Учебное пособие. Нижний Новгород: Издательство ннгу им. Н. И. Лобачевского, 2004. 212 с. Isbn 5-85746-804-3

Вид материала

Учебное пособие

Содержание Виды IgE-опосредованных аллергических заболеваний Неинфекционные аллергены Инфекционные аллергены Аутоиммунные заболевания Состояния иммунологической толерантности Иммунологическая память Поствакцинальный иммунитет Живые вакцины Виды вакцин Инактивированные вакцины Субъединичные вакцины Рекомбинантные вакцины Вакцины с искусственным адъювантом Комплексные (комбинированные) вакцины Виды адъювантов Синтетические пептидные вакцины Антиидиотипические вакцины Вакцины, содержащие продукты генов гистосовместимости Растительные вакцины Мукозальные вакцины ... Полное содержание

Подобный материал:

• Учебное пособие Нижний Новгород 2007 Балонова М. Г. Искусство и его роль в жизни общества:, 627.43kb.
• Учебное пособие Нижний Новгород 2003 удк 69. 003. 121: 519. 6 Ббк 65. 9 (2), 5181.42kb.
• Учебное пособие Нижний Новгород 2010 Печатается по решению редакционно-издательского, 2109.64kb.
• Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по специальности 030501 Нижний, 1855.66kb.
• Учебное пособие Нижний Новгород 2002 удк ббк к найденко В. В., Губанов Л. Н, Петрова, 1219.74kb.
• Н. И. Лобачевского факультет управления и предпринимательства м. Ю. Малкина история, 1006.22kb.
• Учебное наглядное пособие для студентов экономического факультета Нижний Новгород, 356.34kb.
• Учебно методическое пособие Рекомендовано методической комиссией факультета вычислительной, 269.62kb.
• Николая Васильевича Гоголя преподавателем ннгу, к ф. н. М. С. Воробьёвой книга, 1063.36kb.
• Учебное пособие Издательство фгоу впо вгавт н. Новгород, 2007, 1819.73kb.

Виды IgE-опосредованных аллергических заболеваний:

— аллергический дерматит — воздействие на эндотелий подкожных сосудов с последующим образованием волдырей, отека, зуда;

— бронхиальная астма — воздействие на эпителий и гладкие мыш­цы бронхов, гиперпродукция слизи;

• аллергический ринит (сенная лихорадка) — воздействие на эпи­телий слизистых оболочек носовой полости с формированием хронического насморка;
  
• пищевая аллергия — воздействие на эпителий слизистых оболо­чек кишечника;
  

— отек Квинке — аллергический отек лица и шеи вследствие раздра­жения нервных окончаний и воздействия на эндотелий сосудов;

— анафилактический шок — системное воздействие на эндотелий сосудов, приводящее к выходу жидкости из крови в ткани и на­рушению многих функций, вплоть до гибели организма.

Таблица. Классификация экзоаллергенов

Происхождение	Виды аллергенов
Неинфекционные аллергены
Животные	Эпидермальные и пищевые аллерге­ны, насекомые, аллергены
Растения	Пыльцевые, пищевые аллергены
Лекарства	Антибиотики, сульфаниламиды, иммунологические препараты
Промышленные вещества	Полимеры, пестициды, металлы
Пыль	Домашняя пыль, производственные пыли
Инфекционные аллергены
Низшие грибы, бактерии, виру­сы, простейшие, гельминты	Споры, поверхностные аллергены, продукты жизнедеятельности

Факторы, способствующие аллергенности антигенов:

• малый размер (5-15 тыс. дальтон), что позволяет проникать через слизистые поверхности;
  
• низкая доза, что приводит к формированию Th2-ответа;
  
• поступление через слизистые поверхности, где присутствует много тучных клеток;
  
• растворимость, что облегчает поступление через слизистые по­верхности;
  
• стабильность (плохо метаболизируются);
  
• способность агрегировать в мелкие частицы и в таком виде диф­фундировать через слизистые поверхности без их травмирования;
  
• активность аллергенов проявляется и нарастает при многократ­ном воздействии.
  

Многие аллергены имеют белковую природу и являются протеолитическими ферментами. Так, основной аллерген клещей является протеиназой, способной отщеплять с поверхности клеток мембранные бел­ки. Аллергены белковой природы несут эпитопы, которые при расщеп­лении белков до пептидов способны связываться с молекулами гистосовместимости II класса и инициировать иммунный ответ.

Терапия (десенсибилизация организма по отношению к аллергену) — проводится низкими увеличивающимися дозами аллергена с целью пере­ключения продукции антител класса IgE на антитела классов IgG и IgA.

Гиперчувствительность замедленного типа

Механизм развития связан с активацией Th1-клеток, которые, в свою очередь, активируют макрофаги.

Прототип — реакция Манту — ответ сенсибилизированного орга­низма на внутрикожное введение туберкулина. Развивается через 24-48 часов с образованием гиперемированной папулы со слабым отеком и выраженным уплотнением.

Реализуется при таких заболеваниях, как лепра, туберкулез. Кон­тактная гиперчувствительность на лекарства, наносимые на кожу (CD1⁺ дендритные клетки).

12.4. Аутоиммунные заболевания

Аутоиммунные заболевания — это заболевания, основой патогене­за которых служит развитие самоподдерживающегося иммунного отве­та на собственные антигены организма, что приводит к повреждению клеток, содержащих такие антигены. То есть при аутоиммунных забо­леваниях происходит утрата толерантности к «своим» антигенам.

Толерантность — специфическая иммунологическая неотвечаемость на какой-либо антиген, связанная с отсутствием клонов Т-лимфоцитов, способных активироваться в ответ на его присутствие.

Понятие иммунологической толерантности введено Бернетом в 1949 году. Объяснение феномена иммунологической толерантности и ее ос­новных механизмов Медавар и Бернет дали в 1953 году, за что получили Нобелевскую премию. Однако впервые описание иммунотолерантности было представлено ранее при обнаружении и изучении эритроцитарной мозаики (химеризма) у дизиготных телят-двоен. В результате обмена кровью во внутриутробном периоде у телят после рождения в крови цир­кулировали эритроциты обоих животных (мозаика эритроцитов). Кроме того, телята не реагировали на различные антигены друг друга.

Сравнительные критерии нормального адаптивного иммунного ответа и состояния иммунологической толерантности

	Состояния иммунологической толерантности	Нормальный адаптивный иммунный ответ
Первичное введение антигена	Ингибиция иммунного ответа	Индукция иммунного ответа
Повторное введение антигена	Отсутствие гумораль­ных антител Персистенция антигена Отрицательные резуль­таты кожных проб Отсутствие трансплан­тационной реакции	Выработка антител Иммунная элиминация антигена Положительные кожные реакции ГЗТ Отторжение трансплан­танта
Реакция Т-клеточных систем	Отсутствует	Выражена на уровне уз­навания и формирования иммунного ответа

Медавар с сотрудниками поставили эксперимент для исследования иммунологической толерантности на генетически различных линиях мышей. Клетки селезенки (спленоциты) мышей одной линии были вве­дены эмбрионам мышей другой линии, имеющих другие аллели генов гистосовместимости. При приживлении этих спленоцитов у родившихся и выживших мышей легко приживлялись кожные, кроветворные и дру­гие трансплантанты.

Иммунологическая толерантность всегда конкретна, специфична по отношению к определенному антигену. Однако если иммунотолерантность вызывается антигенами лимфоидных клеток, то, естественно, она распространяется на широкий круг антигенов.

Иммунотолерантность может быть выражена в разной степени и подвержена количественным градациям: высоко-, слабовыраженная и частичная.

Молекулярные механизмы, определяющие феномен иммунотолерантности, полностью не выяснены. Однако известно и экспериментально установлено, что решающим фактором в создании иммунологи­ческой толерантности является «обучение» иммунной системы в период ее развития и созревания к собственным антигенам. Этот период, на протяжении которого формируется толерантность к аутоантигенам, на­зывается адаптивным периодом. У большинства животных этот пери­од заканчивается до рождения (овцы, кролики) или распространяется на несколько дней после рождения (мыши, крысы, собаки, куры, утки, ин­дюшки и другие). Таким образом, на ранних стадиях развития плода иммунная система активно контактирует с собственными антигенами и элиминирует и парализует большинство лимфоцитарных клонов, на­правленных на аутоантигены.

Во взрослом организме иммунотолерантность к какому-нибудь ан­тигену индуцируется с большим трудом и бывает существенно менее выраженной. Решающими факторами в создании иммунологической толерантности, кроме возраста индивида и зрелости иммунной системы, являются особенности самого антигена, его доза, длительность воздей­ствия на организм и др.

Чем более выражена чужеродность между организмом-реципиентом и донорским трансплантантом (антигеном), тем труднее создать и про­длить толерантность. При эмбриональном парабиозе иммунотолерант­ность создается только в случаях контакта между филогенетически род­ственными видами.

Иммунологическая толерантность достигается прежде всего за счет супрессии клеточного звена иммунитета. Т- и В-клетки взрослых жи­вотных различно реагируют на выработку толерантности. Т-клетки, от­дельные их субпопуляции, следует рассматривать как главный носитель толерантности. Толерантность В-лимфоцитов формируется достаточно высокими дозами антигена, возникает медленнее, сохраняется недолго.

Для сохранения толерантности необходимо постоянное присутствие антигена. Толерантность можно вызвать и очень низкими (субиммуногенными), и очень высокими дозами антигена. Однако механизмы раз­вития иммунотолерантности в этих двух случаях неодинаковы. Малые дозы антигена вызывают толерантность при определенных условиях в основном за счет инактивации Т-лимфоцитов (низкодозовая толерант­ность). Большие дозы антигена — за счет инактивации Т- и В-лимфо­цитов и кооперации между ними.

Иммунная система обладает естественной толерантностью по отно­шению к своим собственным тканям. Однако в организме в нормальных условиях в малых количествах обнаруживаются аутоантитела к собствен­ным аутоантигенам. Отмена толерантности по отношению к тому или иному аутоантигену приводит к развитию аутоиммунных процессов.

Механизмы развития аутоиммунных процессов

1. Нарушение изоляции иммунологически привилегированных органов и тканей (центральная нервная система, внутренняя среда гла­за, внутренние части семенников, фолликулы щитовидной железы), что приводит к развитию следующих заболеваний - тиреоидит, рассеянный склероз, мужское бесплодие и др.). Схожесть антигенов инфекционных агентов (бактерии, вирусы) и антигенов организма-хозяина - стрептококковая инфекция и болезни сердца (β-D-N-ацетилглюкозамин полисахарида стрептококков группы А), возбудитель сифилиса и кардиолипиновый антиген. В этом случае наблюдается проявление эффекта перекрестных реакций на антиген.
   
2. Модификация собственных белков гаптенами, поступившими из внешней среды и вызвавшими аутоиммунные процессы.
   
3. Внутриклеточная вирусная инфекция.
   
4. Поликлональная активация, развивающаяся в ответ на введение адъювантов, появление в организме эндотоксинов, чужеродной ДНК, суперантигенов.
   
5. Растормаживание «запрещенных» клонов Т-лимфоцитов, несу­щих рецепторы против собственных для организма антигенов, вследст­вие нарушения регуляторных процессов, подавляющих их пролифера­цию.
   

Примеры аутоиммунных заболеваний

• Тиреоидит Хашимото (сопровождается зобом). Аутоантиген — тиреоглобулин щитовидной железы.
  
• Тиреотоксикоз (Базедова болезнь). Аутоантиген — мембранные рецепторы клеток для тиреотропного гормона.
  
• Тяжелая миастения. Аутоантиген — α-цепь ацетилхолинового рецептора.
  

Инсулинозависимый сахарный диабет. Аутоантиген — декарбоксилаза глутаминовой кислоты - β-клеток поджелудочной железы.

• Болезнь Чагаса — перекрестно-реагирующие антитела против ан­тигенов трипаносом и антигенов сердечной мышцы.
  
• Рассеянный склероз. Антиген — основной белок миелина.
  
• Ревматоидный артрит. Аутоантигены — ядерный антиген RANA, белки гистосовместимости II класса, коллаген, ревматоидный фактор.
  
• Системная красная волчанка. Аутоантиген — ДНК, гистоны, кардиолипин.
  

12.5. Опухоли иммунной системы

Опухоли иммунной системы развиваются из клеток иммунной сис­темы и разделяются на две большие группы: лейкозы и лимфомы. Лимфомы развиваются как опухоли лимфоидных органов и тканей (ко­стный мозг, лимфоузлы). Они образуют конгломераты опухолевых кле­ток, локально размещающихся в лимфоидных органах. К лимфомам относят лимфому Ходжкина и неХоджкинские лимфомы. Лимфома Ходжкина (лимфогранулематоз) возникает при злокачественной транс­формации антигенпрезентирующих клеток. Другие лимфомы чаще все­го имеют В-клеточное происхождение.

При лейкозах (лейкемии) клетки пролиферируют как отдельные клетки, а не общей массой, как при лимфомах. В результате при лейко­зах в крови и лимфоузлах значительно повышается количество таких диссеминированных клеток. Лейкозы развиваются из клеток лимфоидной и миелоидной линий. Исторически лейкозы разделяют на острые и хронические в зависимости от клинического прогрессирования заболе­вания. Острые лейкозы появляются неожиданно и прогрессируют очень быстро в отличие от хронических. Острые лейкозы берут свое начало от менее зрелых клеток, чем хронические лейкозы.

Острые лейкозы включают в себя острый лимфолейкоз и острый миелолейкоз и часто развиваются у детей. Таким же образом хрониче­ские лейкозы подразделяются на хронический лимфолейкоз и хрониче­ский миелолейкоз. Эти заболевания характерны для взрослых лиц. Острый лимфолейкоз развивается при злокачественной трансформации ранних предшественников лимфоцитов. Начало хроническому лимфолейкозу дают CD5-положительные В-лимфоциты.

К опухолям иммунной системы относится также миелома, являю­щаяся по своему происхождению плазмацитомой, то есть опухолью, берущей начало от антителопродуцирующих плазматических клеток. Миеломные клетки нередко сохраняют способность продуцировать им­муноглобулины или их фрагменты, называемые миеломными белка­ми. Ранее они использовались для изучения строения антител. Основ­ной прогресс в понимании строения антител был достигнут Нобелев­скими лауреатами Портером и Эдельманом при использовании миеломных белков.

При многих Т- и В-клеточных лейкозах и лимфомах происходит пе­ренос генов, потенциально способных вызвать опухоль (протоонкогенов), в гены иммуноглобулинов или Т-клеточного рецептора. Одна из наиболее хорошо изученных транслокаций — это перемещение протоонкогена c-myc при лимфоме Бёркита в ген тяжелой цепи иммуноглобулина, находящийся на другой хромосоме. Кроме того, ген легкой це­пи может транслоцироваться в ген c-myc и тем самым также перено­сится с одной хромосомы на другую. Результатом является активная репликация гена c-myc, приводящая в конечном итоге к злокачествен­ной трансформации лимфоцитов и развитию опухоли.

При хроническом миелолейкозе также могут происходить трансло­кации, приводящие к переносу генов из одних хромосом в другие и вы­зывающие формирование лейкоза. Транслокация вызывает сверхэкс­прессию генов, отвечающих за передачу внутриклеточных сигналов, связанных с клеточной пролиферацией. Хорошо известна так называе­мая Филадельфийская хромосома, образующаяся вследствие транслока­ции генетического материала между 9 и 22 хромосомами. Взамен нор­мальной 22-й хромосомы у человека может образовываться Филадель­фийская хромосома, имеющая меньшие размеры длинного плеча и хо­рошо различаемая при световой микроскопии.

Итогом развития опухоли, начинающейся от какой-либо из злокаче­ственно трансформированных клеток иммунной системы, является на­рушение нормальной работы иммунных и других механизмов жизне­деятельности, что вызывает тяжелое заболевание.

13. ВАКЦИНЫ

Вакцины — это биологически активные препараты, предупреждающие развитие инфекционных заболеваний и других проявлений иммунопатологии. Принцип применения вакцин заключается в опережающем создании иммунитета и, как следствие, устойчивости к развитию заболевания. Вакцинацией называют мероприятия, направленные на искусственную иммунизацию населения путем введения вакцин для повышения устойчивости к заболеванию. Цель вакцинации заключается в создании иммунологической памяти против конкретного патогена.

Различают пассивную и активную иммунизацию. Введение иммуноглобулинов, полученных от других организмов, — пассивная иммунизация. Она применяется как в терапевтических, так и профилактических целях. Введение вакцин — это активная иммунизация. Основное отличие активной иммунизации от пассивной — формирование иммунологической памяти.

Иммунологическая память обеспечивает ускоренное и более эффективное удаление чужеродных агентов при их повторном появлении в организме. Основой иммунологической памяти являются T- и B-клетки памяти.

Клетки памяти:

• образуются в ходе первичного иммунного ответа (в данном случае при вакцинации) наряду с эффекторными T-клетками и плазматическими клетками, продуцирующими антитела;

• длительное время сохраняются в организме;

• способны быстро формировать иммунный ответ при повторном появлении в организме чужеродного агента.

Вакцина должна удовлетворять следующим требованиям:

• активировать клетки, участвующие в процессинге и презентации антигена;

• содержать эпитопы для T- и T-клеток, обеспечивающие клеточный и гуморальный ответ;

• легко подвергаться процессингу с последующей эффективной презентацией антигенами гистосовместимости;

• индуцировать образование эффекторных T-клеток, антителопродуцирующих клеток и соответствующих клеток памяти;

• предотвращать развитие заболевания в течение длительного времени;

• быть безвредной, то есть не вызывать серьезного заболевания и побочных эффектов.


Поствакцинальный иммунитет складывается из двух видов иммунных реакций: гуморальных и клеточных. Отсутствие циркулирующих антител не является доказательством слабого иммунитета. В основе устойчивости ко многим видам инфекций (особенно вирусных) лежат клеточные механизмы.

Вакцины являются наиболее эффективным средством предупреждения инфекционных заболеваний.


Живые вакцины — взвесь вакцинных штаммов микроорганизмов. Вакцинные штаммы — это аттенуированные (ослабленные) штаммы, получаемые путем инактивации гена, ответственного за образование фактора вирулентности, или за счет мутаций в генах, неспецифически снижающих вирулентность. Наряду с генетически закрепленной утратой патогенных свойств вакцинные штаммы способны размножаться в месте введения, лимфоузлах и внутренних органах. Вакцинная инфекция не сопровождается клинической картиной заболевания, но приводит к формированию иммунитета к патогенным штаммам. Преимущество живых вакцин — в создании прочного и длительного иммунитета, подобного постинфекционному иммунитету.

Вакцины, выпускаемые в Российской Федерации

Виды вакцин	Инфекции
Живые	Грипп, корь, полиомиелит, сибирская язва, ту­беркулез, сыпной тиф, чума, туляремия, бру­целлез, лихорадка Ку, желтая лихорадка
Инактивированные субъединичные	Бешенство, брюшной тиф, грипп, клещевой энцефалит, коклюш, холера, лептоспироз, гепа­тит A, сыпной тиф, герпес
Химические	Менингококковая инфекция, холера, брюшной тиф
Анатоксины	Дифтерия, столбняк, гангрена, ботулизм, холера, стафилококковая и синегнойная инфекции
Рекомбинантные	Гепатит B
Вакцины с искусственным адъювантом	Гриппозная вакцина с полиоксидонием
Комплексные вакцины	АКДС (коклюш, дифтерия, столбняк), Полиомиелитная (трехвалентная), гриппозная (три штамма), тривакцина против кори, паротита и краснухи, пневмококковая вакцина, включающая 23 серотипа пневмококка

Инактивированные вакцины. Готовятся из инактивированных (убитых) вирулентных штаммов бактерий и вирусов, обладающих полным набором необходимых антигенов. Для инактивации используют прогревание, обработку фиксирующими агентами, которые обеспечивают надежную инактивацию и минимальное повреждение структуры антигенов. Такие вакцины менее эффективны в сравнении с живыми, но при повторном введении создают достаточно стойкий иммунитет, предохраняя от заболеваний или уменьшая их тяжесть.

Субъединичные вакцины (расщепленные, сплит-вакцины) — лишены липидов, имеют хорошую переносимость и достаточную иммуногенную активность.

Химические вакцины. Состоят из протективных (защитных) антигенов, обеспечивающих развитие надежного иммунитета и получаемых из микроорганизмов химическими методами. Как правило, содержат комплексы, состоящие из белков, полисахаридов, липидов. В некоторых случаях состоят из рибосомальных фракций микробов. Слабо реактогенны, могут вводиться в больших дозах и многократно, что повышает их эффективность. Могут применяться в различных ассоциациях, направленных одновременно против ряда инфекций.

Анатоксины. Готовятся из обезвреженных фиксирующими агентами экзотоксинов различных микроорганизмов. В составе вакцины анатоксины обычно сорбируют на гидроксиде алюминия. Обеспечивают формирование антитоксического иммунитета (антитела против анатоксинов), который, однако, не предотвращает бактерионосительства.

Рекомбинантные вакцины основаны на применении генно-инженерных продуктов. Достаточно эффективны, безопасны, могут быть использованы для разработки комплексных вакцин, создающих иммунитет одновременно против нескольких инфекций.

Вакцины с искусственным адъювантом основаны на использовании естественных антигенов и синтетических носителей. Примером может служить созданный в России химически синтезируемый полиоксидоний, обладающий мощным иммуностимулирующим действием.

Комплексные (комбинированные) вакцины включают в состав компоненты, обеспечивающие создание протективного иммунитета против нескольких инфекций. Наиболее известна среди них АКДС-вакцина, состоящая из убитых коклюшных микробов и очищенных дифтерийного и столбнячного анатоксинов, адсорбированных на гидроксиде алюминия.

Адъюванты — вещества, неспецифически усиливающие иммунный ответ на антигены. Многие адъюванты используются в составе вакцин.

Таблица 13.2

Адъюванты и механизм действия

Виды адъювантов	Примеры	Механизм действия
Минераль­ные	Гидрат окиси алюминия Фосфат алюминия	Стимулируют преимущест­венно гуморальный имму­нитет, действуя на вспомо­гательные и Th2-клетки
Раститель­ные	Сапонин (применяется в ветеринарии)	Усиливает действие T-зависимых и T-независимых антигенов
Микробные адъюванты	Микробные клетки и их фракции М. tuberculoses, В. pertussis Производные мурамилдипептида — компонента стенки микобактерий Низкомолекулярная РНК дрожжей	Разносторонние механизмы воздействия на гумораль­ный и клеточный иммуни­тет
Цитокины	Интерлейкин-2 Гамма-интерферон	Стимулируют клеточный иммунитет
Синтетические адъюванты	Полиоксидоний	Стимуляция T-независимого иммунного ответа в обход генетического контроля иммунитета

Вакцины будущего

1. Генно-инженерные вакцины. В геном живых аттенуированных вирусов, бактерий, дрожжей или клеток эукариотов встраивается ген, кодирующий образование протективного антигена того возбудителя, против которого направлена вакцина.

2. Синтетические пептидные вакцины. Могут содержать различные эпитопы, способные формировать иммунитет к разным видам инфекций. Отличаются высокой степенью стандартности, безопасны, однако слабо иммуногенны и требуют применения эффективных адъювантов.

3. ДНК-вакцины — вакцины из плазмидных ДНК, кодирующих протективные антигены возбудителей инфекционных заболеваний. Такая ДНК при введении в организм проникает в ядро клетки, длительное время существует вне хромосом без репликации, транскрибируется и экспрессирует соответствующие антигены, вызывающие в организме формирование T- и B-клеточного иммунитета.

4. Антиидиотипические вакцины. Антиидиотипические антитела являются зеркальным отражением антигена и поэтому способны вызывать образование антител и цитотоксических клеток, реагирующих с антигеном. Вакцины на основе антиидиотипических антител безопасны, так как идиотипы являются естественными эндогенными регуляторами иммунного ответа.

5. Вакцины, содержащие продукты генов гистосовместимости. Каждой инфекции соответствует свой набор антигенов гистосовместимости, отвечающий за высокий уровень иммунного ответа. Отсутствие на клетках таких антигенов является одной из основных генетических причин слабой иммунной реакции. Введение в организм молекул гистосовместимости, несущих пептиды, соответствующие эпитопам инфекционных агентов, будет способствовать усилению иммунитета.

6. Растительные вакцины. Продемонстрировано, что в листьях трансгенного табака могут нарабатываться белки инфекционных вирусов. После очистки такие белки можно использовать как компоненты вакцин. Немаловажное значение имеет высокая экономичность растительных вакцин и возможность их применения с пищей.

7. Мукозальные вакцины. Один из подходов к созданию таких вакцин заключается в разработке средств, препятствующих колонизации возбудителей инфекций на поверхности слизистых оболочек. Основу таких вакцин может составить белок адгезии на концах бактериальных пилей, с помощью которых бактерии прикрепляются к поверхности слизистой.

14. ЭВОЛЮЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

В 1964 году М. Бернет определил иммунитет как реакцию организма, направленную на поддержание генетической стабильности. Иммунный ответ развивается не только на экзогенный чужеродный материал, но и на мутационные изменения собственных клеток. Однако впервые концепцию о первичности иммунологических реакций на мутагенную клетку высказал Л. Зильбер — известный отечественный микробиолог, вирусолог, иммунолог.

Соматические клетки подвержены спонтанным мутациям. Нормальная частота мутаций составляет 10^-6 на 1 клеточное деление. Чем больше соматических клеток в организме, тем больше вероятность генетических нарушений и тем эффективнее должен быть контроль за мутационным потоком. Если контроль будет отсутствовать, то организм погибнет от возникающих мутаций.

Подсчитано, что ежедневно в организме человека возникает 10⁵ мутаций. К 22 годам в клетках организма может произойти до 10⁹ мутаций. Большая часть из них уничтожается за счет постоянно идущих на уровне генома репарационных процессов. Однако часть таких мутаций может сохраняться и потенциально способно привести к злокачественной трансформации клеток и неуправляемому опухолевому росту. Результатом явится гибель организма. Устраняет опухолевые клетки иммунная система.

Эволюция живого мира, как известно, сопровождалась усложнением строения организмов, развитием одноклеточных животных в многоклеточные. Увеличение количества соматических клеток в процессе эволюции могло идти только на фоне совершенствования иммунной системы. То есть совершенствование механизмов иммунной защиты является фактором, обеспечившим прогресс в мире животных по линии увеличения абсолютного количества соматических клеток эволюционно развивающихся форм жизни.

Самые низшие беспозвоночные уже имеют зачатки иммунной системы, что проявляется в наличии у них клеточных и гуморальных факторов защиты. У большинства беспозвоночных обнаружены белые кровяные клетки, аналогичные лейкоцитам позвоночных. Если у примитивных простейших они выполняют одновременно несколько функций, то по мере эволюционного развития происходит специализация клеток и выделение защитных клеток в отдельные популяции.

Так, у губок и кишечнополостных имеются фагоцитирующие амебоциты. Они выполняют функции питания, экскреции и защиты. У более сложно устроенных вторичнополостных (первично и вторичноротые) из амебоидных клеток сформировалось несколько типов специализированных клеток, в том числе и клетки, выполняющие защитные функции.

По функциональным критериям среди них выделяют:

• клетки-предшественники, способные играть роль стволовых клеток;

• фагоцитарные клетки, соответствующие макрофагам и гранулоцитам млекопитающих. Они продуцируют пероксидазу, активные формы кислорода, лизоцим;

• гемостатические клетки, участвующие в коагуляционных процессах при травмах и заживлении ран, участвуют в распознавании своего.

Наряду с клеточными факторами защиты обнаружены гуморальные факторы, участвующие в сохранении целостности организма.

• У членистоногих обнаружена так называемая система профенолоксидазы, сходная с альтернативным путем активации комплемента. Она включает в себя ряд последовательно активируемых протеиназ, приводящих в конечном итоге, подобно системе комплемента, к связыванию и уничтожению попавших в организм бактерий.

• Из гемолимфы моллюсков и насекомых выделены белки, названные агглютининами. Они служат мостиками, соединяющими лейкоциты с чужеродными частицами, чем усиливают фагоцитирующие свойства лейкоцитарных клеток.

• В гемолимфе насекомых также обнаружен белок, получивший название гемолин. Он обладает способностью к распознаванию бактериальных антигенов и построен из четырех иммуноглобулиноподобных доменов.

• Наряду с вышеприведенными гуморальными факторами известны цитокиноподобные белки беспозвоночных. В частности, идентифицирован белок, обладающий активностью хорошо изученного цитокина человека — фактора некроза опухолей.

Обнаружено, что некоторые беспозвоночные, в частности губки, обладают способностью к распознаванию и отторжению аллогенных тканей. Предполагается, что в распознавании принимают участие белки теплового шока. В настоящее время установлено, что белки теплового шока у млекопитающих способны к презентации антигена, подобно молекулам главного комплекса гистосовместимости. Такая презентация является врожденной, то есть не является элементом адаптивного иммунного ответа, и, соответственно она намного древнее презентации антигена с помощью молекул главного комплекса гистосовместимости. Белки теплового шока рассматривают в качестве предшественников молекул гистосовместимости.

Таким образом, защита беспозвоночных от чужеродных агентов осуществляется за счет множества факторов естественной резистентности (врожденного иммунитета). Они имеют сходство с иммунными белками и клетками позвоночных, что указывает на филогенетическую связь защитных систем позвоночных и беспозвоночных.

Основной отличительной чертой иммунной системы позвоночных служит появление у них адаптивного иммунного ответа. Вырабатываясь в ответ на конкретный чужеродный антиген, он обладает более высокой специфичностью, что, в свою очередь, обеспечивает его более высокую эффективность. Появление у позвоночных адаптивного иммунного ответа и соответствующих ему органов и клеток рассматривают как ароморфоз.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости, T-клеточный рецептор и иммуноглобулины появляются уже у рыб, начиная от челюстноротых. Среди иммуноглобулинов первым появляется IgM.

У хрящевых рыб (акул) имеется большое количество IgM-антител, гены которых не подвергаются соматической рекомбинации. Это антитела со специфичностью, заданной от рождения. Они направлены против бактериальных антигенов и являются эволюционными гомологами антител, продуцируемых тимуснезависимыми B1 лимфоцитами человека, несущими на своей мембране CD5 антиген. Иммуноглобулины G впервые появляются у амфибий. У млекопитающих появляются антитела классов IgA, IgE, IgD.

У всех млекопитающих имеются такие факторы врожденного иммунитета, как натуральные киллеры и система комплемента. У миксин обнаружен альтернативный путь активации комплемента, у всех остальных позвоночных его дополняет классический путь.

Тимус и селезенка появляются у рыб. Лимфоузлы, имеющие центры размножения, обеспечивающие аффинное созревание антител, появляются лишь у теплокровных животных — птиц и млекопитающих. То есть только у птиц и млекопитающих существует механизм повышения аффинитета антител в ходе адаптивного иммунного ответа — последнее из наиболее серьезных приобретений иммунной системы на пути ее совершенствования в процессе филогенеза.

Таким образом, в процессе эволюции шло постоянное совершенствование механизмов защиты животных от генетически чужеродных агентов. Если у беспозвоночных в поддержании гомеостаза участвуют многочисленные механизмы врожденного иммунитета, то позвоночные животные сумели выработать дополнительный, более эффективный адаптивный иммунитет. Вершиной развития иммунных механизмов явился адаптивный иммунный ответ теплокровных животных, что соответствует их наиболее высокому филогенетическому положению.


15. ОНТОГЕНЕЗ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

Иммунная система в эмбриогенезе


Уровень иммунной реактивности развивающихся зародышей значительно уступает половозрелым особям. Тем не менее, начальные этапы становления T- и B-звеньев иммунной системы проявляются очень рано. Тимус — наиболее ранний орган иммунной системы, возникающий в процессе зародышевого развития. Формируется из эндодермы 3-го и 4-го глоточных карманов и эктодермы 3-й и 4-й жаберных щелей. Развивающийся тимус характеризуется интенсивной клеточной пролиферацией и увеличением массы органа. Отношение массы тимуса к массе тела достигает максимума в последней трети беременности, хотя абсолютное увеличение веса органа продолжается до половозрелого состояния. После этого начинается его прогрессивная инволюция.

Раннее эмбриональное развитие T-клеточной системы иммунитета является общей характерной чертой всех позвоночных животных.

Таблица 15.1

Показатели T- и B-клеточных систем иммунитета у плода человека

Время внутриут­робного развития, недели	Признаки
3	Гемопоэз в желчном мешке
5	Появление в печени лимфоцитов, начало формиро­вания селезенки
6	Закладка тимуса, экспрессия молекул HLA
7	Появление лимфоцитов в крови, появление внутриклеточного IgM
8	Заселение тимуса лимфоцитами, синтез компонен­тов комплемента и интерферона
9	Появление в печени лимфоцитов, несущих на мем­бране IgM и IgG
12	Появление лимфатических узлов, начало синтеза IgG
14	Появление в тимусе CD4- и CD8-положительных клеток
20	Появление скоплений лимфоцитов и первичных фолликулов в слизистых поверхностях, максималь­ная лейкопоэтическая активность клеток селезенки
30	Максимальная гемопоэтическая активность клеток костного мозга, начало синтеза IgA

Несмотря на очень раннее становление системы иммунитета по морфологическим признакам, его функциональная активность выражена недостаточно полно.

У развивающегося эмбриона стволовые кроветворные клетки впервые обнаруживаются в желточном мешке. Позднее основным депо стволовых элементов становится эмбриональная печень. У плода человека на 7—8-й неделе внутриутробного развития начинает закладываться костный мозг. Как кроветворный орган он начинает функционировать только с 4-го месяца беременности. Первые В-клетки появляются на 5—7-й неделе эмбриогенеза в паренхиме печени. Полноценный синтез IgM начинается ими на 10—11-й неделе развития. В условиях нормального развития плод не образует плазматических клеток. Они возникают при инфекционных заболеваниях матери.

Функциональная недостаточность T- и B-клеточных систем у эмбриона связана, скорее всего, не с собственными элементами иммунной системы, а с незрелостью вспомогательных регуляторных компонентов.

Плод с биологической точки зрения является для иммунной системы матери чужеродным антигеном, поскольку получает часть генов от отца. Для подавления отторжения плода иммунной системой матери иммунная система плода использует несколько механизмов. Так, на клетках ворсинчатого трофобласта появляется белок, называемый Fas-лигандом. Взаимодействуя с белком Fas на поверхности T-лимфоцитов матери, активированных против антигенов плода, он вызывает апоптоз материнских T-лимфоцитов. Кроме того, имеются особенности экспрессии молекул гистосовместимости I класса, обеспечивающие дополнительную защиту от атаки со стороны иммунной системы матери. В частности, классические молекулы гистосовместимости I класса отсутствуют на клетках ворсинчатого трофобласта. Важную роль в иммунологической толерантности плода играют и неклассические молекулы гистосовместимости (HLA-G).


Иммунная система новорожденных


Содержание T-клеток в крови новорожденных близко к их содержанию у взрослых. В то же время реакция на бактериальные антигены у новорожденных снижена и достигает нормы только к 6—12 месяцу постнатального развития. Это связано с особенностями продукции цитокинов у новорожденных, в частности со сниженным уровнем продукции некоторых интерлейкинов и интерферонов.

Количество B-клеток у новорожденных также близко к их содержанию у взрослых. Однако число антителопродуцирующих клеток значительно снижено. Так, в пуповинной крови новорожденных отсутствуют продуценты IgG на фоне пониженного содержания IgM- и IgA-продуцирующих клеток. К концу первого месяца жизни новорожденного количество IgM-положительных клеток достигает уровня, характерного для взрослых, хотя количество IgG- и IgA-продуцирующих клеток остается пониженным. Недостаток собственных иммуноглобулинов у новорожденных компенсируется антителами матери, поступающими в организм младенца через плаценту.

Таким образом, принципиальным моментом является тот факт, что в эмбриональном периоде закономерно не происходит синтеза иммуноглобулинов, а гуморальная защита осуществляется только за счет IgG матери. Однако иногда рождаются новорожденные со следами других иммуноглобулинов, что может свидетельствовать о возможной инфицированности плода или о раннем созревании иммунной системы.

Таблица 15.2

Объяснение различными теориями иммунитета основных иммунологических феноменов

Теория и автор	Распознавание «своего» и «чужого»	Выработка антител	Наличие и чувствительность латентного периода	Наличие сенсибилизированных клеток	Различия интенсивности первичного и вторичного ответов	Иммунологическая память	Иммунологическая толерантность	Соответствие генетическому постулату ДНК-РНК-белок
Селективные: боковых цепей (Эрлих, 1898)	—	+	—	+	—	—	—	+
естественного отбора (Ерне, 1955)	—	+	—	+	—	+	—	+
селекция клонов (Бернет, 1957)	+	+	+	+	+	+	+	+
Инструктивные: прямой матрицы (Гауровиц и др., 1937—1940)	—	+	—	—	—	—	—	—
непрямой матрицы (Бернет, Феннер, 1949)	±	+	+	—	+	+	+	—

Иммунитет при старении


На ранних этапах онтогенеза эффективность работы иммунной системы возрастает по мере развития организма. При старении наблюдается обратный процесс. Происходит постепенное снижение иммунных функций, что приводит к развитию заболеваний в пожилом возрасте.

Подавление иммунитета с возрастом не связно со снижением абсолютного количества T- и B-клеток, но зависит от изменения их функциональной активности. Одним из основных факторов подавления иммунитета в пожилом возрасте является нарушение иммунорегуляторных механизмов, связанных с функциональной активностью популяций T-клеток. Результатом является развитие так называемых болезней возраста — аутоиммунных заболеваний и злокачественных опухолей.

16. ИСТОРИЯ ИММУНОЛОГИИ

Термин «иммунитет» имеет очень давнюю историю. Он произошел от латинского слова «immunis». Так в Древнем Риме называли статус гражданина, свободного от определенных государственных обязанностей. Так же называли и города Римской империи, свободные от уплаты налогов. В более близком для нас значении этот термин употребил римский поэт Марк Лупан (I век до н.э.) в эпической поэме «Форсария» для описания невосприимчивости одного североафриканского племени к укусам ядовитых змей.

Только в XIX веке благодаря широкому распространению вакцинации, создающей иммунитет к оспе, термин «иммунитет» стал постепенно входить в медицинскую литературу. В этом новом (медицинском) качестве — как «освобождение от болезни» — его впервые в 1869 г. официально закрепил французский словарь Литте.

Однако задолго до появления термина «иммунитет» в медицине уже существовало понятие иммунитета в значении невосприимчивости человека к болезни, которое обозначалось другими терминами (умозрительными и эмпирическими). Например, у Гиппократа это «природа (фюзис) организма» или «самоисцеляющая сила организма» («vis medicatrix naturae»), у Парацельса — «залечивающая сила» («мумиё»), у Галена — «жизненная сила». Народной медициной издавна отмечено явление стойкой невосприимчивости (резистентности) к повторному заражению после перенесенных тяжелых инфекций, таких как оспа, скарлатина, тиф. Это — приобретенный иммунитет.

С давних времен было известно, что человек, перенесший опасную заразную болезнь, как правило, второй раз ею не болеет. Об этом писал древнегреческий историк Фукидид (ок. 460-400 гг. до н.э.), рассказывая об эпидемиях во время Пелопонесской войны.

Таким образом, иммунитет в своих феноменологических аспектах был выявлен уже давно, но сущность явления оставалась неизвестной.

Такими же древними были попытки использовать эти наблюдения для того, чтобы обезопасить себя от заразных заболеваний, например, от таких, как оспа. В Китае еще в XI веке до н.э. был разработан метод предупреждения заболевания оспой, получивший название вариоляция. Он заключался в том, что оспенные струпья растирали в порошок и вносили в нос. В Индии специально повреждали кожу и к этим местам прикладывали ткань, пропитанную оспенным гноем. Все это делалось для того, чтобы вызвать легкую форму оспы и тем самым уберечься от тяжелой формы этого заболевания. Метод вариоляции сохранился до XVIII века н.э. и подготовил общественную мысль к восприятию идеи вакцинации, предложенную Эдвардом Дженнером в 1798 году. Убедившись после многолетних наблюдений в том, что лица, перенесшие коровью оспу, не болеют натуральной оспой, Э. Дженнер в 1796 году во время вспышки заболевания привил мальчику коровью оспу — вакцину (от лат. vacca — корова), и ребенок оспой не заболел. Эти опыты Дженнер повторил много раз и в 1798 году опубликовал результаты своих наблюдений. Его метод, несмотря на многие препятствия, стал быстро распространяться.

В самостоятельную дисциплину иммунология отделилась от микробиологии лишь в конце XIX века. У истоков иммунологии стоит Луи Пастер (первый этап развития иммунологии), подаривший миру вакцины — возможность профилактики инфекционных заболеваний (начало инфекционной иммунологии). Опыты Пастера с возбудителями куриной холеры, сибирской язвы и бешенства доказали возможность получения искусственных вакцин путем ослабления (аттенуации) патогенных свойств возбудителя. Пастер научно обосновал основной принцип борьбы с инфекционными заболеваниями — создание искусственного коллективного иммунитета против них.

Возникнув как прикладная наука, тесно связанная с бактериологией, иммунология с самого начала представляла собой одну из наиболее многообещающих и сложных биологических дисциплин. Первоначально иммунология развивалась как наука, изучающая генез и профилактику инфекционных заболеваний, как новый подход к предупреждению этих болезней.

На протяжении 80—90-х годов XIX столетия осуществимость профилактической иммунизации была доказана для целого ряда инфекционных заболеваний. Однако попытки применить эти новые иммунологические подходы ко всем болезням принесли во многих случаях отрицательный результат. В частности, некоторые возбудители, позднее названные вирусами и риккетсиями, было невозможно выделить существовавшими тогда методами. В других случаях, как, например, при поражении Treponema pallidium, вызывающей сифилис, хотя возбудитель и мог быть обнаружен при гистопатологическом исследовании, вырастить его на искусственной питательной среде для приготовления вакцины не удавалось. И, наконец, были такие заболевания, как дифтерия и туберкулез, при которых сам возбудитель можно было вырастить и использовать для иммунизации, но это не обеспечивало защиты от инфекции, а иммунизация микробами типа холерного вибриона для профилактики холеры у человека оказалась малопригодной.

Значительный успех был достигнут в 1888 году, когда Эмиль Ру и Александр Йерсен сумели выделить растворимый токсин из надосадочной жидкости культур дифтерийной палочки. Этот токсин при введении экспериментальным животным вызывал всю картину дифтерии; стало очевидным, что, по крайней мере, иногда болезнь вызывает не сам микроб как таковой, а вырабатываемый им экзотоксин. После этого понадобилось немного времени, чтобы Эмиль фон Беринг (1854-1917) и его сотрудник Китасато развили эти наблюдения, и в 1890 году они сообщили, что после иммунизации дифтерийным или столбнячным токсином в крови животных появляется нечто, способное нейтрализовать или разрушить токсин и тем самым предотвратить заболевание. Антитоксические сыворотки животных вскоре испытали на больных детях. Эффект был поразительным. Дети быстро выздоравливали, особенно если сыворотка вводилась на ранних сроках заболевания. Вещество, которое вызывало обезвреживание токсина, получило название антитоксина, а вскоре для обозначения этого нового класса веществ был введен более общий и менее обязывающий термин — антитело. То, что вызывает образование этих антител стали называть антигеном.

Данные фон Беринга об эффективности терапевтического применения антитоксина сразу же убедили медицинский мир, а всеобщий характер этого явления был подтвержден наблюдениями Пауля Эрлиха (1854—1915), который показал, что иммунизация животных токсинами растительного происхождения — рицином и абрином — также приводит к образованию нейтрализующих антитоксинов.

Позже оказалось, что даже безобидные нетоксичные вещества вроде молока и различных других белков могут вызвать образование специфических антител, и стало ясно, что «иммунный» ответ представляет собой феномен, который выходит далеко за границы антитоксического и антибактериального иммунитета. В 1896 году Грубер и Дархэм открыли специфическую агглютинацию бактерий, а спустя несколько лет бельгиец Жюль Борде — агглютинацию эритроцитов. В 1897 году Крауз описал реакцию преципитации между антигеном и антителом. В результате появилась возможность проводить количественное и качественное изучение антител in vitro и практически наблюдать их действие. Эти и другие данные постепенно приводили к выводу, что иммунологическим механизмам принадлежит более весомая роль, чем их участие только в формировании невосприимчивости к инфекционным болезням.

Когда в 90-х годах XIX столетия осознали, что вызвать образование антител можно даже с помощью веществ небактериальной природы типа растительных и сывороточных белков или эритроцитов, то для получения специфических антител стали вводить экспериментальным животным чуть ли не все мыслимые вещества, какие только попадались в руки иммунологам. Животных иммунизировали не только веществами чужеродного происхождения, но также компонентами своего собственного организма. В ранних работах с введением животному собственной сыворотки и других жидкостей организма неизменно получались отрицательные результаты, и это позволило Эрлиху сформулировать его знаменитое выражение: страх самоотравления, согласно которому по неизвестным причинам организм не способен к иммунному ответу против собственных компонентов. Однако другие исследователи не ограничивались изучением одних только растворимых веществ, и вскоре Илья Ильич Мечников и другие показали, что иммунизация животных их собственными сперматозоидами и клетками многих других органов ведет к образованию антител с цитотоксическими свойствами в отношении вводившихся клеток и часто специфичных к тому органу, из которого получены клетки. Этим было положено начало изучению феноменов аутоиммунитета, при которых механизмы протективного иммунитета могут парадоксальным образом обратиться против человека, включаясь в пагубную для него реакцию, направленную против собственных элементов организма.

Но каким образом образуются антитела и как объяснить их строгую специфичность? Все эти вопросы поставил Пауль Эрлих в своей классической статье о количественной оценке дифтерийных антисывороток («Измерение активности дифтерийной сыворотки и ее теоретические основы», 1897 год). Эта публикация представляет большой исторический интерес с нескольких точек зрения. Во-первых, в ней была заложена основа для развития иммунохимии и определены пути для количественного изучения реакции антиген-антитело на последующие примерно 50 лет. Эрлих впервые ввел в иммунологическое исследование статистический метод — метод титрования антител и антигенов. Во-вторых, в статье декларировалось, что специфичность антител и их реакции опираются на законы структурной химии. В-третьих, в ней была предложена теория образования антител, оказавшая сильное влияние на иммунологическое мышление в течение многих последующих лет.

Непосредственная практическая сторона исследований Эрлиха состояла в том, что в них было показано, как следует проводить количественное определение дифтерийного токсина и антитоксина, что позволило создать рациональную основу для важной в те годы иммунотерапии. При этом Эрлих ввел множество терминов, которые стали потом общепринятыми. О н утверждал, что антитело — это самостоятельный вид молекул, существующих вначале в виде рецепторов (боковых цепей) на поверхности клеток и обладающих особой химической конформацией, которая обеспечивает специфическое взаимодействие с комплементарной конфигурацией на молекуле антигена. Он полагал, что как у антигена, так и у антител имеются функциональные домены, каждый из которых обеспечивает химическое взаимодействие в результате взаимного соответствия по типу «замка и ключа», т. е. аналогично взаимодействию фермент-субстрат, которое такой образной метафорой охарактеризовал Эмиль Фишер.

На протяжении нескольких десятилетий антитела с разной биологической активностью считали различными видами молекул, пока не восторжествовала унитарная теория Ганса Цинсера, согласно которой одно и то же антитело может обусловливать разнообразные биологические эффекты.