Адаптивна гуморальная імунна відповідь. Імуноглобулін (антитіла). Серологічні реакції флокуляції, нейтралізації

Тема: АДАПТИВНА ГУМОРАЛЬНА ІМУННА ВІДПОВІДЬ. ІМУНОГЛОБУЛІНИ (антитіла). СЕРОЛОГІЧНІ РЕАКЦІЇ ФЛОКУЛЯЦІЇ, НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ

Адаптивна імунна відповідь це ланцюг міжклітинних і міжмолекулярних взаємодій, який формується у відповідь на проникнення антигена в організм  та закінчується накопиченням антитіл або клітин-ефекторів.

Форми адаптивної імунної  відповіді:

1. Гуморальна

2. Клітинна

3. Імунологічна толерантність

Фази розвитку адаптивної імунної відповіді:

1. Індуктивна (аферентна)

2. Проліферативна

3. Продуктивна (ефекторна)

4. Імунологічна пам'ять

Клітини імунної системи,    які беруть участь в імунній відповіді:

1. Макрофаги

2. Дендритні клітини

3. В-лімфоцити

         4. Т-лімфоцити

Гуморальні фактори (молекули), які беруть участь в адаптивній імунній  відповіді:

1. Цитокіни: інтерлейкіни, інтерферон (ІФНγ),      трансформуючий ростовий фактор (ТРФ)

2. Адгезивні молекули, інтегрини

3. Костимулюючі молекули

          4. Молекули системи НLА (І або II класу)

Адаптивна гуморальна (антитільна) імунна відповідь (від лат. humor - рідина) - реакція на проникнення в організм антигену, при якій ланцюг міжклітинних і міжмолекулярних взаємодій закінчується синтезом специфічних антитіл.

Адаптивну гуморальну імунну відповідь зумовлюють і регулюють Тх2 та цитокіни ІЛ-4,ІЛ-5,ІЛ-10.

Антитіла (Ат) - специфічні молекули імуноглобулінів, що продукуються  (синтезуються) плазматичними клітинами при імунній відповіді на визначений антиген. Мають характерну загальну структуру: в основі мономер - симетричний комплекс із двох легких і двох важких ланцюгів.

Унікальність антитіл  полягає в тому, що вони здатні специфічно взаємодіяти тільки з тим антигеном, який викликав їх освіту. 
Імуноглобуліни (Ig) розділені в залежності від локалізації на три групи: 
- Сироваткові (в крові); 
- Секреторні (в секретах-вмісті шлунково-кишкового тракту, слізному секреті, слині, особливо-в грудному молоці) забезпечують місцевий імунітет (імунітет слизових); 
- Поверхневі (на поверхні імунокомпетентних клітин, особливо В-лімфоцитів). 
     Будь яка молекула антитіл має подібну будову (Y-подібну форму) і складається з двох важких (Н) і двох легких (L) ланцюгів, пов'язаних дисульфідними містками. Кожна молекула антитіл має два однакових антигензв'язуючих фрагмента Fab (fragment antigen binding), що визначають антитільну специфічність, і один Fc (fragment constant) фрагмент, який не пов'язує антиген, але виконує ефекторну біологічну функцію. Він взаємодіє зі "своїм" рецептором в мембрані різних типів клітин (макрофаги, опасиста клітина, нейтрофіл). 
       Кінцеві ділянки легких і важких ланцюгів молекули імуноглобуліну варіабельні за складом (амінокислотним послідовностей) і позначаються як VL і VH області. У їх складі виділяють гіперваріабельні ділянки, які визначають структуру активного центру антитіл (антигензв'язуючий центр або паратоп). Саме з ним взаємодіє антигенна детермінанта (епітоп) антигену. Антигензв'язуючий центр антитіл комплементарний епітопу антигену за принципом "ключ - замок" і утворений гіперваріативними ділянками L-і Н-ланцюгів. Антитіло зв'яжеться антигеном (ключ потрапить в замок) тільки в тому випадку, якщо детермінантна група антигену повністю війде в щілину активного центру антитіл. 
Легкі і важкі ланцюги складаються з окремих блоків-доменів. У легких (L) ланцюгах - два домена – один варіабельний (V) і один константний (C), у важких (H) ланцюгах – один V і 3 або 4 (залежно від класу імуноглобуліну) C домени. Існують легкі ланцюги двох типів -каппа і лямбда, вони звходять у різних пропорціях до складу усіх класів імуноглобулінів. 
Виявлено п'ять класів важких ланцюгів - альфа (з двома підкласами), гамма (з чотирма підкласами), епсілон, мю та дельта. Відповідно позначенню важкого ланцюга позначається і клас молекул імуноглобулінів - А, G, E, M і D. 
Саме константні ділянки важких ланцюгів різних класів імуноглобулінів, відрізняються за амінокислотним складом, і саме вони визначають специфічні властивості імуноглобулінів кожного класу. Відомо п'ять класів імуноглобулінів, які відрізняються за будовою важких ланцюгів, молекулярною масою, фізико-хімічними та біологічними характеристиками: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. У складі IgG виділяють 4 підкласу (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), у складі IgA-два підкласу (IgA1, IgA2). Структурною одиницею антитіл є мономер, що складається з двох легких і двох важких ланцюгів. Мономерами є IgG, IgA (сироватковий), IgD і IgE. IgM-пентамер (полімерний Ig). У полімерних імуноглобулінів є додатковий j (joint) полипептидний ланцюг, який об'єднує (полімеризує) окремі субодиниці (у складі пентамеру IgM, ди-і тримера секреторного IgA). 

Основні біологічні характеристики антитіл:

1. Специфічність - здатність  взаємодії з певним (своїм) антигеном  (відповідність епітопу антигену і активного центру антитіл).

2. Валентність-кількість  здатних реагувати з антигеном  активних центрів (це пов'язано  з молекулярною організацією моно або полімеру). Імуноглобуліни можуть бути двовалентними (IgG) або полівалентними (пентамер IgM має 10 активних центрів). Дво- і більше валентні антитіла називають повними антитілами. Неповні антитіла мають тільки один активний центр який бере участь у взаємодії з антигеном. Їх виявляють у антиглобуліновій пробі Кумбса, реакції пригнічення зв'язування комплементу.

3. Афінність - міцність зв'язку між епітопом антигену і активним центром антитіл, залежить від їх просторового відповідності.

4. Авідність - інтегральна характеристика сили зв'язку між антигеном і антитілами, з урахуванням взаємодії всіх активних центрів антитіл з епітопами. Оскільки антигени часто полівалентні, зв'язок між окремими молекулами антигену здійснюється за допомогою кількох антитіл.

5. Гетерогенність - обумовлена ​​антигенними властивостями антитіл, наявністю у них трьох видів антигенних детермінант:

- Ізотипових – визначають приналежність антитіл до певного класу імуноглобулінів; 
- Аллотипових - обумовлені алельними відмінностями імуноглобулінів, кодованих відповідними алелями Ig гена;

- Ідіотипових - відображають індивідуальні особливості імуноглобуліну, які визначаються характеристиками активних центрів молекул антитіл.

Навіть тоді, коли антитіла до конкретного антигену відносяться  до одного класу, субкласу і навіть алотипу, вони характеризуються специфічними відмінностями один від одного (ідіотипом). Це залежить від особливостей будови V-ділянок H-і L-ланцюгів, безлічі різних варіантів їх амінокислотних послідовностей. 
Характеристика основних класів імуноглобулінів.

Ig G - мономер, має чотири підкласи. Концентрація в крові-від 8 до 17 г / л, період напіврозпаду - близько 3-4 тижнів. Це основний клас імуноглобулінів, які захищають організм від бактерій, токсинів і вірусів. У найбільшій кількості IgG-антитіла виробляються на стадії одужання після інфекційного захворювання (пізні або 7S антитіла), продукуються переважно при вториній імунній відповіді. IgG1 і IgG4 специфічно (через Fab-фрагменти) зв'язують збудників (опсонізація), завдяки Fc-фрагментами IgG взаємодіють з Fc-рецепторів фагоцитів, сприяючи фагоцитозу і лізису мікроорганізмів. IgG здатні нейтралізувати бактеріальні екзотоксини, пов'язувати комплемент. Тільки IgG здатні транспортуватися через плаценту від матері до плоду (проходити через плацентарний бар'єр) і забезпечувати захист материнськими антитілами плода та новонародженого. На відміну від IgM-антитіл, IgG-антитіла відносяться до категорії пізніх - з'являються пізніше та триваліше виявляються в крові.

IgM. Молекула цього імуноглобуліну являє собою полімерний Ig з п'яти субодиниць, поєднаних дисульфідними зв'язками і додатковим J-ланцюгом, має 10 антиген-зв'язуючих центрів. Філогенетично це найстаріший імуноглобулін. IgM - клас антитіл, що утворюються при первинному потраплянні антигену в організм. Наявність IgM-антитіл до відповідного збудника свідчить про свіже інфікування. У відповідь на антигени грам негативних бактерій, джгутикові антигени – продукуються переважно IgM-антитіла. IgM-основний клас імуноглобулінів, який синтезується у новонароджених і немовлят. Наявність IgM у новонароджених це показник внутрішньоутробного зараження (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз та інші внутрішньоутробні інфекції), оскільки материнські IgM через плаценту не проходять. Концентрація IgM в крові нижче, ніж IgG та становить 0,5 - 2,0г/л, період напіврозпаду близько тижня. IgM здатні аглютинувати бактерії, нейтралізувати віруси, активувати комплемент, активізувати фагоцитоз, пов'язувати ендотоксини грам-негативних бактерій. IgM володіють більшою, ніж IgG авідністю (10 активних центрів), однак афінність (спорідненість до антигену) у них менше, ніж у IgG.

IgA. Виділяють сироваткові IgA (мономер) і секреторні IgA (IgAs). Сироваткові IgA становлять 1,4 - 4,2 г / л. Секреторні IgAs знаходяться у слині, травних соках, секреті слизової носа, в молозиві. Вони є першою лінією захисту слизових, забезпечують їх місцевий імунітет. IgAs складаються з Ig мономера, J-ланцюга і глікопротеїну (секреторного компонента). Виділяють два ізотипи-IgA1 переважає в сироватці, підклас IgA2 - в екстраваскулярних секретах. Секреторний компонент виробляється епітеліальними клітинами слизових оболонок і приєднується до молекули IgA в момент проходження останньої через епітеліальні клітини. Секреторний компонент підвищує стійкість молекул IgAs до дії протеолітичних ферментів. Основна роль IgA - забезпечення місцевого імунітету слизових. Вони перешкоджають прикріпленню бактерій до слизових, забезпечують транспорт полімерних імунних комплексів з IgA, нейтралізують ентеротоксин, активують фагоцитоз і систему комплементу.

IgE - мономер, в сироватці крові знаходиться в низьких концентраціях. Основна роль – прикріплюється до опасистих клітин (мастоцитів) і базофілів, активує виникнення реакції гіперчутливості негайного типу. До IgE відносяться "антитіла алергії" - реагіни. Рівень IgE підвищується при алергічних станах, гельмінтозах. Антигензв'язуючі Fab-фрагменти молекули IgE специфічно взаємодіють з антигеном (алергеном). Сформований імунний комплекс взаємодіє з рецепторами Fc-фрагментів IgE, вбудованих в клітинну мембрану базофілів або гладкої мускулатури. Це є сигналом для виділення ними гістаміну, інших біологічно активних речовин і розгортання гострої алергічної реакції.

IgD. Мономери IgD виявляють на поверхні В-лімфоцитів, у сироватці знаходяться у вкрай низьких концентраціях. Їх біологічна роль точно не встановлена. Вважають, що IgD беруть участь у диференціації В-клітин, сприяють розвитку антиідіотипової відповіді, беруть участь в аутоімунних процесах.

Визначення антитіл різних класів має важливе значення для  діагностики інфекційних захворювань. Виявлення антитіл до антигенів  мікроорганізмів в сироватках крові-важливий критерій при постановці діагнозу - серологічний метод діагностики. Антитіла класу IgM з'являються в гострому періоді захворювання і відносно швидко зникають, антитіла класу IgG виявляються у більш пізні терміни і більш тривалий час (іноді -роками) зберігаються в сироватках крові перехворілих, їх у цьому випадку називають анамнестичними антитілами.

Виділяють поняття: титр антитіл, діагностичний титр, дослідження  парних сироваток. Найбільше значення має виявлення IgM - антитіл та чотириразове підвищення титру антитіл (або сероконверсія - антитіла виявляють у другій пробі при негативних результатах з першою сироваткою крові) при дослідженні парних-взятих в динаміці інфекційного процесу з інтервалом у кілька днів-тижнів проб. 
Реакції взаємодії антитіл із збудниками та їх антигенами (реакція "антиген-антитіло") проявляється у вигляді ряду феноменів-аглютинації, преципітації, нейтралізації, лізису, зв'язування комплементу, опсонізаціі, цитотоксичності і можуть бути виявлені різними серологічними реакціями.

Динаміка вироблення антитіл.

Виділяють первинну і вторинну імунну відповідь. Первинна відповідь формується при первинному контакті із збудником (антигеном), вторинна - при повторному контакті. Основні відмінності:

• Тривалість прихованого періоду (більше – при первинному); 
  - Швидкість наростання титру антитіл (швидше - при вторинному); 
  - Кількість синтезованих антитіл (більше - при повторному контакті); 
  - Послідовність синтезу антитіл різних класів (при первинному триваліше переважають IgM, при вторинному - швидко синтезуються і переважають IgG-антитіла). 
  Вторинна імунна відповідь обумовлена формуванням клітин імунної пам'яті. Приклад вторинної імунної відповіді - зустріч зі збудником після вакцинації. 
  Роль антитіл у формуванні імунітету:
• Антитіла мають важливе значення у формуванні придбаного постінфекційного та поствакцинального імунітету.

1. Зв'язуючись з токсинами,  антитіла нейтралізують їх, забезпечуючи  антитоксичний імунітет. 
2. Блокуючи рецептори вірусів, антитіла перешкоджають адсорбції вірусів на клітинах, беруть участь у противірусний імунітет.

3. Комплекс антиген-антитіло  запускає класичний шлях активації  комплементу з його ефекторними функціями (лізис бактерій, опсонізація, запалення, стимуляція макрофагів). 
4. Антитіла беруть участь в опсонізації бактерій, сприяючи більш ефективному фагоцитозу. 
5. Антитіла сприяють виведенню з організму (із сечею, жовчю) розчинних антигенів у вигляді циркулюючих імунних комплексів.

IgG належить найбільша роль в антитоксичні імунітет, IgM - в антимікробному імунітет (фагоцитоз корпускулярних антигенів), особливо щодо грам-негативних бактерій, IgA - в противірусному імунітеті (нейтралізація вірусів), IgAs - в місцевому імунітеті слизових оболонок, IgE - в реакціях гіперчутливості негайного типу.

Імунні сироватки (антитоксичні) та імуноглобуліни.

Антитоксичні сироватки  використовуються для специфічної  профілактики інфекційних захворювань, збудники яких продукують екзотоксин (дифтерії, правцю, ботулізму, газової  гангрени), а також при укусу  гадюк. При цьому створюється  пасивний імунітет.

Антитоксичні сироватки готують  шляхом гіперімунізації коней відповідними анатоксинами. Гіперімунізацію проводять шляхом багаторазового введення анатоксину за певними схемами. За титр сироватки приймається кількість антитоксичних одиниць яка містяться в 1 мл. Титрування антитоксичної сироватки проводиться на лабораторних тваринах або в реакції флокуляції in vitro. Якщо титрування проводиться на тваринах, то за 1 антитоксичну одиницю (АО) приймається мінімальний об’єм сироватки в мілілітрах, який нейтралізує певну кількість DLM відповідного токсину. Наприклад, за 1 АО протидифтерійної сироватки приймається мінімальний її об’єм, який нейтралізує - 100 DLM дифтерійного токсину, для морських свинок вагою 250 грамів.

Якщо титрування проводиться в  реакції флокуляції, то за 1 АО антитоксичної  сироватки приймається її мінімальний  об’єм в мілілітрах, який при взаємодії з однією імуногенною (антигенною) одиницею відповідного анатоксину зумовлює (викликає) ініціальну (початкову) флокуляцію.

 При досить високому титрі  антитіл роблять часткове кровопускання  і після згортання крові відділяють  сироватку. Отримані антитоксичні  сироватки фільтруються через  бактеріальні фільтри та підлягають  очищенню, концентрації (видаленню  із сироватки альбумінів і  еуглобулінів з наступною концентрацією імуноглобулінів). У ряді випадків роблять обробку сироватки сульфатом амонію та протеолітичними ферментами (пепсином). При застосуванні ферментації титр зростає в 5-10 разів, а анафілоктогенні властивості препарату зменшуються. Всі анти тільні препарати підлягають контролю. Сироватки повинні містити певний титр антитіл, бути стерильними і непірогенними.