Основні класи антигенів
Антигенами можуть бути кілька основних хімічних сімейств.
- Вуглеводи (полісахариди). Полісахариди є імуногенними тільки тоді, коли вони пов'язані з білками-носіями. Наприклад, полісахариди, які становлять частину більш складних молекул (глікопротеїни), будуть викликати імунну реакцію, частина якої спрямована безпосередньо на полисахаридную складову молекули. Імунна відповідь, представлений в основному антитілами, може індукувати проти багатьох видів полісахаридних молекул, таких як компоненти мікроорганізмів і клітин еукаріоіт. Прекрасним прикладом антигенности полісахаридів є імунна відповідь, пов'язаний з групами крові АВО. Полісахариди в даному випадку знаходяться на поверхні еритроцитів.
- Ліпіди. Ліпіди рідко є імуногенними, але імунна реакція на них може бути викликана, якщо ліпіди кон'юговані з білками-носіїв. Таким чином, ліпіди можуть розглядатися як гаптени. Також відзначені імунні реакції на гліколіпіди і сфінголіпіди.
- Нуклеїнові кислоти. Нуклеїнові кислоти самі по собі є слабкими імуногенний, але стають імуногенними при зв'язуванні з білками-носіями. Нативная спіральна ДНК зазвичай не є иммуногенной у тварин. Однак у багатьох випадках відзначалися імунні реакції на нуклеїнові кислоти. Одним з важливих прикладів в клінічній медицині є поява антитіл проти ДНК у хворих на системний червоний вовчак.
- Білки. Фактично всі білки імуногенність. Таким чином, найчастіше імунну відповідь розвивається до білків. Більш того, чим вище рівень складності білка, тим сильніше імунна відповідь на цей протеїн. Розмір і складність білкових молекул визначають наявність безлічі епітопів.
Зв'язування антигену з антігенспеціфічнимі антитілами або Т-клітинами
Зв'язування антигенів з антитілами, взаємодія антигену з В- і Т-клітинами і наступні події. На даному етапі важливо підкреслити тільки, що в зв'язуванні антигену з антитілом або рецепторами Т-клітини ковалентні зв'язку не беруть участь. Нековалентні зв'язування може включати електростатичні взаємодії, гідрофобні взаємодії, водневі зв'язки і ван-дер-ваальсові сили.
Оскільки ці взаємодіючі сили відносно слабкі, зчіпка між антигеном і його комплементарних ділянкою на рецепторі антигену повинна відбуватися на площі, досить великий, щоб відбулося підсумовування всіх можливих взаємодій. Ця умова є основою для виняткової специфічності спостережуваних імунологічних взаємодій.
перехресна реактивність
Оскільки макромолекулярні антигени містять кілька віддалених один від одного епітопів, деякі з цих молекул можуть бути змінені без повної зміни їх імуногенетичної і антигенної структури. Це має важливі наслідки при імунізації проти високопатогенних мікроорганізмів або надзвичайно токсичних сполук. Дійсно, проводити імунізацію за допомогою патогенного токсину нерозумно. Однак можна зруйнувати біологічну активність такого токсину і цілого ряду інших токсинів (наприклад, бактеріальних токсинів або отрут змій), зберігши їх імуногенність.
Токсин, модифікований до такої міри, що більше не є токсичним, але все ще зберігає деякі иммунохимические характеристики, називається анатоксином. Таким чином, ми можемо говорити про те, що анатоксин імунологи-но перехресно реагує з токсином. Відповідно є можливість, імунізуємо індивідуума за допомогою анатоксину, викликати імунну відповідь до деяких епітопів, які на анатоксини збережені в тому ж вигляді, як і на токсини, оскільки не були знищені при модифікації.
Хоча молекули токсину і анатоксину відрізняються за багатьма фізико-хімічних і біологічних характеристик, вони імунологічно перехресно реактивні. Достатня кількість подібних епітопів дозволяє викликати імунну відповідь на анатоксин і сприяти ефективному захисту від самого токсину. Імунологічну реакцію, в якій імунні компоненти, будь то клітини або антитіла, реагують з двома молекулами, що мають однакові епітопи, але відрізняються за іншими ознаками, називають перехресної реакцією.
Коли два сполуки мають перехресної імунологічної реактивності, вони мають один або кілька загальних епітопів, і в процесі імунної відповіді на одне із з'єднань будуть розпізнаватися один або більше таких же епітопів на іншому поєднанні з залученням його в реакцію. Інша форма перехресної реактивності спостерігається у випадках, коли антитіла або клітини, специфічні для одного епітопи, зв'язуються, звичайно слабкіше, з іншим епітопом, який не є абсолютно ідентичним, але за структурою нагадує перший епітоп.
Щоб відзначити, що антиген, який використовується для імунізації, відмінний від того, проти якого пізніше будуть реагувати вироблені імунні компоненти, використовують терміни «гомологічний» і «гетерологічний». Термін «гомологічний» позначає, що антиген і иммуноген однакові.
Термін «гетерологічний» вказує, що речовина, використане для індукування імунної відповіді, відрізняється від речовини, яке пізніше використовується для реакції з продуктами індукованого відповіді. В останньому випадку гетерологічний антиген може реагувати, а може і не реагувати з імунними компонентами. При появі реакції можна зробити висновок, що гетерологічний і гомологічний антигени виявляють імунологічну перехресну реактивність.
Незважаючи на те що основним критерієм в імунології є специфічність, імунологічна перехресна реактивність спостерігається на багатьох рівнях. Це не означає, що роль імунологічної специфічності зменшується, а скоріше вказує на те, що сполуки, які мають перехресної реактивністю, мають однакові антигенні детермінанти.
У випадках наявності перехресної реактивності антигенні детермінанти речовин, що володіють перехресною реактивністю, можуть мати ідентичні хімічні структури або складатися з однакових, але не ідентичних фізико-хімічних структур. У наведеному раніше прикладі токсин і відповідний йому анатоксин представляють дві молекули: токсин є первісною молекулою, а анатоксин - модифікованої, яка має перехресної реактивністю по відношенню до первісної (нативної) молекулі.
Існують і інші приклади імунологічної перехресної реактивності, в яких два речовини, що володіють нею, не споріднені один одному за винятком того, що володіють одним або більш загальними епітопами, точніше одним або більше ділянками, що мають однакові тривимірні характеристики. Ці речовини відносять до Гетерофільні антигенів. Наприклад, антигени групи крові А людини реагують з антисироватки, отриманої проти полісахариду (тип XIV) капсули пневмокока. Таким же чином, антигени групи крові В людини реагують з антитілами до певних штамів Escherichia coli. У цих прикладах перехресної реактивності антигени мікроорганізмів відносяться до Гетерофільні антигенів (щодо антигенів груп крові).
Для посилення імунної відповіді на представлений антиген часто використовуються різні добавки і наповнювачі. Ад'ювант (від лат. Adjuvare - допомагати) є речовиною, яка при змішуванні з імуногенність підсилює імунну відповідь проти цього іммуногена. Важливо розрізняти носій для гаптена і ад'ювант. Гаптен стає імуногенним після ковалентного кон'югированія з носієм; він не може бути імуногенним при змішуванні з ад'ювантом. Таким чином, ад'ювант підсилює імунну відповідь на іммуногени. але не надає імуногенність гаптенами.
Ад'юванти використовуються для посилення імунної реакції на антигени вже більше 70 років. В даний час зростає інтерес до виявлення нових ад'ювантов для використання їх при вакцинації, оскільки багато кандидатів в вакцини не володіють достатньою імуногенність. Це особливо важливо для пептидних вакцин.
Механізм дії ад'юванта включає: 1) збільшення біологічного та імунологічного періоду напіврозпаду антигенів вакцини; 2) збільшення продукції місцевих запальних цитокінів; 3) поліпшення доставки, процесування антигенів і їх уявлення (презентації) АПК особливо дендритними клітинами. Емпірично було з'ясовано, що ад'юванти, що містять мікробні компоненти (наприклад, екстракти мікобактерій), є кращими. Патогенні компоненти змушують макрофаги і дендритні клітини експресувати костімулірующіе молекули і виділяти цитокіни.
Нещодавно було показано, що в таку індукцію, здійснювану мікробними компонентами, залучаються молекули, що розпізнають структури патогенних мікроорганізмів (наприклад, TLR 2), експресуються цими клітинами. Таким чином, зв'язування мікробних компонентів з TLR дає клітинам сигнал експресувати костімуляторних молекули і секретувати цитокіни.
Хоча багато різних ад'ювантов випробувані в дослідах на тваринах (табл. 3.2) і в експериментах на людині, тільки один став використовуватися для звичайної вакцинації. В даний час єдиними ад'ювантамі, дозволеними до використання в патентованих вакцинах для людей в США, є гідрат окису алюмінію і фосфат алюмінію.
Як компонент неорганічної солі іон алюмінію зв'язується з протеїнами, викликаючи їх преципитацию, що підсилює запальну реакцію, яка неспецифически збільшує імуногенність антигену. Після ін'єкції преципітувати антиген вивільняється з місця ін'єкції повільніше, ніж звичайний. Більш того, якщо в результаті преципітації розмір антигену збільшиться, це підвищить ймовірність того, що макромолекула буде піддана фагоцитозу.
Багато ад'юванти використовуються в експериментах на тваринах. Одним з звичайно використовуваних ад'ювантов є повний ад'ювант Фрейнда (Freund's complete adjuvant - FCA). що складається з убитих Mycobacterium tuberculosis або M.Butyricum, суспендованих в маслі. В подальшому з них готується емульсія з водним розчином антигену. Водно-масляна емульсія, яка містить ад'ювант і антиген, дозволяє антигену повільно і поступово вивільнятися, продовжуючи вплив іммуногена на реципієнта. Іншими мікроорганізмами, які у ролі ад'ювантов, є бацили Кальметта-Герена (БЦЖ) (аттенуіровані Mycobacterium), Corynebacterium parvum і Bordetella pertusis.
Насправді багато хто з цих ад'ювантов використовують здатність молекул, експрессіруемих мікробами, активувати імунні клітини. До таких молекул відносять ліпополісахариди (ЛПС), бактеріальну ДНК, що містить неметілірованние CpG дінуклеотідних повтори, і бактеріальні білки теплового шоку. Багато з цих мікробних ад'ювантов пов'язують рецептори, що розпізнають структури патогенних мікроорганізмів, такі як TLR. Зв'язування цих рецепторів, експрессіруемих багатьма типами клітин вродженої імунної системи, сприяє стимуляції адаптивного відповіді В- і Т-лімфоцитами. Наприклад, дендритні клітини є важливими АПК, через які проявляється
Таблиця 3.2. Відомі ад'юванти і механізм їх дії дію мікробних ад'ювантов. Вони відповідають секрецією цитокінів та експресією костімуляторних молекул, які в свою чергу стимулюють активацію і диференціацію антиген-специфічних Т-клітин.