І

Альтернативні ознаки вродженого захисту організму та набутого імунітету

(за О. М. Маянським, 2003)

Таблиця 1.1

Вроджений захист	Набутий імунітет
Неспецифічний (не залежить від виду антигену)	Специфічний (залежить від виду антигену)
Не характерна імунологічна пам'ять (імунна відповідь не поси­люється при повторних контактах з антигенами)	Характерне формування імуно­логічної пам'яті (імунна відповідь посилюється при повторному контакті з антигенами)

мунна система анатомічно не цілісна, а представлена над­звичайно великою кількістю різноманітних клітин та молекул, які розташовані практично по всьому організму і концентруються у лімфоїдних органах (тимус, лімфатичні вузли, мигдалики, лімфоїдні утворення кишечника, селезінка).

1.2.1. Органи імунної системи. Органи імунної системи при­йнято розподіляти на центральні та периферичні. Вилочкова залоза, або тимус, кістковий мозок, а у плода також і печінка, є центральними (первинними) органами імунної системи. В них відбувається дозрівання клітин імунної системи; набуття клі­тинами імунокомпетентності, тобто здатності брати участь в імунних реакціях; формування на лімфоцитах антигензв'язуючих рецепторів; елімінація лімфоцитів, які мають рецептори до ау-тоантигенів тощо. Зрілі лімфоцити в результаті проліферації та диференціації активізуються в ефекторні клітини. Активація лімфоцита є початком імунної відповіді. Це комплексний про­цес, який на молекулярному рівні характеризується складним каскадом імунних реакцій. Особливе значення має при цьому розпізнавання специфічного антигену антигенним рецептором лімфоциту (ТСЯ — рецептор Т-лімфоциту або ВСИ — рецептор В-лімфоциту). Порушення цього процесу може бути причиною багатьох зрушень у функціонуванні імунної системи.

Місцем активації лімфоцитів є периферичні лімфатичні органи. До периферичних (вторинних) органів імунної системи належать лімфатичні вузли, лімфоїдні утворення кишечника, мигдалики, селезінка та судинна система. У периферичних орга­нах здійснюється контакт лімфоцита з антигеном; відбувається взаємодія клітин, органів та інших елементів імунної системи, що забезпечує розвиток каскаду імунних реакцій. У лімфовуз­лах розвиваються імунні реакції на антигени, які потрапили до організму через шкіру (підшкірні лімфовузли) або слизові оболонки (лімфовузли внутрішніх органів). Селезінка відповідає переважно на антигени, які циркулюють в крові. Мигдалики, пеєрові бляшки та лімфоїдні утвори слизових оболонок реагу­

ють на антигени, які подолали їх поверхневі бар'єри. Червоний кістковий мозок функціонує як первинний, так і вторинний лімфоїдний орган.

1.2.2. Клітини імунної системи. Всі клітини гемопоетичного походження утворюються із поліпотентних стовбурових клітин кісткового мозку, які є попередниками клітин кровотворення та імунопоезу. У результаті диференціації стовбурових клітин, яка залежить від міжклітинної взаємодії та цитокінів, утворюються чотири головних лінії: еритроїдного (еритроцити), мегакаріоци-тарного (тромбоцити), мієлоїдного (гранулоцити та моноядерні фагоцити) та лімфоїдного рядів. Клітини мієлоїдного (еозинофі­ли, нейтрофіли, базофіли, моноцити та фіксовані макрофаги) та лімфоїдного (Т- та В-лімфоцити, гЖ-клітини) рядів є найбільш важливими для функціонування імунної системи. Клітини, попе­редники лімфоцитів, мігрують з кровотоком до жовчного міхура, а потім у первинні лімфоїдні органи, де вони розвиваються та дозрівають. Цей процес називається лімфопоезом. Т-лімфоцити розвиваються в тимусі, а В-лімфоцити продовжують розвиватися у червоному кістковому мозку.

В організмі дорослої людини знаходиться близько 10¹² лім­фоїдних клітин, а лімфоїдної тканини в цілому — близько 2 % від загальної маси тіла. При цьому на лімфоїдні клітини припадає близько 20 % циркулюючих з кровотоком лейкоцитів. Багато зрілих лімфоїдних клітин належить до довговічних, які можуть багато років існувати як клітини імунологічної пам'яті.

Імунологічна пам'ять — це здатність організму до прискореної та більш ефективної імунної відповіді при повторному контакті з антигеном. Якщо перший контакт з даним мікроорганізмом може викликати хворобу, то повторний контакт навіть через багато років сприяє прискореній, стрімкій і посиленій відповіді, яка знищує анти­гени, що проникли до організму. Феномен формування довговічної популяції спеціалізованих лімфоцитів пам'яті ураховується в усіх програмах вакцинації. Проте вторинна відповідь на багаторазове введення антигену може стати слабшою, якщо антиген вводити поступово в зростаючих дозах.

Клітинами імунологічної пам'яті є Т- та В-лімфоцити. Кількість В-лімфоцитів пам'яті збільшується внаслідок проліферації, яка ви­никає при первинній імунній відповіді. Оскільки імуноглобулінові рецептори первинних В-лімфоцитів належать до класів та І%0, то на В-лімфоцитах пам'яті найчастіше знаходяться рецептори класів або чи ^Е. Вони можуть співіснувати з імуноглобуліновими рецепторами класу ^М.

Т-лімфоцити пам'яті відрізняються від інших субпопуляцій силою експресії деяких поверхневих молекул, що полегшує їх ак­тивацію, та властивостями циркулювати через сполучну тканину І нелімфоїдні органи, зокрема, коли там відбувається запальний процес.

Слід відмітити, що профілактичні щеплення індукують в організмі людини розвиток імунологічної пам'яті і готовність до ефективної вторинної відповіді, яка запобігає розвиткові хвороби при повторному інфікуванні цими збудниками, навіть, якщо це відбудеться через багато років з моменту вакцинації.

О

Таблиця 1.2

Характеристика дендритних клітин

(за М. Якобисяком, 2004)

Органи та тканини	Назва	Локалізація
Нелімфоїдні органи	клітини Лангерганса	епідерміс, епітелій, власне дерма (мало)
Сполучна тканина Кров	паренхіматозні денд­ритні клітини; дендритні клітини крові	сполучна тканина різних органів; кров
Лімфоїдні органи	дендритні клітини мозкової речовини тимусу; сплетені дендритні клітини; дендритні клітини фолікулів	тимус; тимусозалежні ділян­ки вузлів; лімфатичні вузли

сновними клітинами, які презентують антиген Т-лімфоцитам у поєднанні з молекулами МНС, є дендритні клітини, В-лімфоцити та макрофаги. Дендритні клітини знаходяться у крові та різних органах, переважно лімфоїдних, складають менше 1 % від усіх ядер­них клітин і походять із кісткового мозку. У периферичній крові їх кількість складає 0,1—0,5 %, Основні типи дендритних клітин та їх локалізація наведені у таблиці 1.2.

У таблиці 1.3 представлені основні клітини імунної системи та їх функції при імунній відповіді.

1.2.3. Лімфоцити та молекули імунної системи. Розрізняють З основних класи лімфоцитів: Т-клітинй (55—60 % знаходиться у крові), В-клітини (25—30 %) та гЖ-клітини (10—20 %). Лім­фоцити здатні до рециркуляції (тканини — лімфоїдна систе­ма — кров — кровоносні судини — тканини), при цьому 90 % рециркулюючих лімфоцитів проникають із кровоносних судин у лімфовузли і тільки 10 % — із кровоносних капілярів" у нелім-фоїдну тканину.

Н

г. . _х Таблиця 1.3

Основні функції клітин, які беруть участь в імунних реакціях

(за М. Якобисяком, 2004)

Клітини 1 о А. ■	— - і Функція
І5-ЛЩфОЦИТИ	розпізнають антигени і продукують ант^Н тіла
нлазмоцити	продукують антитіла ]
Лімфоцити: хелпери, супресори, регулюючі контрсупресори	регулюють імунну відповідь; виділяють ЦИТОК1НИ
Лімфоцити цитотоксичні	У процесі відповіді здатні знищувати клітП ни-мішені
Клітини К	здатні до антитілозалежної цитотоксич- 1 ності
І Клітини Ж	здатні спонтанно знищувати клітини пух- І лин та клітини, заражені вірусами
Дендритні клітини	презентують антики т.тпрпппт "
Моноцити/макрофаги	здатні до фагоцитозу і знищення мікро­організмів та інших чужорідних клітин; виділяють цитокіни
І Нейтрофіли	здатні до фагоцитозу і знищення мікроор- 1 ганізмів к к
Базофіли/мастоцити	Участь в імунній відповіді негайного типу (анафілаксії) у
І Еозинофіли	за участю антитіл здатні до фагоцитозу 1 знищення деяких паразитів; виділяють рактори, які гальмують анафор,™
Мегакаріоцити І Гі^—■ ■ Р	юпередники тромбоцитів, які беруть •часть у зсіданні крові і опальних пг.і* пін.
еритроцити з і 3 1 V	——■ * "■'іим.ипуїл. кСаКЦІЯХ І а А«..««штао рецептора для комплементу в язують імунні комплекси і беруть участь їх виведенні '

а поверхні лімфоцитів та інших лейкоцитів є багато різно­манітних молекул, які можуть слугувати мітками (маркерами) різних субпопуляцій. Маркери змінюються впродовж онтогенезу, при певному фізіологічному стані клітини, при її диференціюванні або активації антигеном. Значна частина цих маркерів зараз легко ідентифікується за допомогою специфічних моноклональних анти­тіл. Розроблена систематизована номенклатура маркерних молекул, де групи моноклональних антитіл специфічно зв'язуються з певною маркерною молекулою і позначаються CD (Claster Designation — гру­пова мітка).

Кожна В-клітина запрограмована на синтез поверхневого рецептору, специфічного до одного певного антигену. Зустрівши та розпізнавши цей антиген, В-клітини розмножуються та дифе­ренціюються в плазматичні клітини, які швидко утворюють і виді­ляють у розчиненій формі велику кількість рецепторних молекул (імуноглобулінів). Плазматичні клітини — це термінальна стадія диференціації В-лімфоцитів. Вони секретують антитіла з великою швидкістю і не взаємодіють з Т-клітинами. Різноманітність анти­тіл обумовлена наявністю в організмі декількох мільйонів клонів В-клітин. Імуноглобуліни існують у двох формах: пов'язані з BCR, які розпізнають антиген; і не пов'язані з рецепторами, які знахо­дяться в рідинах організму. Окрім BCR на В-клітинах знаходяться МНС І і II класу та ряд маркерів (CD), які можуть бути присутні і на Т-лімфоцитах.

В

Таблиця 1.4

Деякі маркери на мембрані Т-лімфоцитів

(за М. Якобисяком, 2004)

Т-лімфоцити	Маркери
Всі Т-лімфоцити	CD3+, CD2+
Т-хелпери	CD4+
Т-супресори	CD8+
Активовані (ефекторні) Т-лімфоцити	МНС II, CD25+

ідомі декілька субпопуляцій Т-лімфоцитів: Тхі та Тх2, Тс, Тц, регулятори (Тр), та контреупресори (Ікс), які виконують різні функції в імунній відповіді. Одні з них взаємодіють з В-клітинами, допомагаючи їм розмножуватися, дозрівати та утворювати антитіла, інші взаємодіють з мононуклеарними фагоцитами, сприяючи руй­нуванню локалізованих у них мікроорганізмів. Так, Тхі спрямовані проти внутрішньоклітинних збудників інфекцій, вони стимулюють розвиток реакцій гіперчутливості повільного типу. Лімфоцити Тх2 беруть участь у захисті від позаклітинних збудників інфекції, вони забезпечують розвиток гуморального імунітету, стимулюють розвиток реакції гіперчутливості негайного типу та утворення IgE. Цитотоксичні Т-лімфоцити руйнують заражені вірусами чи іншими внутрішньоклітинними патогенними мікроорганізмами клітини організму, а також клітини новоутворень. Цитотоксичність характерна і для інших клітин імунної системи, проте, ймовірно, Т-лімфоцити є найбільш важливими. Крім TCR на Т-лімфоцитах знаходяться молекули МНС II класу та різні маркери (CD). Най­більш важливі молекули, що присутні на Т-лімфоцитах, наведені в таблиці 1.4.

Крім антитіл та В-лімфоцитів, розпізнають антигени у вигляді поліпептидних фрагментів також і Т-клітини. Відбувається це шляхом специфічного зв'язування Т-лімфоцитів з антигенними пептидами, презентованими на клітинній поверхні МНС-мо-лекулами — продуктами генів головного комплексу гістосуміс-ності. Унікальний комплекс антигенний пептид+МНС-молекула розпізнається Т-лімфоцитами за допомогою ТСІІ. На відміну від В-лімфоцитів, які розпізнають певну ділянку антигену (молекули антигену), Т-клітини розпізнають епітоп, утворений амінокислот­ними залишками антигенного пептиду та МНС-молекули.

Цитокіни здійснюють передачу сигналів між лімфоцитами, фагоцитами та іншими клітинами організму. Інтерлейкіни представ­ляють велику групу цитокінів, які синтезуються, головним чином, Т-клітинами і можуть виконувати різні функції, хоча більшість із них стимулює клітини для поділу та диференціювання. Кожен ін-терлейкін (ІЛ1—ІЛ18) діє на окрему групу клітин, які для певного ІЛ експресують специфічні рецептори.

1.2.4. Характеристика імуноглобулінів. Антитіла — це білки сироватки крові, які утворюються у відповідь на антигени і здатні специфічно з ними взаємодіяти.

Відповідно до Міжнародної класифікації, сукупність сироват­кових білків, які раніше називали у-глобулінами, одержала назву імуноглобулінів та позначення символом 1%. Вони поділяються на п'ять класів імуноглобулінів: ^М, ^А, та Деякі класи імуноглобулінів мають субкласи. Основну кількість сироваткових імуноглобулінів складають — 70—80 %. Питома вага інших приблизно дорівнює: ^А — 6—13 %; І^М — 6—13 %; ^Е — 0,002 % та І^Б — близько 1 %.

Мономер є основною структурною одиницею імуноглобуліну. Мономерні антитіла, до яких належать І{*Е та ^Б, мають схожу будову і складаються із двох довгих або «тяжких» ланцюгів і двох коротких або «легких» ланцюгів, які зв'язані між собою дисульфідними місточками. Кожен ланцюг (важкий та легкий) містить варіабельну (має багато варіантів амінокислотної послі­довності) та константну (постійну) ділянки. Варіабельні ділян­ки важкого та легкого ланцюгів (БаБ-фрагмент) забезпечують зв'язування його з антигеном, тобто є активним центром анти­тіла; константні ділянки ланцюгів (Бс-фрагмент) забезпечують фіксацію комплементу та зв'язок з рецепторами клітин. Кожний мономер має по дві антигензв'язуючі точки або два активних центри (БаЬ) та один Бс-фрагмент, тому він завжди є двовалент­ним. Валентність антитіла — це особливість антитіла зв'язувати певну кількість антигенних детермінант. ^О, Црі І^Е, які мають по два антигензв'язуючих центри — двовалентні, ^А — дво- або чотирьохвалентні, залежно від того, чи є вони моно- чи димери, ^М — десятивалентні.

При взаємодії специфічного антитіла з антигеном між амінокис­лотними остатками антигензв'язуючого центру та епітопом антигену утворюються багаточисленні нековалентні зв'язки (вуглецеві, елек­тростатичні, ван-дер-ваальсові та ін.). Силу взаємодії антигенної детермінанти із активним центром антитіла називають афінітетом. Оскільки природні антигени зазвичай полівалентні, тому доцільно розглядати авідність, тобто сумарну силу множинних взаємодій між полівалентними антигенами та антитілами. Полівалентність антигенів та антитіл суттєво посилюють міцність їх з'єднання.

За спрямованістю дії антитіл при формуванні антиінфекційного імунітету виділяють декілька їх груп:

• антитіла, які нейтралізують бактеріальні токсини;

• віруснейтралізуючі антитіла, які заважають прикріпленню вірусу до клітини;

• антитіла, які виявляють цитотоксичну дію на вірусмісткі клітини у присутності комплементу;

• антитіла, які викликають лізис мікроорганізму за участю ком­плементу;

• антитіла, які опсонізують макрофаги та посилюють фагоци­тоз;

• антитіла, які утворюють із розчинним антигеном комплекс, що приводить до підвищення проникності судин та появи ознак гострого запалення;

• антитіла, які посилюють цитотоксичну дію поліморфноядерних лейкоцитів (зокрема по відношенню до гельмінтів). Специфічність антитіл визначається за взаємодією з антигеном

і залежить від особливостей будови варіабельних ділянок важких та легких ланцюгів. Завдяки цій властивості антитіла виступають одним із основних специфічних факторів імунітету, який спрямо­ваний проти чужорідної субстанції.

Імуноглобуліни класу Є невеликі за розміром, тому легко прони­кають через плаценту та обумовлюють пасивний антиінфекційний імунітет у новонароджених. Вони мають чотири субкласи — $£0^ ^6₂, та 1§в₄, які характеризуються певними фізико-хімічними та біологічними властивостями. У відповідь на більшість антигенів утворюються переважно антитіла субкласу проте значну частку противірусних антитіл складають імуноглобуліни субкласу ^С₃. Антитіла полегшують процес лізису збудника за участю комплементу та опсонізують фагоцитарні клітини. Важливою функцією ^(л є нейтралізація бактеріального екзотоксину, який завдяки низькій молекулярній масі швидко проникає в міжсудинну тканину. Вміст І§С у більшості випадків підвищується в період

спаду гострого періоду хвороби, реконвалесценції та при вторинній імунній відповіді.

Імуноглобуліни класу М є пентамерами, що складаються із п'яти основних структурних одиниць та додаткового ланцюга — J-ланцюга (joining chain). За розміром IgM є найбільшими серед інших імуноглобулінів і не завжди можуть проникати через стінку капілярів, тому знаходяться, в основному, у кров'яному руслі. Вони поділяються на два субкласи — IgMj, IgM₂. Ці антитіла першими з'являються в організмі при потраплянні антигену (первинна імунна відповідь). Наявність у IgM 10 антигензв'язуючих точок (активних центрів) обумовлюють їх високу активність. Значне підвищення вмісту антитіл у крові спостерігається в гострий період інфекцій­ного захворювання. Імуноглобуліни цього класу не проходять крізь плацентарний бар'єр, тому їх наявність у крові новонародженого свідчить про внутрішньоутробне його зараження (збудниками краснухи, сифілісу, токсоплазмозу, цитомегаловірусної інфекції тощо).

Імуноглобуліни класу А знаходяться в плазмі людини (сироват­кові), де вони на 80—-95 % є мономерами, та у слизових і слизово-се­розних виділеннях (секреторні) і представлені димерами. Мономери секреторних IgA з'єднуються між собою J-ланцюгом і мають два субкласи — IgAj та IgA₂ Вони беруть участь у механізмах розвитку місцевого імунітету, перешкоджають прикріпленню бактерій до слизової оболонки, нейтралізують ентеротоксини, активізують систему комплементу та процес фагоцитозу.

До імуноглобулінів класу Е належать, головним чином, алер­гічні антитіла-реагіни. Вони беруть участь в алергічних реакціях негайного типу. Рівень їх значно підвищується у хворих на алергію та у людей, вражених збудниками зі значними алергічними влас­тивостями (наприклад, гельмінтами).

Імуноглобуліни класу D беруть участь у розвитку місцевого імунітету та аутоімунних процесів, мають антивірусну активність, у деяких випадках впливають на активність системи комплементу. Нині IgD частіше зв'язують з протипухлинним імунітетом, але їх біологічна роль остаточно не з'ясована.

Узагальнюючі дані щодо функціональної активності імуногло­булінів деяких класів та субкласів наведено в таблиці 1.5.

1.3. Вікові особливості розвитку імунної системи. Під час

внутрішньоутробного розвитку у плода формуються центральні органи імунної системи, утворюються імунокомпетентні клітини, інтерферони, система комплементу, макрофаги, головний комплекс гістосумісності, що забезпечують імунний захист як у період ем­бріогенезу, так і в постнатальний період. У 4—5-тижневого плода людини лімфопоетичну функцію виконує печінка. На 7—8-му тижні

Таблиця 1.5

Функціональна активність	IgM		IgG2	IgG3	IgG4	IgA
Нейтралізація	+	++	++	++	++	++
Опсонізація	—	+++	—	++	+	+
Активація систе­ми комплементу	+++	++	+	++	—
Сенсибілізація тучних клітин	—	—	—		—	—
Транспорт через епітелій						+++ (ди-мер)
Транспорт через плаценту	—	+++	+++	++ +	+++	—
Дифузія в екстра-васкулярні зони		+++	+++	++ +	+++	+++ (моно­мер)

з'являються компоненти системи комплементу та лімфоцити в периферичній крові ембріону, а на 21—22-му тижні — у селезінці та лімфатичних вузлах. Антигени гістосумісності, які розпізнають чужорідні антигени, з'являються між 8 та 9-м тижнем розвитку плода.