Лекция №3 Учение об иммунитете.

Иммунология как наука. Естественный иммунитет. Предмет и задачи иммунологии Иммунология ― общебиологическая медицинская наука, изучающая структуру и функционирование иммунной системы, способы и механизмы защиты организма от генетически чужеродных веществ экзо- и эндогенного происхождения. Задачами современной иммунологии является: • изучение строения и функций органов, клеток и молекул иммунной системы в норме и при патологии; • выявление биологических механизмов иммуногенеза на организменном, клеточном и молекулярном уровнях; • исследование структуры и функций лимфоидных клеток и процессов, протекающих на их мембранах, в цитоплазме и органоидах; • разработка новых методов исследования (иммунодиагностики); • поиск и разработка новых средств иммунопрофилактики, иммунотерапии, иммунокоррекции патологических состояний. • изучение и профилактика иммунологической несовместимости матери и плода; • изучение влияния на иммунный статус социальных экологических и других факторов с целью разработки мер по охране здоровья людей и др. В зависимости от объекта исследования иммунологию делят на общую и частную. Общая иммунология изучает иммунологические процессы и механизмы регуляции иммуногенеза на молекулярном, клеточном и организменном уровнях. В зависимости от объекта изучения в частной иммунологии выделяют ряд направлений: инфекционная иммунология, иммунопрофилактика, вакцинология, иммунология злокачественных опухолей (иммуноонкология), трансплантационная иммунология, аллергология, экологическая иммунология, иммунология эмбриогенеза, репродуктивная (иммунология матери и плода), иммунобиотехнология, иммунохимия, иммуногенетика и др. 69 Инфекционная иммунология разрабатывает способы профилактики, диагностики и лечения инфекционных болезней. Способы (механизмы, уровни) защиты человеческого организма от инфекций Иммунитет ― целостная система биологических механизмов самозащиты организма, с помощью которых он распознает и уничтожает все чужеродное (генетически отличающееся от него), проникшее в организм извне или образовавшееся в нем. Различают невосприимчивость врожденную и приобретенную (рисунок 4). Иммунитет Естественный Искусственный Врожденный Приобретенный Видовой (видоспецифический) Индивидуальный Абсолютный Относительный Рассовый Пассивный Активный Рисунок 4 ― виды иммунитета Врожденный (или наследственный, конституционный, неспецифический) иммунитет обнаруживается уже при рождении. Это генотипический признак, который передается по наследству. Одна из форм врожденной невосприимчивости связана с переносом IgG от матери к плоду через плаценту (передача по вертикали). Система врожденного иммунитета в сравнении с приобретенным иммунитетом: • намного более эволюционно древняя; • реагирует не на конкретные антигены, а на определенные классы антигенов, характерные для патогенных организмов (полисахариды клеточной стенки бактерий, двунитевая РНК некоторых вирусов и т.п.); • активируется при первом появлении патогена быстрее, но распознает патоген с меньшей точностью. Если наследственный иммунитет присущ всем особям данного вида, его называют видовым (видоспецифическим), если отдельным особям данного вида ― индивидуальным. Примеры видового иммунитета: • человек никогда не заболевает чумой крупного рогатого скота; • крысы резистентны к дифтерийному токсину; • животные невосприимчивы к гонококку. Видовой иммунитет может быть абсолютным (нечувствительность человека к вирусам бактерий) или относительным (восприимчивость к возбудителю сибирской язвы у кур появляется после переохлаждения). Пример индивидуальной невосприимчивости: некоторые лица не болеют корью. Если внутри одного вида существуют расовые вариации видовой невосприимчивости, то говорят о расовой невосприимчивости. Например, многие представители негроидной расы оказываются более устойчивыми к малярии, вызываемой Plasmodium vivax, если на их эритроцитах отсутствует антиген (Аг) Duffy, являющийся рецептором для паразитов. Механизмы врожденного иммунитета (неспецифические факторы защиты организма): • естественные (физиологические) барьеры: кожа, мерцательный эпителий слизистых, барьерные функции лимфатических узлов, сальные и потовые железы, печень (система цитохрома P450), пищеварительные ферменты; • нормальная микробиологическая оболочка тела (сапрофиты кожи и слизистых); • физиологические и патофизиологические реакции: лихорадка, воспаление, катаральные явления и др.; • клеточные: клеточная ареактивность, неспецифический фагоцитоз, NK-клетки; • гуморальные: система комплемента, естественные антитела, система цитокинов и др. Клеточная ареактивность обусловлена: • отсутствием на поверхности клеток рецепторов к микробным антигенам (генетически детерминировано); • дефицитом необходимых для микроба веществ; • избирательной специфичностью действия микробных ферментов. Уровни защиты человеческого организма от инфекций можно представить в следующем виде: А. до попадания во внутреннюю среду: • ментальная поведенческая защита; • покровные ткани; Б. на границе с внутренней средой: • микробоцидные экзосекреты; • сосудистые реакции (быстрый локальный отек в очаге повреждения); В. во внутренней среде: • доиммунный (первичный) фагоцитоз; • белки острой фазы и др. доиммунные микробоцидные вещества; • лимфоцитарный иммунитет. Виды приобретенного иммунитета. Механизм осуществления иммунологической реактивности. Принципиальные отличия иммунологической реактивности от неспецифической резистентности Приобретенный, или адаптивный, иммунитет (рисунок 4) может быть естественный и искусственный, активный и пассивный, стерильный и нестерильный. Естественно приобретенный пассивный иммунитет обусловлен: • пассивно переданными ребенку от матери через плаценту антителами (плацентарный иммунитет); • антителами, переданными от матери ребенку с молоком при грудном вскармливании (материнский иммунитет). Естественно приобретенный активный иммунитет возникает в результате: • перенесенного заболевания (постинфекционный иммунитет); • неприметного (бытового) инфицирования. Постинфекционный иммунитет появляется на второй неделе после инфицирования и продолжается в течение нескольких месяцев или лет, иногда всю жизнь. Искусственный активный иммунитет (поствакцинальный иммунитет) возникает через 10−14 дней после вакцинации и сохраняется от нескольких месяцев (дизентерия, грипп) до 5 и более лет (оспа, туляремия). Искусственный пассивный иммунитет (сывороточный иммунитет) создается через несколько часов после введения сывороток и иммуноглобулинов, самое позднее ― через сутки и обычно сохраняется в течение 2−3 недель. Приобретенный иммунитет также может быть: • стерильный ― без наличия возбудителя в организме в результате их гибели и элиминации (выведения продуктов распада из организма); • нестерильный ― существующий в присутствии возбудителя в организме, например, противотуберкулезный иммунитет. Механизмы адаптивного иммунитета (иммунной реактивности), или специфические иммунные ответы: • гуморальный, или B-клеточный ответ, который приводит к образованию плазматических клеток ― продуцентов разных классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD; • Т-клеточный ответ, который заканчивается формированием двух субпопуляций эффекторных Т-клеток ― цитотоксических Тлимфоцитов (или Т-киллеров) и эффекторных Т-лимфоцитов воспаления. На основе учения об иммунитете сформировалось современное представление об иммунологической реактивности. Реактивность организма (лат. reactio противодействие) ― свойство живых существ определенным образом (дифференцированно) отвечать на внешние воздействия и изменения в их внутренней среде. Важнейшим видом реактивности является иммунологическая реактивность, которая обусловлена функцией систем, осуществляющих надзор за постоянством антигенного состава организма. Понятие «иммунологическая реактивность» объединяет ряд взаимосвязанных явлений: • невосприимчивость человека и животных к заразным (инфекционным) болезням, или иммунитет в собственном смысле слова; • реакции биологической несовместимости тканей; • реакции повышенной чувствительности (анафилаксия и аллергия); явления привыкания к ядам различного происхождения. Следует различать понятия «иммунологическая реактивность» и «резистентность» организма. Резистентность ― (от лат. resistere ― противостоять, сопротивляться) ― устойчивость, сопротивляемость организма к действию патогенного раздражителя без существенных изменений внутренней среды организма. Принципиальные отличия иммунологической реактивности от неспецифической резистентности: • специфичность; • клональная активация антигеном; • иммунологическая память (возможность вторичного иммунного ответа); • факторы неспецифической резистентности предсуществуют в любом организме до начала любой агрессии, для развертывания специфической иммунологической реактивности требуется развертывание иммунного ответа; • в механизме подавляющего большинства самих реакций иммунологической реактивности существенное значение имеют процессы взаимодействия антигенов с антителами. Эндогенные пептиды-антибиотики. Пропердин. Лизоцим. β-лизины. Фибронектин. Белки острой фазы. Интерфероны. NK-клетки Эндогенные пептиды-антибиотики ― эффекторные молекулы врожденного иммунитета, которые вызывают лизис микроорганизмов. Они эффективны против широкого спектра бактерий, грибов и вирусов. Действие небольших антимикробных пептидов главным образом приводит к нарушению структуры и функций цитоплазматической мембраны микроорганизмов, что, в свою очередь, ведет к гибели последних. Они также играют важную роль в развитии процессов воспаления, поддержании и регуляции адаптивной иммунной системы. У человека обнаружено три семейства пептидов-антибиотиков ― дефензины, кателицидины и гистатины. Пропердин (фактор P) ― глобулярный белок, обнаруженный в сыворотке крови. Представляет собой несколько растворенных в кровотоке проферментов, относящихся к системе комплемента. Функции пропердина: • играет роль в воспалении ткани и в поглощении фагоцитами патогенов; • участвует в нейтрализации некоторых вирусов; • как компонент альтернативного пути активации комплемента, образует комплексы с C3b, необходим для стабилизации альтернативной C3-конвертазы (C3bBb). Лизоцим ― фермент мурамидаза, расщепляющий пептидогликановый слой оболочек бактерий, что приводит к их гибели. Лизоцим находится в большом количестве в сыворотке крови, слюне, слезах, продуцируется лейкоцитами. Он является микробоцидным фактором внутри фагоцитов и участвует в умерщвлении фагоцитированных микроорганизмов. β-лизины ― антимикробные компоненты плазмы, активные в отношении грамположительной микрофлоры. Фибронектин ― гликопротеин внеклеточного матрикса. Он синтезируется практически всеми видами клеток, за исключением некоторых видов нервных клеток. Это большой гликопротеин, присутствующий в организме в виде двух форм: • нерастворимой ― в виде фибриллярной сети на клеточной поверхности и во внеклеточном матриксе; • растворимой ― в крови. Свойства фибронектина: • в плазме крови усиливает фагоцитоз; • на поверхности клетки усиливает образование белковых связей; • участвует в агрегации тромбоцитов; • скапливается в соединительной ткани и эндотелии капилляров. Белки острой фазы (БОФ) ― комплекс белков плазмы, которые продуцируются основном клетками печени в острой фазе воспаления под влиянием воспалительных цитокинов. К ним относят С-реактивный протеин (важный диагностический признак воспаления), фибриноген, амилоидный протеин, маннозосвязыавющие белки, церулоплазмин и ряд других. С-реактивный протеин связывается при участии ионов кальция с мембраной некоторых бактерий, что приводит к активации комплемента по классическому, а не альтернативному пути. Интерфероны (ИФН) ― синтезируемые различными клетками организма гликопротеиды широкого спектра биологической активности (прежде всего антивирусной). Выработка ИФН ― быстрый ответ организма на получение клетками неспецифического сигнала чужеродности. Интерфероны делят на три типа (альфа, бета и гамма), которые продуцируют разные клетки. 1) Интерферон альфа образуется в лейкоцитах после воздействия на них вирусами или другими интерферонстимулирующими агентами. Он имеет выраженную противовирусную активность и активизирует NK-клетки. 2) Интерферон бета образуется в клетках соединительной ткани (фибробластах), клетках эпителия и макрофагах после их стимуляции, основная его функция ― подавление вирусов.  3) Интерферон гамма продуцируется Т-лимфоцитами также после их стимуляции. Главная его функция ― регуляция иммунитета, но он имеет также противовирусный эффект. Противовирусное действие ИФН проявляется в способности подавлять внутриклеточное размножение ДНК- и РНК- вирусов (прежде всего в результате блокировки синтеза вирусных макромолекул). Индукцию синтеза интерферонов вызывают вирусы, бактерии, риккетсии, простейшие, синтетические соединения. Все интерфероны способны подавлять размножение клеток (например, злокачественной опухоли). Естественные киллеры, или натуральные киллеры (англ. Natural killer cells (NK cells)) ― большие гранулярные лимфоциты, обладающие цитотоксичностью против опухолевых клеток и клеток, зараженных вирусами; выполняют цитотоксические и цитокин-продуцирующие функции и являются одним из важнейших компонентов клеточного врожденного иммунитета. Их основная функция ― уничтожение клеток организма, не несущих на своей поверхности MHC I и поэтому недоступных для действия основного компонента противовирусного иммунитета ― Т-киллеров. Механизм действия NK-клеток. В их цитоплазме находятся гранулы, содержащие перфорин и протеазы. Перфорин выделяется непосредственно возле инфицированной клетки и образует поры в ее клеточной мембране, через которые заходят протеазы и другие молекулы, приводя к апоптозу или осмотическому лизису клетки. Система комплемента (общее понятие), пути активации. Анафилатоксины. Активаторы системы комплимента. Функции системы комплемента Комплемент ― сложный комплекс белков плазмы, обладающий противомикробным и цитоцидным действием. Характеристика системы комплемента: • включает ~ 26 сывороточных белков (компоненты комплемента), которые вырабатываются преимущественно макрофагами и клетками печени; • обычно находится в неактивном состоянии и не оказывает какоголибо заметного действия; • действие связано с каскадной активацией его компонентов; • содержится в крови всех теплокровных животных и человека, наибольшее его количество обнаружено в сыворотке крови морской свинки; • при нагревании сыворотки до 56о С в течение 30 мин инактивируется, чувствительна к свету, щелочам и кислотам. Каскадная активация − это поочередное появление активных компонентов в серии протеолитических реакций, в которых продукт одной реакции служит катализатором последующей. При активации комплемента проявляется закономерность: каждый очередной продукт расщепления компонентов комплемента имеет два активных центра: • контактный для связывания с предобразованным комплексом; • каталитический для активации очередного компонента. При этом больший по размерам компонент, обозначаемый обычно буквой b (исключение ― продукты расщепления С2) обладает активностью трипсиноподобной сериновой протеиназы (эстеразы). Легкие фрагменты а ― анафилатоксины, лишены ферментативной активности, но обладают собственной активностью, как правило, связанной с развитием воспаления (хемотаксические факторы) или реакций гиперчувствительности (анафилактогены). Так, С4а обладает хемотаксической и кининовой (сосудорасширяющей) активностью, C3a и C5a вызывают дегрануляцию тучных клеток (как следствие ― выделение медиаторов воспаления). Пусковые события активации системы комплемента зависят от продуктов, формирующихся при ИО или содержащихся в микроорганизмах. Первый этап реакции, завершающийся формированием С3/С5-конвертаз, связанных с клеточными мембранами, может реализоваться двумя различными путями, обозначаемых как классический и альтернативный путь активации комплемента (рисунок 5). Следующий этап, общий для обоих путей, приводит к атаке мембран (образование мембраноатакующего комплекса МАК) и лизису клеток. 77 С3bBb Cq1 + C1r + C1s Активация комплемента Классический путь Альтернативный путь С3 С3bB B P D, Mg2+ С3b C3bnBb(P) ЛПС АГ−Fc Ca2+ С1qrs C1-эстераза С4 C1C4b С4a C2 C2b Mg2+ C4b2a С3 С3a С4b2a3b С5-конвертаза С5b C5a C5 С5b6 C5b67 C5b678 C5b6789−МАК Лизис Рисунок 5 − Активация комплемента Классический путь активации комплемента осуществляется комплексом Аг-АТ (активатор). Важно, чтобы в состав таких комплексов входили антитела, принадлежащие к иммуноглобулинам классов и подклассов IgM, IgG1, IgG3, в меньшей степени ― IgG2, в составе константных доменов которых имеется участок, обладающий сродством к С1q. Активаторами классического пути могут быть некоторые компоненты бактерий (липополисахариды, холестеринсодержащие липиды, некоторые ретровирусы и др.). В фазу узнавания (инициации) вовлечены молекулы С1-Clq, С1r и Cls, в фазу усиления ― молекулы С4, С2 и СЗ. Альтернативная активация комплемента происходит без участия антител. Активаторы ― полисахариды многих бактерий (в основном ― непатогенных, патогенные бактерии устойчивы к действию комплемента и даже могут его инактивировать) ― связывают и активируют С3. Как и в случае активации комплемента по классическому пути, ключевым событием альтернативной активации является формирование С5- конвертазы. Чтобы это произошло, необходимо присутствие 78 активированного фактора В и компонента С3b. Молекула С3 взаимодействует в присутствии ионов Mg2+ с фактором В. В результате связывания фактор В становится доступным для расщепления предсуществующей сывороточной трипсиноподобной сериновой протеиназой (эстеразой) ― фактором D ― на фрагменты Ва и Вb. Образуется комплекс С3Вb, который представляет собой С3/С5- конвертазу. Одним из факторов стабилизации С3bВb за счет ослабления его спонтанной диссоциации, является белок пропердин (фактор Р). Комплекс состава С3bВb(Р) выполняет функцию С5-конвертазы. Активация С5 «открывает» терминальный этап активации комплемента − формирование литического комплекса (мембраноатакующего комплекса − МАК): как на мембране, так и в растворе С5b связывает С6 с образованием комплекса С5b6, который связывает С7, а затем ― С8, происходит присоединении 12−20 молекул С9 (гомологичный перфорину белок, способный полимеризоваться). В результате формируется цилиндрический комплекс. Цилиндры образуют поры, создают возможность для поступления в клетку ионов Н+ , Na+ и воды, что приводит к разрыву мембраны и гибели клетки. Функции компонентов комплемента: • компоненты системы стимулируют фагоцитоз; • вызывают лизис бактерий и клеток, инфицированных вирусом; • стимулируют воспалительные реакции; • способствуют межклеточным взаимодействиям в процессинге Аг; • участвуют в развитии анафилактических реакций и в реакциях свертывания крови. Фагоцитоз: определение, стадии, опсонизация, опсонины. Виды фагоцитоза. Функции фагоцитов. Характеристика стадий фагоцитоза. Механизмы внутриклеточной токсичности фагоцитов. Оценка фагоцитоза. Фагоцитоз ― поглощение и переваривание частиц специализированными клетками-фагоцитами. Функции макрофагов: • обеспечивают в значительной степени неспецифическую защиту организма за счет своей фагоцитарной функции; • при формировании специфического иммунного ответа выполняют функцию представления (презентации) антигена; 79 • секретируемые ими цитокины, в частности интерлейкин-1, способствуют активации Т-лимфоцитов при их ответе на антиген; • принимают участие в эффекторной фазе гуморального иммунного ответа, захватывая и уничтожая патогенные бактерии, опсонизированные специфическими антителами и комплементом; • активированные макрофаги выполняют функции основных эффекторных клеток клеточно-опосредованного иммунного ответа. Различают завершенный и незавершенный фагоцитоз. Завершенный фагоцитоз заканчивается полным разрушением микроба и происходит в несколько этапов: 1) хемотаксис (приближение) ― целенаправленное движение фагоцита к объекту фагоцитоза за счет действия химических веществ в окружающей среде, стимулирующих направленное движение фагоцита; 2) адгезия (прикрепление) осуществляется либо за счет неспецифического физико-химического взаимодействия мембраны фагоцита и объекта фагоцитоза, либо за счет взаимодействия рецепторов фагоцита и микроорганизма. Патогенные микроорганизмы фагоцитируются только после их опсонизации (opso в переводе с латинского - приготовляю в пищу) факторами, стимулирующими фагоцитоз. В качестве опсонинов могут выступать комплемент и (или) антитела к поверхностным антигенам микроба; 3) эндоцитоз ― погружение фагоцитируемой частицы внутрь фагоцита. Этот процесс идет в отношении инертных частиц и непатогенных микроорганизмов без участия дополнительных факторов. В результате эндоцитоза образуется фагоцитарная вакуоль (фагосома) внутри цитоплазмы; 4) внутриклеточное переваривание происходит в фаголизосомах, образующихся в результате слияния фагосомы с клеточными лизосомами. Вначале захваченные микроорганизмы погибают под действием бактерицидных механизмов (освобождение активных форм кислорода вследствие «окислительного взрыва», действие катионных белков, лизоцима и др.), а затем подвергаются ферментативному расщеплению. Механизмы внутриклеточной токсичности фагоцитов: • кислородзависимая микробоцидная активность реализуется через образование аниона супероксида О2 – (проявляет выраженное токсическое действие, за образование ответственны НАДФ-оксидаза и цитохром b) и далее из него ― пероксида водорода Н2О2, которая конвертирует ионы Cl– в HClO– , обладающие бактерицидным действием; 80 • кислороднезависимая микробоцидная активность реализуется в результате повреждения клеточных стенок и нарушения метаболизма бактерий содержащимися в гранулах (сливаются с фаголизосомами) лактоферрином, лизоцимом, катионными белками (САР57, САР37), протеиназами (эластаза, коллагиназа), катепсином G, дефензинами и др. Их активность в большей степени направлена против грамположительных бактерий. Фагоцитоз может быть незавершенным. Причины незавершенности фагоцитоза: • высокие защитные свойства микроорганизма (наличие капсулы, плотной клеточной стенки, продукция агрессинов, повреждающего действия микробов на фагоциты, способности микробов к внутриклеточному паразитизму. Многие факультативные и облигатные внутриклеточные паразиты способны размножаться внутри клеток; • порок со стороны фагоцита ― недостаточность его микробицидных механизмов. Для оценки фагоцитоза определяют следующие показатели: • фагоцитарная активность; • фагоцитарный индекс; • опсонофагоцитарный индекс; • показатели опсонофагоцитарной пробы; • показатели завершенности фагоцитоза.