Імунна система. Індуцибельні фактори захисту організму (імунна система). Головний комплекс гістосумісності (МНС першого та другого класу). Гени MHC I та MHC II.
Імунна система- сукупність органів, тканин та клітин, що забезпечують структурну та генетичну сталість клітин організму; утворює другу лінію захисту організму. Функції першого бар'єру на шляху чужорідних агентів виконують шкіра та слизові оболонки, жирні кислоти (що входять до складу секрету сальних залоз шкіри) та висока кислотність шлункового соку, нормальна мікрофлора організму, а також клітини, що виконують функції неспецифічного захисту від інфекційних агентів.
Імунна системаздатна розпізнавати мільйони різноманітних речовин, виявляти тонкі відмінності між близькими за структурою молекулами. Оптимальне функціонування системи забезпечують тонкі механізми взаємодії лімфоїдних клітин та макрофагів, що здійснюються при прямих контактах та за участю розчинних посередників (медіаторів імунної системи). Система має імунною пам'яттю, зберігаючи інформацію про попередні антигенні дії. Принципи підтримки структурної сталості організму («антигенної чистоти») ґрунтуються на розпізнаванні «свого-чужого».
Для цього на поверхні клітин організму є глікопротеїнові рецептори (Аг), що становлять головний комплекс гістосумісності - МНС[Від англ. major histocompatibility complex]. При порушенні структури цих Аг, тобто зміні «свого», імунна система розцінює їх як «чуже».
Спектр молекул МНСунікальний для кожного організму та визначає його біологічну індивідуальність; це і дозволяє відрізняти «своє» ( гістосумісне) від «чужого» (несумісного). Виділяють гени та Аг двох основних класів МНС.
Головний комплекс гістосумісності (МНС першого та другого класу). Гени MHC I та MHC II.
Молекули І та ІІ класівконтролюють імунну відповідь. Вони поєднано розпізнаються поверхневими диференціювальними CD-Ar клітин-мішеней і беруть участь у реакціях клітинної цитотоксичності, що здійснюється цитотоксичними Т-лімфоцитами (ЦТЛ).
Гени MHC I класувизначають тканинні Аг; Аг класу МНС Iпредставлені на поверхні всіх клітин, що містять ядро.
Гени MHC II класуконтролюють відповідь до тимузалежних Аг; Аг класу II експресуються переважно на мембранах імунокомпетентних клітин, включаючи макрофаги, моноцити, В-лімфоцити та активовані Т-клітини.
На цитоплазматичних мембранах практично всіх клітин макроорганізму виявляються антигени гістосумісності. Більшість із них належить до системиголовного комуплексу гістосумісності, або МНС(Аббр. від англ. Main Hystocompatibility Complex).
Антигени гістосумісності відіграють ключову роль у здійсненні специфічного розпізнавання «свій-чужий»і індукції набутої імунної відповіді.Вони визначають сумісність органів та тканин при трансплантації в межах одного виду, генетичну рестрикцію (обмеження) імунного реагування та інші ефекти.
Велика заслуга у вивченні МНС як явища біологічного світу належить Дж. Доссе, П. Догерті, П. Гореру, Г. Снеллу, Р. Цинкернагелю, Р. В. Петрову, які стали основоположниками імуногенетики.
Вперше МНС було виявлено у 60-х роках XX ст. у дослідах на генетично чистих (інбредних) лініях мишей при спробі міжлінійної пересадки пухлинних тканин (П. Горер, Г. Снелл). У мишей цей комплекс отримав назву Н-2 і був картований у 17 хромосомі.
У людини МНС було описано трохи пізніше у роботах Дж. Доссе. Його позначили як HLA (Аббр. від англ.Human Leukocyte Antigen ), оскільки він асоційований із лейкоцитами.
БіосинтезHLAвизначається генамилокалізованими відразу в декількох локусах короткого плеча 6-ї хромосоми.
МНС має складну структуру та високу поліморфність. За хімічною природою антигени гістосовметимості є глікопротеїди, міцно пов'язані з цитолазматической мембраною клітин. Їхні окремі фрагменти мають структурну гомологію з молекулами імуноглобулінів і тому ставляться до єдиного суперродини.
Розрізняють два основних класи молекул МНС.
Умовно прийнято, що МНС І класу індукує переважно клітинну імунну відповідь.
МНС II класу-гуморальний.
Основні класи об'єднують безліч подібних структурі антигенів, які кодуються безліччю алельних генів. При цьому на клітинах індивідууму можуть експресуватися не більше двох різновидів продуктів кожного гена МНС, що важливо для підтримки гетерогенності популяційної і виживання як окремої особини, так і всієї популяції в цілому.
МНСIкласускладається з двох нековалентно пов'язаних поліпептидних ланцюгів з різною молекулярною масою: важкого альфа-ланцюга та легкого бета-ланцюга. Альфа-ланцюг має позаклітинну ділянку з доменною будовою (al-, a2- та аЗ-домени), трансмембранну та цитоплазматичну. Бета-ланцюг є бета-2-мікроглобуліном, який «налипає» на аЗ-домен після експресії альфа-ланцюга на цитоплазматичній мембрані клітини.
Альфа-ланцюг має високу сорбційну здатність по відношенню до пептидів. Ця властивість визначається al-і а2-доменами, що формують так звану «щілину Бьоркмана» - гіперваріабельну ділянку, відповідальну за сорбцію та презентацію молекул антигену. «Щілина Бьоркмана» МНС I класу містить нанопептид, який у такому вигляді легко виявляється специфічними антитілами.
Процес формування комплексу МНС I класу-антиген протікає внутрішньоклітинно безперервно.
До його складу включаються будь-якіендогенно синтезовані пептиди,зокрема вірусні. Комплекс спочатку збирається в ендоплазматичному ретикулумі, куди за допомогою особливого білка, протеосоми,переносяться пептиди з цитоплазми. Включений в комплекс пептид надає структурної стійкості МНС I класу. За його відсутності функцію стабілізатора виконує Шаперон(калнексин).
Для МНС I класу характерна висока швидкість біосинтезу – процес завершується за 6 годин.
Цей комплекс експресуютьсяна поверхні практично всіх клітин,крім еритроцитів (у без'ядерних клітинах відсутнітвуєбіосинтез) та клітин ворсинчастого трофобласту («профілактика» відторгнення плода). Щільність МНС I класу досягає 7000 молекул на клітину і вони покривають близько 1% її поверхні. Експресія молекул помітно посилюється під впливом цитокінів, наприклад -інтерферону.
В даний час у людини розрізняють понад 200 різних варіантів класу HLAI. Вони кодуються генами, картованими у трьох основних сублокусах 6-ї хромосоми і успадковуються та виявляються незалежно: HLA-A, HLA-B та HLA-C. Локус А поєднує більше 60 варіантів, В - 130, а С - близько 40.
Типування індивідуума за HLA I класу проводиться на лімфоцитах серологічними методами - реакції мікролімфоцитолізу зі специфічними сироватками. Для діагностики використовують поліклональні специфічні антитіла, що виявляються в сироватці крові жінок, що багато народжували, пацієнтів, які отримували масивну гемотрансфузійну терапію, а також моноклональні.
Враховуючи незалежне успадкування генів сублокусів, у популяції формується нескінченна безліч неповторних комбінацій HLAI класу. Тому кожна людина суворо унікальна за набором антигенів гістосумісності, виняток становлять лише однояйцеві близнюки, які абсолютно схожі за набором генів.
Основна біологичеська роль HLAIкласуполягає в тому, що вони визначають біологічну індивідуальність («біологічний паспорт»)і є маркерами «свого» для імунокомпетентних клітин. Зараження клітини вірусом чи мутація змінюють структуруHLAIкласу. Міститьчужорідні чи модифіковані пептиди молекула МНСIкласу має нетипову дляданого організму структуру і є сигналом для активації Т-кілерів (СО8 + -лім-фоцити). Клітини, що відрізняються заIкласу,знищуються як чужорідні.
МНС 1 –для полегшення розпізнавання внутрішньоклітинної інфекції
У структурі та функції МНСIIкласу є низка важливих відмінностей.
По-перше, вони мають складнішу будову. Комплекс утворений двома нековалентно пов'язаними поліпептидними ланцюжками (альфа-ланцюг і бета-ланцюг), що мають подібну доменну будову. Альфа-ланцюг має одну глобулярну ділянку, а бета-ланцюг – дві. Обидва ланцюги як трансмембранні пептиди складаються з трьох ділянок - позаклітинної, трансмембранної та цитоплазматичної.
По-друге, «щілина Бьоркмана» в МНС II класу утворена одночасно обома ланцюжками. Вона містить більший за розміром олігопептид (12-25 амінокислотних залишків), причому останній повністю «ховається» всередині цієї щілини і в такому стані не виявляється специфічними антитілами.
По-третє, МНС II класу включає у собі пептид, захоплений із позаклітинного середовищашляхом ендоцитозу,а чи не синтезований самої клітиною.
По-четверте, МНСIIкласу експресіїється на поверхні обмеженого числаклітин: дендритних, В-лімфоцитах, Т-хел-перах, активованих макрофагах, опасистих, епітеліальних та ендотеліальних клітинах. Виявлення МНС II класу на нетипових клітинах в даний час розцінюється як імунопатологія.
Біосинтез МНС II класу протікає в ендоплазматичному ретикулумі, димерний комплекс, що утворюється, потім вбудовується в цитоплазматичну мембрану. До включення до нього пептиду комплекс стабілізується шапероном (калнексином). МНС II класу експресується на мембрані клітини протягом години після антигену ендоцитозу. Експресія комплексу може бути посилена γ-інтерфероном і знижена простагландином Е г
За наявними даними, людському організму властивий надзвичайно високий поліморфізм HLA II класу, який переважно визначається особливостями будови бета-ланцюга. До складу комплексу входять продукти трьох основних локусів: HLA DR, DQ та DP. При цьому локус DR об'єднує близько 300 алельних форм, DQ – близько 400, a DP – близько 500.
Наявність і тип антигенів гістосумісності II класу визначають у серологічних (мікролімфоцитотоксичний тест) та клітинних реакціях імунітету (змішана культура лімфоцитів, або СКЛ). Серологічне типування МНС II класу виробляють на В-лімфоцитах з використанням специфічних антитіл, що виявляються в сироватці крові жінок, що багато народжували, пацієнтів, які отримували масивну гемотрансфузійну терапію, а також синтезованих методами генної інженерії. Тестування в СКЛ дозволяє виявити мінорні компоненти МНС II класу, які не визначаються серологічно. Останнім часом все частіше застосовують ПЛР.
Біологічна роль МНСIIкласу надзвичайно велика. Фактично цей комплекс бере участь у індукції придбаного ниммунної відповіді.Фрагменти молекули антигену експресуються на цитоплазматичній мембрані особливої групи клітин, яка отримала назву антигенпрезентуючих клітин (АПК). Це ще вужче коло серед клітин, здатних синтезувати МНС II класу. Найбільш активною АПК вважається дендритна клітина, потім - В-лімфоцит та макрофаг.
Антигени гістосумісності – це глікопротеїни, що існують на поверхні всіх клітин. Спочатку були визначені як головні антигени-мішені у реакціях на трансплантат. Пересадка тканини дорослого донора особини того ж виду (аллотрансплантація) або іншого виду (ксенотрансплантація) зазвичай призводить до її відторгнення. Експерименти з пересадки шкіри між різними лініями мишей показали, що відторгнення трансплантату обумовлено імунною реакцією на чужорідні антигени, що знаходяться на поверхні клітин. Пізніше було показано, що у цих реакціях беруть участь Т-клітини. Реакції спрямовані проти генетично «чужорідних» варіантів глікопротеїнів клітинної поверхні, які отримали назву молекул гістосумісності (тобто сумісності тканин).
Головні молекули гістосумісності - сімейство глікопротеїнів, що кодується генами, що становлять. головний комплекс гістосумісності (МНС - major histocompatibility complex). У межах МНС локалізовані гени, що контролюють головні трансплантаційні антигени та гени, що визначають інтенсивність імунної відповіді на той чи інший конкретний антиген, - так звані Ir-гени (immune response). Молекули МНС є лежить на поверхні клітин всіх вищих хребетних. Вперше вони були знайдені у мишей та названі антигенами Н2 ( histocompatibility-2). У людини вони звуться HLA(лейкоцитарних, людський leucocyte-associated), оскільки були спочатку виявлені на лейкоцитах.
Існує два основних класи молекул МНС, кожен з яких є набір глікопротеїнів клітинної поверхні. Молекули МНС класу Iекспресуються практично на всіх клітинах, молекули класу II- на клітинах, що беруть участь у імунних відповідях (лімфоцитах, макрофагах). Молекули класу I впізнаються цитотоксичними Т-клітинами (кілерами), які повинні взаємодіяти з будь-якою клітиною організму, що виявилася зараженою вірусом, тоді як молекули класу II впізнаються Т-хелперами (Тх), які взаємодіють в основному з іншими клітинами, що беруть участь у імунних відповідях, такими як В-лімфоцити та макрофаги (антигенпредставляючі клітини).
Згідно клонально-селекційної теорії імунітетуВ організмі існують численні групи (клони) лімфоцитів, генетично запрограмовані реагувати на один або кілька антигенів. Тому кожен конкретний антиген має вибіркову дію, стимулюючи лише ті лімфоцити, які мають спорідненість до його поверхневих детермінантів.
За першої зустрічі з антигеном (т.зв. первинна відповідь) лімфоцити стимулюються і піддаються трансформації в бластні форми, які здатні до проліферації та диференціювання на імуноцити. В результаті проліферації збільшується кількість лімфоцитів відповідного клону, які «впізнали» антиген. Диференціювання призводить до появи двох типів клітин. ефекторнихта клітин пам'яті. Ефективні клітини безпосередньо беруть участь у ліквідації чи знешкодженні чужорідного матеріалу. До ефекторних клітин відносяться активовані лімфоцити та плазматичні клітини. Клітини пам'яті - це лімфоцити, що повертаються в неактивний стан, але несуть інформацію (пам'ять) про зустріч із конкретним антигеном. При повторному введенні даного антигену вони здатні забезпечувати швидку імунну відповідь більшої інтенсивності (т.зв. вторинна відповідь) внаслідок посиленої проліферації лімфоцитів та утворення імуноцитів.
Залежно від механізму знищення антигену розрізняють клітинний імунітет та гуморальний імунітет.
При клітинному імунітетіефекторними клітинами є цитотоксичні Т-лімфоцити, або лімфоцити-кілери (вбивці). Вони безпосередньо беруть участь у знищенні чужорідних клітин інших органів або патологічних власних (наприклад, пухлинних) клітин і виділяють літичні речовини. Така реакція лежить в основі відторгнення чужорідних тканин в умовах трансплантації або при дії на шкіру хімічних (сенсибілізуючих) речовин, що викликають підвищену чутливість (т.зв. гіперчутливість уповільненого типу) та інші реакції.
При гуморальний імунітетефекторними клітинами є плазматичні клітини, які синтезують та виділяють у кров антитіла.
Деякі терміни із практичної медицини:
· агаммаглобулінемія(agammaglobulinaemia; а + гаммаглобуліни + грец. haimaкров; син.: гіпогамаглобулінемія, синдром дефіциту антитіл) - загальна назва групи хвороб, що характеризуються відсутністю або різким зниженням рівня імуноглобулінів у сироватці крові;
· аутоантигени(ауто + антигени) - власні нормальні антигени організму, а також антигени, що виникають під дією різних біологічних і фізико-хімічних факторів, по відношенню до яких утворюються аутоантитіла;
· аутоімуна реакція- імунна реакція організму на аутоантигени;
· алергія (allergia; грец. allosінший, інший + ergonдія) - стан зміненої реактивності організму у вигляді підвищення його чутливості до повторних впливів будь-яких речовин або до компонентів власних тканин; в основі алергії лежить імунна відповідь, що протікає з пошкодженням тканин;
· імунітет активнийімунітет, що виникає внаслідок імунної відповіді організму на введення антигену;
· Основними клітинами, що здійснюють імунні реакції, є Т-і В-лімфоцити (і похідні останніх - плазмоцити), макрофаги, а також ряд взаємодіючих з ними клітин (огрядні клітини, еозинофіли та ін.).
· Лімфоцити
· Населення лімфоцитів функціонально неоднорідна. Розрізняють три основні види лімфоцитів: Т-лімфоцити, В-лімфоцитиі так звані нульовілімфоцити (0-клітини). Лімфоцити розвиваються з недиференційованих лімфоїдних кістково-мозкових попередників і при диференціюванні отримують функціональні та морфологічні ознаки (наявність маркерів, поверхневих рецепторів), що виявляються імунологічними методами. 0-лімфоцити (нульові) позбавлені поверхневих маркерів і розглядаються як резервна популяція недиференційованих лімфоцитів.
· Т-лімфоцити- Найчисленніша популяція лімфоцитів, що становить 70-90% лімфоцитів крові. Вони диференціюються у вилочковій залозі - тимусі (звідси їх назва), надходять у кров і лімфу і заселяють Т-зони в периферичних органах імунної системи - лімфатичних вузлах (глибока частина кіркової речовини), селезінці (періартеріальні піхви лімфоїдних вузликів) фолікулах різних органів, у яких під впливом антигенів утворюються Т-імуноцити (ефекторні) та Т-клітини пам'яті. Для Т-лімфоцитів характерна наявність на плазмолемі спеціальних рецепторів, здатних специфічно розпізнавати та зв'язувати антигени. Ці рецептори є продуктами генів імунної відповіді. Т-лімфоцити забезпечують клітиннийімунітет, що беруть участь у регуляції гуморального імунітету, здійснюють продукцію цитокінів при дії антигенів.
· У популяції Т-лімфоцитів розрізняють кілька функціональних груп клітин: цитотоксичні лімфоцити (Тц), або Т-кілери(Тк), Т-хелпери(Тх), Т-супресори(Тс). Тк беруть участь у реакціях клітинного імунітету, забезпечуючи руйнування (лізис) чужорідних клітин та власних змінених клітин (наприклад, пухлинних клітин). Рецептори дозволяють розпізнавати білки вірусів і пухлинних клітин з їхньої поверхні. У цьому активізація Тц (кілерів) відбувається під впливом антигенів гістосумісностіна поверхні чужорідних клітин.
· Крім того, Т-лімфоцити беруть участь у регуляції гуморального імунітету за допомогою Тх та Тс. Тх стимулюють диференціювання В-лімфоцитів, утворення з них плазмоцитів та продукцію імуноглобулінів (Ig). Tx мають поверхневі рецептори, які зв'язуються з білками на плазмолемі В-клітин та макрофагів, стимулюючи Тх та макрофаги до проліферації, продукції інтерлейкінів (пептидних гормонів), а В-клітини – до продукції антитіл.
· Таким чином, головною функцією Тх є розпізнавання чужорідних антигенів (представлюваних макрофагами), секреція інтерлейкінів, що стимулюють В-лімфоцити та інші клітини для участі в імунних реакціях.
· Зниження в крові числа Тх веде до послаблення захисних реакцій організму (ці особи більш схильні до інфекцій). Відмічено різке зниження числа Тх у осіб, інфікованих вірусом СНІДу.
· Тс здатні інгібувати активність Тх, В-лімфоцитів та плазмоцитів. Вони беруть участь у алергічних реакціях, реакціях гіперчутливості. Тс пригнічують диференціювання В-лімфоцитів.
· Однією з основних функцій Т-лімфоцитів є продукція цитокінів, які мають стимулюючий або гальмуючий вплив на клітини, що беруть участь в імунній відповіді (хемотаксичні фактори, макрофаги інгібуючого фактора - МІФ, неспецифічні цитотоксичні речовини та ін.).
· Натуральні кілери. Серед лімфоцитів у крові, крім вищеописаних Тц, що виконують функцію кілерів, є так звані натуральні кілери (Нк, NK), які також беруть участь у клітинному імунітеті. Вони утворюють першу лінію захисту проти чужорідних клітин, діють негайно, швидко руйнуючи клітини. Нк у власному організмі руйнують пухлинні клітини та клітини, інфіковані вірусом. Тц утворюють другу лінію захисту, тому що для їх розвитку з неактивних Т-лімфоцитів потрібен час, тому вони набувають чинності пізніше Нк. Нк - це великі лімфоцити діаметром 12-15 мкм, мають дольчасте ядро та азурофільні гранули (лізосоми) у цитоплазмі.
· Розвиток Т-і В-лімфоцитів
· Родоначальником всіх клітин імунної системи є кровотворна стовбурова клітина (СКК). СКК локалізуються в ембріональному періоді у жовтковому мішку, печінці, селезінці. У пізніший період ембріогенезу вони з'являються у кістковому мозку і продовжують проліферувати у постнатальному житті. З СКК у кістковому мозку утворюється клітина-попередник лімфопоезу (лімфоїдна мультипотентна родоначальна клітина), яка генерує два типи клітин: пре-Т-клітини (попередники Т-клітин) та пре-В-клітини (попередники В-клітин).
· Диференціювання Т-лімфоцитів
· Пре-Т-клітини мігрують з кісткового мозку через кров у центральний орган імунної системи - вилочкову залозу (тимус). Ще в період ембріонального розвитку у вилочковій залозі створюється мікрооточення, що має значення для диференціювання Т-лімфоцитів. У формуванні мікрооточення особлива роль приділяється ретикулоепітеліальним клітинам цієї залози, здатним до продукції ряду біологічно активних речовин. Мігрують у вилочкову залозу пре-Т-клітини набувають здатності реагувати на стимули мікрооточення. Пре-Т-клітини у вилочковій залозі проліферують, трансформуються в Т-лімфоцити, що несуть характерні мембранні антигени (CD4+, CD8+). Т-лімфоцити генерують і «поставляють» в кровообіг і тимузалежні зони периферичних лімфоїдних органів 3 типу лімфоцитів: Тц, Тх і Тс. Мігруючі з вилочкової залози «невинні» Т-лімфоцити (віргільні Т-лімфоцити) є короткоживучими. Специфічна взаємодія з антигеном у периферичних лімфоїдних органах служить початком процесів їх проліферації та диференціювання у зрілі та довгоживучі клітини (Т-ефекторні та Т-клітини пам'яті), що становлять велику частину рециркулюючих Т-лімфоцитів.
· З вилочкової залози мігрують не всі клітини. Частина Т-лімфоцитів гине. Існує думка, що причиною їхньої загибелі є приєднання антигену до антигенспецифічного рецептора. У вилочковій залозі немає чужорідних антигенів, тому цей механізм може бути видалення Т-лімфоцитів, здатних реагувати зі своїми структурами організму, тобто. виконувати функцію захисту від аутоімунних реакцій. Загибель частини лімфоцитів є генетично запрограмованою (апоптоз).
· Диференціювальні антигени Т-клітин. У процесі диференціювання лімфоцитів на поверхні з'являються специфічні мембранні молекули глікопротеїдів. Такі молекули (антигени) можна знайти за допомогою специфічних моноклональних антитіл. Отримано моноклональні антитіла, які реагують лише з одним антигеном клітинної мембрани. За допомогою набору моноклональних антитіл можна ідентифікувати субпопуляцію лімфоцитів. Є набори антитіл до диференційних антигенів лімфоцитів людини. Антитіла становлять відносно небагато груп (або «кластерів»), кожна з яких впізнає єдиний білок клітинної поверхні. Створено номенклатуру диференціювальних антигенів лейкоцитів людини, які виявляються моноклональними антитілами. Ця CD-номенклатура ( CD - cluster of differentiation- кластер диференціювання) базується на групах моноклональних антитіл, що реагують з тими самими диференціювальними антигенами.
· Отримано багатоклональні антитіла до ряду диференціювальних антигенів Т-лімфоцитів людини. При визначенні загальної популяції Т-клітин можуть бути використані моноклональні антитіла специфік CD (CD2, CD3, CDS, CD6, CD7).
· Відомі диференціювальні антигени Т-клітин, які характерні або для певних стадій онтогенезу, або для функціональної активності субпопуляцій. Так, CD1 - маркер ранньої фази дозрівання Т-клітин у вилочковій залозі. У процесі диференціювання тимоцитів з їхньої поверхні експресуються одночасно маркери CD4 і CD8. Однак у подальшому маркер CD4 зникає з частини клітин і зберігається тільки на субпопуляції, що перестала експресувати CD8 антиген. Зрілі CD4+ клітини є Тх. Антиген CD8 експресується приблизно на ⅓ периферичних Т-клітин, які дозрівають з CD4+/CD8+ Т-лімфоцитів. Субпопуляція CD8+ Т-клітин включає цитотоксичні та супресорні Т-лімфоцити. Антитіла до глікопротеїнів CD4 та CD8 широко використовуються для того, щоб розрізняти та розділяти Т-клітини відповідно на Тх та Тц.
· Крім диференціювальних антигенів, відомі специфічні маркери Т-лімфоцитів.
· Т-клітинні рецептори для антигенів є антитілоподібними гетеродимерами, що складаються з поліпептидних α- і β-ланцюгів. Кожен з ланцюгів має довжину 280 амінокислот, велика позаклітинна частина кожного ланцюга згорнута в два Ig-подібні домени: один варіабельний (V) і один константний (С). Антитілоподібний гетеродимер кодується генами, які збираються з кількох генних сегментів у процесі розвитку Т-клітин у вилочковій залозі.
· Розрізняють антигеннезалежне та антигензалежне диференціювання та спеціалізацію В- та Т-лімфоцитів.
· Антигеннезалежнапроліферація та диференціювання генетично запрограмовані на утворення клітин, здатних давати специфічний тип імунної відповіді при зустрічі з конкретним антигеном завдяки появі на плазмолемі лімфоцитів спеціальних «рецепторів». Вона відбувається в центральних органах імунітету (тимус, кістковий мозок або фабрицієва сумка у птахів) під впливом специфічних факторів, що виробляються клітинами, що формують мікрооточення (ретикулярна строма або ретикулоепітеліальні клітини в тимусі).
· Антигензалежнапроліферація і диференціювання Т-і В-лімфоцитів відбуваються при зустрічі з антигенами в периферичних лімфоїдних органах, при цьому утворюються ефекторні клітини і клітини пам'яті (зберігають інформацію про антиген, що діяв).
· Т-лімфоцити, що утворюються, складають пул довгоживучих, рециркулюючих лімфоцитів, а В-лімфоцити - короткоживучихклітин.
66. Хар-ка В-лімфоцитів.
В-лімфоцити є основними клітинами, що беруть участь у гуморальному імунітеті. У людини вони утворюються з СКК червоного кісткового мозку, потім надходять у кров і далі заселяють Зони периферичних лімфоїдних органів - селезінки, лімфатичних вузлів, лімфоїдні фолікули багатьох внутрішніх органів. У крові їх міститься 10-30% від усієї популяції лімфоцитів.
Для В-лімфоцитів характерною є наявність на плазмолемі поверхневих імуноглобулінових рецепторів (SIg або MIg) для антигенів. Кожна клітина містить 50000...150000 антигенспецифічних молекул SIg. У популяції В-лімфоцитів знаходяться клітини з різними SIg: більшість (⅔) містять IgM, менше (⅓) - IgG і близько 1-5% - IgA, IgD, IgE. У плазмолемі В-лімфоцитів є рецептори для комплементу (С3) і Fc-рецептори.
При дії антигену В-лімфоцити в периферичних лімфоїдних органах активізуються, проліферують, диференціюються в плазмоцити, що активно синтезують антитіла різних класів, які надходять у кров, лімфу та тканинну рідину.
Диференціювання В-лімфоцитів
Попередники В-клітин (пре-В-клітини) розвиваються надалі у птахів у фабрицієвій сумці (bursa), звідки походить назва В-лімфоцити, у людини та ссавців – у кістковому мозку.
Сумка Фабриціуса (bursa Fabricii) - центральний орган імунопоезу у птахів, де відбувається розвиток В-лімфоцитів, знаходиться в ділянці клоаки. Для її мікроскопічної будови характерна наявність численних складок, покритих епітелієм, у яких розташовані лімфоїдні вузлики, обмежені мембраною. У вузликах містяться епітеліоцити та лімфоцити на різних стадіях диференціювання. У період ембріогенезу у центрі фолікула формується мозкова зона, але в периферії (зовні від мембрани) - коркова зона, у якому, ймовірно, мігрують лімфоцити з мозковий зони. У зв'язку з тим, що в сумці Фабриціуса у птахів утворюються виключно В-лімфоцити, вона є зручним об'єктом для вивчення будови та імунологічних характеристик цього виду лімфоцитів. Для ультрамікроскопічної будови В-лімфоцитів характерна наявність у цитоплазмі груп рибосом у вигляді розеток. Ці клітини мають більші ядра і менш щільний хроматин, ніж у Т-лімфоцитів, у зв'язку зі збільшенням вмісту еухроматину.
В-лімфоцити відрізняються від інших типів клітин здатністю синтезувати імуноглобуліни. Зрілі В-лімфоцити експресують Ig на клітинній мембрані. Такі мембранні імуноглобуліни (MIg) функціонують як антигенспецифічні рецептори.
Пре-В-клітини синтезують внутрішньоклітинний цитоплазматичний IgM, але не мають поверхневих імуноглобулінових рецепторів. Костномозкові віргільні-лімфоцити мають IgM-рецептори на своїй поверхні. Зрілі В-лімфоцити несуть на своїй поверхні імуноглобулінові рецептори різних класів – IgM, IgG та ін.
Диференційовані В-лімфоцити надходять у периферичні лімфоїдні органи, де при дії антигенів відбуваються проліферація та подальша спеціалізація В-лімфоцитів з утворенням плазмоцитів та В-клітин пам'яті (ВП).
В ході свого розвитку багато В-клітини перемикаються з вироблення антитіл одного класу на вироблення антитіл інших класів. Цей процес називається перемиканням класу. Всі клітини В починають свою діяльність по синтезу антитіл з вироблення молекул IgM, які вбудовуються в плазматичну мембрану і служать рецепторами для антигену. Потім, ще до взаємодії з антигеном, більшість В-клітин переходить до одночасного синтезу молекул IgM та IgD. Коли віргільна В-клітина переходить від вироблення одного лише мембранозв'язаного IgM до одночасного синтезу мембранозв'язаних IgM та IgD, перемикання відбувається, ймовірно, завдяки зміні процесингу РНК.
При стимуляції антигеном деякі з цих клітин активуються і починають виділяти антитіла IgM, що переважають у первинній гуморальній відповіді.
Інші стимульовані антигеном клітини перемикаються на вироблення антитіл класів IgG, IgE або IgA; В-клітини пам'яті несуть ці антитіла на поверхні, а активні В-клітини їх секретують. Молекули IgG, IgE і IgA разом називаються антитілами вторинних класів, оскільки вони, очевидно, утворюються лише після антигенної стимуляції і переважають у вторинних гуморальних відповідях.
За допомогою моноклональних антитіл вдалося виявити певні диференціювальні антигени, які ще до появи цитоплазматичних µ-ланцюгів дозволяють віднести несучий їх лімфоцит до В-клітинної лінії. Так, антиген CD19 є раннім маркером, що дозволяє віднести лімфоцит до В-клітинному ряду. Він присутній на пре-В-клітинах у кістковому мозку, на всіх периферичних В-клітинах.
Антиген, що виявляється моноклональними антитілами групи CD20, специфічний для В-лімфоцитів і характеризує більш пізні стадії диференціювання.
На гістологічних зрізах антиген CD20 виявляється на В-клітинах гермінативних центрів вузликів лімфоїдних, в кірковій речовині лімфатичних вузлів. В-лімфоцити несуть також низку інших (наприклад, CD24, CD37) маркерів.
67. Макрофаги відіграють важливу роль як у природному, так і в набутому імунітеті організму. Участь макрофагів у природному імунітеті проявляється у їх здатність до фагоцитозу і синтезі низки активних речовин - травних ферментів, компонентів системи комплементу, фагоцитину, лізоциму, інтерферону, ендогенного пирогена та інших., є основними чинниками природного імунітету. Їхня роль у набутому імунітеті полягає у пасивній передачі антигену імунокомпетентним клітинам (Т- та В-лімфоцитам), в індукції специфічної відповіді на антигени. Макрофаги також беруть участь у забезпеченні імунного гомеостазу шляхом контролю за розмноженням клітин, що характеризуються рядом відхилень від норми (пухлинні клітини).
Для оптимального розвитку імунних реакцій при дії більшості антигенів необхідна участь макрофагів як у першій індуктивній фазі імунітету, коли вони стимулюють лімфоцити, так і в кінцевій фазі (продуктивній), коли вони беруть участь у виробленні антитіл і руйнуванні антигену. Антигени, фагоцитовані макрофагами, викликають сильнішу імунну відповідь у порівнянні з тими, які не фагоцитовані ними. Блокада макрофагів введенням в організм тварин суспензії інертних частинок (наприклад, туші) значно послаблює імунну відповідь. Макрофаги здатні фагоцитувати розчинні (наприклад, білки), так і корпускулярні антигени. Корпускулярні антигени викликають сильнішу імунну відповідь.
Деякі види антигенів, наприклад пневмококи, що містять на поверхні вуглеводний компонент, можуть бути фагоцитовані лише після попередньої опсонізації. Фагоцитоз значно полегшується, якщо антигенні детермінанти чужорідних клітин опсонізовано, тобто. з'єднані з антитілом або комплексом антитіла та комплементу. Процес опсонізації забезпечується присутністю на мембрані макрофагу рецепторів, що пов'язують частину молекули антитіла (Fc-фрагмент) або частину комплементу (С3). З мембраною макрофага у людини безпосередньо можуть зв'язуватися лише антитіла класу IgG, коли вони перебувають у комбінації з відповідним антигеном. IgM можуть зв'язуватися з мембраною макрофагу у присутності комплементу. Макрофаги здатні «розпізнавати» розчинні антигени, наприклад, гемоглобін.
У механізмі розпізнавання антигену виділяють два етапи, що тісно пов'язані один з одним. Перший етап полягає у фагоцитозі та перетравленні антигену. У другому етапі у фаголізосомах макрофагу накопичуються поліпептиди, розчинні антигени (сироваткові альбуміни) та корпускулярні бактеріальні антигени. В тих самих фаголізосомах може бути виявлено кілька введених антигенів. Вивчення імуногенності різних субклітинних фракцій виявило, що найбільш активне антитілоутворення викликає введення в організм лізосом. Антиген виявляється також у мембранах клітин. Більшість переробленого матеріалу антигенів, що виділяється макрофагами, надає стимулюючий вплив на проліферацію та диференціювання клонів Т- і В-лімфоцитів. Невелика кількість антигенного матеріалу може тривалий час зберігатися в макрофагах у вигляді хімічних сполук, що складаються не менше ніж з 5 пептидів (можливо у зв'язку з РНК).
У В-зонах лімфатичних вузлів і селезінки є спеціалізовані макрофаги (дендритні клітини), на поверхні численних відростків яких зберігаються багато антигенів, що потрапляють в організм і передаються відповідним клонам В-лімфоцитів. У Т-зонах лімфатичних фолікулів розташовані клітини, що інтердигують, що впливають на диференціювання клонів Т-лімфоцитів.
Таким чином, макрофаги беруть безпосередню активну участь у кооперативній взаємодії клітин (Т- та В-лімфоцитів) в імунних реакціях організму.
Чарлз Б . Карпентер (Charles У . Carpenter)
Антигени, що забезпечують внутрішньовидові відмінності особин, позначаються як алоантигени, а коли вони включаються в процес відторгнення алогенних тканинних трансплантатів, набувають назву антигенів тканинної сумісності (гістосумісності). Еволюція закріпила одиничний ділянку тісно зчеплених генів гістосумісності, продукти яких на поверхні клітин забезпечують сильний бар'єр при алотрансплантації. Терміни «major histocompatibility antigens» (головні антигени гістосумісності) та «major histocompatibility gene complex» (MHC) (головний генний комплекс гістосумісності) відносяться відповідно до продуктів генів та генів цієї хромосомної ділянки. Численні мінорні антигени гістосумісності, навпаки, кодуються численними ділянками геному. Їм відповідають слабші аллоантигенні відмінності молекул, що виконують різноманітні функції. Структури, що несуть детермінанти MHC, відіграють значну роль в імунітет і саморозпізнавання в процесі диференціювання клітин та тканин. Інформація про МНС контроль імунної відповіді отримана в дослідах на тваринах, коли гени імунної відповіді були картовані всередині MHC-у мишей (Н-2), щурів (RT1), морських свинок (GPLA). Людина MHC названий HLA. Окремим буквам абревіатури HLA надається різне значення, і за міжнародною згодою HLA служить для позначення людського МНС-комплексу.
Щодо MHC можна зробити кілька узагальнень. По-перше, у малій ділянці (менше 2 сантиморгани) MHC кодується три класи генних продуктів. Молекули класу I, що експресуються практично всіма клітинами, містять один важкий і один легкий поліпептидний ланцюг і є продуктами трьох редуплікованих локусів-HLA-A, HLA-B і HLA-C. Молекули класу II, експресія яких обмежується В-лімфоцитами, моноцитами та активованими Т-лімфоцитами, містять два поліпептидні ланцюги (aі b) нерівної величини і є продуктами кількох тісно зчеплених генів, що в сумі позначаються як зона HLA-D. Молекули класу III є компонентами комплементу С4, С2 і Bf. По-друге, молекули класів I і II утворюють комплекс із псевдоантигеном, або антиген гістосумісності та псевдоантиген разом розпізнаються Т-лімфоцитами, що мають відповідний рецептор для антигену. Розпізнавання свого і несвоєго при запуску та в ефекторній фазі імунної відповіді безпосередньо спрямовується молекулами І та ІІ класів. По-третє, чітких обмежень міжклітинних взаємодій, у яких беруть участь супресорні Т-лімфоцити, у людини не виявлено, але роль генів HLA досить важлива деяких проявів супресорної Т-клітинної активності. По-четверте, у МНС-регіоні локалізуються гени ферментних систем, які мають безпосереднього відношення до імунітету, але важливих зростання і розвитку скелета. Відомі локуси HLA на короткому плечі 6 хромосоми представлені на 63-1.
Локуси системи HLA.Антигени класу I. HLA-антигени I класу визначаються серологічно за допомогою людських сироваток, головним чином від жінок, що багато народжували, і в меншій мірі за допомогою моноклональних антитіл. Антигени I класу мандрують з різною щільністю у багатьох тканинах організму, включаючи В-клітини, Т-клітини, тромбоцити, але не на зрілих еритроцитах. Кількість специфічностей серологічно велике, і система HLA є найбільш поліморфною з відомих генетичних систем людини. Усередині HLA-комплексу для серологічно виявлених антигенів HLA I класу чітко визначаються три локуси. Кожен антиген 1 класу містить b 2 -мікроглобулінову субодиницю (мол. маса 11500) і важкий ланцюг (мол. маса 44000), що несе антигенну специфічність (63-2). Існує 70 чітко визначених А- і В-специфічностей та вісім специфічностей локусу С. Позначення HLA зазвичай дорожить у найменуванні антигенів головного комплексу гістосумісності, але може не вживатися, коли дозволяє контекст. Антигени, остаточно класифіковані ВООЗ, мають у позначенні букву w після назви локусу. Номер, наступний за позначенням локусу, є власною назвою антигену. HLA-антигени населення Африки, Азії та Океанії нині недостатньо чітко визначені, хоча вони включають частину загальних антигенів, властивих особам західноєвропейського походження. Розподіл HLA-антигенів по-різному в різних расових групах, і вони можуть бути використані як антропологічні маркери у вивченні захворювань та міграційних процесів.
63-1. Схематичне зображення хромосоми 6.
Показано локалізація зони HLA в регіоні 21 короткого плеча. Локуси HLA-A, HLA-B і HLA-C кодують важкі ланцюги класу I (44000), тоді як b 2 -мікроглобулінова легка ланцюг (11500) молекул класу I кодується геном хромосоми 15. Зона HLA-D (клас II) розташована центромірно стосовно локусів А, В і С з тісно зчепленими генами компонентів комплементу С4А, С4В, Bf та С2 на ділянці B-D. Порядок розташування генів комплементу встановлено. Кожна молекула класу II D-регіону утворена a-і b-ланцюгами. Вони плутають на клітинній поверхні різних ділянках (DP, DQ і DR). Цифра, що передує знакам aі b, означає, що існують різні гени для ланцюгів даного типу, наприклад, для DR існує три гени b-ланцюгів, так що молекули, що експресуються, можуть бути 1ba, 2baабо 3ba. Антигени DRw52(MT2) та DRw53(MT3) знаходяться на 2b-ланцюзі, тоді як DR - на lb-ланцюга. DR неполіморфний, а молекули DQ-антигенів поліморфні як по-, так і по-ланцюгах (2a2b). Інші типи DQ (1a1b) мають обмежений поліморфізм. Поліморфізм DP пов'язаний із b-ланцюгами. Загальна протяжність HLA-регіону - близько 3 см.
Оскільки хромосоми парні, кожен індивід має до шести серологічно визначених антигенів HLA-A, HLA-B та HLA-C, по три від кожного з батьків. Кожен із цих наборів позначається як гаплотип, і відповідно до простого менделівського наслідування четверта частина потомства має ідентичні гаплотипи, половина - частина загальних гаплотипів і чверть, що залишилася, - повністю несумісна (63-3). Значення ролі цього генного комплексу у трансплантаційній відповіді підтверджується тим, що підбір за гаплотипом пар донор – реципієнт серед потомства одного покоління забезпечує найкращі результати при трансплантації нирок – близько 85-90% тривалого виживання (гл. 221).
Антигени класу ІІ. Зона HLA-D примикає до локусів класу I на короткому плечі 6-ї хромосоми (63-1). Цей регіон кодує серію молекул класу II, кожна з яких містить a-ланцюг (мовляв, маса 29000) та b-ланцюг (мол. маса 34000) (63-2). Несумісність по цьому регіону, особливо антигенам DR, визначає проліферативну реакцію лімфоцитів in vitro. Змішана лімфоцитарна реакція (MLR) оцінюється за рівнем проліферації в змішаній культурі лімфоцитів (MLC) і може бути позитивною навіть за ідентичності антигенів HLA-A, HLA-B і HLA-C (63-3). Антигени HLA-D визначаються за допомогою стандартних стимулюючих лімфоцитів, гомозиготних HLA-D та інактивованих рентгенівськими променями або мітоміцином С з метою надання реакції односпрямованості. Існує 19 таких антигенів (HLA-Dwl-19), виявлених з використанням гомозиготних типових клітин.
Спроби визначення HLA-D серологічними методами спочатку дозволили виявити серію D-пов'язаних (DR) антигенів, експресованих на молекулах класу II В-лімфоцнтів, моноцитів та активованих Т-лімфоцитів. Потім були описані інші тісно зчеплені антигенні системи, які отримали різні найменування (MB, MT, DC, SB). Ідентичність окремих груп молекул класу II зараз встановлена, і відповідні гени a - і b-ланцюгів виділені та секвеновані. Генна карта класу II, представлена на 63-1, відображає мінімальну кількість генів та молекулярних ділянок. Хоча молекула маса II може містити DRaз гаплотипу одного з батьків, a DRb-іншого (транскомплементація), комбінаторика поза кожною з ділянок DP, DQ, DR рідка, якщо взагалі можлива. Молекули DR і певною мірою DQ можуть бути стимулами для первинної MLR. Вторинна MLR визначається як тест з прімірованими лімфоцитами (PLT) і дає можливість отримати результат через 24-36 годин замість 6-7 днів для первинної реакції. Аллоантигени DP були відкриті завдяки їхній здатності викликати стимуляцію PLT, хоча вони не дають первинної MLR. Хоча В-лімфоцити та активовані Т-лімфоцити експресують усі три набори молекул класу II, антигени DQ не експресуються на 60-90% DP- та DR-позитивних моноцитів.
63-2. Схематичне зображення молекул клітинної поверхні класів І та ІІ.
Молекули класу I складаються з двох поліпептидних ланцюгів. Тяжкий ланцюг з мол. масою 44000 проходить крізь плазматичну мембрану; її зовнішня ділянка складається з трьох доменів (a 1 , a 2 і a 3), що формуються дисульфідними зв'язками. Легкий ланцюг з мол. масою 11500 (b 2 -мікроглобулін, b2мю) кодується хромосомою 15 і нековалентно пов'язана з важким ланцюгом. Амінокислотна гомологія між молекулами I класу становить 80-85%, знижуючись до 50% в ділянках a 1 і a 2 які, ймовірно, відповідають ділянкам алоантигенного поліморфізму. Молекули класу II утворені двома нековалентно пов'язаними поліпсптидними ланцюгами, a-ланцюг з мол. масою 34000 і b-ланцюг з мол масою 29000. Кожен ланцюг містить два домени, сформованих дисульфідними зв'язками (з С. Б. Carpenter, E. L. Milford, Renal Transplantation: Immunobiology in the Kidnev/Eds. B. Brenner, F. Rector, New York: Samiders, 1985).
63-3. HLA-зона хромосоми 6: успадкування HLA-гаплотипів. Кожен хромосомний сегмент зчеплених генів позначається як гаплотип, і кожен індивід успадковує по одному гаплотипу кожного батька. На діаграмі представлені антигени А, В і С гаплотипів а та b для даного гіпотетичного індивіда; нижче розкрито позначення гаплотипів відповідно до тексту. Якщо чоловік з гаплотипом ab одружується з жінкою з гаплотипом cd, нащадки можуть лише чотирьох типів (з погляду HLA). Якщо в мейозі в одного з батьків відбувається рекомбінація (відзначена переривчастими лініями), це призводить до формування зміненого гап-лотна. Частота змінених гаплотипів у дітей служить мірою відстаней на генетичній карзі (1% частота рекомбінацій = 1 сМ; 63-1) (з Г. В. Carpenter. Kidney International, Г)78. 14. 283).
Молекулярна генетика Кожен поліпептидний ланцюг молекул класів І та ІІ містить кілька поліморфних ділянок на додаток до «приватної» антигенної детермінанти, що визначається за допомогою антисироваток. У тесті клітинно-опосередкованого лімфолізу (CML) визначається специфічність кілерних Т-клітин (Тк), які виникають у процесі проліферації при MLR, шляхом тестування на клітинах-мішенях від донорів, які не служили джерелом стимулюючих клітин для MLR. Антигенні системи, що визначаються цим методом, виявляють тісну, але неповну кореляцію з «приватними» антигенами класу 1. Клонування циготоксичних клітин дозволило виявити набір поліморфних детермінант-мішеней на молекулах HLA, деякі з яких неможливо виявити за допомогою алоантисироваток і моноклональних антитіл, людські клітини. Деякі з цих реагентів можуть бути використані для ідентифікації «приватних» детермінантів HLA, тоді як інші спрямовані до більш «загальних» (іноді званих супертипованих) детермінантів. Одна така система «загальних» антигенів HLA-B має два алелі, Bw4 і Bw6. Більшість "приватних" HLA-B пов'язані або з Bw4, або з Bw6. Інші системи пов'язані з підгрупами антигенів HLA. Наприклад, HLA-B-позитивні важкі ланцюги містять додаткові ділянки, загальні для B7, B27, Bw22 і B40 або для B5, B15, B18 і Bw35. Існують і інші типи антигенних детермінант, що перекриваються, про що свідчить реакція моноклональних антитіл з ділянкою, загальним для важких ланцюгів HLA-A і HLA-B. Вивчення амінокислотної послідовності та псптидних карт деяких молекул HLA показало, що гіперваріабельні ділянки антигенів класу I зосереджені у зовнішньому a 1 -домені (63-2) та прилеглій ділянці a 2 -домена. Варіабельні послідовності молекул класу II різні для різних локусів. Чудово, що a 3 -домен класу I, a 2 -домен класу II та b 2 -домен, а також частина мембранної молекули Т8 (Leu 2), що бере участь у міжклітинних взаємодіях (гл. 62), виявляють значну гомологію послідовності амінокислот з константними зонами імуноглобулінів. Це підтверджує гіпотезу про еволюційне формування сімейства генних продуктів, які несуть функції імунологічного розпізнавання. При дослідженні геномної ДНК HLA для молекул класів I та II були виявлені типові екзон-інтронні послідовності, причому екзони були ідентифіковані для сигнальних пептидів (5) кожного домену, трансмембранного гідрофобного сегмента і цитоплазматичного сегмента (З). Є проби кДНК більшості ланцюгів HLA, а застосування ферментативних гідролізатів для оцінки стану поліморфізму рестрикційних фрагментів за довжиною (ПДРФ), дозволило отримати дані, які корелюють з результатами вивчення молекул класу 11 серологічними методами в MLR. Однак чисельність (20-30) генів класу 1 робить оцінку поліморфізму з ПДРФ скрутною. Багато цих генів не експресуються (псевдогени), хоча деякі можуть відповідати додатковим локусам класу I, які експресуються тільки на активованих Т-клітинах; функції їх невідомі. Розробка специфічних проб на локус HLA-A і HLA-B допоможе розібратися в цій досить складній проблемі.
Комплемент (клас ІІІ). Структурні гени трьох компонентів комплементу-С4, С2 і Bf-блукають у зоні HLA-B-D (63-1). Це два локуси С4, що кодують С4А і С4В, спочатку описані як еритроцитарні антигени Rodgers і Chido відповідно. Ці антигени виявилися дійсно абсорбованими з плазми молекулами С4. Інші компоненти комплементу немає тісного зчеплення з HLA. Між генами С2, Bf та С4 кросинговера не описано. Всі вони кодуються ділянкою між HLA-B та HLA-DR довжиною близько 100кг. Існують два алелі С2, чотири Bf, сім С4А і три С4В, крім того, в кожному локусі є алеї QO, що мовчать. Виняткова поліморфність гістотипів комплементу (комплотипи) робить цю систему придатною для генетичних досліджень.
Таблиця 63-1. Найбільш поширені гаплотини HLA
У табл. 63-1 представлені чотири найбільш поширені гаплотипи, виявлені в осіб західноєвропейського походження. Результати MLR у людей, які не перебувають у спорідненості, відібраних за ознакою сумісності за цими гаплотипами, негативні, водночас реакція зазвичай має місце, якщо неспоріднені індивіди підібрані лише сумісність по HLA-DR і DQ. Такі ідентичні поширені гаплотипи, можливо, у незмінному вигляді походять від єдиного предка.
Інші гени 6-ї хромосоми. Недостатність стероїд 21-гідроксилази, аутосомно-рецесивна ознака, викликає синдром вродженої гіперплазії надниркових залоз (гл. 325 та 333). Ген цього ферменту локалізується дільниці HLA-B-D. Ген 21-гідроксилази, прилеглий до гена С4А, делетований в осіб, які страждають на згаданий синдром, разом з С4А (C4AQO), і ген HLA-B може трансформуватися з конверсією В 13 в рідкісний Bw47, що виявляється тільки в змінених гаплотипах. На відміну від дефіциту 21-гідроксилази, що пізно виявляється, зчепленого з HLA, вроджена гіперплазія надниркових залоз, пов'язана з дефіцитом 21b-гідроксилази, не зчеплена з HLA. У кількох сімейних дослідженнях показано, що ідіопатичний гемохроматоз, аутосомно-рецесивне захворювання, зчеплене з HLA (гл. 310). Хоча патогенез розладів всмоктування заліза у шлунково-кишковому тракті невідомий, встановлено, що гени, що модулюють цей процес, знаходяться поблизу ділянки HLA-A.
| Таблиця 63-2. Зчеплення генетичних дефектів | ||
| Локалізація | Виявлені |
|
| гаплотипи |
||
| Дефіцит С2 | Aw25, B18, BfS, DR2 |
|
| Дефіцит 21-ОН | A3, Bw47, BfF, DR7 |
|
| Дефіцит 21-ОН (пізній прояв) | ||
| Ідіопатичний гемохроматоз | ||
| Хвороба Педжету | ||
| Спинно-мозочкова атаксія | ||
| Хвороба Ходжкіна | ||
63-4. Схема відносної ролі HLA-A, HLA-B, HLA-C та HLA-D антигенів в ініціації алоімунної відповіді та у освіті ефекторних клітин та антитіл.
Два головні класи Т-лімфоцитів розпізнають антигени: Тк – попередники цитотоксичних «кілерних» клітин та Тх-хелперні клітини, що сприяють розвитку цитотоксичної відповіді. Тх також забезпечують допомогу В-лімфоцитів при розвитку зрілого IgG-відповіді. Важливо відзначити, що Тк зазвичай розпізнають антигени класу I, тоді як сигнал Тх створює переважно HLA-D, який тісно пов'язаний з антигенами класу II (з С. В. Carpenter. - Kidney International, 1978, 14, 283).
Гени імунної відповіді. При вивченні in vitro відповіді на синтетичні поліпептидні антигени, гемоціанін, колаген, правцевий токсоїд виявлено, що зона HLA-D аналогічна регіону Н-2. I у миші. Презентація антигенних фрагментів на поверхні макрофагів або інших клітин, що несуть молекули II класу, потребує пов'язаного розпізнавання комплексу «молекула II класу + антиген» Т-лімфоцитами, що несуть відповідний рецептор (и) (гл. 62). Стрижнем цієї гіпотези "своє-)-Х" або "змінене своє" полягає в тому, що Т-залежна імунна відповідь, дія Т-хелперів/індукторів (Тх) здійснюється тільки в тому випадку, якщо будуть синтезовані відповідні детермінанти класу II. Гени останніх і є Ir-гени. Оскільки алогенні детермінанти класу І розпізнаються як вже змінені, алогенна MLP є модель імунної системи, в якій подорож псевдоантигена необов'язково (63-4). Ефективні фази імунітету вимагають розпізнавання псевдоантигену в комплексі з власними структурами. Останні в людини, як і в миші, є молекули антигенів гістосумісності I класу. Людські клітинні лінії, інфіковані вірусом грипу, лізуються імунними цитотоксичними Т-лімфоцитами (Тк) тільки в тому випадку, якщо клітини, що реагують, і клітини-мішені ідентичні за локусами HLA-A і HLA-B. Алогенна MLR служить моделлю і формування цитотоксичних Т-лімфоцитів, рестриктированных за класом I (63-4). Деталі рестрикції за різними молекулами класів І і ІІ та епітопів можуть бути вичленовані при використанні примованих клітин, що зазнали розмноження та клонування. Наприклад, на рівні антиген-презентуючих клітин даний Тх-клон розпізнає антигенний фрагмент, комплексований зі специфічною ділянкою молекули класу II, за допомогою рецептора Ti. Рестриктуючими елементами. Для деяких мікробних антигенів є алелі DR та Dw.
Супресія імунної відповіді (або низький рівень відповідальності) до пилку кедра, антигенів стрептококів та шистосом домінантна та зчеплена з HLA, що свідчить про існування генів імунної супресії (Is). Показано також наявність специфічних алельних асоціацій HLA з рівнем імунної відповіді, наприклад, для антигену рицини Ra5 - з DR2 і для колагену - з DR4.
Асоціації із хворобами.Якщо головний комплекс гістосумісності виконує важливу біологічну функцію, то яка ця функція? Одна з гіпотез полягає в тому, що він відіграє роль в імунному нагляді за неопластичними клітинами, що з'являються протягом життя індивіда. Велике значення цієї системи при вагітності, оскільки між матір'ю та плодом завжди існує тканинна несумісність. Високий ступінь поліморфізму може також сприяти виживанню видів у протистоянні величезному числу мікробних агентів, що подорожують у навколишньому середовищі. Толерантність до «свого» (аутотолерантність) може перехрестя поширюватися на мікробні антигени, наслідком якої буде висока сприйнятливість, що призводить до виникнення смертельних інфекцій, в той час як поліморфізм за системою HLA сприяє тому, що частина популяції розпізнає небезпечні агенти як чуже. . Ці гіпотези пов'язують роль HLA з перевагами, завдяки яким система виживає в умовах тиску відбору. Кожна з цих гіпотез має певні підтвердження.
Важливим свідченням ролі комплексу HLA в імунобіології стало виявлення позитивної асоціації деяких патологічних процесів з антигенами HLA. Вивчення цих асоціацій стимулювало відкриття генів імунної відповіді, зчеплених з Н-2-комплексом, у мишеї. У табл. 63-3 сумовані найбільш значущі асоціації HLA та хвороб.
Встановлено, що частота народження HLA-B27 підвищується при деяких ревматичних захворюваннях, особливо при анкілозуючому спондиліті, захворюванні явно сімейного характеру. Антиген В27 є лише у 7% осіб західноєвропейського походження, але його виявляють у 80-90% хворих на анкілозуючий спондиліт. У перерахунку на відносний це означає, що цей антиген відповідальний за сприйнятливість до розвитку анкілозуючого спондиліту, яка в 87 разів вище у його носіїв, ніж у загальній популяції. Аналогічно показаний високий ступінь асоціації з антигеном В27 гострого переднього увеїту, синдрому Рейтера та реактивних артритів принаймні при трьох бактеріальних інфекціях (ієрсиніозі, сальмонельозі та гонореї). Хоча звичайна форма ювенільного ревматоїдного артриту також асоційована з В27, тип захворювання із слабко вираженим суглобовим синдромом та іритом пов'язаний із В27. При псоріатичному артриті центрального типу найчастіше зустрічається В27, тоді як Bw38 асоційований як із центральним, так і з периферичним типами. Псоріаз асоційований із Cw6. У хворих з дегенеративним артритом або подагрою не виявляється будь-яких змін у частоті антигенів.
Більшість інших асоціацій з хворобами властиво антигенам HLA-D-зони Наприклад, глютенчутлива ентеропатія у дітей і дорослих асоційована з антигеном DR3 (відносно до 21). . Той самий антиген найчастіше виявляється у хворих з активним хронічним гепатитом і герпетиформним дерматитом, що страждають у той же час і на глютенчутливу ентеропатію. Ювенільний інсулінзалежний цукровий діабет (тип I) асоційований з DR3 і DR4 і негативно асоційований з DR2 У 17-25% хворих на діабет I типу виявлено рідкісний аллель Bf (М). Діабет із початком у дорослому періоді життя (типу II) не має асоціації з HLA. Гіпертиреоїдизм США асоційований з В8 і Dw3, тоді як у японської популяції - з Bw35. Більш широке обстеження здорових та хворих представників різних рас допоможе прояснити питання про універсальні HLA-маркери. Наприклад, антиген В27, рідкісний у здорових осіб японської національності, звичайний у хворих з анкілозуючим спондилітом. Так само DR4 - маркер попелиці діабету типу у представників усіх рас. Іноді HLA-маркер явно асоціюється лише з частиною симптомів усередині синдрому. Наприклад, міастенія значно сильніше асоційована з антигенами В8 та DR3 у хворих без тимоми, а розсіяний склероз - з антигеном DR2 у осіб з швидко прогресуючим перебігом хвороби. Синдром Гудпасчера, пов'язаний з аутоімунним ураженням клубочкових базальних мембран, ідіопатичний мембранозний гломерулонефрит, що відображає аутоімунні процеси з утворенням антитіл до антигенів клубочків, а також мембранозний нефрит, індукований золотом, значною мірою асоційовані з HLA-DR.
Таблиця 63-3. Захворювання, асоційовані з HLA-антигенами
| Захворювання | Відносний до | |||
| Ревматоїдні | ||||
| Анкілозуючий спондиліт | ||||
| Синдром Рейтера | ||||
| Гострий передній увеїт | ||||
| Реактивний артрит (Yersinia, Salmonella, Gonococcus) | ||||
| Псоріатичний артрит (центральний) | ||||
| Псоріатичний артрит (периферичний) | ||||
| Ювенільний ревматоїдний артрит | ||||
| Ювенільний артрит зі слабко вираженим суглобовим синдромом | ||||
| Ревматоїдний артрит | ||||
| Синдром Шегрена | ||||
| Системна червона вовчанка | ||||
| Системний червоний вовчак (в результаті | ||||
| прийому апресину) | ||||
| Шлунково-кишкові | ||||
| Глютенчутлива ентеропатія | ||||
| Хронічний активний гепатит | ||||
| Язвений коліт | ||||
| Гематологічні | ||||
| Ідіопатичний гемохроматоз | ||||
| Перніціозна анемія | ||||
| Герпетиформний дерматит | ||||
| Псоріаз вульгарний | ||||
| Псоріаз вульгарний (в японській популяції) | ||||
| Пухирчатка вульгарна (у європейській популяції) | ||||
| Хвороба Бехчету | ||||
| Ендокринні | ||||
| Цукровий діабет І типу | ||||
| Гіпертиреоїдизм | ||||
| Гінертиреоїдизм (в японській популяції) | ||||
| Захворювання | Найбільш тісно асоційовані антигени | Відносний до |
||
| Недостатність надниркових залоз | ||||
| Підгострий тиреоїдит (de Quervain) | ||||
| Тиреоїдит Хашимото | ||||
| Н єврологічні | ||||
| Міастенія | ||||
| Розсіяний склероз | ||||
| Маніакально-депресивний розлад | ||||
| Шизофренія | ||||
| Ниркові | ||||
| Ідіопатичний мембранозний гломеруло- | ||||
| Хвороба Гудпасчера (анти-GMB) | ||||
| Хвороба мінімальних змін (стероїдний | ||||
| Поліцістозна хвороба нирок | ||||
| IgA-нефропатія | ||||
| Нефропатія, спричинена золотом | ||||
| Інфекційні | ||||
| Туберкулоїдна лепра (в азіатській попі | ||||
| Повнопараліч | ||||
| Низька відповідь на вірус вакцини | ||||
| Імунодефіцитні | ||||
| Дефіцит IgA (донори крові) | ||||
Нерівноважне зчеплення.Хоча розподіл алелів HLA варіює в расових та етнічних популяціях, найбільш характерну особливість популяційної генетики антигенів HLA є наявність нерівноважного зчеплення для деяких антигенів А і В, В і С, В, D і локусів комплементу. Нерівноважність зчеплення означає, що антигени тісно зчеплених локусів виявляються разом частіше, ніж випливає з припущення випадкової асоціації. Класичним прикладом нерівноважного зчеплення є зв'язок антигену локусу AHLA-A1 з антигеном локусу У HLA-B8 в осіб західноєвропейського походження. Одночасне наявність А1 і В8, розраховане з урахуванням частот їх генів, має спостерігатися з частотою 0,17. 0,11, тобто приблизно 0,02. Тоді як частота їх співіснування, що спостерігається, становить 0,08, тобто в 4 рази більше, ніж очікувана, і різниця між цими величинами становить 0,06. Остання величина позначається дельта (D) і є мірою нерівноважності. Виявлено нерівноважне зчеплення та інших гаплотипів А- та В-локусів: A3 та В7, А2 та В 12, А29 та В 12, A11 та Bw35, Для деяких детермінант D-зони описано нерівноважне зчеплення з антигенами В-локусу (наприклад, DR3 та В 8); а також для антигенів В- та С-локусів. Антигени HLA, що серологічно виявляються, служать маркерами для генів цілого гаплотипу всередині сімейства і маркерами специфічних генів у популяції, але тільки за наявності нерівноважного зчеплення.
Значення нерівноважного зчеплення велике, оскільки такі генні асоціації можуть породжувати певні функції. Тиск відбору у процесі еволюції може бути основним фактором у збереженні деяких генних комбінацій у генотипах. Так, наприклад, існує теорія, згідно з якою А1 і В8, а також деякі детермінанти D та інших регіонів забезпечують селективну перевагу перед епідеміями таких хвороб, як чума або віспа. Однак можливо також, що нащадки людей, які вижили під час подібних епідемій, зберігають сприйнятливість до інших хвороб, оскільки їхній унікальний генний комплекс не забезпечує адекватної відповіді на інші фактори навколишнього середовища. Головна труднощі цієї гіпотези полягає в припущенні, що відбір діє на кілька генів одночасно і забезпечує тим самим виникнення спостерігаються значень Л, проте потреба в складних взаємодіях між продуктами різних локусів МНС-комплексу - лише початкова ланка для явищ, що спостерігаються, і селекція може посилити множинне нерівноважне зчеплення . Збереження деяких найпоширеніших гаплотипів, названих вище, підтримує цей погляд.
З іншого боку, гіпотеза відбору необов'язково має пояснювати нерівноважне зчеплення. Коли популяція, позбавлена деяких антигенів, схрещується з іншою, для якої характерна висока частота цих антигенів, що знаходяться в рівновазі, може проявитися через кілька поколінь. Наприклад, наростання D для А1 і В8, виявлене в популяціях у напрямку зі сходу на захід, від Індії до Західної Європи, можна пояснити на основі міграції та асиміляції населення. У малих групах нерівноважність може бути зумовлена сумісністю, ефектом засновників та дрейфом генів. Нарешті, деякі випадки нерівноважного зчеплення є результатом невипадкового кросинговеру під час мейозу, оскільки хромосомні сегменти можуть бути більшою чи меншою мірою ламкими. Чи то тиск відбору чи обмеження кросинговера, нерівноважність зчеплення може зникати протягом кількох поколінь. Велика кількість невипадкових асоціацій є в HLA-генному комплексі і визначення їх причин може забезпечити проникнення в механізми, що лежать в основі чутливості до хвороб.
Зчеплення та асоціації.У табл. 63-2 перераховані хвороби, які є прикладом зчеплення з HLA, коли спадкові ознаки маркуються в межах сім'ї відповідними гаплотипами. Наприклад, дефіцит С2, 21-гідроксилази, ідіопатичний гемохроматоз успадковуються за рецесивним типом з наявністю часового дефіциту у гетерозигот. Ці генетичні порушення також є HLA-асоційованими та обумовлюються надлишком деяких HLA-алелей у хворих людей, які не перебувають у спорідненості. Дефіцит С2 зазвичай зчеплений з гаплотипами HLA-Aw 25, 18, В55, D/DR2, а при ідіопатичному гемохроматозі проявляється як зчеплення, так і сильна асоціація між HLA-A3 і 14. Висока ступінь нерівноважного зчеплення в цьому випадку викликана особи, яка послужила його джерелом; крім того, недостатній був період часу, необхідний повернення пулу генів у стан рівноваги. З цього погляду HLA-гени – прості маркери зчеплених генів. З іншого боку, для прояву конкретного порушення може бути потрібна взаємодія зі специфічними HLA-алелями. Остання гіпотеза зажадала б визнання вищого темпу мутацій з експресією дефектних генів, що відбувається лише за умови зчеплення з деякими HLA-генами.
Хвороба Педжета та спинно-мозочкова атаксія є HLA-зчепленими аутосомно-домінантними спадковими захворюваннями; вони виявляються відразу в кількох членів сім'ї. Хвороба Ходжкіна є проявом HLA-зчепленого рецесивного спадкового дефекту. Жодних HLA-асоціацій не було виявлено при цих захворюваннях, що свідчить на користь вихідної множини «основоположників» цих хвороб із мутаціями, пов'язаними з різними алелями HLA.
Зчеплення з HLA легко визначається, коли домінантність і рецесивність ознак легко розмежувати, тобто коли висока експресивність і процес детермінується дефектом одиничних генів. При більшості асоціацій HLA-маркери відображають фактори, що залучаються в реалізацію і модуляцію імунної відповіді під впливом множинних генів. Прикладом полігенного імунного захворювання є атонічна алергія, при якій асоціація з HLA може бути очевидною лише у осіб з низьким генетично контрольованим (не у зв'язку з HLA) рівнем продукції IgE. Інший приклад такого роду – дефіцит IgA (табл. 63-3), асоційований з HLA-DR3.
Клінічне значення системи HLA.Клінічне значення типування HLA для діагностики обмежується визначенням В27 при діагностиці анкілозуючого спондиліту; проте і в цьому випадку спостерігається 10% хибнопозитивних та хибнонегативних результатів. Вивчення HLA має цінність також у практиці генетичних консультацій для раннього визначення хвороб у сім'ях з ідіопатичним гемохроматозом, уродженою гіперплазією надниркових залоз, пов'язаною з дефіцитом стероїдгідроксилази, особливо якщо HLA-типування здійснюється на клітинах, отриманих амніоцентезом. Високий рівень поліморфізму в системі HLA робить її цінним інструментом для тестування різних клітинних препаратів, особливо в судово-медичній практиці. Деякі хвороби, такі як цукровий діабет I типу та інші, для яких показані HLA-асоціації, потребують додаткового вивчення ролі компонентів системи HLA у патогенезі цих захворювань.
При першій пересадці серця людини, зробленої в 1967 р. Барнардом, і сотнях наступних хірурги зіткнулися з проблемою відторгнення трансплантата. Виявилося, що головна складність полягає не в техніці операції, яка зараз розроблена досить добре, а несумісності тканин, обумовленої імунологічними механізмами. Так, у людини виживання трансплантатів реципієнтів, взятих від випадкового донора, становить 10,5 дні, тоді як трансплантати, обмінені між однояйцевими близнюками (Ізотрансплантати),приживаються. Це відбувається завдяки наявності на поверхні клітин антигенів, які називаються трансплантаційними антигенамиабо антигенами гістосумісності.Більшість трансплантаційних антигенів розташовані на лейкоцитах, але вони є і на всіх інших клітинах, що містять ядро (клітинах шкіри, легень, печінки, нирок, кишечника, серця і т. д.). Гени, що кодують ці антигени, називаються генами тканинної сумісності.Система генів, що контролює трансплантаційні антигени лейкоцитів, названа головним комплексом гістосумісності (англ. Major Histocompatibility complex – МНС). Гени гістосумісності кодомінантні.
Ефективність трансплантації залежить не тільки від лейкоцитарних та еритроцитарних антигенів, а й від мінорної системи гістосумісності.Трансплантати між монозиготними близнюками приживаються. Однак у братів і сестер при збігу по МНС-гаплотипам, але розбіжності з мінорних систем гістосумісності відбувається відторгнення трансплантатів шкіри.
Після імуноглобулінів та рецепторів Т-клітин білки головного комплексу гістосумісності найрізноманітніші з усіх білків. Розрізняють два класи білків МНС. Білки класу I знаходяться на поверхні багатьох клітин. Молекула білка складається з двох поліпептидних ланцюгів: великий та малий. Білки
МНС класу II є на поверхні деяких клітин (В-" лімфоцити, макрофаги, спеціалізовані епітеліальні, клітини), а їх молекула складається з приблизно рівних поліпептидних ланцюгів. Білки МНС мають деяку схожість з імуноглобулінами. Основна роль білків МНС полягає не у відторгненні чужої тканини, а в напрямку реакції Т-клітин на антиген.Цитотоксичні Т-клітини можуть пізнавати антиген, якщо він розташований разом з білками МНС класу I на поверхні однієї клітини. Таке подвійне стимулювання називається МНС-про межуванням.Вперше головну систему тканинної сумісності миші Н-2 відкрив П. Горер у 1936 р. Крім Н-2 знайдено багато локусів тканинної сумісності, розташованих у всіх хромосомах.
У 1980 р. Д. Снелл, Ж. Досс і Б. Бенацерафф отримали Нобелівську премію за «різні аспекти дослідження, що привело до сучасного розуміння системи генів гістосумісності людини». Д. Снелл сформулював основні генетичні закони сумісності тканин та отримав дані про тонку будову локусу Н-2 у мишей.
Система Н-2 досить добре вивчена, тому вона є хорошою моделлю для дослідження МНС у інших видів тварин. Комплекс Н-2 включає кілька тісно зчеплених локусів довжиною 0,35 см, розташованих у 17-й хромосомі. Комплекс Н-2 поділено на п'ять областей: К, I, S, G, D (рис. 56).
