Гуморальный иммунитет — это аспект иммунитета , который опосредуется макромолекулами , включая секретируемые антитела , белки комплемента и некоторые антимикробные пептиды , расположенные во внеклеточных жидкостях . Гуморальный иммунитет назван так потому, что он включает в себя вещества, находящиеся в юморе или жидкостях организма . Он контрастирует с клеточным иммунитетом . Гуморальный иммунитет также называют иммунитетом, опосредованным антителами .
Изучение молекулярных и клеточных компонентов , формирующих иммунную систему , включая их функции и взаимодействие, является центральной наукой иммунологии . Иммунная система делится на более примитивную врожденную иммунную систему и приобретенную или адаптивную иммунную систему позвоночных , каждая из которых содержит как гуморальные, так и клеточные иммунные элементы.
Гуморальный иммунитет относится к выработке антител и совпадающим процессам, которые ее сопровождают, включая: активацию Th2 и продукцию цитокинов , образование зародышевого центра и переключение изотипа , а также созревание аффинности и генерацию клеток памяти . Это также относится к эффекторным функциям антител, которые включают нейтрализацию патогенов и токсинов , классическую активацию комплемента и стимулирование опсонином фагоцитоза и элиминации патогенов. [1]
Концепция гуморального иммунитета разработана на основе анализа антибактериальной активности компонентов сыворотки крови. Гансу Бюхнеру приписывают развитие гуморальной теории. [2] В 1890 году Бюхнер описал алексины как «защитные вещества», которые существуют в сыворотке крови и других жидкостях организма и способны убивать микроорганизмы . Было показано , что алексины, позже переопределенные Паулем Эрлихом как «комплементы» , являются растворимыми компонентами врожденного ответа, который приводит к сочетанию клеточного и гуморального иммунитета. Это открытие помогло соединить особенности врожденного и приобретенного иммунитета . [2]
После открытия в 1888 году бактерий, вызывающих дифтерию и столбняк , Эмиль фон Беринг и Китасато Сибасабуро показали, что болезнь не обязательно должна быть вызвана самими микроорганизмами. Они обнаружили, что бесклеточных фильтратов достаточно, чтобы вызвать заболевание. В 1890 году фильтраты дифтерии, позже названные дифтерийными токсинами , использовались для вакцинации животных в попытке продемонстрировать, что иммунизированная сыворотка содержит антитоксин , который может нейтрализовать активность токсина и может передавать иммунитет неиммунным животным. [3] В 1897 году Пауль Эрлих показал, что антитела образуются против растительных токсинов рицина и абрина , и предположил, что эти антитела ответственны за иммунитет. [2] Эрлих вместе со своим коллегой фон Берингом разработали дифтерийный антитоксин , который стал первым крупным успехом современной иммунотерапии . [3] Открытие специфических совместимых антител стало важным инструментом в стандартизации иммунитета и выявлении затяжных инфекций . [3]
Антитела или иммуноглобулины представляют собой гликопротеины , находящиеся в крови и лимфе . Структурно антитела представляют собой крупные глобулярные белки Y-образной формы . У млекопитающих существует пять типов антител: иммуноглобулин А , иммуноглобулин D , иммуноглобулин Е , иммуноглобулин G и иммуноглобулин М. Каждый класс иммуноглобулинов отличается по своим биологическим свойствам и эволюционировал для борьбы с разными антигенами. [5] Антитела синтезируются и секретируются плазматическими клетками, происходящими из В-клеток иммунной системы.
Приобретенная иммунная система использует антитела для идентификации и нейтрализации посторонних объектов, таких как бактерии и вирусы. Каждое антитело распознает специфический антиген, уникальный для своей мишени. Связывая свои специфические антигены, антитела могут вызывать агглютинацию и осаждение продуктов антитело-антиген, стимулировать фагоцитоз макрофагами и другими клетками, блокировать вирусные рецепторы и стимулировать другие иммунные реакции, такие как путь комплемента .
Переливание несовместимой крови вызывает трансфузионную реакцию , опосредованную гуморальным иммунным ответом. Этот тип реакции, называемый острой гемолитической реакцией, приводит к быстрому разрушению (гемолизу) донорских эритроцитов антителами хозяина. Причиной обычно является техническая ошибка, например, если не тому пациенту перелили не ту дозу крови. Симптомами являются лихорадка и озноб, иногда с болью в спине и розовой или красной мочой ( гемоглобинурия ). Основное осложнение заключается в том, что гемоглобин , высвобождаемый при разрушении эритроцитов, может вызвать острую почечную недостаточность .
При гуморальном иммунном ответе наивные В-клетки начинают процесс созревания в костном мозге, приобретая В-клеточные рецепторы (BCR) на поверхности клетки. [6] Эти BCR представляют собой мембраносвязанные белковые комплексы, обладающие высокой аффинностью связывания со специфическими антигенами ; эта специфичность обусловлена аминокислотной последовательностью тяжелых и легких полипептидных цепей, составляющих вариабельную область BCR. [7] Как только BCR взаимодействует с антигеном, он создает сигнал связывания, который направляет B-клетку на выработку уникального антитела , которое связывается только с этим антигеном . Зрелые В-клетки затем мигрируют из костного мозга в лимфатические узлы или другие лимфатические органы , где они начинают встречаться с патогенами.
Когда В-клетка встречает антиген, активируется сигнал, антиген связывается с рецептором и попадает внутрь В-клетки путем эндоцитоза . Антиген процессируется и снова презентируется на поверхности В-клетки белками MHC-II . Белки MHC -II распознаются Т-хелперами, стимулируя выработку белков, позволяя В-клеткам размножаться, а их потомкам дифференцироваться в клетки, секретирующие антитела, циркулирующие в крови. [8] В-клетки могут активироваться с помощью определенных микробных агентов без помощи Т-клеток и обладать способностью работать напрямую с антигенами, обеспечивая реакцию на присутствующие патогены. [8]
В-клетка ожидает, пока Т-хелперная клетка (TH ) свяжется с комплексом. Это связывание активирует Т - клетку, которая затем высвобождает цитокины , которые побуждают В-клетки быстро делиться, создавая тысячи идентичных клонов В-клетки. Эти дочерние клетки либо становятся плазматическими клетками , либо клетками памяти . В-клетки памяти здесь остаются неактивными; позже, когда эти В-клетки памяти сталкиваются с тем же антигеном из-за повторной инфекции, они делятся и образуют плазматические клетки. С другой стороны, плазматические клетки производят большое количество антител, которые свободно высвобождаются в систему кровообращения .
Эти антитела встретят антигены и свяжутся с ними. Это либо будет мешать химическому взаимодействию между клетками-хозяевами и чужеродными клетками, либо они могут образовывать мосты между своими антигенными сайтами, препятствуя их правильному функционированию. Их присутствие может также привлечь макрофаги или клетки-киллеры для атаки и фагоцитирования .
Система комплемента — это биохимический каскад врожденной иммунной системы , который помогает выводить патогены из организма. Он получен из множества небольших белков плазмы крови, которые вместе разрушают плазматическую мембрану клетки-мишени , что приводит к цитолизу клетки. Система комплемента состоит из более чем 35 растворимых и связанных с клетками белков, 12 из которых непосредственно участвуют в путях комплемента. [1] Система комплемента участвует в деятельности как врожденного, так и приобретенного иммунитета.
Активация этой системы приводит к цитолизу, хемотаксису , опсонизации , иммунному клиренсу и воспалению , а также маркировке возбудителей для фагоцитоза. Белки составляют 5% фракции сывороточных глобулинов . Большинство этих белков циркулируют в виде зимогенов , которые неактивны до протеолитического расщепления . [1]
Три биохимических пути активируют систему комплемента: классический путь комплемента , альтернативный путь комплемента и маннозо-связывающий лектиновый путь . [9] Эти процессы различаются только процессом активации конвертазы C3 , [10] который является начальным этапом активации комплемента, и последующие процессы в конечном итоге одинаковы.
Классический путь инициируется воздействием свободно плавающих антител, связанных с антигеном. Это приводит к ферментативному расщеплению более мелких субъединиц комплемента, которые синтезируются с образованием конвертазы C3.
Это отличается от маннозо-связывающего лектинового пути, который инициируется бактериальными углеводными мотивами, такими как манноза, обнаруженными на поверхности бактерий. После процесса связывания происходит то же расщепление и синтез субъединиц, что и при классическом пути. Альтернативный путь комплемента полностью отличается от предыдущих путей, поскольку этот путь спонтанно инициируется в присутствии гидролизованного C3, который затем рекрутирует другие субъединицы, которые могут быть расщеплены с образованием конвертазы C3. Во всех трех путях после синтеза конвертазы C3 комплементы расщепляются на субъединицы, которые либо образуют структуру, называемую мембранно-атакующим комплексом (MAC), на стенке бактериальной клетки, чтобы уничтожить бактерию [11] , либо действуют как цитокины и хемокины, усиливая иммунная реакция.