Структура антител и их специфичность.

Общий план строения макромолекулы обычно рассматривают в отношении lgG-антател. включающих одну (L—Н)₂-субъединицу. При ограниченном протеолизе папаином молекулы А этого класса распадаются на два идентичных Fab-фрагмента и Fc-фрагмент. Каждый Fab-фрагмент содержит по одному активному центру, или антидетерминанте, т.к. соединяется с антигеном, но не может его преципитировать. В организации активного центра принимают участие вариабельные участки легкой и тяжелой цепей.

Fc-фрагмент не связывает антиген. В его состав входят константные участки тяжелых цепей. В Fc-фрагменте расположены центры, ответственные за эффекислоторные функции, общие для всех А. одного класса. Схематически молекулу lgG-антител можно представить в виде буквы Y, верхние плечи которой составляют идентичные Fab-фрагменты, а нижний отросток является Fc-фрагментом.

Иммунная система позвоночных способна синтезировать 10⁵ — 10⁸молекул А. разной специфичности. Специфичность — важнейшее свойство А., позволяющее им избирательно реагировать с тем антигеном, которым был стимулирован организм. Специфичность А. определяется уникальностью строения антидетерминанты и является результатом пространственного соответствия (комплементарности) между детерминантой антигена и аминокислотными остатками, выстилающими полость анти-детерминанты. Чем выше комплементарность, тем большее число нековалентных связей возникает между детерминантой антигена и аминокислотными остатками антидетерминанты и тем прочнее, стабильнее образующийся иммунный комплекс. Различают аффинность антител, которая является мерой прочности связывания одной антидетерминанты с детерминантой, и авидность антител — суммарную силу взаимодействия поливалентного А. с полидетерминантным антигеном. Хотя А. способны различать незначительные изменения в структуре антигена, известно, что они могут реагировать и с детерминантами сходной структуры. Антитела одной специфичности представлены пулом молекул с разной молекулярной массой, электрофоретической подвижностью и разным сродством к антигену.

Для получения однородных по специфичности и сродству к антигену антител применяют гибридому — гибрид моноклона антителопродуцирующей клетки с клеткой миеломы. Гибридома приобретает способность продуцировать в неограниченном количестве моноклональные А., абсолютно идентичные по классу и типу молекул, по специфичности и сродству к антигену. Моноклональные А. — наиболее перспективное диагностическое и лечебное средство.

Виды антител и их синтез. Различают полные и неполные А. Полные А. имеют в молекуле не менее двух активных центров и при соединении с антигенами дают видимые серологические реакции. Могут быть тепловые и холодовые полные А., которые реагируют с антигеном соответственно при t° 37° или при 4°. Известны двухфазные, биотермические А. Они соединяются с антигеном при низких температурах, а видимый эффект соединения проявляется при 37°. Полные А. могут принадлежать ко всем классам иммуноглобулинов. Неполные А. (моновалентные, непреципитирующие, блокирующие, агглютиноиды) содержат в молекуле одну антидетерминанту вторая антидетерминанта или замаскирована, или обладает низкой аффинностью.

Неполные А. не дают при соединении с антигеном видимых серологических реакций. Их выявляют по способности блокировать реакцию специфического антигена с полными А. той же специфичности либо с помощью антиглобулинового теста — так называемые пробы Кумбса. К неполным А. относятся антитела к резус-фактору.

Нормальные (естественные) А. обнаруживают в крови животных и человека при отсутствии явной инфекции или иммунизации. Антибактериальные нормальные А. возникают, вероятно, в результате постоянного, незаметного контакта с данными бактериями. Предполагают, что они могут определять индивидуальную устойчивость организма к инфекциям. К нормальным А. относят изоантитела, или алло-антитела (см. Группы крови). Нормальные А., как правило, представлены lgM.

Синтез молекул иммуноглобулинов осуществляется в плазматических клетках. Тяжелые и легкие цепи молекулы синтезируются на разных хромосомах и кодируются разными наборами генов.

Динамика выработки А. в ответ на антигенный стимул зависит от того, впервые или повторно организм сталкивается с данным антигеном. При первичном иммунном ответе появлению А. в крови предшествует латентный период продолжительностью 3—4 дня. Первые образующиеся А. принадлежат к lgM. Затем количество А. резко возрастает и происходит переключение синтеза с lgM- на lgG-антитела. Максимум содержания А. в крови приходится на 7—11-е сутки, после чего их количество постепенно снижается. Для вторичного иммунного ответа характерны укороченный латентный период, более быстрое нарастание титров А. и большее их максимальное значение. Характерно образование сразу lgG-антител. Способность к иммунному ответу по вторичному типу сохраняется в течение многих лет и представляет собой проявление иммунологической памяти, примерами которой может служить противокоревой и противооспенный иммунитет.

Антитела — это иммуноглобулины, специфически реагирующие с антигенами.

Иммуноглобулины являются гликопротеинами, имеющими в своем составе центры специфического связывания антигена. Связывание является нековалентным и основано на принципе комплементарности.

Иммуноглобулины продуцируются плазматическими клетками, представляющими собой конечную стадию созревания В-лимфоцитов. Существуют растворимые формы иммуноглобулинов, которые и называют антителами, и мембранные формы иммуноглобулинов, составляющие основу В-клеточных рецепторов на поверхности В-лимфоцитов.

Любая молекула иммуноглобулина построена из двух типов цепей - тяжелой (Н — High) и легкой (L — Light). Так называемый «мономерный» иммуноглобулин состоит из двух Н-цепей и двух L-цепей, соединенных дисульфидными связями. Разные цепи содержат от 2 до 5 доменов.

Домены иммуноглобулинов:

— состоят примерно из 110 аминокислотных остатков;

— имеют сходную пространственную организацию;

— образуют компактные, относительно изолированные структуры, скрепленные дисульфидной связью;

— обладают автономными функциями.

У млекопитающих имеется пять классов иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD.

Классы иммуноглобулинов отличаются строением тяжелых цепей. Каждая молекула иммуноглобулина содержит не менее двух идентичных Н-цепей. Тяжелые цепи иммуноглобулинов разных классов состоят из четырех или пяти доменов и обозначаются буквами греческого алфавита соответственно латинской аббревиатуре класса.

IgG — γ-цепи (гамма);

IgA — α-цепи (альфа);

IgM — μ-цепи (мю);

IgE — ε-цепи (эпсилон);

IgD — δ-цепи (дельта).

Иммуноглобулины человека классов IgG и IgA подразделяют на подклассы в соответствии с особенностями строения тяжелой цепи. Среди иммуноглобулинов человека класса IgG различают четыре подкласса: IgG1, IgG2, IgG3, lgG4. Среди иммуноглобулинов класса IgA различают два подкласса: IgA1 и IgA2. Таким образом, у иммуноглобулинов человека существует девять разновидностей тяжелых цепей, определяющих принадлежность иммуноглобулинов к разным классам и подклассам.

Принадлежность антитела (иммуноглобулина) к конкретному классу и подклассу называют изотипом. Изотип обозначается по типу тяжелой цепи. Например, антитела класса IgG1 принадлежат к γ изотипу.

Легкие цепи у всех изотипов иммуноглобулинов представлены κ-цепями (каппа) или λ-цепями (лямбда). В составе молекулы иммуноглобулина находится или две κ-цепи, или две λ-цепи. Легкие цепи построены из двух доменов. Соотношение молекул иммуноглобулинов, несущих κ- или λ-цепи, у человека равняется 2:1. У других видов млекопитающих соотношение может быть иным.

Легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов гликозилированы. В их составе обязательно находится два вида доменов — вариабельный (V — variable) и константный (С — constant). Иммуноглобулины, продуцируемые разными клонами плазматических клеток, имеют разные по аминокислотной последовательности вариабельные домены. Константные домены сходны или очень близки для каждого изотипа иммуноглобулина.

В пределах одного изотипа известны также аллотипические варианты, или аллотипы, иммуноглобулинов. Они различаются по 1-2 аминокислотам, характерны для отдельных представителей видов и отражают внутривидовой полиморфизм генов, кодирующих константные домены цепей иммуноглобулинов. Аллотипы кодируются аллельными генами. Как и в случае других отельных систем, организм может быть гомозиготным либо гетерозиготным.

Вариабельные домены являются N-концевыми. В составе легкой цепи N-концевой домен является вариабельным (V), C-концевой домен — константным (C). Тяжелые цепи имеют один вариабельный (N-концевой) домен (V) и несколько константных доменов.

В составе тяжелой цепи иммуноглобулинов классов IgG, IgA, IgD имеется три константных домена. Иммуноглобулины классов IgM и IgE содержат четыре константных домена. Их обозначают в направлении от N-концевого домена к С-концу как C1, C2, C3, C4.

Антитела связывают антиген с помощью активного центра. В формировании активного центра участвуют вариабельные домены тяжелой и легкой цепей. Активный центр связывается с эпитопом антигена (антигенной детерминантой). Константные домены обеспечивают так называемые эффекторные свойства антител (связывание с белками системы комплемента, лейкоцитами и др.).

Авидность антител — характеристика общей стабильности комплекса антигена и антитела. Авидность определяется аффинностью антитела к антигену, количеством антигенсвязывающих центров в молекуле антитела и особенностями пространственной структуры антигена, создающими стерические препятствия для создания комплекса.^[1] Авидность антитела следует отличать от аффинности, так как аффинность является термодинамическим параметром, количественно описывающим силу единственного взаимодействия антигена и антитела, в то время как авидность описывает силу кооперативных взаимодействий аффинных взаимодействий.

Так, например, авидность IgM может быть высокой даже при низкой аффинности отдельных антиген-связывающих центров, так как молекула IgM имеет десять таких центров, в то время как IgG может иметь два высокоаффинных центра.

Авидность IgM и IgG очень важна в диагностике и позволяет провести ретроспективный анализ вирусных заболеваний. Так, например, высокая авидность первичных IgM, свидетельствует об острой фазе заболевания и недавнем — от одного до полутора месяцев — инфицировании. Следовые концентрации IgM могут сохраняться в организме, в отдельных случаях, до двух лет.

Аффинность антител

Взаимодействие антиген - антитело обратимо и скорость диссоциации комплекса (т.е. прочность взаимодействия антиген-антитело) зависит от константы ассоциации, называемой аффинностью (или сродством). Величина константы K определяется разностью свободной энергии (DG) между состоянием антигена и антитела, когда они не взаимодействуют между собой, и тем состоянием, когда они образуют комплекс:

DG = -RTlnK,

где R - универсальная газовая постоянная,

а T - абсолютная температура.

Основные биологические характеристики антител.

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2. Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией- моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела навывают полными антителами. Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Афинность - прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность - интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.

5. Гетерогенность - обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:

- изотипические - принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;

- аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;

- идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

2.Сывороточный IgA является фракцией гамма-глобулинов и составляет 10-15 % от общего количества всех растворимых иммуноглобулинов. IgA обнаруживаются преи­мущественно в желудочно-кишечном тракте и секретах (бронхиальном, цервикальном и т.д.). В сыворотке крови IgA представлен в основном мономерными молекулами. Основное количество IgA (секреторный IgA) находится не в сыворотке, а на поверхности слизистых оболочек, содержится в молоке, молозиве, слюне, в слезном, бронхиаль­ном и желудочно-кишечном секрете, желчи, моче. В секретах слизистых IgA присут­ствует в виде димеров из двух мономерных единиц, содержащих по две тяжелые и две легкие цепи, нековалентно связанных секреторным компонентом. Секреторный компонент - небольшой полипептид, 60 кДа - продуцируется эпителиальными клетка­ми слизистых оболочек и секреторных желез, облегчает транспорт IgA через эпителий и защищает молекулы иммуноглобулинов от расщепления пищеварительными фер­ментами. Период полувыведения антител этого класса из крови составляет 4-5 суток.

Основной функцией сывороточного IgA является обеспечение местного иммуните­та, защита дыхательных, мочеполовых путей и желудочно-кишечного тракта от инфек­ций. Секреторные антитела обладают выраженным антиадсорбционным действием: они препятствуют прикреплению бактерий к поверхности эпителиальных клеток, пре­дотвращают адгезию, без которой бактериальное повреждение клетки становится не­возможным. Вместе с неспецифическими факторами иммунитета они обеспечивают защиту слизистых оболочек от микроорганизмов и вирусов. Дефицит IgA (врожденный или приобретенный) может приводить к возникновению повторных инфекций, аутоиммунных нарушений, аллергии.

IgA не проходит через плацентарный барьер, уровень его у новорожденных около 1% от концентрации у взрослых, к первому году жизни этот показатель составляет всего 20 % от уровня взрослых. В первые дни жизни секреторные IgA в организм ре­бенка поступают с молозивом матери, защищая дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт ребенка. Возраст 3 месяца многими авторами определяется как крити­ческий период; этот период особенно важен для диагностики врожденной или транзиторной недостаточности местного иммунитета. Уровня IgA, характерного для взросло­го человека, ребенок достигает примерно к 5-летнему возрасту.

3. Гуморальный иммунный ответ. Гуморальный ответ осуществляется через жидкие среды организма — кровь, лимфу, межклеточную жидкость. Основными факторами гуморального иммунного ответа являются антитела — белки, которые связывают чужеродные агенты. После этого подключаются другие звенья иммунитета (система комплемента), и происходит разрушение опасных микробов и веществ. Антитела (они же иммуноглобулины) синтезируются В-лимфоцитами. Команду о начале синтеза антител В-лимфоцитам передают другие клетки иммунной системы: Т-лимфоциты и макрофаги встречаются с чужеродным агентом и затем информируют В-лимфоцит о конкретной структуре антигена, после чего В-лимфоцит начинает синтезировать специфические антитела. У новорожденных детей количество В-лимфоцитов, которые уже стали вырабатывать антитела, значительно снижено.

При первой встрече с антигеном образуются иммуноглобулины класса М (IgM). Через 4-5 дней начинают образовываться иммуноглобулины класса G (IgG). Иммуноглобулины класса М менее специфичны, но более эффективны для нейтрализации антигенов, чем IgG, поэтому IgM являются первой линией специфической гуморальной защиты. У новорожденного ребенка IgM в крови обнаруживаются в очень низких концентрациях (эти антитела не проходят через плаценту, способность к их синтезу у новорожденных снижена). В течение 1-2-го года жизни, по мере того как ребенок встречается с разнообразными антигенами, количество антител класса М у него повышается.

Уровень антител класса G у новорожденного соответствует материнскому, так как эти иммуноглобулины проникают через плаценту; таким образом обеспечивается передача гуморального иммунитета от матери к плоду. Иммуноглобулины G, циркулирующие в крови матери, обладают специфичностью ко многим инфекциям, с которыми встречалась мама на протяжении своей жизни, поэтому плоду с помощью IgG передается мощная защита от большинства распространенных токсинов, вирусов и бактерий (респираторных инфекций, некоторых кишечных инфекций, кори, краснухи, ветряной оспы, цитомегаловируса, герпеса и др.). IgG от всех инфекций, которыми болела мама, будут переданы ее ребенку. Иммуноглобулины класса G передаются малышу и через грудное молоко, тем самым обеспечивая дополнительную иммунную защиту при грудном вскармливании.

У недоношенного ребенка уровень иммуноглобулинов значительно ниже, так как наиболее активный трансплацентарный переход иммуноглобулинов осуществляется на последних неделях беременности. В связи с этим противоинфекционная защита у недоношенных детей (особенно родившихся до 32-й недели) значительно более слабая, чем у новорожденных, родившихся в срок.

В первые полгода концентрация IgG в крови здоровых доношенных детей постепенно снижается, достигая к 6-7 месяцам минимальных значений, что связано с разрушением материнских антител, потерю которых не может восполнить еще недостаточно активный собственный уровень их синтеза. Данное обстоятельство определяет повышенную чувствительность к инфекционным заболеваниям и частую заболеваемость ОРВИ детей в возрасте от 6 месяцев до 2 лет. Необходимо подчеркнуть, что процессы, происходящие в организме ребенка в это время, а именно разрушение антител, переданных через плаценту, имеет первостепенное значение даже при сохранении грудного вскармливания в этот период. Грудное вскармливание на этом этапе уже не имеет определяющего значения для формирования иммунной защиты, из грудного молока антител поступает гораздо меньше. Однако у ребенка вырабатывается свой иммунитет, что зависит от условий ухода, нормального питания в соответствии с возрастом и адекватной антигенной стимуляции.

Еще один класс иммуноглобулинов — это иммуноглобулины A (IgA). Основная его часть называется секреторным IgA, так как синтезируется он в подслизистом слое и остается на слизистой оболочке. Важной функцией секреторного IgA является местная защита всех слизистых оболочек от чужеродных агентов и вторжения инфекции. Секреторные IgA содержатся в слюне, слезах, секретах слизистой носа и бронхов, слизистой кишечника и др. Они связывают микроорганизмы, предотвращая прикрепление их к слизистой оболочке пищеварительного тракта, и обладают выраженным бактерицидным действием.

Уровень секреторного IgA у новорожденных и детей 1-го года жизни очень низкий, он нарастает медленно, становясь значимым к 5 годам. Богатым источником секреторного IgA является грудное молоко, особенно молозиво. Благодаря этому обеспечивается высокая защита детей первых месяцев жизни при естественном вскармливании. Самостоятельный синтез IgA в самом раннем возрасте недостаточен для полноценной защиты. Поступление IgA с молозивом и грудным молоком способствует заселению кишечника благоприятной флорой и обеспечивает дополнительной защитой от кишечных инфекций.

Таким образом, незрелость многих звеньев противоинфекционной защиты организма новорожденного ребенка компенсируется пассивной передачей иммуноглобулинов через плаценту (IgG) и грудное молоко (IgG, IgA).