ФИЗИОЛОГИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ФГОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д. Н. Прянишникова» «ФИЗИОЛОГИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ» Пермь 2008 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ХРОНОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ИММУНИТЕТА 1. АНТИГЕНЫ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА 2. НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОРГАНИЗМА 2.1. Естественные и физиологические барьеры 2.2. Клеточные механизмы неспецифической защиты 2.2.1. NK-лимфоциты 2.2.2. Фагоциты 2.2.3. Макрофаги 2.2.4. Нейтрофилы 2.2.5. Эозинофилы 2.2.6. Тучные клетки и базофилы 2.3. Гуморальные факторы естественного иммунитета 3. СТРУКТУРА ИММУННОЙ СИСТЕМЫ 3.1. Органы и ткани иммунной системы 3.2. Клетки иммунной системы 3.2.1. Лимфоциты 3.2.2. Антигенпредставляющие клетки 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ 4.1. Цитокины 4.2. Гуморальные факторы специфической защиты 4.2.1. Антитела 4.2.2. Трансфер факторы 5. МЕХАНИЗМЫ СПЕЦИФИЧЕСКОГО ИММУННОГО ОТВЕТА 5.1. Эволюция иммунных механизмов 5.2.Иммунный ответ клеточного типа 5.3. Гуморальный механизм иммунного ответа 6. ЧАСТНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА 6.1. Связанная со слизистыми оболочками иммунная система 6.2. Иммунологическая толерантность 6.3. Возрастные особенности иммунологического статуса животных 6.4. Взаимодействие иммунной и нейроэндокринной систем целостного организма 6.5. Использование достижений иммунологии в животноводстве и ветеринарии Словарь использованных терминов и сокращений Вопросы для самоконтроля знаний Перечень основной и дополнительной литературы 3 4 5 8 11 11 13 13 14 18 19 20 21 22 32 32 37 37 46 49 49 58 58 66 69 69 72 73 76 76 79 80 84 85 94 108 110 ВВЕДЕНИЕ Термин «иммунитет» (лат. immunitas - свободный от чего-либо) введен в медицинскую практику микробиологами для объяснения невосприимчивости некоторых людей и животных к вызываемым микроорганизмами заболеваниям. В дальнейшем оказалось, что функции иммунитета значительно шире. Дополнительно к вышеперечисленному, он обеспечивает нейтрализацию и последующее выведение собственных старых, модифицированных (например, злокачественных) и дефектных клеток, а также не характерных для данной стадии развития организма биологических структур. Поэтому наука об иммунитете (иммунология) стала самостоятельной дисциплиной, а иммунитетом в настоящее время называют способы защиты внутреннего постоянства организма от структур, имеющих признаки чужеродной генетической информации. Борьба макроорганизма с появляющимися в нем генетически чужеродными структурами обеспечивается совокупностью органов, тканей, клеток и веществ, входящих в состав иммунной системы. Эффективное взаимодействие ее компонентов обеспечивает поддержание в ходе всей жизни индивидуального генетического постоянства внутренней среды животного, что создает условия для нормального функционирования всех его структур. 4 ХРОНОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ИММУНИТЕТА Эмпирическая иммунология возникла задолго до изучения механизмов иммунитета. Еще до нашей эры с целью защиты от заболевания острой формой оспы в Китае, Индии и других странах на кожу здоровых людей наносили содержимое оспенных пустул. Этот метод профилактики (инокуляция) не всегда давал желаемые результаты, а иногда сам вызывал развитие острой формы заболевания, и даже смерть. Основоположником систематического изучения иммунитета является английский врач Эдвард Дженнер (XVIII век). Он заметил, что ухаживавшие за животными молочницы могут заболеть оспой коров, но после выздоровления практически не заражаются натуральной (человеческой) оспой. Это наблюдение позволило Э. Дженнеру обосновать и в 1796 г. успешно апробировать метод защиты человека от натуральной оспы с помощью прививок относительно неопасной оспы коров. С тех пор вакцинация (от лат. vacca - корова) широко применяется во всем мире. Работы Э. Дженнера, создание голландским исследователем Антони Левенгуком достаточно совершенного микроскопа и последовавшие за этим открытия, позволили французскому ученому Луи Пастеру предположить, что микроорганизмы вызывают многие заболевания. Правильность этого мнения была доказана немецким врачом Робертом Кохом на примере распространенной в то время среди животных сибирской язвы (1876 г.). Перечисленные факты и другие наблюдения, свидетельствовали о разной чувствительности животных даже одного вида к возбудителям инфекционных заболеваний. Это явилось основанием для предположения о наличии и возможности выработки в организме механизмов защиты его от инфекций. Такие механизмы были названы иммунитетом. Первый целенаправленный поиск средств, создающих иммунитет к инфекции, был сделан Л. Пастером. Он заметил, что ослабленный возбудитель куриной холеры делает кур невосприимчивыми к данному заболе- 5 ванию. Это позволило Л. Пастеру обосновать применение ослабленных возбудителей для борьбы с сибирской язвой у сельскохозяйственных животных (1881 г.), а также бешенством у собак и человека (1885 г.). К настоящему времени, на основе заложенных Л. Пастером принципов, созданы вакцины против большинства известных науке инфекционных заболеваний. Дальнейшее изучение иммунитета позволило российскому биологу Илье Мечникову (1883 г.) обнаружить способность клеток (фагоцитов) поглощать различные частицы. А немецкий фармаколог Пауль Эрлих, почти в это же время (1887 г.), доказал появление в сыворотке крови зараженных бактериями животных, белков (впоследствии он их назвал "антителами"), способных убивать данные микроорганизмы. Эти факты и наблюдения других авторов позволили И. Мечникову разработать клеточную, а П. Эрлиху - гуморальную теории иммунной защиты. Обнаружение Ж. Борде и Н. Чистовичем антител не только на микроорганизмы, создание И. Мечниковым учения об антителах против тканей организма и открытие (в 1901 г.) австрийским ученым Карлом Ландштейнером антигенов к эритроцитам явились предпосылкой для развития неинфекционной иммунологии. К. Ландштейнер показал, что эритроциты имеют антигены (он их назвал агглютиногенами А и В), взаимодействие которых с определенными агглютининами (А с или В с ) сыворотки приводит к склеиванию эритроцитов. Следовательно, кровь особей даже одного вида животных по ее антигенному составу можно разделить на три группы. В 1903 г. чешский ученый Я. Янский обнаружил кровь, в которой имеются оба агглютиногена (А и В), но нет агглютининов к ним. Поэтому Я. Янский сделал вывод о том, что кровь особей одного вида животных по иммунологическим свойствам делится как минимум на четыре группы. 6 Дальнейшее развитие иммунологии во многом обусловлено работами австралийского ученого Мак Фарлейн Бернета. Он рассматривал иммунитет как реакцию, направленную на дифференциацию «своего» от «чужого», а тимус и лимфоциты назвал обязательными участниками антигенспецифического ответа. Он также отметил значение иммунитета в индивидуальном (онтогенетическом) развитии, создал клонально-селекционную теорию иммунитета и предсказал наличие иммунной толерантности (это позднее доказано работами англичанина Питера Медавара и чешского ученого Милана Гашека). Дальнейшее изучение П. Медаваром реакции иммунной системы на чужеродный трансплантат и злокачественные новообразования, доказало, что иммунитет защищает организм как от антигенов поступающих из вне, так и от образующихся в нем, но отличающихся от его нормальных биологических структур. Важным достижением во второй половине XX века явилось выяснение основных свойств и механизмов иммунитета. В настоящее время: расшифрована структура антител; изучены иммунокомпетентные клетки; в значительной степени стали ясны механизмы толерантности и распознавания антигена; обнаружены химические регуляторы межклеточных взаимодействий при иммунных реакциях (цитокины); доказана роль иммунитета в эволюции животных. Все это послужило основой для развития иммуногенетики, иммунологии онтогенеза, иммунопатологии, трансплантационного иммунитета и иммунологической толерантности, а инфекционная иммунология стала одним из направлений общей иммунологии. Согласно современной концепции, сформулированной Российским ученым Рэмом Петровым, иммунная система проверяет биологические объекты внутри организма на наличие чужеродности. При обнаружении «чужих» антигенов она их запоминает, анализирует и реагирует выработкой специфичных к ним лимфоцитов и антител. 7 Глава 1. АНТИГЕНЫ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА Антигены - это высокомолекулярные органические соединения (белки, полипептиды, некоторые сложные полисахариды, липолисахариды, а также высокомолекулярные нуклеиновые кислоты и липиды с молекулярной массой более 10000) специфически стимулирующие иммунную реакцию и взаимодействующие с продуктами этой реакции. Иммуногенность антигена зависит от его молекулярной массы, химической неоднородности, чужеродности, дозы, способа введения, присутствия адъювантов (веществ, усиливающих иммуногенность антигена) и способности организма реагировать на чужеродные вещества. Антигены входят в состав всех биологических структур и обладают индивидуальными для каждой особи (даже одного вида животных) антигенными свойствами. По генетическому происхождению различают: аутоантигены (происходят из тканей собственного организма), изоантигены (от генетически идентичного донора), аллоантигены (от неродственного донора того же вида животных) и ксеноантигены (от донора другого вида животного). Иммунные реакции удаляют антиген и, как правило, не повреждают собственные нормальные структуры. Те же варианты иммунных реакций, которые нарушают целостность собственных нормальных тканей, названы аллергическими, а вызвавшие их антигены - аллергенами. Иногда антигены вызывают иммунологическую толерантность (отсутствие иммунной реакции на определенные антигены). Такие антигены называют толерогенами. Причем, в зависимости от дозы антигена, функционального состояния животного или других причин один и тот же антиген может стать толерогеном или аллергеном. Антигенные свойства молекул обусловлены наличием в их структуре антигенных детерминант (эпитопов). Причем, одна молекула полисахарида, обычно содержит множество одинаковых, а белка - разных эпитопов. 8 Поэтому, при иммунном ответе на один чужеродный белок, как правило, одновременно образуются антитела к разным антигенным детерминантам. Существуют вещества, которые сами не вызывают образования антител, но способны реагировать с антителами. Такие антигены называют неполноценными или гаптенами. Они могут приобретать свойства полноценных антигенов при условии введения их в организм в смеси или в соединении с белками. В макроорганизме одновременно присутствуют собственные нормальные и чужие или свои, но измененные антигены. Поэтому иммунная система должна различать их, а затем удалять только несвойственные данной здоровой особи антигены. В многоклеточном организме, важнейшими для иммунной системы признаками своих нормальных клеток является наличие на их поверхности характерных для данной особи молекул главного комплекса гистосовместимости (ГКГС). Любая (даже собственная) клетка, если на ее поверхности нет молекул ГКГС определенного состава, воспринимается иммунной системой как чужая и должна быть уничтожена. Именно этот механизм лежит в основе раннего обнаружения мутирующих (в том числе и опухолевых) клеток, у которых (в связи с изменением состава синтезируемых белков) на поверхности появляются молекулы ГКГС отличающегося от нормы состава. Наряду с функцией «маркера», молекулы ГКГС участвуют в презентации антигенов Т-лимфоцитам и регулируют другие иммунные процессы. По локализации и основным функциям молекулы ГКГС делят на классы. Молекулы I класса (есть на всех содержащих ядра клетках и тромбоцитах) необходимы для активации цитотоксических T-лимфоцитов собственными трансформированными клетками, а также для презентации Ткиллерам внутриклеточных антигенов антигенпредставляющими клетками. 9 Важнейшей функцией молекул II класса (имеются на клетках участвующих в иммунном ответе) является обеспечение взаимодействия T- клеток и макрофагов в процессе иммунного ответа. Это связано с тем, что Tхелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, образования комплекса с молекулами ГКГС II класса и появления его на поверхности макрофага. Таким образом, сохранение индивидуального состава многоклеточной особи обеспечивается механизмами, которые не мешают существованию и развитию в ней тех структур, антигенный состав которых соответствует собственному нормальному ГКГС. Одновременно с этим, иммунная система должна своевременно обнаруживать и уничтожать постоянно появляющиеся в макроорганизме генетически отличающиеся от его нормальных структур биологические частицы. 10 Глава 2. НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОРГАНИЗМА Защита организма от распространения в нем чужеродных веществ осуществляется неспецифическими (неспецифическая резистентность, неспецифический, врожденный или естественный иммунитет) и специфическими (приобретенный или адаптивный иммунитет) механизмами. Только неспецифическая резистентность является врожденной. Ее реакции не зависят от того, были ли встречи с тем же возбудителем ранее. Кроме того, неспецифический иммунный ответ во многом определяет эффективность развивающихся позднее специфических иммунных реакций. В целом неспецифическая резистентность формируется естественными и физиологическими барьерами, а также клеточными и гуморальными механизмами. 2.1. Естественные и физиологические барьеры Первыми препятствиями для стремящихся проникнуть в организм из внешней среды чужеродных факторов являются физические барьеры, создаваемые внешними покровами животного. К ним относится кожа и слизистые оболочки, выстилающие входные ворота организма (пищеварительного тракта, органов дыхания, мочеполовых путей и др.) животного. Кожа непосредственно контактирует с окружающей средой, а слизистые оболочки постоянно сообщаются с нестерильным содержимым полостей тела. Причем, общая площадь слизистых оболочек у млекопитающих приблизительно в 400 раз больше чем кожи. Неповрежденные покровы тела имеют низкую проницаемость для большинства патогенов. Кроме того, непрерывная десквамация поверхностных клеток кожи и слизистых оболочек обеспечивает механическое удаление осевших на них патогенов. Механическая барьерная функция покровов тела на коже дополняется промывными и бактерицидными свой- 11 ствами секретов потовых и сальных желез, а слизистых оболочек входных ворот организма - секрецией слизи мукоцеллюлярным аппаратом и наличием на поверхности слизистых непатогенных бактерий, препятствующих развитию другой микрофлоры. Например, в секрете сальных желез есть молочная и жирные кислоты, которые повышают бактерицидность кожи, а вырабатываемая во влагалище непатогенными бактериями молочная кислота, угнетает развитие в нем других микроорганизмов. Кроме того, прикреплению бактерий к покровам тела препятствуют выделяемые на их поверхности секреты, а реснички эпителия слизистых оболочек способствуют выведению из полостей смеси слизи, погибших собственных клеток, бактерий и других частиц (например, пыль) во внешнюю среду. Защитные свойства покровов тела дополняются выделяемыми на их поверхность антимикробными веществами. Наиболее часто ими являются: лизоцим, лактоферрин, лактопероксидаза, сиалин и компоненты системы комплемента (смотри раздел «Гуморальные факторы естественного иммунитета»). К физиологическим барьерам относятся: температура тела, рН и напряжение кислорода в местах нахождения микрофлоры, а также ряд растворенных в жидких средах организма веществ (гуморальных факторов). Например, куры не заболевают сибирской язвой потому, что нормальная температура их тела (41-42оС) препятствует размножению возбудителя этой инфекции, а кислая среда в желудке большинства позвоночных животных уничтожает многие поступающие с кормом бактерии. Если микроорганизмы преодолевают покровы тела животного, то в действие вступают клеточные и гуморальные механизмы неспецифической защиты. 12 2.2. Клеточные механизмы неспецифической защиты Важнейшими клетками, участвующими в неспецифическом разрушении клеток и продуктов их распада являются натуральные киллеры и фагоциты. 2.2.1. NK-лимфоциты Натуральные киллеры (NK-лимфоциты или естественные киллеры). являются одной из разновидностей нулевых лимфоцитов. Это единственные представители лимфоцитов, обеспечивающие естественный иммунитет. Несмотря на отсутствие антигенспецифичности, NK-лимфоциты содержат рецепторы к наиболее общему участку (Fc-фрагменту) молекул антител и поэтому могут присоединяться к покрытым практически любыми антителами клеткам-мишеням, а затем разрушать их. Описанное свойство естественных киллеров названо антителозависимой клеточной цитотоксичностью. NK-лимфоциты могут разрушать клетки-мишени и без участия антител. Это обусловлено способностью естественных киллеров присоединяться к мембране тех клеток, которые не имеют на своей поверхности нормальных для данной особи молекул ГКГС (характерно для всех чужеродных, а также большинства собственных инфицированных и раковых клеток на ранней стадии их развития). Цитотоксичность NK-лимфоцитов обусловлена секрецией ими перфоринов в месте контакта с клеткой-мишенью. Эти цитотоксины образуют крупные каналы в цитоплазматической мембране подлежащей разрушению клетки и вызывают ее некроз (клетка погибает, а ее содержимое выходит во внеклеточные среды макроорганизма). Исключительная важность естественных киллеров обусловлена тем, что в природе существуют такие вирусы и чужеродные клетки, которые 13 маскируют (характерно для многих раковых клеток) или меняют свои поверхностные антигены, поражают Т-лимфоциты, а также разрушают систему комплемента. В перечисленных случаях другие, в том числе и специфические, механизмы иммунитета неэффективны, а основным средством защиты становятся NК-лимфоциты, атакующие клетки, на которых нет нормальных для данной особи молекул ГКГС. Описанные свойства позволяют натуральным киллерам разрушать чужие (бактерии и пересаженные в ходе трансплантации ткани) и собственные (инфицированные или опухолевые) клетки. 2.2.2. Фагоциты Фагоцитоз представляет собой клеточный механизм неспецифической защиты, под которым подразумевается поглощение и внутриклеточное переваривание частиц размером более 0,5 мкм. К ним в частности относятся клетки, их фрагменты и крупные вирусы. В тех же случаях, когда клетки поглощают лишь макромолекулы, то рассматриваемый процесс называется пиноцитозом. Фагоцитоз и пиноцитоз являются близкими по своим свойствам механизмами внутриклеточного переваривания. Поэтому их часто объединяют общим термином эндоцитоз. Циркулирующие с кровью и тканевые клетки, способные обнаруживать и поглощать имеющие признаки чужеродности частицы, а затем подвергать внутриклеточному перевариванию и удалять их из организма, называются фагоцитами. У позвоночных животных фагоцитами являются клетки соединительной ткани, гранулоцитарные лейкоциты (преимущественно нейтрофилы) и макрофаги. Функции макрофагов в печени выполняют клетки Купфера, в мозге - микроглия, в костной ткани - остеокласты, в лимфатических узлах, селезенке и тимусе - интердигитирующие клетки, в коже - клетки Лангерганса, а в легких - альвеолярные и интерстициальные макрофаги. 14 Перечисленные клетки постоянно взаимодействуют и образуют систему мононуклеарных фагоцитов. В соединительной ткани постоянно присутствуют такие, способные к фагоцитозу клетки как фибробласты и тучные клетки. При развитии воспаления к месту повреждения из крови поступают макрофаги и гранулоциты. Направленное движение клеток называется хемотаксисом. К вызывающим его веществам относятся компоненты комплемента (C3a, C4a, C5a), продукты жизнедеятельности бактерий, лейкотриены и многие другие биологически активные вещества. Клетки соединительной ткани малоподвижны и фагоцитируют только находящиеся около них структуры, а обладающие высокой способностью к хемотаксису макрофаги и гранулоциты могут поглощать даже те патогены, которые находятся на поверхности слизистой оболочки. Активация фагоцитоза и пиноцитоза происходит при распознавании чужеродных структур рецепторами фагоцита. Это последовательно приводит к хемотаксису (направленному движению фагоцита к антигену) фагоцита, его адгезии к поверхности (как правило, опсонизированого) патогена (чужеродной клетки, вируса или токсина), активации мембраны фагоцита (ее выпячивание охватывает патоген и образуется фагосома), поглощению патогена (в составе фагосомы), слиянию фагосомы с лизосомами (образование фаголизосомы), разрушению патогена в фаголизосомах и удалению продуктов деградации фагоцитированных структур из клетки. Уничтожение чужеродных структур фагоцитами происходит в результате активации в них тесно связанных друг с другом кислородзависимых и кислороднезависимых механизмов. Кислородзависимая активность фагоцитов основана на интенсивном образовании в фаголизосомах продуктов превращения кислорода («кислородный взрыв»). Основным источником активных форм кислорода в лейкоцитах являются химические реакции, в которых участвует фермент 15 миелопероксидаза (МПО). Ее содержание наиболее высоко в нейтрофилах, несколько ниже в макрофагах, а в небольшом количестве она содержится в эозинофилах и тромбоцитах. Именно поэтому нейтрофилы обладают наибольшей способностью к генерации активных форм кислорода. Продукты кислородного взрыва интенсивно окисляют подавляющее число органических веществ как внутри, так и вне клеток. Кроме того, во внеклеточной среде они, взаимодействуя с компонентами плазмы крови, ускоряют хемотаксис новых лейкоцитов в очаг воспаления. Наиболее эффективными из продуктов кислородного взрыва являются синглетный кислород и супероксидный анион-радикал. Они сами действуют на биологические структуры (денатурируют белки, инактивируют многие ферменты, разрывают цепи нуклеиновых кислот и активируют апоптоз), а также обеспечивают образование гидроперекисного радикала, пероксида водорода и молекулярного кислорода. Наряду с активными формами кислорода, в ходе реакций, катализируемых МПО, образуется гипохлорит, который также способствует гибели бактерий и облегчает их фагоцитоз. Перечисленные гуморальные эффекты облегчают расчистку зоны повреждения и способствуют восстановлению органов и тканей. Кислороднезависимая антимикробная активность фагоцитов (может быть вызвана и продуктами кислородзависимого механизма) основана на действии оксида азота, внутриклеточных (преимущественно лизосомальных) ферментов (например, катепсинов, дезоксирибонуклеаз и липаз) и некоторых других факторов (например, лизоцима и лактоферрина). Образование активных форм кислорода нередко сопровождается выработкой клетками эндотелиального расслабляющего фактора, который после расшифровки химической структуры стали называть оксидом азота (NO). Он быстро проникает через биомембраны, имеет короткий период полураспада (от 2 до 30 с) и поэтому вызывает лишь местные реакции. 16 Оксид азота образуется практически во всех тканях и участвует в регуляции множества процессов. В частности, он усиливает расширение сосудов (вазодилятатор), агрегацию тромбоцитов и ангиогенез (образование новых кровеносных сосудов), передает нервные сигналы (нейротрансмиттер) и снижает адгезию лейкоцитов к стенке сосудов. Большинство других вазодилататоров (например, ацетилхолин, гистамин, брадикинин, серотонин, адениновые нуклеотиды) стимулируют выработку эндотелием NO, который затем диффундирует к соседним гладкомышечным клеткам и расширяет сосуды. Перечисленные эффекты наблюдаются при небольших концентрациях оксида азота в тканях. В этом случае он не накапливается и успевает инактивироваться до нитритов или нитратов. Образование оксида азота (из аргинина) обеспечивается NOсинтетазами (NOS) практически во всех клетках. Однако только в лейкоцитах (особенно в макрофагах), кардиомиоцитах, эндотелиоцитах, гладкомышечных клетках и гепатоцитах NOS может создавать такую высокую концентрацию NO, которая наряду с торможением агрегации тромбоцитов и улучшением местного кровообращения, вызывает апоптоз внутриклеточных паразитов, а также бактериальных и опухолевых клеток. Кроме того, взаимодействие в очаге воспаления высоких концентраций активных форм кислорода и NO способствует образованию цитотоксических количеств пероксинитрита (ONOO-), которые повреждают клеточные мембраны, увеличивает агрегацию тромбоцитов, индуцируют апоптоз, нарушают синтез простациклина, но усиливают образование тромбоксана и лейкотриенов. Среди вырабатываемых макрофагами участников кислороднезависимых процессов особого внимания заслуживают такие ферменты как лизоцим и катепсины. Как многие другие, вырабатываемые фагоцитами гуморальные факторы защиты, лизоцим и катепсины действуют как внутри клетки, так и при выделении в окружающую среду. Для лизоцима наиболее 17 характерна способность к разрушению оболочек погибших клеток и живых грамположительных бактерий. Катепсины являются протеазами, которые разрушают белковые компоненты фагоцитируемых структур, а при внеклеточном действии также содействуют хемотаксису новых фагоцитов. Завершенным называется эндоцитоз, который заканчивается поглощенных частиц до безвредных продуктов. Однако некоторые патогены (например, внутриклеточные паразиты) после их поглощения не деградируют и даже могут размножаться в фагоците. Такой фагоцитоз называется незавершенным. Он может приводить к гибели самих фагоцитов, выходу патогенов в окружающую среду или же фагоцитозу, содержащих патогены клеток другими макрофагами. Способность клеток и вирусов выживать в фагоцитах, обусловлена наличием у них специфических защитных механизмов. Например, некоторые риккетсии и трипаносомы выходят из фаголизосомы и размножаются в цитоплазме фагоцита. Возбудители туберкулеза блокируют образование фаголизосом, возбудитель лепры нечувствителен к макрофагальным ферментам, а легионеллы блокируют «кислородный взрыв». Таким образом, в неспецифической защите макроорганизма от чужеродных частиц участвуют различные клетки преимущественно лейкоцитарного ряда, но наиболее важно участие в этом процессе макрофагов, нейтрофилов (полиморфноядерных лейкоцитов), эозинофилов, тучных клеток и базофилов. 2.2.3. Макрофаг Первые предшественники макрофагов (промоноциты) у млекопитающих, еще во внутриутробном периоде, образуются в желточном мешке. У взрослых позвоночных животных основным местом созревания промоноцитов становится красный костный мозг. Образующиеся в нем клетки выходят в кровь и там превращаются в моноциты. 18 Под влиянием биологически активных веществ (например, лимфотоксина и макрофагального хемотаксического фактора) моноциты мигрируют из крови, оседают (в присутствии макрофагингибирующего фактора) в очаге повреждения и превращаются в макрофаг. Способность к взаимодействию с иммуноглобулинами, системой комплемента, фибрином и продуктами его распада способствуют активации макрофагов именно там, где находятся чужеродные антигены и повреждены ткани. Реакции макрофагов развиваются медленно, но продолжительны. Наряду со способностью к перевариванию фагоцитированных частиц в клетках, они секретируют в окружающую среду протеазы, монокины, компоненты системы комплемента, лейкотриены и другие биологически активные вещества. Например, миелопероксидаза (МПО) макрофагов вне и внутри фагоцитов уничтожает микроорганизмы, активирует «кислородный взрыв» и металлопротеиназы нейтрофилов (коллагеназы и желатиназы), а также вызывает образование хлораминов и других гуморальных участников неспецифической защиты. Кроме этого макрофаги продуцируют фибронектин, который необходим для адгезии и перемещения клеток, участвующих в развитии воспаления и восстановлении поврежденных тканей. Макрофаги сами специфически не распознают антиген. Однако они необходимы для переработки и представления антигена T-лимфоцитам, а также выделяя цитокины (интерлейкины-1, -6, фактор некроза опухолей и другие) регулируют развитие адаптивного иммунитета. 2.2.4. Нейтрофилы Нейтрофилы покидают красный костный мозг на палочкоядерной или сегментоядерной стадиях развития. Около 10 часов (продолжительность жизни зрелых нейтрофилов составляет не более 72 часов) они циркулируют с кровью, а затем раньше других циркулирующих лейкоцитов 19 поступают в те ткани, где имевшиеся там еще до повреждения тучные клетки, фибробласты и макрофаги первыми начинают иммунный ответ. Фагоцитарные свойства нейтрофилов (одновременно могут поглощать 20-30 бактерий) дополняются их способностью при контакте с продуктами деградации IgG в течение нескольких секунд увеличивать активность МПО, стимулировать «кислородный взрыв» и секретировать бактерицидные вещества. Таким образом, макрофаги поглощают наибольшее (до 100) по сравнению с нейтрофилами количество клеток, но появляются в очаге воспаления позднее. Макрофаги также фагоцитируют широкий спектр клеток (истинные бактерии, спирохеты, актиномицеты, грибы, простейшие, вирусы, а также собственные атрофирующиеся, мертвые и перерожденные клетки), а нейтрофилы в основном бактерии. В кислой среде макрофаги наиболее активны, а нейтрофилы сохраняют свои бактерицидные свойства в широком диапазоне рН даже в анаэробных условиях. 2.2.5. Эозинофилы Эозинофилы обладают хемотаксисом (особенно на комплекс IgE с антигеном и клетками, опсонизированными системой комплемента), обезвреживают чужеродные белки и способствуют внеклеточному цитолизу не доступных для фагоцитоза (в связи с большим их размером) гельминтов и простейших. В норме эозинофилы угнетают воспаление. В ранней фазе иммунной реакции (когда происходит «распознавание антигена») они активируют макрофаги, а в фазу выработки антител - участвуют в фагоцитозе и разрушении иммунных комплексов. Эозинофилы быстро активируются комплексами антигена с IgE и компонентами системы комплемента (наибольшая их концентрация наблюдается в местах скопления гельминтов). Это сопровождается «взры- 20 вом» эозинофилов, который проявляется выработкой ими в окружающую среду пероксидаз (способствуют образованию активных метаболитов кислорода), гистаминаз (инактивируют гистамин), фосфолипаз, веществ с перфориноподобным действием, ряда других гидролаз, а также простагландинов. В основе цитотоксического действия эозинофилов против крупных мишеней (например, гельминтов) лежат гуморальные (образование биологически активных веществ, гидролаз и метаболитов кислорода) и клеточные (перфориноподобный эффект) механизмы. 2.2.6. Тучные клетки и базофилы Тучные клетки (малоподвижные, долгоживущие тканевые клетки) обладают выраженной способностью секретировать вазоактивные вещества и хемотаксические факторы в месте скопления продуктов повреждения собственных тканей и агрегатов IgE с патогенами. Это вызывает хемотаксис базофилов (самые короткоживущие гранулоциты) к месту повреждения. Высокая активность тучных клеток и базофилов сопровождается выходом из них цитокинов (продляют воспалительную реакцию и фиксируют антиген в месте его обнаружения, а также стимулируют пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов), гепарина (антикоагулянт), ферментов (гидролаз), вазоактивных аминов (гистамин, серотонин), лейкотриенов, факторов активации тромбоцитов, а также хемотаксических факторов эозинофилов и нейтрофилов. Вазоактивные амины увеличивают локальный кровоток и проницаемость сосудов, что способствует накоплению тканевой жидкости в месте развития воспаления, а также повышению концентрации в ней нейтрофилов и гуморальных факторов иммунной защиты. Гистамин и серотонин быстро инактивируются, но успевают увеличить проницаемость сосудов и 21 вызвать продукцию лейкотриенов (усиливают реакции сосудов и хемотаксис клеток, участвующих в воспалительных реакциях). Участие перечисленных клеток в фагоцитозе дополняется определенным вкладом в этот процесс тромбоцитов (секретируют активаторы миграции и дегрануляции нейтрофилов), стромальных клеток (в основном представлены фибробластами, регулирующими развитие воспаления) и эндотелия посткапиллярных венул (способствуют миграции лейкоцитов из крови). Клеточные механизмы неспецифической защиты могут выполнять свои задачи только при непосредственном контакте соответствующих клеток с чужеродными структурами, что не всегда оправдано. Кроме того, взаимодействие участвующих в иммунных реакциях клеток часто осуществляется с помощью химических веществ. Поэтому, наряду с клеточными существуют и гуморальные механизмы неспецифической защиты. 2.3. Гуморальные факторы естественного иммунитета К гуморальным факторам иммунной системы относятся находящиеся во внеклеточных жидких средах организма (плазма крови, лимфа, межклеточная жидкость) вещества, способствующие обезвреживанию чужеродных тел, а также влияющие на активность иммунных реакций. К древнейшим химическим участникам неспецифических реакций относятся опсонины. Эти вещества после оседания на поверхности подлежащих уничтожению частиц, активируют фагоциты, повреждают мембраны бактерий и делают их менее устойчивыми к разрушению. Благодаря опсонизации обезвреживаются даже те клетки, которые в отсутствии опсонинов не фагоцитируются. Важнейшим гуморальным фактором первой линии защиты организма высокоразвитого животного от биологической агрессии является система комплемента. У позвоночных животных она представлена более 22 чем 25 сложными глобулинами (преимущественно синтезируются печенью и макрофагами), в плазме крови, в других внеклеточных жидких средах организма и на поверхности некоторых клеток. Активация системы комплемента сопровождается лавинообразным расщеплением ранее не обладающих ферментативными свойствами белков на субъединицы. Причем, на каждом этапе этого процесса появляются ферменты, действующие на очередной компонент системы. Образующиеся в конечном итоге белки являются опсонинами, хемоаттрактантами (привлекают лейкоциты в очаг повреждения), медиаторами воспаления и компонентами мембрано-атакующего комплекса. Они могут выполнять свои функции самостоятельно, но наиболее эффективны при взаимодействии с другими участниками иммунных реакций. Активация компонентов системы комплемента может осуществляться по классическому и альтернативному пути, а заключительный (эффекторный) путь совпадает (рис. 1). Активация системы комплемента по классическому пути осуществляется иммунными комплексами, а по альтернативному - липополисахаридами клеточных мембран. Компоненты классического пути (некоторые из них участвуют и в реакциях альтернативного пути) имеют буквенное обозначение «С», арабскую цифру (соответствует последовательности открытия) и строчную букву (например, в состав С1 входят С1q, С1r, С1s). Белки, участвующие только в альтернативном пути обозначаются другими латинскими буквами (например, B и D). Классический путь активируется при взаимодействием С1 и комплекса патогена с несколькими молекулами IgG или одним IgМ. При этих реакциях на поверхности чужеродной клетки образуется конвертаза классического пути. Альтернативный путь активации комплемента наиболее важен при защите организма преимущественно от грамотрицательных бактерий. 23 Находящиеся на их поверхности липополисахариды (эндотоксины) вызывают расщепление С3 на субъединицы, а затем связываются с С3b. Образующийся при этом комплекс взаимодействует с фактором В и расщепляется (под влиянием фактора D) на Bb и Ва. Затем, на бактериальной клетке формируется комплекс С3bBb, который стабилизируется пропердином (фактором Р) и действует как конвертаза альтернативного пути. Классический путь Альтернативный путь Комплекс антиген+антитело (одна молекула IgМ или несколько IgG) Бактериальные липополисахариды С1 (С1q+антитело+антиген) С4 (С4b+патоген) С2 (С2а) С3 (патоген+С3b) В+патоген+D (Вb+С3b+патоген) С4b2а+патоген Конвертаза классического пути С3b/Вb +патоген Конвертаза альтернативного пути Общий путь С3а, С4а, С5а Медиаторы Воспаления С3b, С4b Активируют фагоциты. Опсонизируют патогены. Удаляют иммунные комплексы. С5b, С6, С7, С8, С9 Формируют мембраноатакующий комплекс Рис. 1. Схема путей активации системы комплемента. П р и м е ч а н и е: В скобках указаны субъединицы, которые образуются на данном этапе и запускают следующие реакции, а жирным выделены постоянно присутствующие в жидких средах организма компоненты системы комплемента. Альтернативный путь является самым мощным гуморальным механизмом защиты у низкоорганизованных многоклеточных животных, а у позвоночных эту функцию с бόльшей эффективностью выполняет классический путь, в основе которого лежит специфичная защита животного. В то же время, альтернативный путь активируется сразу после попадания патогена в организм, а классический путь - лишь после накопления в 24 нем значительного количества антител. Следовательно, у позвоночных животных, альтернативный путь необходим для быстрой неспецифической, а классический - поздней специфической защиты. Кроме того, активация классического пути предотвращает осаждение иммунных комплексов на собственных нормальных клетках, а альтернативного пути - способствует их растворению и удалению иммунокомпетентными клетками из крови и других тканей. Этим система комплемента предотвращает повреждение иммунными комплексами собственных здоровых клеток. Общий путь активации системы комплемента начинается с расщепления конвертазами С3 и связывания С8 с подлежащей разрушению мембраны. Из С3 образуются С3b, который является мощнейшим опсонином. Он связывается с чужеродным фактором и этим увеличивает его размеры, что облегчает фагоцитоз образующегося комплекса. Конвертазы и С8 вызывают медленное разрушение мембраны бактериальной клетки, а после присоединения к ним С5b, С6, С7 и С9 образуется мембрано-атакующий комплекс, который в виде полого цилиндра встраивается в клеточную мембрану. Образовавшийся при этом канал нарушает ее проницаемость и клетка погибает. В ходе реакций общего пути системы комплемента также образуются активаторы воспаления, фагоцитоза и аллергических реакций. Например, С3а, С4а и С5а вызывают хемотаксис нейтрофилов из крови к месту повреждения, способствуют образованию в фагоцитах метаболитов кислорода, а также индуцируют выделение тучными клетками и базофилами содержимого гранул. В дополнение к этому, компоненты С3 регулируют специфическую регенерацию долгоживущих B-клеток, продукцию антител к тимусзависимым антигенам, а также взаимодействие лимфоцитов друг с другом и с макрофагами. 25 Таким образом, активация системы комплемента может вызвать лизис чужеродных клеток, усиление фагоцитоза, развитие воспаления, а также регулировать активность лимфоцитов. Полный набор компонентов комплемента в организме животного наблюдается не всегда. Например, при дефиците С1 и С2 сыворотка утрачивает свою бактерицидность. У собак и кошек нет С2 компонента, а у британских спаниелей часто наблюдается еще и низкий уровень С3. Поэтому данная порода собак наиболее чувствительна к инфекциям. Наряду с системой комплемента, в жидких средах высокоорганизованного организма имеются и другие антибактериальные вещества. Лизоцим (мурамидаза) - муколитический фермент, секретируемый в основном макрофагами, а также выделяющийся при разрушении гранулоцитов (до их разрушения лизоцим оказывает внутриклеточное действие на фагоцитированные структуры) и тромбоцитов. Лизоцим разрушает погибшие собственные клетки и даже живые, но преимущественно грамположительные, бактерии. Он гидролизует муреин, являющийся важным компонентом всех бактериальных стенок. Однако на грамотрицательные бактерии лизоцим действует только после активации системы комплемента в присутствии антител. Дело в том, что у этих патогенов муреин закрыт липопротеиновой оболочкой. На ней, в местах связывания антител, комплемент образует отверстия, через которые лизоцим проникает к муреину и разрушает его. Наряду с плазмой крови и межклеточными жидкостями, лизоцим присутствует в практически всех внешних секретах (например, в пищеварительных соках, слезной жидкости, сперме, моче, молозиве и молоке). Благодаря этому, он усиливает фагоцитоз и активность комплекса IgA с С3 фракцией комплемента на слизистых оболочках и коже. Данные эффекты лизоцима повышают бактерицидность покровов тела, а также облегчают 26 удаление с них вместе с внешними секретами патогенных факторов и собственных погибших клеток. Лактоферрин - белок (синтезируется гранулоцитами), конкурирующий с бактериями за железо и усиливающий эффекты антител. Его бактериостатическое роль особенно важна в период получения новорожденным с молоком высоких концентраций IgA. Лактопероксидаза - фермент, который в комплексе с тиоционатом и перекисью водорода проявляет бактерицидное действие. Он обнаружен в слюне животных уже в первые месяцы жизни, активен при рН от 3,0 до 7,0 и устойчив к действию пищеварительных ферментов. Сиалин нейтрализует преимущественно кислые продукты жизнедеятельности микрофлоры в полостях (например, в ротовой полости препятствуют образованию зубных бляшек и благодаря этому обладает сильным противокариозным действием). В крови животных присутствуют также естественные или природные антитела. Они, как правило, являются низкоаффинными и полиспецифичными иммуноглобулинами, способными связывать наиболее часто встречающиеся антигены (например, полисахариды бактериальных оболочек) и вызывать при этом выработку высокоспецифичных антител. Примером взаимодействия клеточных и гуморальных механизмов неспецифической защиты является воспаление. Это нормальная, универсальная, преимущественно неспецифическая, генетически предопределенная защитная реакция, ограничивающая развитие повреждения, а также способствующая восстановлению или рубцеванию повреждённой ткани. Воспаление протекает преимущественно в месте повреждения. Однако продукты повреждения и другие участники воспалительной реакции могут накапливаться в крови и вызывать системный воспалительный ответ, который уже не защищает организм (что характерно для местного процесса), а усугубляет течение заболевания. 27 У позвоночных животных воспаление развивается сразу после тканевой альтерации (повреждения), вызывающей реакцию стромальных клеток, эндотелия микрососудов (особенно венул), мигрирующих в очаг воспаления лейкоцитов, а также белковых систем плазмы крови. Всё это приводит к скоплению в месте повреждения клеток и веществ, очищающих очаг воспаления от последствий повреждения тканей и обеспечивающих восстановительные процессы. Клеточные и гуморальные факторы неспецифической защиты всегда участвуют в реакциях воспаления, а антитела и лимфоциты обязательны лишь при наличии в очаге повреждения чужеродных антигенов. Согласованное вовлечение в развитие воспаления значительного количества клеток, веществ, органов и тканей обеспечивается сложными механизмами регуляции. Центральное место среди них занимают гуморальные факторы естественного иммунитета, которые часто называют медиаторами воспаления. Они образуются в результате активации различных систем крови и тканей, а затем накапливаются в месте повреждения. Это сопровождается реакцией сосудов (расширением капилляров и венул, а также увеличением их проницаемости для других биологически активных веществ и клеток, что способствуют формированию отека), миграцией лейкоцитов, активацией системы комплемента и синтезом эйкозаноидов, а также расщеплением фибрина (это необходимо для успешного заживления ран). Медиаторы воспаления делятся на первичные и вторичные. Первичные медиаторы (гистамин, цитокины и др.) выделяются макрофагами в месте повреждения сразу после действия патогенов. Гистамин расширяет капилляры и повышает их проницаемость, вызывает формирование отека в коже и слизистых оболочках, стимулирует хемотаксис и может привести к спазму бронхов. Гепарин, освобождающийся из тучных клеток, наряду с антисвертывающим действием, усиливает и фагоцитар- 28 ную реакцию. Эйкозаноиды - это биологически активные производные полиненасыщенных жирных кислот (основную долю эйкозаноидов составляют производные арахидоновой кислоты). К ним относятся: простагландины (синтезируются практически во всех клетках позвоночных животных), тромбоксаны (преимущественно образуются в тромбоцитах), и лейкотриены (вырабатываются тучными клетками, базофилами, нейтрофилами, лимфоцитами и моноцитами). Они образуются из мембранных фосфолипидов при стимуляции клеток, участвующих в развитии воспаления и преимущественно местно регулируют развитие воспаления. Например, простагландины усиливают отек (за счет вазодилятации и повышения сосудистой проницаемости), потенцируют боль и являются пирогенами, а тромбоксаны сужают сосуды, вызывают агрегацию тромбоцитов с освобождением ферментов и других факторов. Лейкотриены наряду с повышением проницаемости стенок сосудов стимулируют хемотаксис лейкоцитов. Вышеперечисленные медиаторы важны на первых этапах воспаления. В дальнейшем основными медиаторами этого процесса являются цитокины, а непептидные медиаторы лишь дополняют их эффекты. Цитокины секретируются эндотелиоцитами посткапиллярных венул и стромальными клетками, а только затем мигрирующими в очаг воспаления лейкоцитами. Большинство цитокинов участвует в межклеточной передаче сигналов при специфической иммунной защите. Поэтому, в данном разделе рассматриваются только наиболее важные для регуляции развития воспаления цитокины, а основная информация об этой группе биологически активных веществ представлена в разделе «молекулярные основы специфической защиты». Цитокины активируют макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы и другие участвующие в развитии воспаления клетки. 29 Рост уровня в крови цитокинов первой волны развития воспаления (к ним относятся ФНО и ИЛ-1) начинается через 3-6 часов после повреждения тканей, а через 8-15 часов их биосинтез становится максимальным и сохраняется на достигнутом уровне до нескольких суток. Это, как правило, сопровождается такими системными реакциями как гипертермия, а также изменением содержания в крови лейкоцитов и белков острой фазы. При длительных воспалительных процессах в костный мозг мигрируют Т-хелперы и там, секретируя ИЛ-1 и ФНО, стимулируют пролиферацию стволовой кроветворной клетки, но тормозят созревание эритроцитов. Благодаря этому возрастает продукция лейкоцитов необходимых для очистки зон повреждения и их регенерации. Совместное действие ФНО и ИЛ-1 потенцирует секрецию ИЛ-6, который снижает выработку ИЛ-1 и ФНО (это приводит к уменьшению в очаге воспаления продуктов «кислородного взрыва», лизосомальных протеиназ и продуктов повреждения тканей, что способствует восстановлению поврежденных тканей), а также является основным стимулятором продукции вторичных медиаторов воспаления. Вторичные медиаторы воспаления преимущественно синтезируются гепатоцитами после действия на них первичных медиаторов. К данной группе биологически активных веществ относятся белки острой фазы (Среактивный белок, сывороточный амилоидный протеин, антитрипсин, макроглобулин, фибриноген, церулоплазмин, С9 и В компоненты системы комплемента). Эти вещества задолго до развития специфических иммунных реакций (уже через 5-6 часов после повреждения) способствуют укреплению барьерных свойств очага воспаления, предотвращают нежелательные эффекты биологически агрессивных факторов (активных форм кислорода, протеиназ и др.), способствуют восстановлению тканей, регулируют клеточный и гуморальный механизмы иммунитета. 30 Основным белком острой фазы воспаления является С-реактивный белок, а сывороточный амилоидный протеин близок с ним по структуре и действию. Данные белки действуют на стенки бактерий и грибов, в состав которых входит фосфорилхолин. Это активирует систему комплемента и опсонизирует чужеродные клетки. С-реактивный белок также является хемоаттрактантом для нейтрофилов и при связывании с микроорганизмами активирует фагоциты. *** Таким образом, клеточные и гуморальные реакции неспецифической защиты нейтрализуют патоген и распознают наиболее общие для микроорганизмов антигены. На этом этапе отсутствует высокая антигенспецифичность и не создается память о контакте с антигеном, но создаются условия для формирования механизмов специфической защиты. 31 Глава 3. СТРУКТУРА ИММУННОЙ СИСТЕМЫ Постоянный контроль генетического постоянства состава внутренней среды а, в случае обнаружения посторонних антигенов, создание и использование индивидуальных (специфичных) защитных программ, требуют тесного взаимодействия различных органов, тканей и клеток иммунной системы. 3.1. Органы и ткани иммунной системы Различают центральные (красный костный мозг, вилочковая железа и сумка Фабрициуса) и периферические (селезенка, лимфатические узлы, миндалины и лимфоидные фолликулы) структуры иммунной системы. Её центральные отделы преимущественно обеспечивают образование клеток, участвующих в иммунном ответе, а в периферических органах и тканях в основном происходит нейтрализация антигенов. Красный костный мозг служит источником полипотентной стволовой кроветворной клетки, из которой в постнатальном периоде образуются все клетки крови (рис. 2). Стволовая кроветворная клетка Лимфоидная стволовая клетка Миелоидная стволовая клетка Рис. 2. Схема кроветворения в красном костном мозге 32 В-лимфоцит Пре-0-лимфоцит Пре-Т-лимфоцит Промоноцит Моноцитарномакрофагальный росток Базофил Эозинофил Гранулоцитарный росток Нейтрофил Эритроидный росток Эритроцит Тромбоцит Мегакариоцитарный росток Образующаяся из полипотентной стволовой кроветворной клетки миелоидная стволовая клетка дает четыре ростка: мегакариоцитарный, эритроидный, гранулоцитарный и моноцитарно-макрофагальный. После ряда превращений из мегакариоцитарного ростка развиваются тромбоциты, из эритроидного - эритроциты, гранулоцитарного - нейтрофилы, эозинофилы и базофилы, а из моноцитарно-макрофагального - моноциты. Лимфоидная стволовая клетка в красном костном мозге обеспечивает лишь ранние этапы созревания лимфоцитов. После завершения пролиферации и дифференцировки в красном костном мозге, клетки поступают в кровь. Причем, лейкоциты (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, моноциты и лимфоциты) через некоторое время покидают кровеносное русло и расселяются вне его. Часть В-лимфоцитов после контакта с антигеном в периферических лимфоидных органах возвращается в красный костный мозг (или периферические лимфоидные органы) и здесь созревает до плазматических клеток (плазмоцитов). При новом или длительном контакте с тем же антигеном В-клетки обеспечивают эффективную гуморальную защиту животного. Таким образом, наряду с функцией кроветворения, красный костный мозг участвует в развитии реакций В-лимфоцитов на антигены. Тимус (вилочковая железа) является основным источником новых клонов зрелых Т-лимфоцитов. Основу паренхимы вилочковой железы составляют продуцирующие «тимические» гормоны эпителиальные клетки и эпителиальные образования (тимические тельца). Эпителиальные клетки вилочковой железы продуцируют тимические гормоны влияющие паракринным и эндокринным путями на гемопоэз, а также на дифференцировку и активность Т-клеток. Здесь на предшественников Т-лимфоцитов действует тимопоэтин (ускоряет преимущественно пролиферацию клеток), а затем тимозины, которые делают дифференци- 33 рующиеся клетки чувствительными к тимулину, способствующему созреванию Т-клеток в тимусе и вне его. В коре тимуса пре-T-лимфоциты дифференцируются, а затем образующиеся из них субпопуляции проверяются на способность реагировать на собственные молекулы ГКГС (в них заложена информация о своих нормальных антигенах). Активирующиеся при этом клетки уничтожаются (отрицательная селекция), а остальные на поверхности крупных эпителиальных клеток окончательно созревают и скапливаются в мозговом веществе железы вместе с пришедшими туда из крови малыми В-лимфоцитами (необходимы для формирования иммунной памяти). Тимус млекопитающих максимально развит к концу подсосного периода. После этого заполненные тимоцитами эпителиальные клетки железы постепенно замещаются периваскулярными пространствами, фибриллярными структурами и жировой тканью. Однако небольшие дольки функционируют в тимусе и до глубокой старости. Возрастная атрофия железы связана с уменьшением потребности макроорганизма в формировании новых клонов Т-клеток. Дело в том, что большинство уже образованных клонов является долгоживущими, а вероятность встречи особи с новыми антигенами с возрастом уменьшается. Сумка Фабрициуса (бурса) обеспечивает формирование и созревание B-лимфоцитов у птиц. У млекопитающих бурса не обнаружена, а ее функции, вероятно, выполняют: красный костный мозг, лимфоидные ткани в стенках желудочно-кишечного тракта и миндалины. Селезенка в пренатальный период функционирует как орган кроветворения. Затем у большинства млекопитающих (у грызунов он сохраняется всю жизнь) гемопоэз в ней прекращается, но при угнетении красного костного мозга может возобновиться. Функциональной единицей селезенки (рис. 3) являются связанные с одной артериолой красная и белая пульпы. Красная пульпа (состоит из синусов) у большинства взрослых живот- 34 ных выявляет и уничтожает циркулирующие с кровью клетки (например, старые эритроциты), а белая пульпа является местом протекания основных иммунных реакций в селезенке. Рис. 3. Функциональная единица селезенки Она представляет собой лимфоидные фолликулы, состоящие в основном из богатых Т-лимфоцитами периартериальных муфт (тимусзависимая зона) и расположенных ближе к венозному синусу богатых Влимфоцитами тимуснезависимых зон. В этой зоне В-клетки при контакте с антигенами дифференцируются до плазматических клеток и образуют зародышевые центры (или «центры размножения»), а в тимусзависимой зоне Т-клетки становятся Т-лимфобластами. 35 Описанная структура позволяет белой пульпе селезенки очищать кровь от чужеродных частиц, участвовать в выработке антител и обеспечивать развитие иммунного ответа. Лимфатические узлы расположены в месте слияния афферентных лимфатических сосудов и обильно снабжаются кровью. Из нее лимфоциты переходят в паренхиму узлов. При этом в тимуснезависимой зоне коркового вещества оседают преимущественно В-клетки, а в тимусзависимой зоне паракортикального вещества (расположено между корой и мозговым веществом) - Т-клетки (преимущественно T-киллеры). В местах скопления В-клеток формируются первичные фолликулы, которые через 4-5 сут после первого контакта находящихся в них наивных лимфоцитов с антигеном превращаются в зародышевый центр, содержащий В-лимфоциты, макрофаги и дендритные клетки. Повторное или длительное поступление того же антигена в узел вызывают разрастание данного центра и быстрое образованием в нем плазматических клеток. В мозговом веществе узла в небольшом количестве представлены различные лимфоциты, плазмоциты и свободные макрофаги. Притекающая к узлам по афферентным сосудам лимфа представляет собой смесь ультрафильтрата плазмы крови с накопившимися в межклеточных пространствах различных органов и тканей крупными частицами. В силу больших размеров, они не могут перейти через стенку кровеносного сосуда в кровь и вместе с накапливающейся в межклеточных пространствах водой переходят в лимфатические капилляры, которые затем объединяются в афферентные лимфатические сосуды. Через них в лимфатические узлы поступают: собственные поврежденные, или инфицированные клетки, бактерии, вирусы и токсины. Перечисленные частицы фильтруются через корковое и мозговое вещество узлов. Здесь лимфа становится практически стерильной, насыщается лимфоцитами (из тимусзависимой и ти- 36 муснезависмой зон узла) и другими факторами иммунитета, а затем по эфферентным лимфатическим сосудам поступает в кровь. Таким образом, лимфа выполняет дренажную функцию (удаляет из тканей и органов избыток межклеточной жидкости вместе с растворенными в ней крупными частицами) и обеспечивает возвращение лимфоцитов в кровь. Лимфоидные фолликулы и миндалины расположены в области главных «входных ворот» для антигенов, поступающих с кормом, вдыхаемым воздухом и через мочеполовой тракт. Они заселены В-лимфоцитами (при контакте с антигеном обеспечивают преимущественную секрецию IgA), которые вместе с T-лимфоцитами и фагоцитами выходят к ближайшей слизистой оболочке и препятствуют проникновению через нее патогенов. Таким образом, в центральных органах иммунной системы происходит антигеннезависимое созревание, а в периферических - антигензависимая специализация лимфоцитов и протекание их специфических реакций на антиген. 3.2. Клетки иммунной системы В отличие от строго локализованных (неподвижных) органов и тканей иммунной системы, ее клетки присутствуют практически во всех жидких средах организма. Они сами способны приближаться даже к неподвижным чужеродным частицам и приводить к их нейтрализации, а также обеспечивают взаимосвязь всех структур иммунной системы. 3.2.1. Лимфоциты Главными эффекторными клетками иммунной системы являются лимфоциты (иммуноциты). Они после дифференцировки в центральных органах иммунной системы мигрируют в селезенку, лимфатические узлы и лимфоидные фолликулы, а через некоторое время возвращаются в кровь. Такая циркуляция лимфоцитов обеспечивает обнаружение ими антигенов в 37 любых внеклеточных средах организма и способствует своевременному развитию иммунных реакций. Зрелые лимфоциты принято делить на Т-зависимые, В-зависимые и нулевые. Т-лимфоциты образуются в паренхиме тимуса из пре-T-клеток (рис. 4). По мере созревания на Т-клетках появляются характерные для каждой субпопуляции маркеры (обозначаются буквами CD и порядковым номером обнаружения). Например, на поверхности всех T-киллеров и T- супрессоров имеются маркеры CD8, а на Т-хелперах - CD4. Красный костный мозг Пре-Т-клетки Пре-Т-клетки (еще не содержат CD4, CD8 и TCR рецепторов) Пре-Т-клетки Тимус (имеют только неактивные TCR, CD4 и CD8 рецепторы) Пре-Т-клетки (уже имеют активные TCR, но не содержат CD4 и CD8 рецепторов) Субпопуляции Т-киллеров/супрессоров и Т-хелперов/индукторов Субкапсулярный слой Корковый слой Кортико-медулярная зона Медулярный слой (с набором всех присущих им рецепторов) Кровь Субпопуляции Т-лимфоцитов Рис. 4. Локализация процессов созревания Т-лимфоцитов в тимусе. 38 Только что вышедшие из тимуса зрелые лимфоциты называют наивными, так как они не «знакомы» с чужими (отличающимися от молекул ГКГС данной особи) антигенами и не реагируют на собственные. Затем Тклетки мигрируют в периферические лимфоидные ткани и ждут там встречи с ранее не попадавшим в данный организм «чужим» антигеном. Его появление вызывает образование специфичных клонов T-клеток, а оставшиеся наивными T-лимфоциты мигрируют в другие периферические структуры иммунной системы. Сформировавшиеся субпопуляции Т-клеток по их свойствам делятся на киллеры, супрессоры, хелперы и клетки памяти. Т-киллеры (цитотоксические T-лимфоциты или ЦТЛ) созревают при специфическом распознавании (в присутствии T-хелперов первого типа и макрофагов) их предшественниками инфицированных клеток. Затем в области контакта с мишенью зрелые Т-киллеры выделяют цитотоксические лимфокины (перфорины, гранзимы и др.). Перфорины вызывают некроз клетки, а гранзимы дополняют этот процесс разрушением ДНК мишени и находящихся в ней нуклеиновых кислот вирусов. Благодаря этому предотвращается передача содержащейся в уничтожаемых Т-киллерами клетках генетической информации другим клеткам. T-киллеры и T-супрессоры нередко рассматривают как самостоятельные субпопуляции. Но, возможно, одна CD8+ субпопуляция Тлимфоцитов (в зависимости от конкретных условий) может быть как ЦТЛ, так и супрессором. Даже зрелые Т-киллеры могут рассматриваться как супрессоры, если они проявляют свое цитолитическое действие на активных иммунокомпетентных клетках (этот механизм может своевременно прекратить ставшие избыточными иммунные реакции). Предшественники T-хелперов при первой встрече с тимусзависимым антигеном, в зависимости от его вида, дозы и пути введения, а также индивидуальных особенностей животного, превращаются в Т-хелперы клеточ- 39 ного (Т-хелперы первого типа) или гуморального (Т-хелперы второго типа) иммунитета. Все они выделяют цитокины (например, ИЛ-3 и ГМКСМ) влияющие на гемопоэз. В то же время, Т-хелперы первого типа преимущественно выделяют в окружающую их среду цитокины (например, интерферон-γ, ФНО, ИЛ-2 и 12) ускоряющие пролиферацию цитотоксических T-лимфоцитов и стимулирующих макрофаги, а Т-хелперы второго типа секретируют цитокины (например, ИЛ-4, -5, -6, -9, -10 -13) преимущественно стимулирующие пролиферацию и дифференцировку Bлимфоцитов, а также синтез антител разных классов. Выработка перечисленных цитокинов Т-хелперами гуморального иммунитета усиливается при обнаружении ими тимусзависимых антигенов на B-лимфоцитах. Это ускоряет дифференцировку B-клеток до плазмоцитов и переключение синтеза антител на более эффективный изотип. Дополнительно к перечисленному, цитокины Т-хелперов гуморального иммунитета вызывают хемотаксис гранулоцитов в очаг воспаления и активируют тучные клетки. Выработка цитокинов Т-хелперами клеточного иммунитета усиливается при их контакте со специфичной антигенной детерминантой на инфицированном бактериями макрофаге и способствуют очищению фагоцитов от микроорганизмов. В то же время, Т-хелперы гуморального или клеточного иммунитета оказывают супрессорное влияние друг на друга, а одновременная активация T-хелперов двух типов - тормозит все варианты иммунного ответа. В связи с этим существует мнение, что среди иммуноцитов специальных популяций супрессоров может и не быть, но в определенных условиях проявляются супрессорные эффекты двух типов хелперов и цитотоксических лимфоцитов. 40 У взрослых млекопитающих основные этапы дифференцировки Bлимфоцитов происходят в красном костном мозге (рис. 5). Непосредственное их развитие начинается образованием ранней про-B-клетки. Стволовая кроветворная клетка Лимфоидная мультипотентная родоначальная клетка Ранняя про-В-клетка Красный костный мозг (чувствительна к микроокружению создаваемому стромальными клетками костного мозга) Поздняя про-В-клетка (имеет на своей поверхности чувствительные к ИЛ-7 рецепторы) Пре-В-клетка (имеет на своей поверхности чувствительные к ИЛ-7 рецепторы) Незрелая В-клетка (имеет на поверхности IgM, но еще нет IgD) Кровь Незрелая В-клетка Рис. 5. Последовательность образования В-лимфоцитов в красном костном мозге Затем, в присутствии цитокинов (в первую очередь ИЛ-7) последовательно образуются поздняя про-B-клетка, пре-B-клетка и незрелый B- 41 лимфоцит, на поверхности которого появляется рецептор, содержащий первый иммуноглобулин класса M. После этого лимфоциты подвергаются селекции, в ходе которой разрушаются клетки, реагирующие на собственными нормальные антигены. Остальные еще наивные (то есть еще не знакомые с чужим антигеном) В-лимфоциты поступают в кровь, а затем заселяют тимуснезависимые зоны периферических лимфоидных органов. Здесь клетки ожидают встречи с новым антигеном. Если этого не происходит, они через определенное время рециркулируют и оседают в других лимфоидных образованиях. Встретившийся с антигеном B-лимфоцит (под влиянием вырабатываемых моноцитами, макрофагами и T-хелперами гуморального иммунитета цитокинов) активируется и созревает (на нем появляется IgD и могут присутствовать другие специфичные к тому же антигену классы иммуноглобулинов). Затем он дифференцируется (рис. 6) до плазмоцитов (служат основным источником антител) и долгоживущих B-лимфоцитов, которые до повторного контакта с тем же антигеном выполняют функцию клеток памяти, а при очередной специфической стимуляции (уже знакомым антигеном) обеспечивают более быстрый и эффективный иммунный ответ. Зрелый В-лимфоцит способен реагировать на антигены, иммуноглобулины, компоненты комплемента, цитокины, T-лимфоциты и макрофаги. Некоторые антигены (например, полисахариды бактерий) являются тимуснезависимыми. Их высокие концентрации вызывают пролиферацию и дифференцировку даже неспецифичных B-клеток, а в малых концентрациях стимулируют лишь специфичные клоны. Такие реакции быстро развиваются, не требуют присутствия Т-хелперов второго типа, не обеспечивают формирования иммунной памяти и ограничены продукцией лишь низкоафинных IgM. 42 Кровь Наивный В-лимфоцит Антиген Лимфа Наивный В-лимфоцит (имеет на поверхности IgM но еще нет IgD) Лимфоидное образование (кроме тимуса) Зрелый В-лимфоцит (имеет на поверхности IgM и IgD) Иммунный малый В-лимфоцит (клетка памяти) В-лимфобласт Плазмобласт Плазматическая клетка (плазмоцит) Антитела (иммуноглобулины) Рис. 6. Этапы дифференцировки В-лимфоцитов после первой встречи с тимусзависимым антигеном Подобные реакции в отсутствии Т-клеток вызывают и тимусзависимые антигены. Однако в лимфоидной ткани при образовании комплекса Влимфоцитов с тимусзависимым антигеном и Т-хелперами гуморального иммунитета, часть клона В-лимфоцитов перемещается в зародышевый центр (под действием выделяемого Т-клетками ИЛ-4). Здесь под действием ИЛ-5 и ИЛ-6 (также выделяются Т-хелперами второго типа) В-клетки 43 пролиферируют и дифференцируются до плазмоцитов, которые затем переключаются на синтез более эффективных классов антител. Иммунный ответ на впервые обнаруженный тимусзависимый антиген формирует клоны, вырабатывающие разные по афинности антитела. Поэтому, образующиеся в зародышевых центрах В-бласты, при участии дендритных клеток подвергаются селекции по афинности (рис. 7). В ходе ее уничтожаются продуценты низкоафинных иммуноглобулинов, а клоны, секретирующие высокоафинные IgG, сохраняются, пролиферируют и дифференцируются. Часть таких клеток (при участии Т-хелперов) становится клетками памяти, которые быстро возобновляют секрецию тех же антител при новом контакте с антигеном. Тимусзависимый антиген Наивный В-лимфоцит Тимусзависимый антиген Наивный В-лимфоцит Зрелые В-лимфоциты Т-хелпер В-бласты Зрелые В-лимфоциты В-бласты Т-хелпер В-бласт + Дендритные клетки В-бласт Т-хелпер - Дендритные клетки Апоптоз Плазматические клетки (Пролиферируют и способны продуцировать IgG c наиболее высокой аффинностью) А В-клетки памяти Б Рис.7. Схема селекции клеток по афинности вырабатываемых ими антител: А - с низкой афинностью и Б - с высокой афинностью. Условные обозначения: + - положительная селекция, - - отрицательная селекция. При первом контакте с тимусзависимым антигеном наблюдается первичный иммунный ответ. 44 Его можно разделить на 4 стадии (рис. 8). На первой стадии (занимает 3-4 сут после первого контакта с антигеном), антитела к соответствующему антигену отсутствуют. На второй стадии появляются IgM, и спустя 7-14 сут после контакта с антигеном - IgG. На третьей стадии уровень антител остается относительно постоянным, а на четвертой стадии (может растягиваться на месяцы) наблюдается постепенное снижение уровня антител. Рис. 8. Кинетика изменения концентрации IgM и IgG в плазме крови при первичном и вторичном иммунных ответах на один и тот же тимусзависимый антиген При следующей встрече или продолжительном контакте с тем же антигеном (вторичный иммунный ответ) выработка IgM близка к ответу при первичном иммунном ответе. В то же время, концентрация IgG нарастает быстрее, достигает бόльших величин и медленнее снижается. 45 Таким образом, важным результатом иммунного ответа является формирование клеток памяти. Под ними в последнее время подразумеваются те долгоживущие предшественники наиболее мощных эффекторных Т- и В-лимфоцитов, которые сформировались в ходе развития предыдущей иммунной реакции на тот же тимусзависимый антиген. При вторичном иммунном ответе, часть ранее возникших клеток служит источником новых эффекторных клеток, а часть сохраняется для обеспечения последующих ответов. Нулевые лимфоциты несколько крупнее B- и T-лимфоцитов, имеют бобовидное ядро, в их цитоплазме много азурофильных гранул. Поэтому их часто называют большими гранулярными лимфоцитами. По своим функциям нулевые клетки отличаются от B- и T-лимфоцитов тем, что не распознают антиген и не образуют клетки памяти. Однако после миграции в периферические лимфоидные структуры нулевые лимфоциты могут созревать до Т- и В-клеток. Сами 0-лимфоциты благодаря наличию на их поверхности рецепторов к наиболее общим фрагментам иммуноглобулина, могут оказывать цитотоксическое действие на клетки, поверхность которых покрыта антителами. Следовательно, нулевые лимфоциты преимущественно участвуют в неспецифических, а Т- и В-клетки – антигенспецифических механизмах защиты. 3.2.2. Антигенпредставляющие клетки Если В-клетки чувствительны только к растворенным (нативным) специфическим антигенам, то Т-лимфоциты реагируют лишь на комплексы определенных антигенных детерминант с молекулами ГКГС на поверхности антигенпредставляющих (антигенпрезентирующих) клеток. 46 Главной их особенностью (рис. 9) является способность поглощать вирусы, бактерии и чужеродные белки, а затем в ходе внутриклеточного переваривания выделять из них наиболее иммуногенные пептиды и размещать их на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГС. Проникновение вируса в АПК Разрушение вирусных белков в цитозоле АПК ферментами протеосомы Транспортировка образовавшихся пептидов в эндоплазматический ретикулум Встреча и взаимодействие транспортируемых пептидов с молекулами I класса МНС Рис. 9 а. Этапы превращений вирусов в антигенпредставляющих клетках. Транспорт комплекса молекул I класса МНС с иммуногенным пептидом через комплекс Гольджи к плазматической мембране Экспрессия вирусного пептида в комплексе с молекулой I класса МНС на поверхности АПК Это специфически влияет на субпопуляции T-лимфоцитов и обеспечивает поддержание памяти об антигене. Функции презентации антигена выполняют макрофаги, целая группа дендритных клеток, B-лимфоциты, а также некоторые эндотелиальные, глиальные и другие клетки. Макрофаги, даже при незавершенном фагоцитозе, размещаются на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГС II класса наиболее 47 иммуногенные фрагменты фагоцитированных структур. Это позволяет лимфоцитам обнаруживать и «атаковать» инфицированные фагоциты. Поглощение бактерий или их белков фагоцитирующей АПК Разрушение бактериальных белков до пептидов в фаголизосомах Слияние фаголизосомы с вакуолью, содержащей молекулы II класса МНС Встреча и взаимодействие в фаголизосоме бактериальных пептидов с молекулами II класса МНС Рис. 9 б .Этапы превращений бактериальных белков в антигенпредставляющих клетках. Транспорт к плазматической мембране секреторной вакуоли с комплексом молекула II класса МНС+иммуногенный пептид Экспрессия бактериального пептида в комплексе с молекулой II класса МНС на поверхности АПК Дендритные клетки в строме лимфоидных органов поглощают белки и вирусные частицы, поступившие по афферентным сосудам с лимфой, а затем экспрессируют на своей поверхности их иммуногенные фрагменты. Это способствует дифференцировке окружающих дендритные клетки наивных T-лимфоцитов до зрелых Т-хелперов первого или второго типа и поддерживает иммунологическую память. Дендритные клетки тимуса активируют селекцию клонов Tлимфоцитов. Клетки Лангерганса связывают проникающий через кожу антиген и с ним мигрируют в лимфатические узлы. Здесь клетки Лангерганса становятся зрелыми дендритными клетками, завершают обработку антигена и также размещают его на своей поверхности. 48 Дендритные клетки слизистых оболочек взаимодействуют с антигенами в лимфоидных фолликулах, а образовавшийся на них комплекс антигена с молекулой ГКГС активирует T-хелперы (преимущественно второго типа) и ускоряет образование плазмоцитов. B-лимфоциты выполняют функцию антигенпредставляющих клеток при контакте с нативными бактериальными эндотоксинами и другими чужеродными белками в наружных слоях коры лимфоидных органов. Здесь B-клетки поглощают антиген, а затем размещают его фрагмент в комплексе с молекулой ГКГС на своей поверхности. 49 Глава 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ Клеточные механизмы специфической защиты существенно дополняются способностью иммунокомпетентных клеток реагировать на вырабатываемые ими же или другими иммунокомпетентными клетками химические вещества (цитокины), а также продуцировать антитела. 4.1. Цитокины Цитокины являются небольшими белками, участвующими в межклеточной передаче сигналов. Они регулируют пролиферацию и дифференцировку иммунокомпетентных клеток, хемотаксис, экспрессию антигенов и маркеров, переключение синтеза иммуноглобулинов на другие классы, цитотоксичность макрофагов и формирование очага воспаления. Для цитокинов наиболее характерны (В.А.Черешнев, 2004): - зависимость биосинтеза от функционального состояния секретирующих их клеток; - условность действия на клетки-мишени (влияние на одну и ту же структуру, может различаться); - локальность действия; - тотальность и полифункциональность действия на различные типы клеток; - кооперативность действия (влияние на мишени осуществляется во взаимодействии с другими регуляторными факторами); - избыточность действия (большинство цитокинов дублируют друг друга, поэтому отсутствие одного из них, как правило, не приводит к фатальным последствиям); - тотальность и избирательность выработки (продуцируются многими клетками организма, но наиболее интенсивно - хелперами и макрофагами). 50 Цитокины по преимущественным эффектам и месту выработки делят на лимфокины, интерлейкины (ИЛ), колониестимулирующие факторы (КСФ), факторы роста (ФР), интерфероны, факторы некроза опухоли (ФНО) и др. К лимфокинам относят цитокины, которые синтезируются лимфоцитами. Они преимущественно регулируют гемопоэз, а также пролиферацию и дифференцировку клеток иммунной системы. Интерлейкинами называются цитокины, синтезируемые, в основном, Т-лимфоцитами. К наиболее изученным цитокинам относятся: Интерлейкин-1 вырабатывается лимфоцитами и антигенпредставляющих клеток в присутствии компонентов бактериальной стенки, а также появляющихся при воспалении цитокинов. Даже при кратковременном увеличении его концентрации в крови, ИЛ-1 успевает стимулировать продукцию ИЛ-6 (важнейший медиатор острой фазы воспаления) и ИЛ-8 (хемокин), а также подействовать на гипоталамус (снижает аппетит и повышает температуру тела), гепатоциты, красный костный мозг и обмен веществ в различных тканях (уменьшает безжировую массу тела). Местное действие ИЛ-1 сопровождается расширением артериол, повышением проницаемости капилляров, гиперемией, нарастанием отека, хемотаксисом лейкоцитов и, в конечном итоге, клеточной инфильтрацией тканей в области повреждения. Чувствительные к ИЛ-1 клетки есть практически во всех системах организма, но в первую очередь на ИЛ-1 реагируют: - T-хелперы - быстро мигрируют в зону локализации патогена и аутокринно регулируют собственную пролиферацию. - наивные B-лимфоциты - становятся более чувствительными к ИЛ-2 и антигену на антигенпредставляющих клетках, а зрелые B-клетки - усиленно пролиферируют. - нейтрофилы - усиливают хемотаксис, дегрануляцию и вызывают «кислородный взрыв». 51 - макрофаги – наряду с характерными для нейтрофилов реакциями, вырабатывают ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНО, а также увеличивают экспрессию антигена с молекулами ГКГС. - NК-клетки – становятся наиболее цитотоксичными и чувствительными к ИЛ-2, а также начинают сами продуцировать ИЛ-2 и интерферон-γ. - базофилы и тучные клетки - выделяют содержимое своих гранул. - фибробласты – пролиферируют, а также индуцируют синтез коллагена, ИЛ-6, КСФ и интерферон-β. - клетки эндотелия - пролиферируют (ускоряется рост кровеносных сосудов в зонах повреждения), изменяют экспрессию эндотелиальных антигенов, усиливают адгезивность к другим клеткам - гепатоциты - снижают синтез альбумина, но усиливают выработку белков острой фазы воспаления. - клетки красного костного мозга - усиливают гемопоэз. - клетки мозга - усиливают пролиферацию клеток нейроглии, а также продукцию ПГЕ2 и АКТГ. - опухолевые клетки - подвергаются некрозу и апоптозу. Конечными эффектами ИЛ-1 являются: активация опсонинов системы комплемента, усиление фагоцитоза, подавление размножения бактерий и вирусов (гипертермией), а также активация лимфоцитов. Синергистом большинства перечисленных эффектов ИЛ-1 является ФНО. Интерлейкин-2 - продуцируется T-хелперами и ЦТЛ в присутствии антигена на антигенпредставляющих клетках и ряда других (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО и интерферон) цитокинов. Интерлейкин-2 активирует натуральные киллеры и T-клетки, стимулирует рост B-клеток и выработку ими антител, а также может являться фактором роста T-лимфоцитов и повышать в красном костном мозге их чувствительность к другим цитокинам. 52 Таким образом, ИЛ-2 стимулирует пролиферацию лимфоцитов и активирует их борьбу с патогенами. Интерлейкин-3 вырабатывается активированными Т-хелперами и макрофагами, а также ЦТЛ и тимоцитами. Он приводит к созреванию лимфоцитов, тучных клеток и базофилов, а вместе с ГМ-КСФ - предшественников макрофагов. Поэтому ИЛ-3 называют ростовым и дифференцирующим фактором для всех кроветворных ростков. Интерлейкин-4 отличается от других цитокинов видовой специфичностью. Он, вырабатывается стимулированными хелперами, тучными клетками и стромой красного костного мозга. ИЛ-4 ускоряет пролиферацию и дифференцировку макрофагов, тучных клеток, активных лимфоцитов и секрецию B-клетками IgE. Он также усиливает экспрессию на макрофагах антигенов и рецептора для IgG. В присутствии Г-КСФ, ИЛ-4 обеспечивает быстрое размножение клеток гранулоцитарного и моноцитарного ростков, с эритропоэтином - эритроидных предшественников, а с ИЛ-1 - мегакариоцитарного пути. Перечисленные свойства, позволяют называть ИЛ-4 гемопоэтином, а также фактором роста и дифференцировки полипотентной стволовой кроветворной клетки и B-лимфоцитов. Интерлейкин-5 в основном вырабатывается активированными Tхелперами и действует на стимулированные тем же антигеном лимфоциты. B-клетки при этом становятся более чувствительными к ИЛ-2 и продуцируют иммуноглобулины (особенностью ИЛ-5 является способность стимулировать выработку IgA). ИЛ-5 также усиливает пролиферацию предшественников эозинофилов и продукцию активных метаболитов кислорода зрелыми эозинофилами. При одновременном действии ИЛ-2 и ИЛ-5 T-клетки становятся способны созревать до ЦТЛ. 53 Интерлейкин-6 одним из первых участвует в развитии иммунного ответа и воспаления. Он вырабатывается активными хелперами, макрофагами, фибробластами, эндотелиоцитами и кератиноцитами. При этом стимулируется пролиферация эндотелиоцитов, гепатоцитов, кератиноцитов, пролиферация и дифференцировка остеобластов, рост нервов и синтез коллагена фибробластами. Он также подготавливает пролиферацию Tлимфоцитов в ответ на антиген и усиливает продукцию ИЛ-2 активными хелперами. При вирусной инфекции, ИЛ-6 усиливает экспрессию антигена, способствуя продукции ЦТЛ и повышая чувствительность к ним зараженных клеток. ИЛ-6 также (вместе с ИЛ-4) стимулирует образование плазмоцитов и синтез белков острой фазы воспаления в печени. Конечными результатами выработки ИЛ-6 являются: активация системы комплемента, усиление фагоцитоза, подавление размножения бактерий и вирусов, а также усиление специфического иммунного ответа. При действии на гипоталамус, ИЛ-6 способствует развитию лихорадки и секреции АКТГ, а также завершению воспалительных реакций. Интерлейкин-7 продуцируется стромой красного костного мозга и стимулирует развитие пре B- и T-клеток. Интерлейкин-8 (хемокин) секретируется макрофагами, фибробластами и кератиноцитами под действием бактериальных эндотоксинов и цитокинов (главным образом ФНО и ИЛ-1). Он стимулирует пролиферацию кератиноцитов, гладкомышечных клеток и эндотелиоцитов, а также активирует хемотаксис моноцитов и нейтрофилов в очаг воспаления и выход ферментов из нейтрофилов. Это происходит в связи с повышением силы связывания циркулирующих клеток с эндотелием сосудов (ФНО способствует лишь замедлению движения лейкоцитов с кровью, а ИЛ-8 останавливает их). При эндокринном влиянии ИЛ-8 вызывает гипертермию. 54 Интерлейкин-9 (продуцируется T-хелперами и тучными клетками) стимулирует эритропоэз, пролиферацию тучных клеток и активированных T-клеток. Интерлейкин-10 вырабатывается T-хелперами клеточного иммунитета, моноцитами и ЦТЛ. Он подавляет синтез цитокинов T-хелперами гуморального иммунитета, пролиферацию T- и B-лимфоцитов, активность макрофагов, экспрессию молекул II класса ГКГС с антигенами, а также синтез IgM и IgA. Интерлейкин-11 (выделяется стромальными клетками красного костного мозга и фибробластами) стимулирует гемопоэз (особенно тромбоцитопоэз), пролиферацию предшественников лимфоцитов и клеток, участвующих в развитии воспаления. Интерлейкин-12 (вырабатывается B-клетками, активированными макрофагами и захватившими патогены дендритными клетками) индуцирует образование T-клеток гуморального иммунитета, выработку антител и белков острой фазы воспаления, а также вместе с интерферон-α и -β активирует NK-клетки, а вместе с ФНО обеспечивает выработку этими клетками интерферон-γ. Интерлейкин-13 (продуцируется активированными T-хелперами гуморального иммунитета) стимулирует пролиферацию B-клеток и презентацию ими антигена. Интерлейкин-14 (вырабатывается T-лимфоцитами) способствует образованию зрелых долгоживущих эффекторных B-клеток и их устойчивости к апоптозу. Интерлейкин-15 (продуцируется макрофагами) стимулирует пролиферацию T-клеток, дифференцировку ЦТЛ и NK-клеток. Факторы некроза опухоли (ФНО) синтезируются активированными макрофагами и NК-клетками в очаге инфицирования. Это вызывает местное увеличение диаметра сосудов, обеспечивает синтез на их эндоте- 55 лии адгезивных молекул (селектинов), стимулирует пролиферацию лимфоцитов, эндотелиоцитов, фибробластов и синтез ими коллагена, потенцирует дифференцировку остеокластов и активирует фагоциты. Наряду с перечисленными свойствами, ФНО при кратковременном попадании в системный кровоток стимулирует продукцию ИЛ-6 (один из важнейших медиатором острой фазы воспаления). Основное значение ФНО заключается в его способности формировать очаг воспаления и (в присутствии интерферона) лизировать опухолевые клетки на ранней стадии их развития. Быстрый рост уровня в крови ФНО и ИЛ-1 (начинается через 3-6 часов после повреждения тканей, а через 8-15 часов их биосинтез становится максимальным и сохраняется на этом уровне несколько суток), как правило, сопровождается и системными реакциями (гипертермия, изменения содержания в крови лейкоцитов и белков острой фазы). При длительных воспалительных процессах в костный мозг могут мигрировать Т-хелперы, а там продуцировать ИЛ-1 и ФНО. Они стимулируют пролиферацию стволовой кроветворной клетки, но тормозят созревание эритроцитов. Благодаря этому резко возрастает продукция клеток необходимых для очистки зон повреждения и их регенерации. Таким образом, ФНО и ИЛ-1 являются цитокинами первой волны развития воспаления. Они потенцируют секрецию макрофагами и некоторыми другими клетками ИЛ-6, который снижает выработку ИЛ-1 и ФНО (это уменьшает в очаге воспаления концентрацию продуктов «кислородного взрыва», лизосомальных протеиназ и продуктов повреждения тканей, что способствует восстановлению поврежденных тканей), а также является основным стимулятором продукции вторичных медиаторов воспаления. 56 Колониестимулирующие факторы (КСФ) представлены цитокинами, преимущественно стимулирующими гемопоэз. Они вырабатываются стромой красного костного мозга, макрофагами и T-клетками. Например, Г-КСФ ускоряет дифференцировку, а ГМ-КСФ как рост, так и дифференцировку моноцитов. М-КСФ стимулирует рост и дифференцировку всех гранулоцитов, а ГМ-КСМ и Г-КСФ способствуют развитию нейтрофильного лейкоцитоза. Кроме того, для всех КСФ характерен синергизм с ИЛ-3 и другими стимуляторами гемопоэза. Лимфотоксины (вырабатываются T-лимфоцитами) стимулируют лизис клеток-мишеней, активируют нейтрофилы и эндотелиальные клетки, повышают проницаемость капилляров. MIP-1b (вырабатывается макрофагами, нейтрофилами и эндотелиоцитами) активирует миграцию CD8 T-клеток и нейтрофилов в очаг воспаления. MCAF (вырабатывается макрофагами, фибробластами и кератиноцитами) - один из наиболее мощных активаторов миграции моноцитов. РВР/b-TG – (выделяется тромбоцитами) активирует миграцию и дегрануляцию нейтрофилов. Интерфероны - семейство цитокинов, обладающих высокой противовирусной активностью в организмах рыб, птиц, рептилий и млекопитающих. По антигенным свойствам наиболее изученные интерфероны делят на интерферон- (вырабатывается вирусинфицированными лейкоцитами и макрофагами), интерферон- (вырабатывается фибробластами и многими другими клетками стромы) и интерферон- (вырабатывается T-хелперами, ЦТЛ и NК-клетками при развитии иммунного ответа). В последнее время у жвачных животных (у других животных не обнаружен) выделен интерферон-тау, но его функции недостаточно изучены. 57 Все интерфероны на ранней стадии инфекции подавляют синтез белка и репликацию ДНК в вирусинфицированных клетках, активируют разрушение этих клеток натуральными киллерами и, связываясь с мембранами незараженных клеток, обеспечивают образование барьера из устойчивых к большинству вирусов здоровых клеток вокруг очага инфекции. Наряду с противовирусным действием, интерферон тормозит гемопоэз, модулируют иммунный и воспалительный ответы, а также регулируют пролиферацию и дифференцировку клеток. Для всех видов интерферона характерен синергизм, но интерфероны -α и -β обеспечивают наиболее быстрые (обнаруживаются в крови через 1 час после попадания вируса в организм, а наибольшая их концентрация достигается через 4-8 часов) и выраженные противовирусные, а также антипролиферативные эффекты. Кроме того, интерферон-α сильнее других интерферонов стимулирует NК-клетки. Интерферон-γ нарушает размножение вирусов, способствует презентации вирусных антигенов инфицированными клетками и активированными фагоцитами T-киллерам и T-хелперам клеточного иммунитета, а также ускоряет миграцию макрофагов к месту проникновения вируса. Следовательно, интерферон- защищает организм, используя взаимосвязь естественного и адаптивного иммунитета, а другие интерфероны используют для борьбы с вирусами лишь неспецифические механизмы иммунной защиты. Одной из характерных особенностей всех разновидностей интерферонов является их видовая специфичность, но у близкородственных видов она может не проявляться. Таким образом, цитокины являются важнейшими факторами гуморальной регуляции неспецифической защиты. 58 4.2. Гуморальные факторы специфической защиты Гуморальные механизмы специфического иммунитета обеспечиваются антителами и трансфер факторами. Именно эти вещества способны даже вдали от выработавшей их клетки вызывать эффекты необходимые для предотвращения изменений генетического гомеостаза макроорганизма. 4.2.1. Антитела Организм реагирует на чужеродные антигены синтезом антител или иммуноглобулинов. Они синтезируются плазмоцитами и их предшественниками - Bлимфоцитами. Если одна B-клетка способна синтезировать за час до 500 молекул иммуноглобулинов, то после ее превращения в плазмоцит синтез возрастает в тысячи раз. После созревания, иммуноглобулины поступают в окружающую клетку среду (свободные иммуноглобулины) или остаются на поверхности клетки (связанные с мембраной иммуноглобулины). Свободные иммуноглобулины за пределами выработавшей их клетки обеспечивают обезвреживание антигенов (гуморальный механизм иммунной защиты), а связанные с мембраной – выполняют функции рецептора и при контакте со специфичным антигеном, изменяют активность несущей их иммунокомпетентной клетки. Один мономер антител состоит из соединенных дисульфидными мостиками двух одинаковых легких и двух также сходных по составу тяжелых цепей белка. Тяжелые цепи имеют наиболее высокую молекулярную массу, а легкие – низкую. По форме мономер иммуноглобулина напоминают букву Y (рис. 10), у которой сверху симметрично расположены Nконцевые (вариабельные) участки всех цепей, а в основании - только Сконцевые фрагменты тяжелых цепей (Fc-участок). N-концевые части легких и тяжелых цепей формируют два одинаковых специфичных антигенсвязывающих центра в одном мономере имму- 59 ноглобулина. Такое строение делает каждую молекулу иммуноглобулина двухвалентной. Поэтому она способна одновременно связываться с двумя одинаковыми антигенными детерминантами, а шарнирный участок молекулы (в месте соединения трех плеч иммуноглобулина) позволяет изменять расстояние между ее антигенсвязывающими центрами с учетом удаленности друг от друга повторяющихся антигенов. Рис.10. Двумерное изображение молекулы антитела Условные обозначения: V - вариабельный (N-концевой) участок цепи, C - константный (С-концевой) участок цепи, -S-S- - дисульфидные связи. Образующиеся в организме антитела к одному и тому же антигену могут отличаться друг от друга по строению и свойствам образующегося 60 иммунного комплекса. Поэтому для характеристики иммуноглобулинов определяют их валентность (количество антигенсвязывающих центров), афинность (силу связывания одного центра с антигеном) и авидность (суммарную силу взаимодействий антител с клетками или молекулами). Эффекторные функции антител определяются строением их Fcфрагмента. У одного класса антител его составу относительно постоянен и поэтому данный участок назван константным. Например, его строение у молекул IgG позволяет им проникать через плаценту, в то время как IgM в кровь плода не поступают. Константная область антител также определяет способность разных классов иммуноглобулинов к связыванию компонентов комплемента и взаимодействию с различными собственными (например, макрофагами, тромбоцитами, естественными киллерами, тучными клетками и базофилами) и чужеродными клетками. Это позволяет антителам вызывать опсонизацию, антителозависимую цитотоксичность естественных киллеров, агглютинацию (склеивание) и лизис (растворение) клеток, а также нейтрализацию токсинов, активацию фагоцитов и преципитацию (осаждение) чужеродных частиц. Кроме того, от строения константной области зависит скорость синтеза и распада антител. Нейтрализация бактериальных токсинов (и других чужеродных, в том числе и находящихся вне клеток вирусных частиц), опсонизация бактериальных клеток и активация фагоцитов антителами важны потому, что циркулирующие антитела, при связывании с чужеродными структурами, как правило, снижают их патогенность. Образующиеся, при этом иммунные комплексы связываются с компонентом комплемента С3b, что повышает прилипание антигенов к фагоцитам и активирует фагоцитоз. Такие комплексы могут связываться с эритроцитами приматов и тромбоцитами кролика (возникшие при этом агрегаты фагоцитируются гепатоцитами). 61 Эффективность фагоцитоза низка у тех животных, в крови которых отмечается недостаток С3b или антител. Это свидетельствует о синергизме гуморальных факторов специфической и неспецифической защиты при освобождении макроорганизма от чужеродных структур. Если вариабельная часть антител обеспечивает их антигенспецифичность, то состав константных областей определяет их неспецифические (эффекторные) свойства и является основанием для деления иммуноглобулинов на пять, различающихся по типу тяжелых цепей классов - IgA, IgG, IgM, IgD и IgE. Иммуноглобулины класса А составляют не более 15% всех антител сыворотки крови, но во внешних секретах и на слизистых оболочках IgA большинство. Данный класс иммуноглобулинов обладает относительно слабой бактерицидностью (в малой степени повышает активность фагоцитов и системы комплемента), но облегчает выведение из организма вирусов и бактерий, препятствуя их связыванию с покровами тела. Исключительная важность IgA заключается в том, что они выполняют свои функции там, где мало других факторов специфической защиты. Большая часть мономеров IgA синтезируется в строме желез внешней секреции и слизистых оболочек. Затем IgA секретируются в межклеточную среду и проникают в эпителиоциты. Здесь образуются комплексы, состоящие из двух молекул (димера) IgA и секреторного компонента мембран эпителиальных клеток. Сформировавшая при этом секреторная форма IgA (названа секреторным IgA или sIgA) обладает высокой устойчивостью к агрессивным условиям среды на поверхности эпителиального покрова и в слизи. Именно sIgA является основным видом антител, секретируемых на покровы тела. Его высокие концентрации присутствуют в слюне животных с момента рождения, а также является одним из важнейших защитных компонентов молока и молозива. Это обеспечивает устойчивость ново- 62 рожденных к бактериальным и даже некоторым вирусным (например, герпетическим) поражениям слизистой оболочки пищеварительного тракта. Выработка IgA начинается в областях проникновения в организм через слизистые оболочки антигенов. Часть образующихся при этом лимфоцитов через лимфу выходит в кровь и заселяет другие органы и ткани. Поэтому стимуляция антигенами одного участка тела приводит к появлению соответствующих IgA на всех слизистых оболочках и на коже. Благодаря перечисленным свойствам именно IgA является ведущим фактором специфической защиты организма от проникновения в него через покровы тела чужеродных агентов. Особо следует отметить, что комплексы IgA с антигеном не активируют систему комплемента и поэтому не повреждают собственные слизистые оболочки. IgD в основном, находятся на поверхности лимфоцитов (их содержание в крови составляет не более 1% общего количества антител) и являются там рецепторами для антигенов. Небольшое количество плазматических клеток, секретирующих IgD, локализуются преимущественно в миндалинах и аденоидной ткани. Наряду с функциями рецептора, IgD могут участвовать в дифференцировке иммуноцитов, а также обладают антивирусными свойствами и активируют систему комплемента по классическому пути. IgЕ составляют в плазме крови и межклеточных жидкостях не более 0,02% от общего количества антител в организме. Бόльшая часть IgE синтезируется плазматическими клетками слизистых оболочек и лимфоидных фолликулов. Образование комплекса IgЕ+антиген+IgЕ вызывает секрецию тучными клетками и базофилами содержащихся в их гранулах веществ (гистамин, хемотаксические факторы, компоненты системы комплемента, гепарин), вызывающих хемотаксис макрофагов, эозинофилов и нейтрофи- 63 лов, активирует фагоцитоз бактерий, ускоряет деструкцию гельминтов и обработанных опсонинами чужеродных частиц. Нередко комплексы IgE с антигеном вызывают аллергические реакции и провоцируют рефлексы, направленные на выведение антигена из организма (кашель, чихание, рвота). Основной функцией IgE в здоровом организме, вероятно, является индукция острого воспаления при преодолении антигенами барьера, образованного IgA. IgG является основным иммуноглобулином крови и межклеточной жидкости. Он имеет наименьшую (по сравнению с другими антителами) молекулярную массу и легко распространяется по внеклеточным секторам организма. Именно IgG способны обеспечивать формирование пассивного иммунитета у плода (переходя через плаценту из крови матери к плоду) и новорожденных (всасываясь в их кровь из молозива, поступившего в пищеварительный тракт при кормлении). Данный класс иммуноглобулинов непосредственно нейтрализует токсины и вирусы, является опсонином и вызывает хемотаксис нейтрофилов. При связывании с антигеном сразу двух молекул IgG (для этого необходима высокая концентрация антител) активируется классический путь системы комплемента. Именно IgG в присутствии молекул C3b обеспечивают прочное связывание бактерий с макрофагом, и стимулирует фагоцитоз. Таким образом, IgG является важнейшим специфическим гуморальным фактором вторичного иммунного ответа. Он так же является опсонином и единственным классом антител непосредственно нейтрализующих токсины. Первыми при иммунном ответе образуются IgM (ранние антитела). В организме новорожденных они синтезируются раньше других классов 64 антител, а у взрослых составляют до 10% от всех иммуноглобулинов плазмы крови. В жидких средах организма IgM, как правило, являются пентамерами (состоят из пяти мономеров и поэтому являются десятивалентными). Высокая молекулярная масса IgM ограничивает их прохождение через сосудистую стенку (они выходят за пределы сосуда только под влиянием медиаторов воспаления). Поэтому материнские IgM, как правило, не участвуют в иммунных реакциях в организме плода. Таким образом, к важнейшим особенностям растворенных IgМ относятся: преимущественное нахождение в плазме крови, участие в ранних стадиях иммунного ответа, низкая афинность и наибольшая валентность. Последнее свойство компенсирует низкую афинность антигенсвязывающих центров IgМ в тех случаях, когда на чужеродных структурах часто повторяются антигенные детерминанты (характерно для оболочек грамотрицательных и жгутиковых бактерий, а также для некоторых вирусов). В этом случае, один пентамер IgM специфически взаимодействует с десятью одинаковыми соседними детерминантами патогена, и общая сила связывания становится высокой. IgM не обеспечивают полной нейтрализации токсинов, но активируют систему комплемента по классическому пути. Благодаря этому (IgM не взаимодействуют с фагоцитов) нагруженные данным классом антител бактерии прилипают к фагоцитам. Тимуснезависимые антигены всегда вызывают преимущественную выработку только IgM. Такая же реакция наблюдается при первой встрече с тимусзависимым антигеном, а новый или длительный контакт с ним индуцируют выработку нескольких специфичных классов иммуноглобулинов (М, G и А). Согласно клонально-селекционной теории М.Ф.Бернета, одинаковые виды молекул антител являются продуктом одной клетки, а каждый лимфоцит реагирует лишь на один антиген. Причем клетка, образующая анти- 65 тела, после активации антигеном размножается и возникает клон (множество клеток) от одного предшественника. Поэтому, вызванная антигеном дифференцировка иммуноцитов формирует клоны В-лимфоцитов (из них образуются плазмоциты, синтезирующие антитела той специфичности, на которую запрограммирован их предшественник), секретирующих антитела заданной специфичности и клоны Т-лимфоцитов, осуществляющих клеточные механизмы специфической иммунной защиты. Любой макроорганизм постоянно контактирует с огромным числом антигенов и реагирует на них выработкой множества антител. Кроме того, даже на одну детерминанту сначала вырабатывается несколько клонов клеток обладающих разным сродством к ней. Поэтому первичный иммунный ответ на один антиген всегда является поликлональным. Даже в самом совершенном макроорганизме невозможно постоянное поддержание высокой активности всех возникших в ходе жизни эффекторных клонов лимфоцитов. Поэтому часть их после нейтрализации антигена длительно, в неактивном состоянии, хранится в лимфоидных органах, выполняя функцию клеток памяти. Новый контакт с тем же антигеном вызывает быструю пролиферацию клеток продуцирующих в достаточных количествах все наиболее специфичные к нему классы антител (кроме IgD). Если растворенные иммуноглобулины защищают организм животного, от чужеродных структур непосредственно нейтрализуя антигены, то связанные с цитоплазматическими мембранами антитела входят в состав антигенраспознающих рецепторов иммунокомпетентных клеток. Основными функциями иммуноглобулинов в составе рецепторов на зрелых лимфоцитах является обнаружение специфических антигенов (или их антигенных детерминант) и передача информации об этом внутрь своей клетки. 66 Антигенраспознающие рецепторы B-лимфоцитов (BCR) преимущественно содержат мономер IgM и появляются на заключительном этапе дифференцировки B-лимфоцитов в красном костном мозге. Эти рецепторы, после специфического взаимодействия с нативным (растворенным в жидких средах организма) антигеном, ускоряют дифференцировку клонов B-клеток, а также синтез и секрецию ими антител. Антигенраспознающие рецепторы T-лимфоцитов (TCR) активируются только после специфического взаимодействия с находящимися на поверхности антигенпредставляющих клеток фрагментами антигена в комплексе с молекулами ГКГС. Это приводит к пролиферации и дифференцировке определенных популяций эффекторных Т-лимфоцитов. Таким образом, антигенраспознающие рецепторы обеспечивают обнаружение лимфоцитами специфичных антигенов и запускают иммунный ответ на них. 4.2.2. Трансфер факторы Для создания высокого уровня антител в организме, пролиферирующему клону необходимо несколько суток после контакта с новым антигеном. Однако, в некоторых случаях (особенно у новорожденных, находящихся на естественном вскармливании) иммунная система позвоночных животных успевает обеспечить их защиту от впервые встреченного антигена меньше, чем за 24 часа. Это наблюдается при поступлении в организм животного трансфер факторов или факторов переноса. Эти белки впервые были обнаружены в лейкоцитах и состоят из 44 аминокислот. Трансфер факторы передаются потомству через молозиво и молоко (у млекопитающих), или же через желток яйца (у птиц). Они не имеют видовой специфичности (одни и те же молекулы могут влиять на иммунные реакции у разных видов животных) и сами не действуют на антиген, а лишь «обучают» и «тренируют» незрелые лимфоциты до первой встречи с ним. 67 По основным эффектам и механизмам действия, факторы переноса делят на антигенспецифичные («настраивают» клетки иммунной системы на защиту от определенного антигена до первого контакта с ним), индукторы (обеспечивают общую готовность иммунной системы к быстрому отражению атаки антигенов) и супрессоры (ограничивают борьбу с уже побеждённым антигеном). Их согласованное действие обеспечивает быстрый, но не избыточный специфичный иммунный ответ, который приводит к нейтрализации антигена, но не повреждает собственные ткани организма продуктами деятельности иммунной системы. В лимфоидных тканях, трансфер факторы, содержащие информацию об антигене (их строение зависит от конкретного антигена), связываются с молекулами ГКГС на антигенпредставляющих клетках. Это стимулирует специфическое созревание наивных Т-клеток и делает их активными еще до первой встречи с антигеном. Перечисленные процессы сопровождаются усиленной секрецией ИЛ-2 и ряда других цитокинов. Благодаря этому еще в большей степени активируются Т-лимфоциты, а также растет активность фагоцитов (способствуют завершенному фагоцитозу) и NKклеток. Следовательно, трансфер факторы до встречи животного с антигеном могут «настроить» иммунную систему на защиту от него и сокращают время необходимое для выработки антител (ускоряя представление антигенов иммунокомпетентым клеткам). После обезвреживания чужеродных структур трансфер факторы активируют Т-супрессоры, что быстро ограничивает ставшие ненужными иммунные реакции. Таким образом, молодняк млекопитающих непосредственно после рождения, может быть подготовлен к быстрой и эффективной защите от наиболее часто встречающихся антигенов путем передачи от самки к потомству трансфер факторов. Они, вместе с готовыми антителами, содержатся в молозиве самки и при попадании в организм новорожденного в первые часы, и дни жизни защищают его от поступающих в организм 68 микроорганизмов, а также «обучают» участвующие в иммунных реакциях клетки быстро обнаруживать и «правильно» реагировать на чужеродные антигены. В настоящее время, ряд ученых рассматривает трансфер факторы как иммунное наследие позвоночных животных, бережно передаваемое от поколения к поколению. 69 Глава 5. МЕХАНИЗМЫ СПЕЦИФИЧЕСКОГО ИММУННОГО ОТВЕТА 5.1. Эволюция иммунных механизмов В соответствии с ростом потребности животного поддерживать генетическую индивидуальность его состава, эволюция механизмов иммунитета привела к их существенному совершенствованию. Даже одноклеточные организмы распознают другие биологические объекты и при необходимости атакуют их с помощью химических веществ. У многоклеточных беспозвоночных средства защиты дополняются клетками (амебоциты-макрофаги впервые обнаружены у губок и кишечнополостных), способными к неспецифичному (не направленному на определенный антиген) фагоцитозу. Причем, у губок и кишечнополостных появляются признаки специфического иммунитета (отторжение аллотрансплантата и формирование кратковременной иммунной памяти). У беспозвоночных животных с развитой сосудистой системой уже наблюдаются простейшие реакции воспаления. Они проявляются скоплением тканевых фагоцитов (гистиоцитов), гемоцитов (не содержащих гемоглобин клеток крови, выполняющих в зоне воспаления функции фагоцитов, а также продуцирующих опсонины и медиаторы воспаления) и химических факторов гемолимфы в месте повреждения. Следовательно, у беспозвоночных иммунитет обеспечивается фагоцитами, опсонинами, простейшей системой комплемента, гемоцитами и кровеносными сосудами. В результате совершенствования системы комплемента с появлением в ее арсенале мощных опсонинов и низкой избирательности к «чужому» для высокоорганизованных беспозвоночных становится характерным еще более эффективный фагоцитоз. Необходимость преодоления нарастающей атаки патогенной микрофлоры и уничтожения собственных имеющих признаки чужеродности структур (в связи с ростом продолжительности жизни и вероятности мута- 70 ций по мере увеличения числа клеток в составе организма) привела к появлению в многоклеточном организме лимфоцитов (впервые обнаруживаются у кольчатых червей). Это сделало возможным формирование специфического иммунитета (неоиммунитета). Развитие неоиммунитета у позвоночных привело к дальнейшей специализации имеющихся и образованию новых лимфоидных органов. Если впервые очаги кроветворения появляются у круглоротых, то у миног, помимо кроветворной ткани уже есть тимус и T-лимфоциты, а у хрящевых рыб - B-лимфоциты. Макрофаги рыб уже способны к антигенпрезентации. У млекопитающих окончательно сформировались: система комплемента и гемостаз; костномозговое кроветворение; синтез белков острой фазы; специализированные фагоциты и эндотелиоциты в венулах. Система комплемента стала способна регулировать провоспалительную активность нейтрофилов и тучных клеток, а также токсически действовать на клетки. Таким образом, в ходе эволюции сначала возникла неспецифичная генетически предопределенная первая линия защиты (палеоиммунитет, естественный или врожденный иммунитет). Она не требует выработки, постоянно готова к защите макроорганизма, лишена памяти на антигены, но уже может предотвращать развитие некоторых инфекционных заболеваний. Например, благодаря первой линии защиты, собаки не болеют чумой человека, а куры - сибирской язвой. В дальнейшем, у позвоночных животных на базе первой линии сформировалась вторая линия защиты (специфический, адаптивный или неоиммунитет). Они тесно взаимосвязаны. Но под иммунным ответом, в первую очередь, подразумевают реакцию второй линии защиты. Именно она, развиваясь позже естественного иммунитета, обеспечивает наиболее эффективную защиту организма. Характерными особенностями адаптивного иммунитета являются: антигенспецифичность, память о встрече с антигеном и индуцибельность. 71 Антигенспецифичность ответа обусловлена формированием клонов лимфоцитов и синтезом антител, причем каждый клон активируется при взаимодействии только с одной из антигенных детерминант. Иммунная память - способность иммунной системы отвечать на тот антиген, с которым был предварительный контакт. Индуцибельность проявляется низкой активностью лимфоцитов при отсутствии специфичных к ним антигенов и активацией соответствующих клеток при обнаружении «знакомых» антигенов. В специфической защите участвуют иммунокомпетентные клетки, которые по функциям делятся на антигенпредставляющие, регуляторные (регулирующие иммунные реакции) и эффекторы иммунного ответа (непосредственно обеспечивают нейтрализацию антигена). Важнейшими молекулярными участниками специфического иммунного ответа являются вырабатываемые лейкоцитами антитела и трансфер факторы. Согласно клонально-селекционной теории М.Ф. Бернета, при дифференцировке лимфоцитов появляется набор лимфоцитов, имеющих на мембранах каждого клона рецепторы к одному определенному антигену. «Покоящийся лимфоцит» не делится, но он готов к взаимодействию с антигеном. При этом клоны B-клеток становятся способны секретировать антитела, а клоны T-клеток - обеспечивать и регулировать специфичные иммунные реакции клеток. Любая из них является результатом взаимодействия различных органов, тканей, клеток и химических веществ. В то же время, для рассмотрения механизмов формирования иммунного ответа целесообразно их разделение на клеточный и гуморальный. 72 5.2. Иммунный ответ клеточного типа Клеточный механизм иммунного ответа обеспечивается клетками, реагирующими на чужеродные структуры при непосредственном контакте с ними или друг с другом. Такой механизм защищает организм даже в тех случаях, когда бактерии или вирусы обитают в клетках животного. Например, некоторые микроорганизмы размножаются внутри фагоцитов и благодаря этому недоступны для антител и ЦТЛ. Борьба с подобными инфекциями в первую очередь связана с T-хелперами клеточного иммунитета. Поскольку даже инфицированные фагоциты выполняют функцию антигенпредставляющих клеток, на их поверхности появляется комплекс антигена возбудителя с молекулами ГКГС. Наивные T-хелперы обнаруживают этот комплекс, дифференцируются в антигенспецифические клетки (Т-хелперы первого типа), связываются с инфицированным макрофагом, а затем секретируют интерферон-γ и ФНО. Эти цитокины способствуют формированию в фагоцитах фаголизосом, активируют в них «кислородный взрыв», а также привлекают к месту инфицирования дополнительные Tклетки. Активированные при этом макрофаги часто сами справляются с внутриклеточными патогенами и даже разрушают раковые клетки. Если же описанный механизм не эффективен, то пришедшие на «помощь» дополнительные T-хелперы первого типа ускоряют разрушение инфицированных фагоцитов и активируют новые макрофаги для разрушения вышедших во внеклеточную среду патогенов. Описанная активация T-лимфоцитов сопровождается их пролиферацией (в течение 4-5 суток) и кооперацией с другими T-клетками. Клеточные механизмы специфического иммунного ответа могут развиваться только при скоплении большого количества Т-лимфоцитов в месте нахождения чужеродных факторов. 73 Однако в ряде случаев более простым и эффективным является обезвреживание патогена на расстоянии от участвующих в иммунной защите клеток. Данный механизм является основой гуморального звена иммунного ответа. 5.3. Гуморальный механизм специфического иммунного ответа Важнейшими участниками гуморального (от лат. humor - влага, жидкость) механизма иммунного ответа являются антитела. Именно они во внеклеточных жидких средах организма нейтрализуют и опсонизируют чужеродные частицы, а также активируют систему комплемента и фагоцитоз. Нейтрализация проявляется потерей способности антигенов повреждать клетку-мишень. Опсонизация чужеродных частиц повышает активность их фагоцитоза. Активация классического пути системы комплемента комплексами антигена с антителом усиливает опсонизацию патогена, вызывает хемотаксис фагоцитов и рост мембранолитической активности. Антитела вырабатываются после стимуляции В-лимфоцитов антигеном. Часть его молекул поглощается В-клеткой и разрушается на фрагменты, которые затем в комплексе с молекулами ГКГС возвращаются на поверхность В-лимфоцита и там распознаются Т-хелперами второго типа. Для развития иммунного ответа B- и T-клетки, не обязательно должны распознать одни и те же фрагменты одного тимусзависимого антигена. Например, вирусы поглощаются B-клетками, которые на своей поверхности одновременно формируют комплексы молекул ГКГС с иммуногенными группами внешних и внутренних вирусных белков. Благодаря этому, Bклетка стимулируется реагирующими на внутренние антигены вируса Тхелперами второго типа, а сама секретирует антитела к поверхностным антигенам (так как первая встреча была с ними). Такое явление названо сцепленным распознаванием. 74 Антитела взаимодействуют с антигенами только во внеклеточной среде макроорганизма. Следовательно, нейтрализация ими вирусов и бактерий, обитающих внутри клеток, возможна только при попадании патогенов в плазму крови или межклеточные пространства. При первичном иммунном ответе, концентрация соответствующих антител достигает достаточного для нейтрализации патогенов уровня в то время, когда вирусы и бактерии уже «спрятаны» в клетках-мишенях. Вторичный (более быстрый) иммунный ответ на данные патогены становится возможен лишь при условии, что антиген является тимусзависимым. В этом случае, новый контакт с тем же антигеном способствует кооперации специфичных к нему B- и T-лимфоцитов с одной антигенпредставляющей клеткой. Именно это обеспечивает быструю (в течение двух-трех дней) секрецию необходимого для защиты количества высокоаффинных антител. Таким образом, для непосредственного формирования иммунной реакции на тимусзависимые антигены характерны следующие этапы: 1. Обработка антигена антигенпредставляющими клетками. 2. Стимуляция и клональная экспансия тех В- и Т-эффекторных клонов, которые реагируют на обнаруженный антиген. Активированные Тхелперы первого типа способствуют развитию клеточных, а второго типа – гуморальных механизмов специфической защиты. 3. Поддержание и регуляция необходимого уровня активности иммунного ответа. *** Таким образом, механизмы специфического иммунитета в тесном взаимодействии с первой линией защиты предотвращают распространение в макроорганизме чужеродных структур. Без первой линии защиты, вторая линия выполнять свои функции не может. Аналогичное взаимоотношение характерно для клеточных и гуморальных механизмов, как первой, так и 75 второй линий защиты. Поэтому в каждом конкретном случае можно лишь говорить о преобладании тех или иных иммунных механизмов. Например, защита от внутриклеточных возбудителей и собственных видоизмененных клеток преимущественно обеспечивается клеточными механизмами иммунитета, представленными триадой (рис. 11), которая состоит из Т-клеток, макрофагов и цитокинов, а в основе гуморальных механизмов лежит другая триада. В нее входят антитела, фагоциты (преимущественно нейтрофилы) и система комплемента. Гуморальный механизм иммунитета Компоненты естественной защиты Компоненты адаптивного иммунитета Нейтрофил Система комплемента Антитело Клеточный механизм иммунитета Макрофаг Цитокины Т-лимфоцит Рис. 11. Триады, обеспечивающие взаимодействие первой и второй линий защиты при разных механизмах иммунного ответа Клетки, синтезирующие антитела (В-лимфоциты и плазмоциты) и субпопуляции Т-лимфоцитов являются главными звеньями второй линии защиты, фагоциты и система комплемента - первой линии защиты, а цитокины и некоторые другие биологически активные вещества способствуют взаимодействию этих клеток. 76 Глава 6. ЧАСТНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА 6.1. Связанная со слизистыми оболочками иммунная система Слизистые оболочки воздухоносных путей, а также пищеварительного и мочеполового трактов в силу своего расположения и большой площади практически постоянно подвергаются атаке патогенов из внешней среды. Именно по этим причинам до половины лимфоцитов млекопитающих животных находится в слизистых оболочках, а образующаяся здесь лимфа поступает в особые лимфоидные структуры, которые объединены термином «связанная со слизистыми оболочками иммунная система» или MALT (mucosa-associated lymphoid tissue). Состав клеток в лимфоидной ткани слизистых оболочек мало зависит от центральных органов иммунной системы, что свидетельствует об относительной самостоятельности MALT. В лимфоидной ткани слизистых оболочек до 70% общего количества иммуноцитов приходится на Т-клетки (среди них преобладают Т- хелперы), а содержащиеся здесь В-лимфоциты преимущественно входят в состав зародышевых фолликулов, где могут превращаться в синтезирующие IgA плазматические клетки. В тех тканях, где слизистые длительно не контактируют с антигенами, лимфоциты располагаются разрозненно (диффузная лимфоидная ткань), а в местах частого контакта с антигенами, лимфоциты собираются в лимфоидные узелки. Наиболее развита MALT в кишечнике. Здесь она представлена Мклетками, диффузной иммунной системой и структурированной лимфоидной тканью. М-клетки расположены на внутренней поверхности кишечника таким образом, что одна их сторона контактирует с содержимым пищевари- 77 тельного тракта, а другая – с дендритными клетками или макрофагами MALT. Основная функция М-клеток заключается в поглощении из перевариваемого корма антигенов и передаче их антигенпредставляющим клеткам. В слизистом эпителии диффузная иммунная система MALT кишечника преимущественно представлена скоплениями Т-лимфоцитов (большинство составляют Т-киллеры) и дендритных клеток, а в собственной пластинке (lamina propria) подслизистого слоя - натуральными киллерами, макрофагами, В- и Т - лимфоцитами (преобладают хелперы), а также тучных клеток и гранулоцитов. Находящиеся здесь макрофаги, тучные клетки и гранулоциты выделяют на поверхность эпителия лизоцим, множество протеолитических ферментов и другие бактерицидные вещества. Это обеспечивает непрерывную дезинфекцию слизистых оболочек. Расположенные в эпителии Т-киллеры специфически распознают и уничтожают чужеродные, собственные мутировавшие или инфицированные клетки, а также секретируют цитокины, обеспечивающие развитие иммунного ответа. Кроме того, ЦТЛ способны активно рециркулировать между структурами MALT и кровью. Структурированная лимфоидная ткань представлена пейеровыми бляшками, лимфатическими узелками, фолликулами аппендикса и солитарными фолликулами. Среди лимфоцитов, здесь преобладают Т-клетки, а хелперов больше чем киллеров. Помимо Т- и В-клеток здесь обнаруживаются и способные синтезировать IgA плазматические клетки. Для антигенпредставляющих клеток структурированных лимфоидных тканей характерна низкая подвижность. Поэтому в месте получения антигена от М-клетки они обрабатывают его, а затем (здесь же) специфически взаимодействуют с Т-хелперами. 78 Дендритные клетки диффузной иммунной системы, в ходе обработки полученного от М-клетки антигена, как правило, превращаются в вуалевые клетки, мигрирующие с терминальной лимфой в брыжеечные лимфатические узлы. Там вуалевая клетка завершает обработку антигена, становится интердигитальной и специфически активирует дифференцировку и пролиферацию Т-клеток преимущественно до Т-хелперов второго типа (основная часть кишечной микрофлоры является внеклеточными патогенами и может быть обезврежена гуморальными механизмами иммунной защиты). Дифференцировка В-клеток начинается в пейеровых бляшках под влиянием секретируемых энтероцитами цитокинов (например, ИЛ-5 и ИЛ6). Затем В-лимфоциты (с IgA в составе антигенраспознающего рецептора) переходят в брыжеечные лимфатические узлы и взаимодействуют там с Тхелперами второго типа. После этого клетки мигрируют в lamina propria и превращаются уже в неподвижные, секретирующие IgA плазматические клетки. К структурным компонентам MALT в кишечнике можно отнести и энтероциты. Они сами способны обеспечивать презентацию антигена и секретировать регулирующие развитие иммунных реакций цитокины. Таким образом, в структурах MALT созревает значительное количество лимфоцитов. На первом этапе этот процесс, как правило, сопровождается их миграцией в пределах MALT. После завершения созревания, одна часть эффекторных Т- и В-лимфоцитов из брыжеечных лимфатических узлов поступает в эпителий кишечника, а другая с лимфой переходит в кровь и разносится по всему организму. Это в дальнейшем делает возможным развитие вторичного иммунного ответа независимо от места проникновения антигена через покровы тела. Следовательно, связанная со слизистыми оболочками иммунная система играет важную роль во взаимодействии макроорганизма с его окружением и, особенно, с компонентами корма. Она обеспечивает постоянную 79 дезинфекцию слизистых оболочек, обрабатывает появляющиеся на них антигены и запускает иммунный ответ с участием образующихся в MALT лимфоцитов как в ее пределах, так и во всем макроорганизме. 6.2. Иммунологическая толерантность Иммунологическая толерантность проявляется отсутствием или снижением образования антител на определенные антигены. В норме толерантность является одним из способов сохранения индивидуальной клеточной целостности организма, одновременно предупреждающим развитие аутоиммунных поражений. Различают естественную и приобретенную иммунологическую толерантность. Естественная толерантность формируется во внутриутробный период жизни. Впервые естественная толерантность была обнаружена американским ученым Р. Оуеном у дизиготных (развивающихся из разных яйцеклеток) телят-близнецов. Поскольку в крови еще не родившихся близнецов возможна одновременная циркуляция клеток двух плодов с различными наборами антигенов, Оуен предположил, что, иммунная толерантность вызывается взаимодействием незрелой иммунной системы эмбриона с антигеном. При этом, как свои запоминаются все длительно контактирующие с эмбрионом белковые структуры. Именно поэтому отсутствуют иммунные реакции нормального организма на собственные антигены, а также возникает иммунологическая толерантность у плода при вакцинации животных в период плодоношения. Приобретенная толерантность может быть индуцирована в адаптивном периоде постнатальной жизни и у взрослых животных. Например, контакт с вирусом только что родившихся животных (у кур, индюшек и мышей в течение 1-2 дня, а у собак и уток 2-5 дней после 80 рождения) не сопровождается выработкой иммунитета к нему и если данный вирус не вызывает заболевания, то он сохраняется в организме животного в течение всей его жизни. Такие особи могут являться источником инфекции (например, при чуме свиней) для других животных. Во взрослом организме толерантность вызывают введением сверхбольших или сверхмалых доз антигена, а также многократной частой вакцинацией. Это объясняется тем, что аллерген, который не успел фагоцитироваться, нарушает формирование клонов лимфоцитов при иммунном ответе на него, а легкость выработки толерантности в неонатальный период связана с низким числом макрофагов. Следовательно, в развитии толерантности участвуют лимфоциты и макрофаги. Причем высокая активность фагоцитов препятствует, а очень низкая - способствует развитию толерантности. 6.3. Возрастные особенности иммунологического статуса животных Каждому возрасту животных соответствует определенное состояние иммунной системы. При внутриутробном развитии из клеток, обеспечивающих естественный иммунитет, первыми появляются моноциты, затем нейтрофилы и эозинофилы (в эмбриональный период они функционируют как фагоциты). К концу эмбрионального периода в кровотоке животных постепенно накапливаются гуморальные факторы естественной резистентности (лизоцим и компоненты системы комплемента). Содержащиеся в амнионе и аллантоисе зародыша лизоцим и компоненты системы комплемента подавляют размножение микрофлоры в околоплодной жидкости. У развивающегося эмбриона полипотентная стволовая кроветворная клетка впервые обнаруживаются в желточном мешке, а затем в селезенке и 81 печени. Лишь через некоторое время у плода начинается закладка красного костного мозга. Для позвоночных животных характерно раннее эмбриональное развитие T-системы иммунитета. Так у овец первые лимфоциты в тимусе появляются уже на 41-43-й день внутриутробного развития (при общей продолжительности беременности - 150 дней). Первые B-клетки появляются в паренхиме печени. Уже на 41-й день развития плода возможен синтез Bклетками IgM (рост его содержания в крови пуповины свидетельствует об инфицировании плода), а в конце плодного периода и IgG. При отсутствии контакта с антигеном плод не образует плазматические клетки, но они быстро появляются при инфицировании организма матери. У кур, первые лимфоциты в зачатке тимуса появляются на 11-й день эмбрионального развития, у лососевых рыб - за 22 дня до выклевывания и уже через 3 дня после оплодотворения - у карпа. У лосося B-лимфоциты с поверхностным IgM появляются на 4-5 день после проклевывания. Способность плода на заключительном этапе развития вырабатывать антитела делает возможной пренатальную иммунизацию животных. Однако для плодного периода характерна высокая активность T-супрессоров, которые подавляют иммунные взаимодействия проникающих через плаценту клеток матери с клетками плода. При внутриутробном развитии иммунный статус организма всех копытных животных определяется лишь состоянием эмбриональной и фетальной тканей, в то время как материнский иммунитет не передается. У грызунов собственный иммуногенез долго подавлен, так как материнские иммуноглобулины в значительном количестве попадают в плод через желточный мешок, а новорожденным через молозиво. У птиц материнские иммуноглобулины передаются трансовариально, сохраняются в желтке и могут влиять на синтез антител эмбрионами. 82 Для внутриутробного развития характерен процесс знакомства лимфоцитов с собственными антигенами организма. Это в последующем позволяет свести к минимуму вероятность возникновения аутоиммунных реакций со стороны своих иммуноцитов. Кроме того, во внутриутробном периоде и сразу после рождения первичные иммунные структуры программируют лимфоциты на выполнение ими определенных функций. У новорожденных большинства млекопитающих к моменту рождения структуры органы и ткани иммунной системы развиты недостаточно (за исключением случаев внутриутробного контакта с антигенами). Содержание лимфоцитов в крови у них приближается к уровню у взрослых, но эти клетки являются незрелыми. В-клетки еще слишком медленно превращаются в плазмоциты, у всех Т-клеток снижена продукция цитокинов (например, ИЛ-2 и интерферона), субпопуляции Т-киллеров практически не участвуют в иммунных реакциях, а T- супрессоры, очень активны. Все это в постнатальном периоде подавляет иммунные реакции организма новорожденного на поступающие с молозивом и молоком клетки матери. Содержание в крови гуморальных факторов неспецифической иммунной защиты после рождения растет, но только уровень лизоцима и пропердина в крови быстро приближается к характерным для взрослых величинам (пропердина у новорожденных может стать даже больше). Сразу после рождения плазматические клетки, синтезирующие IgM, составляют не более 15% от их уровня в крови у взрослых, число продуцентов IgA еще меньше, а вырабатывающие IgG клетки практически отсутствуют. Недостающие факторы иммунитета передаются новорожденным млекопитающим с молозивом и молоком (колостральный путь). Они помогают организму в первые дни и месяцы жизни бороться с микробными и вирусными инфекциями. В молозиве коров содержатся в убывающем количестве IgG, IgM, и IgA. Примерно за две недели до отела IgG накаплива- 83 ется в вымени. Остальные молозивные иммуноглобулины, лизоцим и лактоферрин синтезируются клетками молочной железы. Молозивные иммуноглобулины (преимущественно класса G) непродолжительно проникают из пищеварительного тракта в лимфо-, а затем кровоток новорожденного. Например, у КРС IgG всасывается в течение 27 ч после рождения, а наиболее полное всасывание иммуноглобулинов происходит при спаивании молозива телятам в первые 4-5 ч путем подсоса. Основным классом антител в молозиве и грудном молоке являются sIgA. Они не всасываются, а остаются на слизистых оболочках пищеварительного тракта и специфически защищают новорожденного от проникновения в его ткани наиболее часто попадающих в желудочно-кишечный тракт антигенов. Естественная резистентность новорожденных изменяется в соответствии с их возрастом и состоянием организма животных. Низкая иммунореактивность новорожденных животных в молозивный период связана с повышенным содержанием в крови сразу после рождения кортикостероидов, а также с доминированием в нем материнских IgG. Поэтому нецелесообразно проводить вакцинацию приплода в молозивный период. Это надо делать до приема молозива или через несколько недель (по завершении выведения материнских иммуноглобулинов) после него. У старых и пожилых животных снижается активность иммунных реакций и одновременно возрастает вероятность аутоиммунных процессов (результат накопления в собственном организме мутантных соматических и иммунокомпетентных клеток). Нарушение иммунного ответа в пожилом возрасте является следствием функциональной недостаточности Т-супрессоров и Т-хелперов. Это способствует снижению способности клеток отвечать на антигены (преимущественно тимусзависимые), увеличению времени отторжения транс- 84 плантата, развитию злокачественных опухолей и аутоиммунных заболеваний. В настоящее время не установлены возрастные изменения фагоцитарной активности макрофагов и способности их к кооперации с другими клетками. Однако у старых животных отмечают замедление очищения крови от чужеродных субстанций. 6.4. Взаимодействие иммунной и нейроэндокринной систем целостного организма Иммунная система влияет практически на все органы и ткани целостного организма. Это осуществляется через цитокины и другие продуцируемые активированными лейкоцитами биологически активные вещества. Например, ИЛ-1 вызывает выделение аденогипофизом адренокортикотропного гормона (кортикотропина). Тот же ИЛ-1 вместе с интерферонами влияет на центр терморегуляции (в гипоталамусе) и способствует развитию гипертермии. В то же время, на иммунную систему влияет большинство гормонов и медиаторов, а некоторые провоспалительные цитокины даже секретируются клетками нервной системы в ответ на тканевое повреждение и психогенные травмы. Нервная регуляция иммунной системы корой головного мозга убедительно доказывается зависимостью силы иммунных реакций на антигены от типа высшей нервной деятельности высокоразвитых животных и возможностью условнорефлекторной регуляции иммунной системы. Наличие эндокринных влияний, в свою очередь проявляется изменением продукции антител, а также пролиферации и дифференцировки иммунокомпетентных клеток у животных после введения им гормонов. 85 Наиболее характерные реакции различных структур иммунной системы на возбуждение вегетативной нервной системы и избыток ряда гормонов, представлены в таблице. Т а б л и ц а. Реакции иммунной системы на нейромедиаторы и избыток ряда гормонов Биологически активные вещества Эффекты Медиаторы симпа- Увеличивают содержание нейтрофилов в крови, потической нервной давляют пролиферацию лимфоцитов, но стимулиру- системы ют скорость их дифференцировки и миграции в периферические органы иммунной системы. Медиаторы пара- Усиливают пролиферацию лимфоцитов (особенно в симпатической тимусе) и вызывают увеличение содержания лейко- нервной системы цитов в брыжейке при одновременном снижении количества данных клеток в других периферических областях. Адренокортикотро- Замедляет пролиферацию лимфоцитов и снижает их пин функциональную активность. Увеличивает содержание в крови нейтрофилов, но уменьшает число эозинофилов, а в тканях снижает активность фагоцитов. Андрогены Способствуют возрастной атрофии тимуса, угнетают секрецию им гормонов, снижают количество циркулирующих лимфоцитов и их реакцию на антигены. Глюкокортикоиды Индуцируют апоптоз лимфоцитов и выход развивающихся тимоцитов в кровь, подавляют пролиферацию зрелых лимфоцитов, усиливают дифференцировку T-клеток, а также снижают секрецию гормонов тимуса и многих цитокинов. 86 Продолжение таблицы Катехоламины Подавляют пролиферацию лимфоцитов, усиливают их дифференцировку и миграцию в лимфатические узлы. Прогестерон Стимулируют выработку гормонов тимусом. Пролактин Стимулируют выработку гормонов тимусом. Соматотропин Стимулирует пролиферацию T-клеток и синтез гормонов в тимусе. Тироксин Усиливает пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов. Трийодтиронин Усиливает пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов. Инсулин Стимулирует пролиферацию T-лимфоцитов. Простагландин Е Подавляет пролиферацию лимфоцитов и секрецию цитокинов, а также снижает цитотоксические свойства киллеров. Эндорфин- Усиливает, гуморальный иммунный ответ, но ослабляет T-клеточный иммунитет. Эндорфин-β Подавляет гуморальный иммунный ответ, но усиливает T-клеточный иммунитет. Эстрогены Снижают количество циркулирующих лимфоцитов и их реакцию на антиген, способствуют возрастной атрофии тимуса и уменьшению секрецию им гормонов. Действуют на лимфоциты слабее, чем андрогены, но сильнее подавляют супрессорную активность. 87 6.5. Использование достижений иммунологии в животноводстве и ветеринарии Деятельность иммунной системы направлена на поддержание генетического гомеостаза организма. Своевременные и эффективные реакции этой системы на чужеродные факторы способствуют сохранению здоровья животного и повышению его продуктивности. Поэтому целенаправленная грамотная коррекция иммунитета сельскохозяйственных животных имеет большое народнохозяйственное значение. При эпидемиях и их угрозе наиболее эффективным специфическим средством профилактики заболевания является искусственное создание иммунитета к определенному возбудителю. По способу выработки различают активный и пассивный иммунитет. Активный иммунитет возникает при первом контакте животного с чужеродным антигеном. Для этого широко используют вакцинацию (введение животным живых ослабленных или убитых микроорганизмов). В основе данного метода лежит первичный иммунный ответ, для которого характерно формирование памяти о контакте с чужеродным антигеном, а также образование специфических по отношению к нему субпопуляций Ти В-лимфоцитов. Благодаря перечисленным механизмам, повторное поступление в организм того же антигена сопровождается быстрой и эффективной активацией специфической иммунной защиты, в основе которой уже лежит вторичный иммунный ответ. Наиболее ответственным этапом подготовки к вакцинации является изготовление самой вакцины. У неё должна отсутствовать патогенность (вирулентность) и в то же время сохраняться выраженная иммуногенность. В первое время широко применялись вакцины, которые получали с использованием сложных белковых тел (например, убитых или ослабленных возбудителей заболеваний), состоящих из множества не нужных (балластных) для развития специфической защиты антигенов. Ответ на такие 88 биологические частицы приводит к образованию антител даже к тем антигенным структурам, борьба с которыми при инфицировании может быть не целесообразна. Это создает лишнюю нагрузку для иммунной системы и организма в целом, а также значительно повышает вероятность возникновения побочных эффектов вакцинации. Разработанные ныне технологии получения вакцин нового поколения позволяют снизить перечисленные недостатки. Основные современные подходы к разработке вакцин: 1. Получение свободного от вирулентных свойств материала, который сохраняет только наиболее характерную антигенную специфичность патогена и в то же время достаточно иммуногенен (для этого иммуногенность нужной детерминанты усиливают специальным носителем). 2. Применение технологии рекомбинантной ДНК (используется вирус, у которого сохранены лишь те фрагменты ДНК, которые обеспечивают иммуногенность). 3. Использование генной инженерии (введение ответственных за синтез антигена фрагментов ДНК в геном клеточной культуры, которая начинает синтезировать необходимый материал). Первая белковая вакцина, при разработке которой использовался данный метод, получена для профилактики гепатита В. 4. Иммунизация генами (часть ДНК, ответственная за синтез антигена вводится в плазмиду, которая, затем инъецируется в мышечную ткань иммунизируемого животного и необходимые компоненты вакцины вырабатываются самим макроорганизмом). 5. Белковая инженерия (заключается в искусственном синтезе антигенных пептидов и последующем искусственном усилении их иммуногенности). Использование перечисленных подходов для получения вакцин нового поколения должно существенно уменьшить число побочных эффек- 89 тов вакцинации в связи с отсутствием в препарате балластных компонентов. Вакцинация животных целесообразна до развития у них определенного заболевания. Иммунитет к определенному возбудителю заболевания сохраняется длительный период (может быть даже пожизненным) и часто определяется не столько эффективностью иммунной памяти, сколько изменением антигенных свойств самого патогена. Пассивный иммунитет достигается введением животному антител к определенным антигенам в организме. Он обычно искусственно создается непосредственно перед заболеванием или в начале его. Продолжительность пассивного иммунитета (при однократном введении антител) равна периоду полужизни введенных иммуноглобулинов (как правило, от 10 до 30 дней). Использование для пассивной иммунизации сывороток крови животных в последнее время активно заменяется применением моноклональных антител. Они свободны от балластного материала, что значительно снижает необходимую для профилактики заболевания и лечения дозу вводимого вещества и уменьшает вероятность побочного эффекта. В настоящее время осваивается также применение антител для нейтрализации избытка полипептидных гормонов и гипоталамических рилизинг-факторов. Это позволит строго специфично влиять на определенные звенья эндокринной регуляции в организме. Разновидностью пассивного иммунитета у новорожденных является колостральный иммунитет. Он возникает за счет передаваемых с молозивом (colostrum) иммуноглобулинов при выпаивании или подсосе. Антитела матери (преимущественно IgG) проходят, не разрушаясь, через желудок и стенку кишечника новорожденных в кровь, так как протеолитическая активность пищеварительных соков кишечника ингибируется содержащимися в молозиве веществами, а в желудке в молозивный период мало соляной кислоты. 90 Наибольшая концентрация иммуноглобулинов в молозиве наблюдается сразу после отела, а затем она быстро снижается (через 3-5 ч - в 1,5 раза, через 12 ч - в 3, через 3 сут - в 5, через 5 сут - в 10 раз). Интенсивность всасывания иммуноглобулинов у новорожденных тоже замедляется. Например, у телят сразу после рождения в кровь попадает до 50% антител молозива, через 20 ч - 15%, через 36 ч - ничтожное количество. Поэтому ранняя (уже в первые часы) дача молозива и обильное его выпаивание в последующем позволяют значительно снизить отход молодняка. Колостральный иммунитет, как и другие варианты пассивного иммунитета непродолжителен (10-14 сут). Поэтому уровень материнских иммуноглобулинов в крови новорожденного постепенно снижается, а затем возрастает по мере созревания собственной иммунной системы. Групповые факторы крови - это изоантигены на поверхности эритроцитов и лейкоцитов. По совокупности генетически закрепленных признаков антигены объединяют в группы и системы. У человека известно 15 антигенных систем эритроцитов, но для практики переливания крови более важны: система АВ0 (4 группы) и резус-система (антигены Rh°, Rh', Rh'' и др.). В системе АВ0 учитывают два антигена (агглютиногена) - А и В на эритроцитах и два агглютинина - анти-А () и анти В () в сыворотке. Агглютинины являются антителами преимущественно класса IgM, которые вероятно образуются при иммунизации животного микрофлорой кишечника (их антигены разнообразны и сходны с агглютиногенами эритроцитов). Поскольку животные контактируют с микрофлорой с момента рождения, иммунный ответ на отсутствующие в крови данного животного агглютиногены развивается задолго до возможного переливания донорской крови. Поэтому первое попадание в кровь реципиента эритроцитов с «чужими» антигенами вызывает быструю активацию уже имеющихся клонов лимфоцитов и плазматических клеток. 91 В норме сыворотка содержит только не взаимодействующие с собственными эритроцитами агглютинины. При переливании несовместимых групп крови агглютиногены А и В встречаются со специфичными к ним агглютининами (соответственно, анти-А и анти-В) и происходит агглютинация эритроцитов, которая сопровождается гемолизом (разрушением эритроцитов) и часто приводит к смерти реципиента. Помимо агглютиногенов А и В, известно более 30 широко распространенных агглютиногенов, среди которых особенно важным для человека является резус фактор (Rh), который содержится на мембранах эритроцитов примерно 85% людей. По этому признаку людей делят на резусположительных Rh+ (имеют резус фактор) и резус-отрицательных Rh- (резус фактора нет). Если эритроциты с резус фактором попадают в организм людей, у которых он отсутствует, то в их крови появляются специфичные к резус фактору агглютинины, которые являются иммуноглобулинами класса G. При повторном переливании резус-положительной крови резус отрицательным реципиентам, происходит агглютинация и гемолиз эритроцитов. Резус фактор, в отличи от групп крови по системе АВ0, обязательно следует учитывать при беременности. У Rh- матери плод может унаследовать резус фактор отца. В период беременности Rh+ плод вызовет появление соответствующих агглютининов в крови самки. Однако, при первой беременности выработка агглютининов к резус фактору, как правило, протекает медленно и до начала родов их концентрация в крови редко достигает величин, способных вызвать агглютинацию эритроцитов плода. Поэтому последствия этого обычно проявляются при повторной беременности с Rh+ плодом. В этом случае организм беременной реагирует быстрой выработкой соответствующих агглютининов, что приводит к агглютинации эритроцитов плода. 92 У сельскохозяйственных животных групповые антигенные факторы крови разнообразнее, чем у человека (к большинству этих антигенов антитела не вырабатываются). Эти антигенные факторы объединяют в группы и системы групп крови; последние обозначают буквами латинского алфавита - А, В, С, D, F, G, J. К, L и т. д. Например, у КРС установлено 12 систем, у свиней - 14, у овец - 7, а у кур 14. К настоящему времени в эритроцитах различных видов животных обнаружено более 200 различных агглютиногенов, 140 из которых объединены в 20 систем (групп), а остальные являются общими или индивидуальными. В каждой из этих систем имеется один или несколько агглютиногенов, составляющих разные группы крови. Они находятся на мембранах эритроцитов независимо от системы АВО и друг от друга. Данные системы агглютиногенов отличаются от системы АВ0 тем, что не содержат в плазме естественных агглютининов. Поэтому учет групп крови донора и реципиента по системе АВ0 необходим даже при однократном переливании крови. Остальные системы агглютиногенов необходимо учитывать лишь при частых переливаниях крови, беременностях и при пересадке органов. Выявление антигенных факторов крови, изучение их связи с продуктивными качествами животных и устойчивостью к заболеваниям составляет задачи иммуногенетики животных. Показано, в частности, что гены групп крови, связаны с генами, определяющими молочную продуктивность и жизнеспособность коров. Поэтому отбор молодняка с учетом групповых факторов существенно повышает эффективность селекции. Применяемые в настоящее время тесты для оценки групп крови позволяют контролировать происхождение животных и научно обосновывать их отбор при скрещивании, а также анализировать генетическую структуру пород и стад. 93 Иммунные процессы и воспроизводство тесно взаимосвязаны и играют важную роль в размножении сельскохозяйственных животных. Спермии и семенная плазма обладают антигенными свойствами и способны вызывать образование спермоагглютининов в половом аппарате самки и плазме крови. Это, в свою очередь, может привести к расстройствам половой функций (снижению оплодотворяемости, эмбриональной смертности, нарушению цикличности половой функции). Вынашиваемый плод в антигенном отношений чужероден для матери, поэтому возможен иммунологический конфликт (например, у животных такой конфликт возникает при пересадке эмбрионов). Это наиболее вероятно в тех случаях, когда антигенные свойства плода вызывают образование в крови матери антител класса G. Именно эти антитела обладают наибольшей способностью проникать через плацентарный барьер и, следовательно, повреждать ткани еще не родившегося животного. Например, IgG вырабатываются при резус-конфликте. В то же время, антитела к агглютиногенам АВ0 преимущественно относятся к IgM (имеют очень большой размер молекул и практически не проникают через плацентарный барьер) и поэтому отторжение плода из-за групповой несовместимости возникает редко. 94 СЛОВАРЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ BСR - антигенраспознающий B-клеточный рецептор. С1-С9 - компоненты комплемента. СД – маркеры дифференцировки клеток. Ig - иммуноглобулин (антитело). NК-клетка - естественный (натуральный) киллер. sIgА – секреторный IgА. ТСR - рецептор T-лимфоцита, связывающий антигенный пептид. T-хелперы первого типа (Т-хелперы клеточного иммунитета) - разновидность T-хелперов, преимущественно регулирующих клеточные механизмы иммунного ответа. T-хелперы второго типа (Т- хелперы гуморального иммунитета) разновидность T-хелперов, регулирующих преимущественно гуморальные механизмы иммунного ответа. Авидность - суммарная сила всех взаимодействий молекул друг с другом или с клетками (например, прочность связывания антител с несколькими участками на антигене). Агглютинация - склеивание веществ, частиц или клеток между собой приводящее к их седиментации. Агглютининогены - антигены на наружной поверхности цитоплазматических мембран эритроцитов, участвующие в реакции агглютинации. Агглютинины - антитела в плазме крови, способные при взаимодействии с соответствующими агглютиногенами вызывать агглютинацию эритроцитов. Агрегация (присоединение) - объединение частиц в одно целое за счет физических сил сцепления. Агранулоциты - лейкоциты, цитоплазма которых не содержит зернышек, гранул. 95 Адаптивный (приобретенный, специфический) иммунный ответ - приспособительная иммунная реакция клонов T- и B-клеток на действие конкретных антигенов. Адгезия - способность клеток к прилипанию. Активация лимфоцитов - переход лимфоцита в состояние готовности к пролиферации. Активный иммунитет - иммунитет, возникающий после введения в организм антигенов, в ответ на которые он нарабатывает антитела. Аллерген - антиген, способный вызывать аллергию. Аллергия - повышенная чувствительность организма к повторным воздействиям аллергенов (такой иммунный ответ протекает с повреждением собственных тканей организма). Аллоантигены (изоантигены) - антигены клеток и тканей, отличающиеся от реципиента на внутривидовом (индивидуальном) уровне. Альтернативный путь активации комплемента - активация компонента С3b взаимодействием с бактериальной клеткой. Антигены - высокомолекулярные соединения эндогенной и экзогенной природы, специфически стимулирующие иммунную реакцию и взаимодействующие с продуктами этой реакции (антителами и активированными лимфоцитами). Антигенная детерминанта (эпитоп) - участок молекулы антигена, оказывающий иммуногенное действие и обладающий способностью связываться с активным центром специфических антител. Антигены гистосовместимости - поверхностные антигены клеток, которые являются причиной отторжения трансплантата. Антигенпрезентирующие (антигенпредставляющие) клетки клетки, поглощающие и частично перерабатывающие антиген, а затем представляющие его наиболее иммуногенные фрагменты на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГС. 96 Антигенраспознающий B-клеточный рецептор (BCR) - мономерная форма IgM на поверхности В-лимфоцита, способная при взаимодействии с антигеном передавать в В-клетки сигнал о встрече с ним, а также его молекулу. Антигенраспознающий T-клеточный рецептор (TCR) - рецептор на поверхности T-клетки, распознающий комплекс антигена с молекулой ГКГС на поверхности антигенпредставляющей клетки. Антигены тимусзависимые – антигены, активирующие выработку антител только в присутствии T-хелперов. Антигены тимуснезависимые - антигены способные активировать B-лимфоциты без участия T-хелперов. Антитела (иммуноглобулины) - продуцируемые В-лимфоцитами и плазматическими клетками молекулы, специфически взаимодействующие с вызвавшим их образование антигеном и обезвреживающие его. Антитоксины - антитела, вырабатываемые организмом под влиянием соответствующего токсина и нейтрализующие его. Апоптоз - программа гибели клеток, сопровождающаяся деградацией ядерной ДНК и самого ядра клетки. Аутоантигены - антигены собственных клеток индивидуума. Аутоантитела - антитела к аутоантигенам. Афинность - прочность связывания активным центром антител с определенным участком антигена. Базофил (базофильный гранулоцит) - полиморфноядерная клетка крови, участвующая в воспалительных и аллергических реакциях. Бактериолиз - разрушение бактериальных клеток. Белки острой фазы - белки, концентрация которых в организме быстро возрастает в процессе воспаления. 97 Биологически активные вещества - общее название органических соединений, обладающих высокой специфичностью действия на какие либо функции организма. Вазодилятация - расширение кровеносных сосудов. Вазоконстрикция - уменьшение просвета кровеносного сосуда. Вакцинация - создание специфического искусственного активногоиммунитета введением в организм животного вакцины. Вакцины - препараты, вызывающие активный иммунитет. Вариабельная область (участок) - N-концевая последовательность тяжелых и легких цепей антител, участвующая в образовании антигенсвязывающего центра. Виргильные (наивные или девственные) лимфоциты - зрелые, но еще не контактировавшие с антигеном лимфоциты. Внутренняя среда организма - совокупность жидкостей, органов, тканей, клеток, принимающих участие в обмене веществ и поддержании гомеостаза. Воспаление - универсальная, генетически запрограммированная, преимущественно местная реакция организма на повреждение любой природы, ограничивающая его развитие и способствующая удалению иммунных комплексов, чужеродных факторов и продуктов распада собственных тканей, а также участвующая в их восстановлении. Гаптен - химическое вещество, которое при связывании с белком приобретает все свойства антигена, а в свободном состоянии связывается с ранее выработанным антителом, но не вызывает его секрецию. Гемагглютинины - вещества, которые неспецифически связываются с мембраной эритроцитов, вызывая их агглютинацию и осаждение (характерны для многих вирусов). Гемолизины - антитела против антигенов эритроцитов, вызывающие гемолиз при участии комплемента. 98 Гемопоэз (кроветворение) - процесс образования и созревания (роста и развития) клеток крови. Гемопоэтины - вещества, стимулирующие кроветворение. Гемоцитобласт - крупная не дифференцированная клетка крови. Ген - структурно-функциональная единица наследственности, контролирующая развитие какого либо признака. Гепарин - естественный противосвертывающий фактор крови, синтезируемый гепатоцитами, базофилами и тучными клетками. Гепатоцит - секреторная клетка печени. Гетеротрансплантация - пересадка органа, ткани или переливание крови от животного одного вида животному другого вида. Гиперемия – переполнение кровью какого либо участка периферической сосудистой системы. Гистамин - вещество, освобождающееся из базофилов и тучных клеток (обусловливает расширение сосудов, повышает их проницаемость, вызывает зуд и спазм гладкой мускулатуры). Г-КСФ - гранулоцитарный колониестимулирующий фактор. Главный комплекс гистосовместимости (ГКГС) - группа близко сцепленных генов, определяющих набор собственных нормальных антигенов на плазматических мембранах клеток. Глобулин - общее название белков, растворимых в слабых растворах солей, кислот и щелочей и не растворимых в воде; составляют 40-60% белков плазмы крови, состоят из a-, β-, γ-фракций. ГМ - гранулоцитарно-макрофагальный предшественник. Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды организма. Гормоны тимуса - пептиды, секретируемые эпителиальными клетками тимуса и способствующие завершению созревания T-лимфоцитов в тимусе и после эмиграции из него. 99 Гранзимы - выделяемые Т-киллерами ферменты, вызывающие в клетках-мишенях запуск механизмов апоптоза. Гранулоциты - лейкоциты (эозинофилы, базофилы, нейтрофилы), в цитоплазме которых выявляется зернистость при окрашивании. Гранулоцитопоэз - процесс образования, роста, развития, созревания гранулоцитов в организме. Группы крови - совокупность иммуногенетических признаков крови, позволяющая делить животных одного вида на определенные группы на основании учета изоантигенной структуры эритроцитов. Гуморальный - относящийся к жидкости в организме, осуществляющий регуляцию функций через жидкие среды (кровь, лимфу, тканевую, межклеточную и внутриклеточную жидкости). Гуморальные факторы - биологически активные вещества различных тканей и органов, действующие на мишени через жидкие среды: кровь, лимфу. Гуморальный иммунный ответ - специфический иммунный ответ, обусловленный антителами. Девственные (наивные или виргильные) лимфоциты - зрелые, но еще не контактировавшие с антигеном лимфоциты. Дегрануляция - уменьшение размеров, оптической плотности и количества гранул в клетках. Дендритные клетки - отросчатые клетки, способные представлять на своей поверхности антиген в иммуногенной форме. Дифференцировка - появление у клеток в результате их развития морфологических и функциональных различий. Донор – животное, от которого получают биологический материал для введения (трансплантации) его другому животному - реципиенту. 100 Естественный (врожденный) иммунитет - система присущих данному виду, врожденных неспецифических факторов защиты (первая линия обороны и база для развития адаптивного иммунного ответа). Зародышевые центры (центры размножения) - структуры лимфоидных фолликулов усиливающие образование иммуноглобулинов, селекцию клонов с высокоафинными антителами, дифференцировку B-клеток памяти и плазматических клеток. Идеотип - вариабельная, антигенсвязывающая область иммуноглобулина. Изоантиген - антигены (например, агглютиногены), идентичные для всех животных данного вида. Изоантитела - антитела к изоантигенам. ИЛ - интерлейкин. Иммунитет - совокупность биологических способов защиты внутреннего постоянства качественного состава организма от структур эндогенной и экзогенной природы, имеющих признаки чужеродной генетической информации. Иммунитет колостральный - форма пассивного иммунитета новорожденных животных, возникающая за счёт иммуноглобулинов матери, передаваемых через молозиво. Иммунная преципитация - формирование нерастворимых комплексов при взаимодействии с антигеном. Иммунные комплексы - комплексы, образующиеся при взаимодействии антигена с антителом. Иммунный надзор - контроль за постоянством антигенных свойств структур организма. Иммунный ответ - комплекс реакций на появление чужеродных агентов, обеспечивающий их распознавание, удаление и запоминание. 101 Иммунный ответ вторичный - комплекс иммунных реакций на неоднократное появление чужеродного агента. Иммунный ответ первичный - комплекс реакций иммунной системы на первый контакт с чужеродным агентом. Иммуногенность - способность антигена вызывать специфический иммунный ответ. Иммуноглобулины (антитела) - продуцируемые В-лимфоцитами и плазматическими клетками молекулы, специфически взаимодействующие с вызвавшим их образование антигеном и обезвреживающие его. Иммунологическая память - длительное сохранение способности иммунной системы отвечать более сильной реакцией на повторную встречу с антигеном. Иммунологическая толерантность - «терпимость» к внедрению чужеродных агентов. Иммунология - медико-биологическая дисциплина, изучающая способы защиты организма от всех антигенно чужеродных веществ. Иммунная система - совокупность органов, тканей, клеток и веществ, обеспечивающих защиту организма от распространения в нем генетически чужеродных тел и веществ. Иммуномодуляция - воздействие на активность иммунной системы. Инвазия - проникновение патогенных факторов через слизистые и соединительнотканные барьеры в подлежащие ткани. Интерлейкины – цитокины, продуцируемые лейкоцитами и ответственные за связь между ними. Интерфероны - цитокины, оказывающие выраженное противовирусное, противоопухолевое и иммуномодулирующее действия. Инфекция - совокупность физиологических и патологических реакций макроорганизма на микроорганизмы, вызывающие нарушения его внутренней среды и физиологических функций. 102 Кислородный (дыхательный) взрыв - серия происходящих за доли секунды превращений с участием атомарного кислорода (приводит к образованию обладающих высокой бактерицидностью продуктов). Классический путь активации комплемента - активация комплемента комплексами антиген+антитело. Кластеры дифференцировки (CD) - это антигены на поверхности клеток, по которым одни клетки отличаются от других. Клетки иммунологической памяти – долгоживущие антигенспецифические клоны Т- и В-лимфоцитов, способные после повторного контакта с антигеном обеспечивать усиленный и ускоренный иммунный ответ. Клетки Лангерганса - фагоцитирующие клетки эпидермиса (после связывания антигена мигрируют в лимфатические узлы, где превращаются в дендритные клетки). Клетки плазматические (плазмоциты) - клетки, синтезирующие антитела (образуются в ходе дифференцировки В-лимфоцитов). Клон - совокупность клеток, появившихся от одной общей клетки. Клональная пролиферация - образование клонов клеток. Колониестимулирующие факторы (КСФ) - разновидность цитокинов с преимущественным действием на гемопоэз. Комплемент (система комплемента) - система сывороточных белков, участвующих в регуляции воспалительных процессов, активации фагоцитоза и литическом действии на клеточные мембраны. Легкие цепи - полипептиды, входящие в состав молекулы иммуноглобулина и имеющие молекулярную массу около 23000. Лейкопоэз - образование, развитие, рост и созревание лейкоцитов. Лизис - растворение, переваривание биологических структур под действием ферментов. 103 Лимфоидные органы периферические - селезенка, лимфатические узлы, миндалины, ассоциированная с кишечником лимфоидная ткань, лимфоидные образования слизистых оболочек дыхательных путей. Лимфоидные органы центральные - костный мозг, тимус. Лимфокины - растворимые факторы, которые высвобождаются из лимфоцитов и имеют важное значение в регуляции иммунного ответа. Лимфоузлы - периферические органы иммунной системы, расположенные по ходу лимфатических сосудов. Липополисахарид - составная часть клеточной стенки бактерий, обладающий токсическим действием (эндотоксин). Макрофаги (фагоциты) - разновидность мононуклеарных фагоцитирующих лейкоцитов, «поедающих» комплексы антиген+антитело, микробы и их токсины, а также погибшие клетки самого организма. Макрофаги: «помогают» лимфоцитам распознавать антиген, выделяют медиаторы (вещества, стимулирующие или угнетающие деятельность других клеток иммунной системы). Маркеры клеток - молекулы, наличие которых на поверхности клетки позволяет идентифицировать ее. Моноклональные антитела - это антитела, синтезируемые клетками одного клона. Наивные (девственные) лимфоциты - зрелые, но еще не контактировавшие с антигеном лимфоциты. Натуральные киллеры (NK-клетки или естественные киллеры) – разновидность 0-лимфоцитов, способных уничтожать опухолевые и инфицированные вирусами клетки. Опсонизация - облегчающее фагоцитоз обволакивание чужеродных частиц антителами или компонентами комплемента. 104 Опсонины - вещества, обволакивающие чужеродные частицы и усиливающие их фагоцитоз (термолабильные опсонины - компоненты комплемента, термостабильные - антитела). Пассивный иммунитет - иммунитет, возникающий при введении в организм антител. Перфорины – группа белков, формирующих в мембране клетокмишеней поры, приводящие к некрозу. Презентация антигена - предъявление T-лимфоцитам антигена в его наиболее иммуногенной форме (заключается в частичном расщеплении антигена в антигенпредставляющей клетке, связывании его наиболее иммуногенных пептидов с молекулой ГКГС и экспрессии комплекса на поверхности антигенпредставляющей клетки). Преципитация - осаждение растворимых антигенов под влиянием специфических антител. Пролиферация - размножение клеток путем деления. Пропердин - сывороточный белок, способствующий стабилизации конвертазы альтернативного пути активации комплемента. Простагландины - биологически активные продукты метаболизма полиненасыщенных жирных кислоты. Реактивность — способность организма воспринимать то или иное раздражение из окружающей среды и отвечать на него защитной реакцией, сохраняющей гомеостаз. Ревакцинация - повторная вакцинация. Регуляция аутокринная – разновидность регуляции, при которой клетка реагирует на ею же секретируемое биологически активное вещество. Регуляции паракринная - разновидность регуляции, при которой клетка реагирует на биологически активное вещество, секретируемое находящейся рядом с ней структурой. 105 Регуляция эндокринная - разновидность регуляции, при которой обеспечивается взаимодействие органов и тканей через систему кровообращения. Резистентность - способность организма противостоять инфекции, основанная на фагоцитозе и других факторах неспецифической защиты. Резистентность (сопротивляемость) — естественная неспецифическая устойчивость к действию раздражителей различной природы. Реинфекция - заболевание, возникающее после перенесенной инфекции в случае повторного поражения тем же возбудителем. Реципиент – животное, которому переливают донорскую кровь или ее препараты. Рециркуляция лимфоцитов - перемещение лимфоцитов из тканей в лимфо- и кровоток с последующим возвращением в ткани. Седиментация - оседание веществ, частиц или клеток под воздействием агглютининов или антител. Секреторный IgA (sIgA) – комплекс IgА с секреторным компонентом. Секреция - внутриклеточное образование секрета и выведение его во внеклеточную среду. Секреция аутокринная - выделение биологически активных веществ, влияющих из окружающей секреторную клетку среды на ее активность. Селекция клонов - поддержание (положительная селекция) или устранения (отрицательная селекция) определенных клонов клеток. Супрессорные клетки - клетки, подавляющие или замедляющие иммунный ответ. Тимоциты - лимфоциты в тимусе. Тимусзависимые антигены – антигены, индуцируют образование антител к ним при обязательном участии Т-лимфоцитов. 106 Тимуснезависимые антигены – антигены индуцируют образование антител к ним без участия Т-лимфоцитов. Т-лимфоциты - лимфоциты, созревание которых происходит под влиянием тимуса. Толерантность иммунологическая - неспособность организма к иммунному ответу на определенный антиген при сохранении реакций на другие антигены. Толероген - вещество, способное вызвать толерантность к нему. T-супрессоры - разновидность T-лимфоцитов, снижающих активность иммунных реакций. ТФР - трансформирующий фактор роста. T-хелперы - субпопуляция CD4 T-лимфоцитов, способствующих развитию гуморального и клеточного механизмов иммунного ответа. Тяжелая цепь - полипептиды, входящие в состав молекулы иммуноглобулина и имеющие молекулярную массу от 50000 до 75000. Фагоцитоз - поглощение и внутриклеточная переработка частиц фагоцитами. ФНО - фактор некроза опухолей. Хемоаттрактанты - вещества вызывающие хемотаксис клеток. Хемокины - цитокины, ускоряющие миграцию и активацию фагоцитов и лимфоцитов. Хемотаксис - направленное движение клеток. Цитокины - полипептиды лишенные специфичности в отношении антигена и обусловливающие межклеточные взаимодействия при гемопоэзе, воспалении, иммунном ответе. ЦТЛ - цитотоксический лейкоцит (Т-киллер). Шарнирный участок - участок молекулы иммуноглобулина, обеспечивающий подвижность ее антигенсвязывающих участков. 107 Эйкозаноиды – биологически активные продукты метаболизма полиненасыщенных жирных кислот, участвующие в развитии воспаления, аллергии и иммунорегуляции. Экспрессия - заключительный этап подготовки антигена к презентации его Т-лимфоцитам, приводящий к фиксации на поверхности антигенпредставляющей клетки комплекса молекулы ГКГС с иммуногенной детерминантой представляемого антигена. Эндоцитоз - поглощение клеткой внеклеточного материала (осуществляется путем фагоцитоза и пиноцитоза). Эпитоп (антигенная детерминанта) - часть антигена, взаимодействующая с антигенсвязывающим центром T-клетки или антитела. Эффекторные клетки - лимфоциты и фагоциты, которые после завершения дифференцировки могут осуществлять свои конечные функции. 108 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ 1. Дайте определение понятия «иммунная система». 2. Что такое иммунитет? Значение иммунитета в здоровом организме. 3. В чем заключаются и чем обеспечиваются гуморальные механизмы неспецифической защиты? 4. Опишите клеточные механизмы неспецифической защиты. 5. Что такое воспаление и какова его физиологическая роль? 6. Охарактеризуйте центральные и периферические образования иммунной системы, их функции и взаимосвязь. 7. Какие известны типы иммунного ответа на антиген? 8. Опишите проявления гуморального и клеточного иммунитета, обратив внимание на кооперацию клеток при иммунном ответе. 9. Как и где может осуществляться взаимодействие антигена с антителом? 10.К чему может привести взаимодействие антигена с антителом? 11.Что такое антигенпредставляющие клетки? 12.Что такое «неспецифическая резистентность»? 13.Что такое иммунологическая память? 14.В чем сущность клонально-селекционной теории образования антител? 15.Приведите примеры взаимодействия клеточных и гуморальных механизмов неспецифической защиты с реакциями второй линии защиты. 16.Что такое цитокины? Приведите примеры их участия в регуляции иммунных реакций. 17.Опишите биологическую роль интерферонов. 18.Что такое иммунологическая толерантность? Каково ее биологическое значение? 109 19.Какие Вам известны механизмы нервной и гуморальной регуляции иммунной системы? 20.Какие иммунологические методы и приемы используются в целях повышения продуктивности и сохранения здоровья животных? 21.Из чего состоит лимфа и какие функции она выполняет? 110 ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. - Под редакцией Борисова Л.Б. - М., Медицина, 2001. 2. Ройт А. Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология: Учебное издание для студентов медиков и биологов. Пер с англ. - М.: Мир, 2000. 3. Физиология сельскохозяйственных животных. В. И. Георгиевский.М.: Агропромиздат, 1990. 4. Физиология сельскохозяйственных животных. Под редакцией А. Н. Голикова.-М.: Агропромиздат, 1991. 5. Физиология животных и этология. Скопичев В.Г. и др. М.: Колос, 2003. 6. Лысов В.Ф., Максимов В.И. Основы физиологии и этологии животных.- М.: КолосС, 2004. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Ветеринарная гематология. Г.А. Симонян, Ф.Ф. Хисамутдинов. М., “Колос”, 1995. 2. Ветеринарная микробиология и иммунология: Учебник / Под ред. Н.А. Радчука. - М : Агропромиздат, 1991. 3. Галактионов В.Г. Иммунология: Учебник. - М.: Academia, 2004. 4. Общий курс физиологии человека и животных. В 2-х книгах. Под редакцией А.Д. Ноздрачёва. - М.: Высшая школа 1991. 5. Петров Р.В. Иммунология: Учебник для студентов медицинских институтов. - М.: Медицина, 1987. 6. Плейфэр Дж. Наглядная иммунология: Пер. с англ. - М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1996. 7. Ульянкина Т.И. Зарождение иммунологии. - М.: Наука, 1994. 111 8. Хаитов Р.М, Пинегин Б.В., Истамов Х.И. Экологическая иммунология. - М.: ВНИРО, 1995. 9. Черешнев В.А. Иммунные молекулярно-клеточные механизмы воспаления. Актовая речь на заседании ученого совета, посвященном Дню академии. - Пермь, 2005. 10.Ярилин А.А. Основы иммунологии: Учебник. Учеб. лит. для студ. мед. вузов. - М.: Медицина, 1999. 112
