкости на фоне повышения температуры. Защитное действие ИНФ I типа реализуется посредством ингибирования репликации РНК или ДНК. ИНФ I типа, связываясь со здоровыми клетками, защищает их от вирусов. Антивирусное действие ИНФ I типа может обусловливаться и тем, что он способен угнетать клеточную пролиферацию, препятствуя синтезу аминокислот, например триптофана. Индуцирует апоптоз некоторых опухолей. Усиливает литическое действие нормальных киллеров на клетки- мишени, в том числе трансформированные клетки. Индуцирует экспрессию антигенов МНС I и, наоборот, подавляет формирование тех же антигенов МНС II.

Интерфероны Интерфероны II типа ИФН-γ ("иммунный ИФН") продуцируется Т-лимфоцитами и NK. Стимулирует активность Т- и В-лимфоцитов, моноцитов/макрофагов и нейтрофилов. Усиливает экспрессию молекул МНС I, МНС II. Стимулирует дифференцировку Th0 в Th1. Вместе со своим антогонистом ИЛ-4 поддерживает баланс Th1/Th2. Регулирует апоптоз целого ряда нормальных, а также некоторых инфицированных и трансформированных клеток. Так, он индуцирует програмированную клеточную гибель активированных макрофагов, кератиноцитов, гепатоцитов, клеток костного мозга, эндотелиоцитов и подавляет апоптоз периферических моноцитов и герпес- инфицированных нейронов.

Факторы некроза опухоли ФНОα - продуцируется макрофагами, а также тучными клетками и лимфоцитами. обусловливает развитие токсического шока и кахексии (старое название кахектин), индуцирует острофазные белки и стимулирует ангиогенез. Может индуцировать апоптоз. Способен вызывать геморрагический некроз ряда опухолей. ФНОβ - продуцируется Т- и В-лимфоцитами, обладает аналогичным действием.

Колониестимулирующие факторы Регулируют деление, дифференцировку костно-мозговых стволовых клеток и предшественников клеток крови. Кроме того, они могут стимулировать дифференцировку и функциональную активность некоторых клеток вне костного мозга.

Колониестимулирующие факторы Гранулоцитарный КСФ (Г-КСФ) продуцируется в основном макрофагами, а также фибробластами. Стимулирует деление и дифференцировку стволовых клеток, в некоторой степени усиливает активность нейтрофилов и эозинофилов. Макрофагальный КСФ (М-КСФ) вырабатывается моноцитами, в меньшей степени эндотелиальными клетками и фибробластами. Активирует пролиферацию предшественников макрофагов в костном мозге. Гранулоцитарно-макрофагальный КСФ (ГМ-КСФ) продуцируется макрофагами и Т-лимфоцитами, а также фибробластами и эндотелиоцитами. Стимулирует деление и дифференцировку предшественников гранулоцитов и макрофагов, активирует функцию макрофагов и гранулоцитов, пролиферацию Т-клеток. Участвует в стимуляции дифференцировки кроветворных предшественников в антиген-презентирующие дендритные клетки.

Хемокины Хемокины (хемотаксические цитокины) - низкомолекулярные цитокины, ответственные за хемотаксис клеток (привлекают в очаг воспаления лимфоциты и лейкоциты). Продуценты - эндотелиальные и эпителиальные клетки, фибробласты, нейтрофилы и моноциты. Избыточные концентрации хемокинов стимулируют фагоцитоз нейтрофилов, дыхательный взрыв, дегрануляцию, повышение [Са2+], а также синтез белка. Напротив, для стимуляции хемотаксиса достаточны низкие, наномолярные концентрации хемокинов.

Хемокины У человека выделено около 40 отдельных подобных белков, их подразделили на альфа- и бета-хемокины. Альфа-хемокины опосредуют преимущественно хемотаксис нейтрофилов. Бета-хемокины - хемотаксис моноцитов и лимфоцитов. Многие из сигнальных молекул обладают хемотаксическими свойствами, в том числе это C5a, лейкотриен B4 и разнообразные низкомолекулярные цитокины.

Факторы роста Трансформирующий фактор роста-β (ТФР-β) - вызывает неадгезивный рост фибробластов но, помимо этого, ингибирует активность некоторых цитокинов, в основном ИЛ-2 и ФНО. Эпидермальный ростовой фактор, тромбоцитарный ростовой фактор и фактор роста нервов имеют широкий спектр действия на регенерацию и повреждение кожи, костей и других органов.