Постинфекционный иммунитет в свою очередь подразделяют на нестерильный (иммунитет при наличии возбудителя в организме) и стерильный (возбудителя в организме нет). Различают иммунитет антимикробный (иммунные реакции направлены против возбудителя), антитоксический, общий и местный. Под местным иммунитетом понимают возникновение специфической резистентности к возбудителю в той ткани, где он обычно локализуется. Учение о местном иммунитете было создано учеником И. И. Мечникова А. М. Безредкой. Долгое время природа местного иммунитета оставалась неясной. Теперь полагают, что местный иммунитет слизистых оболочек обусловлен особым классом иммуноглобулинов (IgAs). Благодаря наличию в них дополнительного секреторного компонента (s), который вырабатывается эпителиальными клетками и прикрепляется к молекулам IgA при прохождении их через слизистую оболочку, такие антитела оказываются устойчивыми к действию ферментов, содержащихся в секретах слизистых оболочек.
Приобретенный иммунитет во всех формах чаще всего является относительным и, несмотря на значительную в некоторых случаях напряженность, может быть преодолен большими дозами возбудителя, хотя течение болезни будет при этом значительно легче. На продолжительность и напряженность приобретенного иммунитета большое влияние оказывают также социально-экономические условия жизни людей.
Между видовым и приобретенным иммунитетом существует тесная взаимосвязь. Приобретенный иммунитет формируется на базе видового и дополняет его более специфическими реакциями.
Как известно, инфекционный процесс имеет двойственный характер. С одной стороны, он характеризуется нарушением функций организма в различной степени (вплоть до заболевания), с другой – происходит мобилизация его защитных механизмов, направленных на уничтожение и удаление возбудителя. Поскольку неспецифических механизмов защиты для этой цели часто оказывается недостаточно, на определенном этапе эволюции возникла дополнительная специализированная система, способная реагировать на внедрение чужеродного антигена более тонкими и более специфическими реакциями, которые не только дополняют специализированные биологические механизмы видового иммунитета, но и стимулируют функции некоторых из них. Системы макрофагов и комплемента приобретают уже специфически направленный характер действия против конкретного возбудителя, последний распознается и подвергается уничтожению с гораздо большей эффективностью. Одним из характерных признаков приобретенного иммунитета служит появление в сыворотке крови и тканевых соках специфических защитных веществ – антител, направленных против чужеродных веществ. Антитела образуются после перенесенного заболевания и после прививок как ответная реакция на введение микробных тел или их токсинов. Наличие антител всегда свидетельствует о контакте организма с соответствующим возбудителем.
Антигены
Вещества, индуцирующие образование антител, называются антигенами (греч. anti – против, genos – рождение, происхождение). Однако образование антител – это лишь одна из форм иммунного ответа на чужеродный антиген. В связи с этим можно дать следующее общее определение этого понятия.
Антигены – любые вещества, содержащиеся в микроорганизмах и других клетках или выделяемые ими, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунных реакций. Необходимо подчеркнуть, что антигены индуцируют реакции как гуморального, так и клеточного иммунитета.
Термин "антиген" употребляют очень часто, вкладывая в него двоякий смысл. Под антигенами понимают вещества, вызывающие появление антител, и вещества, реагирующие с антителами. Однако это совершенно разные характеристики антигена. Важнейшее качество антигена – способность индуцировать образование антител (и другие формы иммунного ответа), т. е. антигенность определяется чужеродностью и зависит от молекулярной массы антигена, его коллоидного состояния и способности метаболизироваться в организме.
Антигенами являются любые вещества или клетки, которые генетически чужеродны данному организму; только в этом случае они и распознаются его иммунной системой. Специфичность работы каждого генома проявляется прежде всего на уровне белка и других биологических макромолекул. Однако для того, чтобы иммунная система смогла распознать антигены, они должны обладать определенной молекулярной массой. Как правило, антигены – высокомолекулярные соединения: их молекулярная масса должна быть не менее 20 – 30 кД. Белки с меньшей молекулярной массой, например рибонуклеаза (молекулярная масса – 14 кД), вазопрессин (молекулярная масса – 1 кД), являются слабыми антигенами. Все известные до настоящего времени антигены являются веществами коллоидной природы. Значение этого обстоятельства для реализации антигенности не совсем ясно.
Установлено также, что реализация антигенности зависит от способности антигена метаболизироваться в организме, т. е. быть объектом разрушающего действия макрофагов и взаимодействовать с другими клетками иммунной системы. Благодаря такому взаимодействию происходит распознавание антигенной специфичности. Все антигены обладают специфичностью, т. е. определенными особенностями, генетически детерминированными и связанными с их структурой, почему они и отличаются друг от друга.
Типы антигенной специфичности
Независимо от происхождения антигенов, у них различают несколько уровней специфичности.
Видовая специфичность – антигенные особенности, присущие представителям данного вида. Отпечаток видовой специфичности имеют многие макромолекулы данного организма. Определение видовых антигенов может быть использовано для дифференциации особей одного вида от другого.
Групповая специфичность – особенности антигенного строения, свойственные определенной группе особей внутри данного вида организмов. Групповые антигены, позволяющие различать отдельных особей или группы особей внутри одного вида, называются изоантигенами. Например, в эритроцитах человека обнаружено помимо изоантигенов АВ0 еще более 70 других, все они объединены в 14 изоантигенных систем. Около 40 антигенов найдено в сыворотке крови. Большой интерес представляют лейкоцитарные изоантигены, относящиеся к антигенам гистосовместимости.
Гетероспецифичность – антигенная специфичность, обусловленная наличием общих для представителей разных видов антигенов. Примером таких гетероантигенов является обнаруживаемый в эритроцитах овец, лошадей, мышей, кур, собак, кошек, но отсутствующий у человека, обезьян и некоторых других животных антиген Форсмана. Гетероантигены обусловливают перекрестные иммунологические реакции.
Помимо перечисленных типов антигенной специфичности, выделяют еще органоидную (антигенные различия клеточных органоидов), функциональную (специфичность белков, связанная с выполнением различных функций), патологическую ("ожоговые", "лучевые", "раковые" антигены), стадиоспецифичность (антигены различных тканей, связанные с их морфогенезом) и т. п.
Аутоантигены – вещества, обладающие способностью вызывать иммунные реакции в организме, из которого они получены. Их содержат мозг, хрусталик глаза, сперматозоиды, паращитовидные железы, гомогенаты семенной железы, кожи, почек, печени и других тканей. Так как в обычных условиях аутоантигены не приходят в соприкосновение с иммунными системами организма, антитела к подобным клеткам и тканям не образуются. Однако при повреждении этих тканей аутоантигены могут всасываться и вызывать образование антител, оказывающих повреждающее действие на соответствующие клетки. Аутоантигены могут возникать также из клеток некоторых органов и тканей под влиянием охлаждения, медикаментозного воздействия, вирусных инфекций, бактериальных белков и токсинов, например стрептококков, стафилококков, микобактерий туберкулеза, и других факторов. Они образуются в этом случае вследствие нарушения видовой специфичности собственных антигенов организма.
Для характеристики микроорганизмов помимо родовой, видовой и групповой антигенной специфичности очень важное значение имеет определение типоспецифичности антигенов. Типоспецифичность – особенность антигенного строения, которая обусловливает различия среди особей одной группы сходных организмов данного вида и позволяет выделить среди них серотипы, или сероварианты (серовары). Выявление сероваров дает возможность осуществлять очень тонкую дифференциацию внутри вида микроорганизмов.
Большинство современных классификаций патогенных микроорганизмов построены с учетом этих типов антигенной специфичности.
Полноценные и неполноценные антигены (гаптены и полугаптены)
Одной из важнейших характеристик антигена является его иммуногенность, т. е. способность индуцировать формирование иммунитета к соответствующему возбудителю, в состав которого входит данный антиген. Степень иммуногенной активности у разных микробных антигенов далеко не одинакова. Различают слабоиммуногенные антигены, т. е. антигены, индуцирующие слабый иммунный ответ; высокоиммуногенные антигены, индуцирующие сильный иммунный ответ, и так называемые суперантигены. Такое название получили бактериальные антигены, вызывающие чрезмерно сильный иммунный ответ, который может стать причиной тяжелых побочных реакций или привести к развитию иммунодефицита или аутоиммунных болезней. Об особенностях взаимодействия суперантигенов с клетками иммунной системы рассказано в главе 34. Все вакцины, применяемые для формирования иммунитета к инфекционным болезням, должны обладать высокой иммуногенностью, быть безвредными и не оказывать нежелательного воздействия на иммунную систему.
Изучение антигенных свойств различных сложных химических соединений – белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и т. д. – показало, что существует два типа антигенов – полноценные и неполноценные. Полноценные антигены обладают обеими функциями антигена: способностью индуцировать образование антител и специфически с ними взаимодействовать. Неполноценные антигены сами по себе способностью индуцировать образование антител не обладают, они приобретают это свойство только после соединения с белками или другими полноценными антигенами. Такие неполноценные антигены называются гаптенами или полугаптенами (греч. hapto – прикрепляю). Неполноценные антигены обладают только одним свойством антигена: они способны специфически взаимодействовать с теми антителами, в индукции синтеза которых они участвовали (после присоединения к белку и превращения в полноценные антигены).
Если взаимодействие неполноценного антигена с антителом сопровождается обычными иммунологическими реакциями, его называют гаптеном. Если неполноценный антиген имеет очень небольшую молекулярную массу и его взаимодействие с антителами не сопровождается обычными видимыми реакциями, его называют полугаптеном. О присутствии полугаптена в этом случае судят по тому признаку, что антитела, будучи связаны с полугаптеном, уже не проявляют себя в обычной реакции с полноценным антигеном (задерживающая реакция Ландштейнера).
Химическая природа антигенов
Из высокомолекулярных соединений биологического происхождения свойствами полноценных антигенов обладают главным образом белки, а также некоторые полисахариды и липополисахариды бактериального происхождения. Например, капсульные полисахариды пневмококка являются антигенами для мышей и человека, но не для кролика и лошадей.
Основными носителями антигенной функции являются белки. Это связано с тем, что именно в структуре белков прежде всего реализуется специфичность работы генома каждого организма. Аминокислоты, моносахара, азотистые основания и другие относительно простые соединения, не говоря уже о химических элементах, которые имеют у всех организмов одинаковую структуру, не обладают признаками чужеродности и не могут поэтому быть антигенами. У разных белков антигенные свойства проявляются в разной степени: наряду с сильными антигенами (микробные экзотоксины, сывороточные белки и др.), есть белки с очень слабой антигенной активностью – гемоглобин, желатин, инсулин и другие низкомолекулярные белки. Низкую антигенную активность инсулина обычно связывают с его небольшой молекулярной массой (менее 6 кД). Однако такие белки, как, например, гемоглобин и актин, имеют большую молекулярную массу (64,5 кД и 50 кД соответственно), но обладают слабыми антигенными свойствами.
В настоящее время полагают, что антигенные свойства белков коррелируют со скоростью их эволюции. Выполняя сходные функции у разных организмов, такие белки, как инсулин, гемоглобин, обладают большим структурным сходством. Лишь инсулин морской свинки отличается от инсулина других млекопитающих по 16 – 18 аминокислотным остаткам. В то же время только морские свинки способны вырабатывать антитела к гетерологичному инсулину.
Таким образом, чем больше различий в аминокислотных последовательностях у белка-антигена по сравнению с аналогичным белком хозяина, тем больше выражена у него способность индуцировать синтез антител, и наоборот, чем более эволюционно консервативен белок, тем слабее у него антигенные качества. К числу наиболее консервативных белков относится семейство гистонов IV. За 1,5 млрд лет в них произошли всего 2 аминокислотные замены. Способность индуцировать синтез антител у гистонов IV не обнаружена.
Антигенность полисахаридов и липополисахаридов имеет такое же происхождение, как и антигенность белков, т. е. обусловлена необычностью структуры, сообщающей им свойства чужеродности. Например, антигенность полисахаридов сальмонелл группы А связана с наличием в их составе паратозы (3,6-ди-дезокси-глюкозы), группы В – абеквозы (3,6-ди-дезокси-галактозы) и т. д. Простые сахара и олигосахариды обладают свойствами гаптенов, т. е. их можно превратить в антиген путем присоединения к белкам. Многочисленные исследования антигенных свойств нуклеиновых кислот дали противоречивые результаты. По-видимому, лишь высокополимерным препаратам нуклеиновых кислот присущи антигенные свойства. Антигенные свойства доказаны для ДНК Т-четных фагов (Т2, Т4, Т6); в ее составе содержатся остатки 5-оксиметилцитозина, к некоторым из них присоединены 1 – 2 остатка глюкозы. Негликозилированная ДНК не способна индуцировать образование антител. Сыворотка крови людей, страдающих системной красной волчанкой, дает реакции преципитации с ДНК различного происхождения. Это связано с наличием в сыворотке крови больных антител к ДНК. Антитела, реагирующие с РНК, удается получить, используя в качестве антигена рибосомы.
Жирные кислоты, а также триглицериды и другие чистые липиды свойствами полноценных антигенов не обладают. Некоторые классы липидов могут быть составной частью молекулы гаптена. Помимо липидов, связанных ковалентной связью с белками, только два класса липидов, содержащиеся в живых тканях, функционируют как гаптены: фосфатиды и гликосфинголипиды. По крайней мере пять хорошо охарактеризованных фосфолипидов обладают свойствами гаптенов: кардиолипин и четыре фосфатидил-инозитол-олигоманнозида, выделенных из туберкулезных бактерий. Липиды обладают способностью усиливать иммуногенность других антигенов, поэтому их используют в качестве адъювантов (англ. adjuvant – помощник, полезный). Применению адъювантов во многом способствовали работы Дж. Фрейнда. В качестве адъюванта Дж. Фрейнд использовал смесь минерального масла с нейтральным детергентом для создания стабильных эмульсий водных растворов антигенов. Добавление к этой эмульсии убитых туберкулезных палочек повышает ее адъювантное действие ("полный адъювант Фрейнда"). Применение адъювантов дает хороший эффект при иммунизации низкомолекулярными растворимыми антигенами. Высокомолекулярные антигены в адъювантах практически не нуждаются. По-видимому, основная роль адъювантов состоит в том, что они служат носителями для растворимых антигенов, благодаря чему последние становятся доступными действию фагоцитов. Кроме того, адъюванты вызывают воспалительную реакцию на месте введения, что также способствует фагоцитозу антигенов. Липиды (в основном в виде фосфолипидов) входят в состав эндотоксинов и усиливают их иммуногенность.
Природа специфичности антигенов
Изучение свойств гаптенов и полугаптенов дало возможность искусственно синтезировать комплексные антигены, состоящие из гаптенов и белка. Они получили название конъюгированных антигенов. При этом было установлено, что введение в белковую молекулу любого гаптена или полугаптена изменяет ее антигенную специфичность. Как было впервые показано К. Ландштейнером, если иммунизировать животных конъюгированными антигенами, содержащими один и тот же белок, но разные введенные химические группировки (NO, N=N, I2, Br2, бензольное кольцо и т. п.), то появляются антитела, специфичные к этим группировкам. В связи с этим было сделано заключение, что конъюгированные антигены состоят из двух компонентов: 1) активной химической группы, определяющей специфичность антигена, т. е. фактора специфичности, или детерминантной группы, или эпитопа; 2) белковой части антигена – шлеппера, в которую вводится фактор специфичности. Белок является носителем собственно антигенности. Специфичность детерминантной группы определяется следующими факторами: природой самой химической группировки; орто-, мета– или параположением группировки и ее стереоизомерией. Орто-, мета-, параизомеры, цис– и трансформы, лево– и правовращающие изомеры детерминантных групп индуцируют образование антител с различной специфичностью. Антитела к D-изомерам отличаются от антител к L-изомерам и т. д. В крупные белковые молекулы может быть введено несколько детерминантных групп (от 1 до 200 и более), а их размеры могут варьировать от 1 атома до крупных молекул. Каждый детерминант, или эпитоп, вызывает образование особого типа антител, реагирующих с данным детерминантом. Таким образом, сложные конъюгированные антигены с несколькими различными детерминантами индуцируют образование целого комплекса антител.
Природа антигенной специфичности белков
Для выяснения природы антигенности белков и ее специфичности большое значение имели модельные опыты с искусственными аминокислотами и продуктами расщепления белка. Как оказалось, гомополимеры различных аминокислот антигенными свойствами не обладают. Однако если гомополимеры ароматических аминокислот присоединить к желатину, то антигенные свойства последнего значительно усиливаются, в то время как от присоединения, например, полиглицина или полиаланина антигенность желатина не возрастает. Это обстоятельство указывает на важную роль ароматического кольца для проявления антигенности.