РОЗДІЛ 6. ІМУНОГЛОБУЛІНИ

Імуноглобуліни, які виконують в організмі функцію антитіл, синтезуються плазматичними клітинами, що є кінцевим етапом диференціювання В-лімфоцита, — результату антигенного стимулу і хелперного сигналу.

Імуноглобуліни (Ig) — це білки плазми, які під час електрофорезу мігрують як у-глобуліни й утворюють дифузну смугу в у-ділянці електрофореграми, що підтверджує їх гетерогенність. Імуноглобуліни належать до поліфункціональних білків і реалізують наступні основні функції: 1) специфічно розпізнають найрізноманітніші антигени і гаптени (неповні антигени); 2) взаємодіють з іншими імунокомпетентними клітинами, що мають до них відповідні рецептори; 3) активують систему комплементу. Структури, відповідальні за різні функції імуноглобулінів, розташовані на різних ділянках молекул цих білків.

На сьогодні відомо п’ять основних класів імуноглобулінів людини: IgA, IgM, IgG, IgE і IgD (табл. 3).

На мал. 5 подано структуру молекули IgG. Як видно з малюнка, мономерні одиниці кожного з п’ятьох класів імуноглобулінів

Мал. 5. Структура молекули IgG і функціональні властивості ЇЇ частин (за І. Ройтом, 1991): Fab — специфічна ділянка, антигензв’язувальний фрагмент; Fc — неспецифічна ділянка, функціонально активна частина молекули імуноглобуліну: фіксація на мембранах клітин, зв’язування комплементу, проникнення крізь мембрани

79

Таблиця 3. Основні характеристики імуноглобулінів

Ig

Кількість у сироватці крові

Частка від загальної кількості Ig,%

Функція

Період напіврозпаду, дні

IgM

0,4-2,2 г/л

= 10

Виробляються в плода. Ранні антитіла до вірусів і грамнегатив-них бактерій; активують комплемент, посилюють фагоцитоз

4-5

IgG

IgG,

IgG2

lgG3

IgG4

7-18 г/л

= 70 60 від загальної кількості IgG 30 7 3

Пізні антитіла до полісахарид-них антигенів бактерій (G2>G1); активують комплемент (G3>G2>G1), посилюють фагоцитоз, проникають через плаценту, нейтралізують токсини

21

IgA

0,8-3,7 г/л

— 15

Захищають слизові оболонки (секреторний IgA), нейтралізують віруси і бактеріальні токсини

5-6

IgE

= 0,25 мг/л

<5

Індукують алергію, анафілаксію; реалізують захист від паразитів; активують тканинні базофіли

2-3

IgD

3—170 мг/л

<1

Диференціювання лімфоцитів

2-3

складаються з двох ідентичних важких (Н; від англ. heavy — важкий) і двох ідентичних легких (L; від англ. light — легкий) ланцюгів, що утримуються разом дисульфідними (ковалентними) і нековалентними зв’язками. Легкі ланцюги (L-ланцюги) представлено двома типами: лямбда (к) і каппа (к), а важкі (Н-ланцюги) — п’ятьма: альфа (а), мю (ц), гамма (у), дельта (5) і епсилон (є). Важкі ланцюги визначають клас імуноглобулінів — А, М, G, D і Е.

Легкі ланцюги мають молекулярну масу приблизно 2,3-104 D і складаються майже з 200 амінокислотних залишків. Окремо взята молекула імуноглобулінів будь-якого класу може містити ідентичні або к-, або ЗІ-ланцюги, але ніколи — обидва.

Важкі ланцюги мають молекулярну масу приблизно вдвічі більшу — (0,005—7) ■ Ю4 D і складаються майже з 400 амінокислотних залишків.

Як видно з мал. 5, молекули імуноглобулінів утворено двома видами фрагментів: Fab (від mm. fragment antigen binding — антигензв’язувальні) і Fc (від англ. fragment crystalline — що кристалізуються). Якщо на

80

молекулу IgG впливати папаїном, вона розпадеться на три фрагменти: два Fab-фрагменти й один Fc-фрагмент. Ділянку, в якій з’єднуються Fab- і Fc-фрагменти молекул імуноглобулінів, називають шарнірною. За рахунок шарнірної ділянки субодиниці молекул імуноглобулінів (ланцюга) мають здатність обертатися стосовно один одного, що зумовлює гнучкість молекул імуноглобулінів.

За первинною структурою важких ланцюгів імуноглобуліни ділять на підкласи. У людини виявлено чотири підкласи IgG і два підкласи IgM і IgA. У кожної людини одночасно можуть бути присутні усі класи і підкласи імуноглобулінів, що само по собі вже зумовлює гетерогенність усієї популяції імуноглобулінів, яка не стосується, однак, їх специфічності до антигенів.

У той самий час між L- і Н-ланцюгами є певна подібність, дуже важлива для всього комплексу імунологічних реакцій: обидва вони мають варіабельну і константну ділянку (див. мал. 5).

Варіабельна ділянка імуноглобулінів складається з легких і важких ланцюгів, різна для різних класів, і саме вона відповідає за їх специфічність стосовно певного антигену. Належність імуноглобулінів до того або іншого класу не впливає на їх специфічність до антигенів, але ступінь специфічності різна в різних класів імуноглобулінів: найбільш специфічні IgG, менше —IgA і ще менше — IgM.

Після з’єднання з антигеном і утворення імунного комплексу (ІК) молекула імуноглобулінів зберігає досить виражену активність за рахунок другої, неспецифічної ділянки молекули — Fc. Fc-константна ділянка молекули імуноглобулінів утворена тільки важкими ланцюгами, ніяк не стосується специфічності, але зумовлює низку важливих біологічних властивостей імуноглобулінів, що одержали назву ефекторних.

Складна і багатогранна роль імуноглобулінів та їхня функціональна неоднозначність ще раз змушують звернути увагу на особливості їх синтезу. Як зазначено вище, синтез імуноглобулінів, здійснюваний В-лімфоцитами, прямо з дією якогось антигену не пов’язаний. Так, в організмі ще до появи того або іншого антигену існують клони В-лімфоцитів, що здатні продукувати різноманітні за специфічністю імуноглобуліни. Синтез імуноглобулінів відбувається постійно і деякою мірою не залежить від дії .конкретного антигену.

У разі розпаду молекул імуноглобулінів під дією пепсину утворюються два фрагменти: F(ab)2 і Fc. Двовалентний F(ab)2-фрагмент унаслідок своєї двовалентності діє як повне антитіло і здатний преципітувати або аглютинувати специфічні антигени.

81

Специфічність антитіл зумовлена первинною послідовністю розташування амінокислот у варіабельній ділянці Fab-фрагмента, що, власне, і забезпечує зв’язок з антигеном і тому вважається активним центром молекули імуноглобулінів. Зони підвищеної мінливості амінокислот у варіабельних ділянках важких і легких ланцюгів названо гіперваріабельними ділянками («гарячі точки»; див. мал. 5). Вважають, що це забезпечує різноманітність спектра специфічності антитіл.

У Fc-фрагменті молекул імуноглобулінів розташовані центри, відповідальні за їх різноманітні біологічні функції: 1) фіксацію на лімфоцитах і фагоцитах; 2) зв’язування першого компонента системи комплементу; 3) транспорт крізь плаценту й інші біологічні мембрани.

Здатність імуноглобулінів зв’язуватися з антигенами характеризується наступними властивостями: авідністю й афінністю (або афінітетом).

Міцність зв’язку антитіла з відповідним антигеном називають авідністю. Авідність («жадібність») антитіл у процесі імунної відповіді змінюється і залежить від їх валентності. У свою чергу валентність антитіл залежить від кількості їх активних центрів. Так, наприклад, молекула IgG двовалентна, a IgM — десятивалентна. Антитіла з двома валентностями більш повноцінно зв’язують антиген, на відміну від моновалентних антитіл (неповних або блокувальних), що не здатні самостійно зумовлювати аглютинацію або преципітацію антигенів.

Точність збігу (спорідненості) просторової конфігурації активного центру імуноглобулінів з конфігурацією антигенної детермінанти позначають терміном «афінітет», або «афінність антитіла». Її визначають як суму міжмолекулярних сил притягання й відштовхування, шо виникають у разі взаємодії антигензв’язувального центру, антитіл і антигенної детермінанти. Афінність антитіл у процесі імунізації посилюється і забезпечує більш повний зв’язок з антигеном.

Таким чином, міцність зв’язку антитіл залежить як від афін-ності, так і від валентності, що припадає в середньому на одну молекулу імуноглобулінів. За рівної афінності авідність IgM буде більшою, ніж IgG, оскільки молекула IgM десятивалентна, a IgG — двовалентна.

Різноманітність імуноглобулінів випливає з особливості їх структури. Імуноглобуліни мають ізотипічні, алотипічні й ідіотипічні властивості.

в 6-1765

82

Ізотипи відображають класоспецифічні особливості імуно-глобулінів даного біологічного виду. Ізотипічні відмінності зумовлені структурою важких ланцюгів, що дозволяє виділити п’ять класів імуноглобулінів різних ізотипів: М, G, А, Е і D.

ІМУНОГЛОБУЛІН КЛАСУ М

IgM має молекулярну масу 9,6 • 105 D, становить 5—10% усіх сироваткових імуноглобулінів (див. табл. 3).

У сироватці крові міститься 0,4—2 г/л IgM, період його напіврозпаду — 4—5 днів. Антитіла класу IgM належать до «ранніх», є основною масою антитіл, продукованих організмом новонароджених у разі інфікування і вакцинації, мають високу авідність, активують комплемент класичним шляхом, захищають організм від вірусів і бактерій, не проходять крізь плаценту. На кожний «новий» для організму антиген утворюються антитіла класу IgM. На 4—6-й день після імунізації біосинтез антитіл «переключається» на IgG.

Імуноглобуліни М за своєю структурою найбільш велико-молекулярні — їх молекула складається з п’ятьох мономерів, з’єднаних спеціальним зв’язком у єдину структурну форму, тобто має десять активних центрів.

Ми вже писали, що в організмі людини IgM визначають ще до зустрічі з антигеном: саме вони формують пул природних антитіл і в мономерній формі є антигенрозпізнавальними рецепторами В-лімфоцитів.

Унаслідок того що IgM не проходить крізь плаценту, виявлення в крові новонародженого IgM-антитіл до інфекційного збудника підтверджує інфікованість самої дитини, оскільки IgM не можуть шляхом пасивного перенесення передаватися від матері (якщо відсутня патологія судин плаценти).

До IgM відносять холодові гемаглютиніни, антистрептококові антитіла, ревматоїдний фактор, ізогемаглютиніни груп крові — анти-А й анти-В.

Дуже важливими властивостями IgM є залучення ними фагоциту-вальних клітин до місця розташування антигену або до вогнища інфекції й активація фагоцитозу. Опсонізуючи антигенний подразник, зокрема мікроорганізми, і посилюючи фагоцитоз, IgM, з одного боку, знижують антигенне навантаження, а з іншого, опсонізуючи збудник — антиген, підвищують продуктивність фагоцитозу. У міру збільшення синтезу IgG і підвищення його титру різко гальмується синтез малоспецифічних IgM, регульований тільки рівнем відповідного йому за специфічністю IgG.

Синтез IgM, оскільки в ньому не беруть участі Т-лімфоцити, резистентний до дії імунодепресантів і опромінення.

Тривалий синтез винятково (або переважно) IgM — ознака порушення регуляторної функції Т-лімфоцитів-хелперів. Гіперімуно-глобулінемія М — один із первинних імунодефіцитів, зумовлений відсутністю на Т-лімфоцитах-хелперах СО40-ліганду і у зв’язку з цим — неможливістю передачі косгимуляційного сигналу В-лімфо-цитам для переключення синтезу IgM на синтез імуноглобуліну іншого класу.

Цікавим є той факт, що грамнегативні мікроби (наприклад усі збудники кишкових інфекцій) спричинюють продукування тільки IgM без наступного утворення клітин імунологічної пам’яті. Це допомогає зрозуміти, чому вакцинація препаратами, отриманими з цих мікроорганізмів, не дає тривалого імунітету.

Оскільки IgM слабоспецифічні, вони можуть зв’язувати відразу п’ять молекул антигену. Це призводить до утворення великих імунних комплексів і сприяє більш швидкому виведенню антигенів із циркуляції, а також запобігає можливому їх прикріпленню до клітин та ініціації патологічного процесу. Підраховано, що аглютинувальна і комплементзв’язувальна здатність IgM у сотні разів активніша, ніж в IgG. Варто пам’ятати, що частину IgM продуковано локально, і вони належать до секреторних.

ІМУНОГЛОБУЛІН КЛАСУ G

IgG має молекулярну масу 1,5 • 105 D і, на відміну від імуноглобулінів інших класів, здатний проникати крізь плаценту, захищаючи організм новонародженого від інфекції в перші місяці життя. Він становить до 70 % усіх сироваткових імуноглобулінів (див. табл. 3). Концентрація IgG у сироватці крові — 7—18 г/л. Він є основним антитілом вторинної імунної відповіді. Період напіврозпаду IgG найтриваліший — 21 день. Основна біологічна функція — захист організму від збудників інфекції і продуктів їх життєдіяльності за рахунок активації комплементу, опсонізації й активації фагоцитозу. Однак не всі субкласи IgG людини однаково зв’язують комплемент: він легко з’єднується з IgGj і IgG3, слабко — із IgG2 і зовсім не зв’язується з IgG4.

Оскільки IgG є тимусзалежними, вони продукуються лише за обов’язкової участі Т-лімфоцитів. Тому опромінення, як і дія різних імунодепресантів, не тільки порушує синтез IgG, а може цілком його пригнітити.

84 ЧАСТИНА І. ЗАГАЛЬНА ІМУНОЛОГІЯ

Максимальний синтез IgG спостерігають після повторного введення антигену з дотриманням певного інтервалу, іноді до 30—35 днів. Характер процесів, які відбуваються на кожному етапі формування імунітету, впливає на кінцевий результат імунізації, тобто на завершеність імунної відповіді, її повноцінність і появу клітин імунологічної пам’яті. Ці обставини є обгрунтуванням схем імунізації — доз антигенів та інтервалів їх уведення. У них враховано характер антигенів і особливості процесів, зумовлених ними. Зміни розроблених і обгрунтованих схем імунізації, якщо це не виправдано імунологічно, можуть призвести до порушення синтезу IgG і формування клітин імунологічної пам’яті, а отже, і всього ефекту імунізації, аж до його «спотворення» — сенсибілізації.

Рівень IgG в організмі регулюється подвійно: антигенною стимуляцією, яка зумовлює його синтез, і руйнуванням імуно-глобулінів. Кінцева концентрація IgG залежить від співвідношення процесів його синтезу і деструкції. За недостатнього рівня IgG його руйнування сповільнюється.

Таким чином, IgG — це найчисельніший клас імуноглобулінів. Маючи високу специфічність, вони беруть активну участь в імунній відповіді й одночасно регулюють її, впливаючи на активність інших механізмів імунної відповіді — клітинних і гуморальних, визначаючи зрештою її повноцінність.

Значною мірою IgG здійснюють контроль за утворенням імуноглобулінів за типом зворотного зв’язку.

ІМУНОГЛОБУЛІН КЛАСУ А

IgA має молекулярну масу 1,6- 105 D (мономер) і 5,0′ 105 D (полімер) і становить до 15 % усіх сироваткових імуноглобулінів (див. табл. 3). IgA існує в двох формах — сироватковій і секреторній.

Концентрація сироваткового IgA становить 0,8—3,7 г/л, період напіврозпаду — 5—6 днів; він здатний знешкоджувати мікроби і токсини, які циркулюють у крові, однак його дія слабша, ніж секреторного IgA. Сироватковий IgA може активувати комплемент альтернативним шляхом. Інактивація сироваткового IgA настає під впливом IgA-протеаз, продукованих деякими мікроорганізмами (наприклад Neisseria gonorrhoeae).

Секреторний IgA відрізняється наявністю додаткового секреторного компонента (S), синтезованого епітеліальними клітинами слизових оболонок і приєднаного до молекули IgA в момент її

85

проходження через епітеліальні клітини. S-Компонент підвищує стійкість молекули імуноглобуліну до дії протеолітичних ферментів. Секреторний IgA залишається на слизових оболонках, де нейтралізує бактеріальні токсини і локалізує віруси, а також стимулює фагоцитоз, забезпечуючи тим самим місцеву резистентність до інфекції.

Секреторний IgA переважає в слині, сльозах, секретах шлунка і кишок (особливо тонкої кишки), жовчі, у піхвовому секреті й в амніотичній рідині, у вмісті легенів, бронхів, сечовивідних шляхів і статевих органів. Найбільшим джерелом секреторного IgA є грудне молоко, і особливо молозиво, де його кількість значно перевищує вміст у крові. Завдяки цьому забезпечено досить виражений захист дітей у перші місяці життя за природного вигодовування. Цю обставину важко переоцінити, оскільки IgA відносять до тимуснезалежних імуноглобулінів, і самостійний його синтез у грудному віці недостатній для повноцінного захисту. Надходження IgA з молозивом і грудним молоком матері запобігає ранньому заселенню кишок дитини грамнегативними бактеріями, зокрема кишковою паличкою, і сприяє формуванню грампозитивної мікрофлори кишок, більш сприятливої для новонародженого. Відомо, шо грампозитивні мікроорганізми є антагоністами збудників кишкових інфекцій (грамнегативних бактерій кишкової групи). Це забезпечує за умови природного вигодовування досить виражений імунітет у дітей у перші місяці життя до збудників кишкових інфекцій. IgA, зв’язуючи мікроорганізми, запобігає їх прикріпленню до слизової оболонки травного тракту.

Таким чином, секреторний IgA, будучи важливим елементом місцевого імунітету, захищає слизові оболонки як від заселення патогенних мікроорганізмів, так і від проникнення останніх у внутрішнє середовище організму. Тим важливішою є наявність синергізму між IgA і механізмами неспецифічного захисту — комплементом, лізоцимом, фагоцитованими клітинами і їх ферментами, що сприяє здійсненню антибактеріального захисту, підвищуючи в цілому його ефективність.

ІМУНОГЛОБУЛІН КЛАСУ Е

IgE було виявлено в 1966 р. у хворих із атопічними захворюваннями одночасно двома вченими — К. Ішізака в Америці і Г. Йоханссоном у Швеції. Було встановлено, що під час реакції гіперчутливості негайного типу в організмі з’являються специфічні антитіла (реагіни), що здатні сенсибілізувати власні тканини і не належать ні до жодного з відомих на той час класів імуноглобулінів.

86

Виділений ними білок, що мав активність реагінів, було названо IgE. Концентрація IgE в сироватці крові здорових людей становить у середньому 0,25 мг/л, а у хворих з атопічними захворюваннями — у десятки і навіть сотні разів більша (див. табл. 3). Період напівжиття IgE — 2—3 дні, швидкість біосинтезу — 0,02 мг/кг на добу. IgE є білком (у,-глікопроте’ідом) із молекулярною масою 1,9-109 D.

Здатність до утворення IgE більшою мірою, ніж інших імуно-глобулінів, позв’язана зі спадковими факторами. Прийнято вважати, що умовою розвитку атопічного захворювання є схильність, передана спадково, до підвищеної продукції IgE. У результаті тривалих спостережень за великою популяцією людей установлено, що ймовірність розвитку алергійних захворювань прямо пропорційна вмісту IgE в сироватці крові новонародженого. Вміст IgE в крові змінюється з віком. У дітей до 1 року він становить приблизно 10% від рівня, зареєстрованого в здорових людей середнього віку. Саме собою підвищення рівня IgE не обов’язково свідчить про наявність алергійного захворювання. Підвищений рівень IgE до найбільш поширених антигенів виявлено у 15% цілком здорових осіб.

IgE не зв’язує комплемент, не проходить крізь плаценту; швидко і міцно зв’язується з тканинними базофілами і з Fc-рецепторами на інших «клітинах запалення». У результаті взаємодії фіксованого на поверхні цих клітин IgE зі специфічним антигеном відбувається їх дегрануляція з виділенням у позаклітинний простір біологічно активних речовин, що зумовлюють клінічні прояви алергійного запалення. Доведено, що IgE-антитіла беруть участь у зв’язуванні антигенів на слизовій оболонці.

IgE продуковано плазматичними клітинами селезінки, мигдаликів, аденоїдів, слизових оболонок дихальних шляхів, шлунка і кишок. Продукція IgE починається в плода дуже рано. На відміну від інших імуноглобулінів, IgE термолабільний (руйнується за температури 56 °С). Однією із захисних функцій IgE є участь у становленні імунітету до гельмінтів.

Уявлення про те що IgE переважно є причиною багатьох алергійних захворювань, не повністю відображає їх значення у фізіології і патології імунологічних процесів. Насправді IgE, що дійсно беруть участь у розвитку ряду алергійних реакцій, водночас є однією з головних ліній захисту саме слизових оболонок, які контактують із навколишнім середовищем, — верхніх і нижніх відділів дихальних шляхів, кишок.

Інфекційні агенти або чужорідні речовини, що прорвали «першу лінію оборони», яку забезпечують, як правило, IgA, зв’язуються

87

специфічним IgE на поверхні тканинних базофілів. Результатом цієї взаємодії є наступний етап захисту — вивільнення з тканинних базофілів, еозинофілів і базофілів крові вазоактивних амінів і речовин, що мають хемотаксичну активність. Це посилює приплив до вогнища запалення інших захисних факторів, клітинних і гуморальних (IgG, комплементу), міграцію нейтрофілів, еозинофілів тощо.

ІМУНОГЛОБУЛІН КЛАСУ D

IgD було виявлено в 1965 р. у вигляді мієломного білка. Він має молекулярну масу 1,8 • 105 D, концентрація в сироватці крові в середньому становить 3—170 мг/л, період напівжиття — 3 дні (див. табл. 3). IgD не зв’язує комплемент, не проходить крізь плаценту, не має тропності до тканин. За сучасними даними, IgD може виконувати роль антигенрозпізнавального рецептора В-лімфоцитів і відігравати важливу роль у процесі їх диференціювання під впливом антигенної стимуляції. Дотепер його біологічну функцію не вивчено.

Крім описаних вище характеристик, що відрізняють молекули імуноглобулінів одного класу (ізотипу) від іншого, є ще дві властивості, які дозволяють розрізнити молекули імуноглобулінів усередині класу: це алотипічні й ідіотипічні відмінності.

Алотипічні відмінності імуноглобулінів зумовлені особливостями будови тих ділянок його молекул, якими цей білок одного індивіда відрізняється від імуноглобулінів такого самого класу, але синтезованого іншим індивідом такого самого виду. Алотипічні маркери виявляють у важких і легких ланцюгах у їх константних ділянках.

Ідіотипічні відмінності імуноглобулінів визначаються антигенною специфічністю якогось одного імуноглобуліну, синтезованого одним клоном лімфоїдних клітин певного індивіда. Ідіотипічні відмінності зумовлені індивідуальною послідовністю розташування амінокислот у варіабельних ділянках легких і важких ланцюгів, і, як вважають, відображають антигенні властивості активного центру молекули антитіла.

Клінічна імунологія та алергологія: Підручник Г.М. Драннік