21.2: Бар’єрні захисні сили та вроджена імунна відповідь

Імунну систему можна розділити на два механізми, що перекриваються для знищення патогенів: вроджена імунна відповідь, яка є відносно швидкою, але неспецифічною і, таким чином, не завжди ефективною, і адаптивну імунну відповідь, яка повільніше розвивається під час початкового зараження збудником, але є високоспецифічний і ефективний при атаці найрізноманітніших збудників (рис. \(\PageIndex\) ).

Малюнок \(\PageIndex\) : Співпраця між вродженими та адаптивними імунними відповідями. Вроджена імунна система підсилює адаптивні імунні реакції, щоб вони могли бути більш ефективними.

Будь-яке обговорення вродженої імунної відповіді зазвичай починається з фізичних бар’єрів, які перешкоджають проникненню патогенів в організм, знищують їх після того, як вони потрапляють, або вимивають їх, перш ніж вони зможуть утвердитися в гостинному середовищі м’яких тканин організму. Бар’єрні захисні сили є частиною найосновніших захисних механізмів організму. Бар’єрні захисні сили не є відповіддю на інфекції, але вони постійно працюють над захистом від широкого спектру патогенів.

Різні режими бар’єрних захисних сил пов’язані з зовнішніми поверхнями тіла, куди можуть намагатися проникнути хвороботворні мікроорганізми (табл.). Первинним бар’єром для входу мікроорганізмів в організм є шкіра. Шкіра не тільки покрита шаром мертвого ороговілого епітелію, який занадто сухий для бактерій, в яких рости, але, оскільки ці клітини безперервно відходять від шкіри, вони переносять бактерії та інші патогенні мікроорганізми з собою. Крім того, піт та інші шкірні виділення можуть знижувати рН, містити токсичні ліпіди та фізично змивати мікроби.

Іншим бар’єром є слина в роті, яка багата лізоцимом – ферментом, який знищує бактерії, перетравлюючи їх клітинні стінки. Кисле середовище шлунка, згубна для багатьох хвороботворних мікроорганізмів, також є бар’єром. Додатково слизовий шар шлунково-кишкового тракту, дихальних шляхів, репродуктивних шляхів, очей, вух, носа затримує як мікроби, так і сміття, і полегшує їх видалення. Що стосується верхніх дихальних шляхів, миготливі епітеліальні клітини переміщують потенційно забруднену слиз вгору до рота, де вона потім ковтається в травний тракт, потрапляючи в суворе кисле середовище шлунка. Враховуючи, як часто ви дихаєте порівняно з тим, як часто ви їсте або виконуєте інші дії, які піддають вас збудникам, не дивно, що кілька бар’єрних механізмів еволюціонували, щоб працювати узгоджено, щоб захистити цю життєво важливу область.

Клітини вродженої імунної відповіді

Фагоцит – це клітина, яка здатна оточувати і поглинати частинку або клітину, процес, званий фагоцитозом. Фагоцити імунної системи поглинають інші частинки або клітини, або для очищення ділянки від сміття, старих клітин, або для знищення патогенних організмів, таких як бактерії. Фагоцити – це швидкодіючий організм, перша лінія імунологічного захисту від організмів, які порушили бар’єрні захисні сили і увійшли до вразливих тканин організму.

Фагоцити: Макрофаги і нейтрофіли

Багато з клітин імунної системи мають фагоцитарну здатність, принаймні в якийсь момент протягом їх життєвих циклів. Фагоцитоз є важливим і ефективним механізмом знищення патогенів під час вроджених імунних реакцій. Фагоцит приймає організм всередину себе як фагосому, яка згодом зливається з лізосомою і її травними ферментами, ефективно вбиваючи багатьох хвороботворних мікроорганізмів. З іншого боку, деякі бактерії, включаючи мікобактерії туберкульозу, причини туберкульозу, можуть бути стійкими до цих ферментів, і тому їх набагато важче очистити від організму. Макрофаги, нейтрофіли та дендритні клітини є основними фагоцитами імунної системи.

Макрофаг – це фагоцит неправильної форми, який має амебоїдний характер і є найбільш універсальним з фагоцитів в організмі. Макрофаги переміщаються по тканинам і здавлюються крізь стінки капілярів за допомогою псевдоподія. Вони не тільки беруть участь у вроджених імунних реакціях, але й еволюціонували, щоб співпрацювати з лімфоцитами як частина адаптивної імунної відповіді. Макрофаги існують у багатьох тканині організму, або вільно блукаючи через сполучні тканини, або фіксуються до ретикулярних волокон всередині конкретних тканин, таких як лімфатичні вузли. Коли збудники порушують бар’єрні захисні сили організму, макрофаги є першою лінією захисту (табл.). Їх називають різними назвами, в залежності від тканини: клітини Купфера в печінці, гістіоцити в сполучній тканині, альвеолярні макрофаги в легенях.

Нейтрофіл – це фагоцитарна клітина, яка притягується за допомогою хемотаксису з кровотоку до інфікованих тканин. Ці сферичні клітини є гранулоцитами. Гранулоцит містить цитоплазматичні гранули, які в свою чергу містять різноманітні вазоактивні медіатори, такі як гістамін. На відміну від них макрофаги – це агранулоцити. Агранулоцит має мало або взагалі не має цитоплазматичних гранул. У той час як макрофаги діють як вартові, завжди на сторожі від інфекції, нейтрофіли можна розглядати як військові підкріплення, які покликані в бій, щоб прискорити знищення ворога. Хоча, як правило, розглядається як первинна клітина, що вбиває патогенів запального процесу вродженої імунної відповіді, нові дослідження припускають, що нейтрофіли відіграють певну роль у адаптивній імунній відповіді, як це роблять макрофаги.

Моноцит – це циркулююча клітина-попередник, яка диференціюється або в макрофаг, або дендритну клітину, яка може швидко притягуватися до ділянок інфекції сигнальними молекулами запалення.

Природні клітини-вбивці

NK-клітини – це тип лімфоцитів, які мають здатність індукувати апоптоз, тобто програмовану загибель клітин, в клітині, інфікованих внутрішньоклітинними збудниками, такими як облігатні внутрішньоклітинні бактерії та віруси. NK-клітини розпізнають ці клітини за механізмами, які ще недостатньо вивчені, але які, імовірно, включають їх поверхневі рецептори. NK-клітини можуть індукувати апоптоз, при якому каскад подій всередині клітини викликає власну загибель будь-яким з двох механізмів:

1) NK-клітини здатні реагувати на хімічні сигнали і висловлювати фас-ліганд. Фас-ліганд – це поверхнева молекула, яка зв’язується з молекулою фас на поверхні зараженої клітини, посилаючи їй апоптотичні сигнали, тим самим вбиваючи клітину і збудника всередині неї; або

2) Гранули клітин NK виділяють перфоріни і гранзими. Перфорин – це білок, який утворює пори в мембранах інфікованих клітин. Гранзим – це фермент, що перетравлює білок, який потрапляє в клітину через пори перфорину і запускає апоптоз внутрішньоклітинно.

Обидва механізми особливо ефективні проти заражених вірусом клітин. Якщо апоптоз індукується до того, як вірус має здатність синтезувати і збирати всі його компоненти, жоден інфекційний вірус не буде вивільнятися з клітини, тим самим запобігаючи подальшому інфікуванню.

Розпізнавання патогенів

Клітини вродженої імунної відповіді, фагоцитарні клітини та цитотоксичні NK-клітини розпізнають закономірності молекул, специфічних для патогенів, таких як компоненти клітинної стінки бактерій або бактеріальні джгутикові білки, використовуючи рецептори розпізнавання образів. Рецептор розпізнавання образів (PRR) – це мембранно-зв’язаний рецептор, який розпізнає характерні риси збудника і молекул, що виділяються стресовими або пошкодженими клітинами.

Ці рецептори, які, як вважають, еволюціонували до адаптивної імунної відповіді, присутні на поверхні клітин незалежно від того, потрібні вони чи ні. Їх різноманітність, однак, обмежена двома факторами. По-перше, той факт, що кожен тип рецепторів повинен бути кодований певним геном, вимагає, щоб клітина виділяла більшу або всю свою ДНК, щоб рецептори могли розпізнавати всі патогенні мікроорганізми. По-друге, різноманітність рецепторів обмежена кінцевою площею поверхні клітинної мембрани. Таким чином, вроджена імунна система повинна «обійтися», використовуючи лише обмежену кількість рецепторів, які активні проти якомога більшої кількості збудників. Ця стратегія різко контрастує з підходом, який використовує адаптивна імунна система, яка використовує велику кількість різних рецепторів, кожен з яких дуже специфічний для конкретного збудника.

Якщо клітини вродженої імунної системи вступають в контакт з видом збудника, який вони розпізнають, клітина зв’яжеться зі збудником і ініціює фагоцитоз (або клітинний апоптоз у випадку внутрішньоклітинного збудника), намагаючись знищити мікроб-порушника. Рецептори дещо різняться залежно від типу клітин, але вони зазвичай включають рецептори до бактеріальних компонентів і для комплементу, розглянуті нижче.

Розчинні медіатори вродженої імунної відповіді

Попередні обговорення посилалися на хімічні сигнали, які можуть спонукати клітини до зміни різних фізіологічних характеристик, таких як експресія конкретного рецептора. Ці розчинні фактори виділяються під час вроджених або ранніх індукованих реакцій, а пізніше під час адаптивних імунних реакцій.

Цитокіни та хемокіни

Цитокін – це сигнальна молекула, яка дозволяє клітинам спілкуватися один з одним на невеликих відстанях. Цитокіни секретуються в міжклітинний простір, а дія цитокіну спонукає приймальну клітину змінювати свою фізіологію. Хемокін – це розчинний хімічний медіатор, подібний до цитокінів, за винятком того, що його функція полягає в залученні клітин (хемотаксису) з більших відстаней.

Відвідайте цей веб-сайт, щоб дізнатися про хемотаксис фагоцитів. Хімотаксис фагоцитів – це рух фагоцитів відповідно до секреції хімічних месенджерів у вигляді інтерлейкінів та інших хемокінів. Якими засобами фагоцит знищує бактерію, яку він проковтнув?

Ранні індуковані білки

Ранні індуковані білки – це ті, які конституційно не присутні в організмі, але виготовляються, оскільки вони потрібні на ранніх стадіях під час вродженої імунної відповіді. Інтерферони є прикладом ранніх індукованих білків. Клітини, заражені вірусами, виділяють інтерферони, які подорожують до сусідніх клітин і спонукають їх виробляти противірусні білки. Таким чином, навіть незважаючи на те, що початкова клітина приноситься в жертву, навколишні клітини захищені. Іншими ранніми індукованими білками, специфічними для компонентів клітинної стінки бактерій, є манноззв’язуючий білок і С-реактивний білок, виготовлений у печінці, які зв’язуються спеціально з полісахаридними компонентами клітинної стінки бактерій. Фагоцити, такі як макрофаги, мають рецептори до цих білків, і, таким чином, вони здатні розпізнавати їх, оскільки вони пов’язані з бактеріями. Це призводить фагоцит і бактерія в безпосередній близькості і підсилює фагоцитоз бактерії шляхом процесу, відомого як опсонізація. Опсонізація – це позначення збудника на фагоцитоз шляхом зв’язування антитіла або антимікробного білка.

Система комплементу

Система комплементу являє собою ряд білків, що конституційно містяться в плазмі крові. Таким чином, ці білки не вважаються частиною ранньої індукованої імунної відповіді, хоча вони поділяють особливості з деякими антибактеріальними білками цього класу. Зроблені в печінці, вони мають різноманітні функції у вродженій імунній відповіді, використовуючи те, що відомо як «альтернативний шлях» активації комплементу. Крім того, комплемент функціонує і в адаптивній імунній відповіді, в тому, що називається класичним шляхом. Система комплементу складається з декількох білків, які ферментативно змінюють і фрагментують пізніше білки в ряд, тому її називають каскадом. Після активації ряд реакцій незворотний, і вивільняє фрагменти, які мають такі дії:

• Зв’язуються з клітинною мембраною збудника, який її активує, позначаючи його на фагоцитоз (опсонізація)
• Дифузно відходять від збудника і діють як хемотаксичні засоби для залучення фагоцитарних клітин до місця запалення.
• Утворюють пошкоджуючі пори в плазматичній мембрані збудника

Малюнок \(\PageIndex\) shows the classical pathway, which requires antibodies of the adaptive immune response. The alternate pathway does not require an antibody to become activated.

Figure \(\PageIndex\) : Complement Cascade and Function. The classical pathway, used during adaptive immune responses, occurs when C1 reacts with antibodies that have bound an antigen.

The splitting of the C3 protein is the common step to both pathways. In the alternate pathway, C3 is activated spontaneously and, after reacting with the molecules factor P, factor B, and factor D, splits apart. The larger fragment, C3b, binds to the surface of the pathogen and C3a, the smaller fragment, diffuses outward from the site of activation and attracts phagocytes to the site of infection. Surface-bound C3b then activates the rest of the cascade, with the last five proteins, C5–C9, forming the membrane-attack complex (MAC). The MAC can kill certain pathogens by disrupting their osmotic balance. The MAC is especially effective against a broad range of bacteria. The classical pathway is similar, except the early stages of activation require the presence of antibody bound to antigen, and thus is dependent on the adaptive immune response. The earlier fragments of the cascade also have important functions. Phagocytic cells such as macrophages and neutrophils are attracted to an infection site by chemotactic attraction to smaller complement fragments. Additionally, once they arrive, their receptors for surface-bound C3b opsonize the pathogen for phagocytosis and destruction.

Inflammatory Response

The hallmark of the innate immune response is inflammation. Inflammation is something everyone has experienced. Stub a toe, cut a finger, or do any activity that causes tissue damage and inflammation will result, with its four characteristics: heat, redness, pain, and swelling (“loss of function” is sometimes mentioned as a fifth characteristic). It is important to note that inflammation does not have to be initiated by an infection, but can also be caused by tissue injuries. The release of damaged cellular contents into the site of injury is enough to stimulate the response, even in the absence of breaks in physical barriers that would allow pathogens to enter (by hitting your thumb with a hammer, for example). The inflammatory reaction brings in phagocytic cells to the damaged area to clear cellular debris and to set the stage for wound repair (Figure \(\PageIndex\) ).

This reaction also brings in the cells of the innate immune system, allowing them to get rid of the sources of a possible infection. Inflammation is part of a very basic form of immune response. The process not only brings fluid and cells into the site to destroy the pathogen and remove it and debris from the site, but also helps to isolate the site, limiting the spread of the pathogen. Acute inflammation is a short-term inflammatory response to an insult to the body. If the cause of the inflammation is not resolved, however, it can lead to chronic inflammation, which is associated with major tissue destruction and fibrosis. Chronic inflammation is ongoing inflammation. It can be caused by foreign bodies, persistent pathogens, and autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis.

There are four important parts to the inflammatory response:

• Tissue Injury. The released contents of injured cells stimulate the release of mast cell granules and their potent inflammatory mediators such as histamine, leukotrienes, and prostaglandins. Histamine increases the diameter of local blood vessels (vasodilation), causing an increase in blood flow. Histamine also increases the permeability of local capillaries, causing plasma to leak out and form interstitial fluid. This causes the swelling associated with inflammation. Additionally, injured cells, phagocytes, and basophils are sources of inflammatory mediators, including prostaglandins and leukotrienes. Leukotrienes attract neutrophils from the blood by chemotaxis and increase vascular permeability. Prostaglandins cause vasodilation by relaxing vascular smooth muscle and are a major cause of the pain associated with inflammation. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs such as aspirin and ibuprofen relieve pain by inhibiting prostaglandin production.
• Vasodilation. Many inflammatory mediators such as histamine are vasodilators that increase the diameters of local capillaries. This causes increased blood flow and is responsible for the heat and redness of inflamed tissue. It allows greater access of the blood to the site of inflammation.
• Increased Vascular Permeability. At the same time, inflammatory mediators increase the permeability of the local vasculature, causing leakage of fluid into the interstitial space, resulting in the swelling, or edema, associated with inflammation.
• Recruitment of Phagocytes. Leukotrienes are particularly good at attracting neutrophils from the blood to the site of infection by chemotaxis. Following an early neutrophil infiltrate stimulated by macrophage cytokines, more macrophages are recruited to clean up the debris left over at the site. When local infections are severe, neutrophils are attracted to the sites of infections in large numbers, and as they phagocytose the pathogens and subsequently die, their accumulated cellular remains are visible as pus at the infection site.

Overall, inflammation is valuable for many reasons. Not only are the pathogens killed and debris removed, but the increase in vascular permeability encourages the entry of clotting factors, the first step towards wound repair. Inflammation also facilitates the transport of antigen to lymph nodes by dendritic cells for the development of the adaptive immune response.

Chapter Review

Innate immune responses are critical to the early control of infections. Whereas barrier defenses are the body’s first line of physical defense against pathogens, innate immune responses are the first line of physiological defense. Innate responses occur rapidly, but with less specificity and effectiveness than the adaptive immune response. Innate responses can be caused by a variety of cells, mediators, and antibacterial proteins such as complement. Within the first few days of an infection, another series of antibacterial proteins are induced, each with activities against certain bacteria, including opsonization of certain species. Additionally, interferons are induced that protect cells from viruses in their vicinity. Finally, the innate immune response does not stop when the adaptive immune response is developed. In fact, both can cooperate and one can influence the other in their responses against pathogens.

Interactive Link Questions

Visit this website to learn about phagocyte chemotaxis. Phagocyte chemotaxis is the movement of phagocytes according to the secretion of chemical messengers in the form of interleukins and other chemokines. By what means does a phagocyte destroy a bacterium that it has ingested?

Answer: The bacterium is digested by the phagocyte’s digestive enzymes (contained in its lysosomes).

Review Questions

Q. Which of the following signs is not characteristic of inflammation?

21.4: Адаптивна імунна відповідь – В-лімфоцити та антитіла

Антитіла були першим компонентом адаптаційної імунної відповіді, яку характеризували вчені, що працюють над імунною системою. Вже було відомо, що особини, які пережили бактеріальну інфекцію, були несприйнятливі до повторного зараження тим же збудником. Ранні мікробіологи брали сироватку у імунного пацієнта і змішували її зі свіжою культурою однотипних бактерій, потім спостерігали за бактеріями під мікроскопом. Бактерії стали скупченими в процесі, який називається аглютинацією. Коли використовувався інший вид бактерій, аглютинація не відбулася. Таким чином, в сироватці імунних осіб було щось, що могло конкретно зв’язуватися з бактеріями та аглютинувати їх.

Вченим тепер відомо, що причиною аглютинації є молекула антитіл, яку також називають імуноглобуліном. Що таке антитіло? Білок антитіл – це по суті секретована форма В-клітинного рецептора. (Насправді поверхневий імуноглобулін – це інша назва В-клітинного рецептора.) Не дивно, що одні і ті ж гени кодують як секретовані антитіла, так і поверхневі імуноглобуліни. Одна незначна відмінність у способі синтезу цих білків відрізняє наївну В-клітину з антитілом на її поверхні від плазматичної клітини, що секретує антитіла, без антитіл на її поверхні. Антитіла плазматичної клітини мають точно такий же антигензв’язуючий ділянку і специфічність, як і їх попередники В-клітин.

Існує п’ять різних класів антитіл, виявлених у людини: IgM, IgD, IgG, IgA та IgE. Кожен з них має специфічні функції в імунній відповіді, тому, дізнавшись про них, дослідники можуть дізнатися про велику різноманітність функцій антитіл, критичних для багатьох адаптивних імунних реакцій.

В-клітини не розпізнають антиген комплексно Т-клітин. В-клітини можуть розпізнавати нативний, необроблений антиген і не вимагають участі молекул MHC та антигенпрезентуючих клітин.

B Диференціація та активація клітин

В-клітини диференціюються в кістковому мозку. У процесі дозрівання генерується до 100 трильйонів різних клонів В-клітин, що схоже на різноманітність антигенних рецепторів, що спостерігається в Т-клітині.

Диференціація В-клітин та розвиток толерантності не так добре зрозумілі, як у Т-клітинок. Центральна толерантність – це руйнування або інактивація В-клітин, які розпізнають самоантигени в кістковому мозку, і її роль є критичною і добре встановленою. В процесі клональної делеції незрілі В-клітини, які сильно зв’язуються з самоантигенами, вираженими на тканині, сигналізують про самогубство шляхом апоптозу, видаляючи їх з популяції. Однак в процесі клональної анергії В-клітини, що піддаються впливу розчинного антигену в кістковому мозку, фізично не видаляються, а стають нездатними функціонувати.

Інший механізм, який називається периферичної толерантності, є прямим результатом толерантності Т-клітин. При периферичній толерантності функціональні зрілі В-клітини залишають кістковий мозок, але ще не піддаються впливу самоантигену. Більшість білкових антигенів вимагають сигналів від допоміжних Т-клітин (Th2), щоб приступити до виготовлення антитіл. Коли В-клітина зв’язується з самоантигеном, але не отримує сигналів від сусідньої клітини Th2 для вироблення антитіл, клітина сигналізується про апоптоз і руйнується. Це ще один приклад контролю Т-клітин над адаптивною імунною відповіддю.

Після того як В-клітини активуються шляхом їх зв’язування з антигеном, вони диференціюються в плазматичні клітини. Плазматичні клітини часто залишають вторинні лімфоїдні органи, де генерується відповідь, і мігрують назад в кістковий мозок, де і почався весь процес диференціації. Після виділення антитіл протягом певного періоду вони гинуть, так як більша частина їх енергії відводиться на виготовлення антитіл, а не на підтримку себе. Таким чином, плазматичні клітини, як кажуть, термінально диференційовані.

Кінцевою осередком, що цікавить B, є клітинкою пам’яті B, яка є результатом клонального розширення активованої В-клітини. Клітини пам’яті B функціонують аналогічно Т-осередкам пам’яті. Вони призводять до більш сильної та швидкої вторинної реакції порівняно з первинною реакцією, як показано нижче.

Структура антитіл

Антитіла – це глікопротеїни, що складаються з двох типів поліпептидних ланцюгів з приєднаними вуглево Важкий ланцюг і легкий ланцюг – це два поліпептиди, які утворюють антитіло. Основні відмінності між класами антитіл полягають у відмінностях між їх важкими ланцюгами, але, як ви побачите, легкі ланцюги відіграють важливу роль, утворюючи частину антигензв’язуючого ділянки на молекулах антитіл.

Чотирьохланцюгові моделі структур антитіл

Всі молекули антитіл мають дві однакові важкі ланцюги і дві однакові легкі ланцюжки. (Деякі антитіла містять кілька одиниць цієї чотириланцюгової структури.) Область антитіла Fc утворюється двома важкими ланцюгами, що збираються разом, зазвичай пов’язані дисульфідними зв’язками (рис. \(\PageIndex\) ). Частина антитіла Fc важлива тим, що багато ефекторні клітини імунної системи мають рецептори Fc. Клітини, що мають ці рецептори, можуть потім зв’язуватися з патогенами, покритими антитілами, значно підвищуючи специфічність ефекторних клітин. На іншому кінці молекули знаходяться два однакових антигензв’язуючих ділянки.

Малюнок \(\PageIndex\) : Структури антитіл та IgG2. Типова чотириланцюгова структура родового антитіла (а) та відповідна тривимірна структура антитіла IgG2 (b). (Кредит б: модифікація роботи Тіма Вікерса)

П’ять класів антитіл та їх функції

В цілому антитіла мають дві основні функції. Вони можуть діяти як рецептор антигену В-клітин або вони можуть секретуватися, циркулювати та зв’язуватися зі збудником, часто позначаючи його для ідентифікації за іншими формами імунної відповіді. З п’яти класів антитіл зверніть увагу, що лише два можуть функціонувати як рецептор антигену для наївних В-клітин: IgM та IgD (рис. \(\PageIndex\) ). Зрілі В-клітини, що виходять з кісткового мозку, експресують як IgM, так і IgD, але обидва антитіла мають однакову антигенну специфічність. Однак секретується лише IgM, і жодної іншої нерецепторної функції для IgD виявлено не було.

Малюнок \(\PageIndex\) : П’ять класів антитіл.

IgM складається з п’яти чотириланцюгових структур (20 загальних ланцюгів з 10 однаковими сайтами зв’язування антигенів) і, таким чином, є найбільшою з молекул антитіл. IgM зазвичай є першим антитілом, зробленим під час первинної відповіді. Його 10 антигензв’язуючих ділянок і велика форма дозволяють йому добре зв’язуватися з багатьма бактеріальними поверхнями. Він чудово зв’язує білки комплементу та активує каскад комплементу, що відповідає його ролі у сприянні хемотаксису, опсонізації та лізису клітин. Таким чином, це дуже ефективне антитіло проти бактерій на ранніх стадіях первинної відповіді антитіл. У міру протікання первинної відповіді антитіло, що виробляється в В-клітині, може змінюватися на IgG, IgA або IgE за допомогою процесу, відомого як перемикання класів. Перемикання класів – це зміна одного класу антитіл на інший. У той час як клас антитіл змінюється, специфічність і антигензв’язуючі сайти цього не роблять. Таким чином, зроблені антитіла все ще специфічні для збудника, який стимулював початкову відповідь IgM.

IgG є основним антитілом пізніх первинних реакцій і основним антитілом вторинних реакцій у крові. Це пов’язано з тим, що перемикання класів відбувається під час первинних відповідей. IgG – це мономерне антитіло, яке очищає патогени з крові і може активувати білки комплементу (хоча і не так добре, як IgM), скориставшись його антибактеріальною активністю. Крім того, цей клас антитіл – це той, який перетинає плаценту, щоб захистити плід, що розвивається, від хвороби виходить кров до інтерстиціальної рідини для боротьби з позаклітинними збудниками.

IgA існує у двох формах, чотириланцюговий мономер у крові та восьмиланцюгову структуру, або димер, у виділеннях екзокринних залоз слизових оболонок, включаючи слиз, слину та сльози. Таким чином, димерний IgA є єдиним антитілом, яке залишає внутрішню частину тіла для захисту поверхонь тіла. IgA також має важливе значення для новонароджених, оскільки це антитіло присутнє в грудному молоці матері (молозиві), яке служить для захисту немовляти від хвороб.

IgE зазвичай асоціюється з алергією і анафілаксією. Він присутній в найнижчій концентрації в крові, оскільки його область Fc сильно зв’язується з IgE-специфічним рецептором Fc на поверхнях огрядних клітин. IgE робить дегрануляцію тучних клітин дуже специфічною, так що якщо людина має алергію на арахіс, то IgE, специфічний для арахісу, пов’язаний з його або її огрядними клітинами. У цієї людини вживання арахісу призведе до дегрануляції огрядних клітин, іноді викликаючи важкі алергічні реакції, включаючи анафілаксію, важку системну алергічну реакцію, яка може спричинити смерть.

Клональний вибір B клітин

Клональний відбір і розширення працюють приблизно так само в В-клітині, як і в Т-клітині. Підбираються і розширюються тільки В-клітини з відповідною антигенною специфічністю (рис. \(\PageIndex\) ). В кінцевому підсумку плазматичні клітини виділяють антитіла з антигенною специфічністю, ідентичними тим, які були на поверхнях відібраних В-клітин. Зверніть увагу на малюнку, що і плазматичні клітини, і клітини пам’яті B генеруються одночасно.

Малюнок \(\PageIndex\) : Клональне виділення B клітин. Під час первинної імунної відповіді В-клітин виробляються як плазматичні клітини, що секретують антитіла, так і В-клітини пам’яті. Ці клітини пам’яті призводять до диференціації більшої кількості плазматичних клітин і В-клітин пам’яті під час вторинних реакцій.

Первинні проти вторинних B клітинних відповідей

Первинні та вторинні відповіді, пов’язані з Т-клітинами, обговорювалися раніше. У цьому розділі будуть розглянуті ці реакції з В-клітинами та виробленням антитіл. Оскільки антитіла легко отримують із зразків крові, за ними легко стежити і графік (рис. \(\PageIndex\) ). Як ви побачите з малюнка, первинна реакція на антиген (представляє збудника) затримується на кілька днів. Це час, необхідний для того, щоб клони В-клітин розширювалися та диференціювалися на плазматичні клітини. Рівень вироблюваних антитіл низький, але його достатньо для імунного захисту. Другий раз людина стикається з тим же антигеном, затримки часу немає, а кількість вироблених антитіл набагато вище. Таким чином, реакція вторинних антитіл швидко переповнює збудників, і в більшості ситуацій симптоми не відчуваються. Коли використовується інший антиген, робиться ще одна первинна відповідь з його низьким рівнем антитіл і тимчасовою затримкою.

Малюнок \(\PageIndex\) : Первинні та вторинні реакції антитіл. Антиген А дається один раз для генерації первинної відповіді, а пізніше для генерації вторинної відповіді. Коли вперше дається інший антиген, робиться нова первинна відповідь.

Активний проти пасивного імунітету

Імунітет до хвороботворних мікроорганізмів, і здатність контролювати ріст збудника таким чином, щоб пошкодження тканин організму було обмежено, можуть бути придбані шляхом (1) активного вироблення імунної відповіді у інфікованої особи або (2) пасивного перенесення імунних компонентів від імунної особини до неімунної. І активний, і пасивний імунітет мають приклади в природному світі і як частина медицини.

Активний імунітет – резистентність до патогенів, придбана в ході адаптивного імунної відповіді всередині індивіда (табл.). Природно придбаний активний імунітет, відповідь на збудника, знаходиться в центрі уваги цієї глави. Штучно придбаний активний імунітет передбачає використання вакцин. Вакцина – це убитий або ослаблений збудник або його компоненти, які при введенні здоровій особі призводить до розвитку імунологічної пам’яті (ослабленої первинної імунної відповіді), не викликаючи особливих на шляху симптомів. Таким чином, із застосуванням вакцин можна уникнути шкоди від хвороби, яка виникає в результаті першого впливу на збудника, але при цьому скористатися перевагами захисту від імунологічної пам’яті. Поява вакцин була одним з основних медичних досягнень ХХ століття і призвела до викорінення віспи та боротьби з багатьма інфекційними захворюваннями, включаючи поліомієліт, кір та коклюш.

Пасивний імунітет виникає внаслідок передачі антитіл особі, не вимагаючи від них змонтувати власну активну імунну відповідь. Природно придбаний пасивний імунітет проглядається під час розвитку плода. IgG передається від материнського кровообігу до плоду через плаценту, захищаючи плід від інфекції та захищаючи новонародженого протягом перших кількох місяців його життя. Як уже зазначалося, новонароджений отримує користь від антитіл IgA, які він отримує з молока під час грудного вигодовування. Таким чином, плід і новонароджений отримують користь від імунологічної пам’яті матері до збудників, яким вона піддалася впливу. У медицині штучно придбаний пасивний імунітет зазвичай передбачає ін’єкції імуноглобулінів, взятих у тварин, раніше зазнали впливу конкретного збудника. Це лікування є швидкодіючим методом тимчасового захисту людини, яка, можливо, піддавалася впливу збудника. Мінусом обох видів пасивного імунітету є відсутність розвитку імунологічної пам’яті. Після перенесення антитіл вони ефективні лише обмежений час, перш ніж вони деградують.

Імунітет може бути придбаний активним або пасивним способом, а може бути природним або штучним. Перегляньте це відео, щоб побачити анімовану дискусію про пасивний та активний імунітет. Який приклад природного імунітету, придбаного пасивно?

Т-клітинно-залежні проти Т-клітинних незалежних антигенів

Як обговорювалося раніше, клітини Th2 виділяють цитокіни, які керують виробленням антитіл у В-клітині, реагуючи на складні антигени, такі як ті, що виробляються білками. З іншого боку, деякі антигени незалежні від Т-клітин. Незалежний від Т-клітин антиген зазвичай знаходиться у вигляді повторних вуглеводних фрагментів, виявлених на клітинних стінках бактерій. Кожне антитіло на поверхні В-клітини має два місця зв’язування, а повторний характер Т-клітинного незалежного антигену призводить до зшивання поверхневих антитіл на В-клітині. Зшивання досить для його активації при відсутності Т-клітинних цитокінів.

З іншого боку, Т-клітинно-залежний антиген зазвичай не повторюється в тій же мірі на збудника і, таким чином, не зшиває поверхневі антитіла з однаковою ефективністю. Щоб викликати відповідь на такі антигени, В-і Т-клітини повинні зійти впритул (рис. \(\PageIndex\) ). Клітинка B повинна отримати два сигнали, щоб активуватися. Його поверхневий імуноглобулін повинен розпізнавати нативний антиген. Частина цього антигену інтерналізується, обробляється та представлена клітинам Th2 на молекулі MHC класу II. Потім Т-клітина зв’язується за допомогою рецептора антигену і активується для виділення цитокінів, які дифузно з В-клітиною, остаточно активуючи її повністю. Таким чином, В-клітина отримує сигнали як від свого поверхневого антитіла, так і від Т-клітини через свої цитокіни, і діє як професійна антиген-презентуюча клітина в процесі.

Малюнок \(\PageIndex\) : T і B зв’язування клітин. Щоб викликати відповідь на Т-клітинний антиген, В-і Т-клітини повинні зійти близько один до одного. Щоб стати повністю активованою, В-клітина повинна отримувати два сигнали від нативного антигену та цитокінів Т-клітини.

Огляд глави

В-клітини, які розвиваються всередині кісткового мозку, відповідають за створення п’яти різних класів антитіл, кожен зі своїми функціями. В-клітини мають свої механізми толерантності, але при периферичної толерантності В-клітини, які залишають кістковий мозок, залишаються неактивними через толерантності Т-клітин. Деякі В-клітини не потребують цитокінів Т-клітин для виготовлення антитіл, і вони обходять цю потребу шляхом зшивання їх поверхневого імуноглобуліну повторними залишками вуглеводів, виявленими в клітинних стінках багатьох видів бактерій. Інші вимагають, щоб Т-клітини активізувалися.

Інтерактивні запитання щодо посилань

Імунітет може бути придбаний активним або пасивним способом, а може бути природним або штучним. Перегляньте це відео, щоб побачити анімовану дискусію про пасивний та активний імунітет. Який приклад природного імунітету, придбаного пасивно?

Відповідь: Грудне вигодовування – приклад природного імунітету, придбаного пасивно.

Огляд глави

Питання: Видалення функціональності з B осередку без її вбивання називається ________.