Гуморальный иммунитет и его факторы - антитела и цитокины

24.10.2015

Последующие послепастеровские годы развития иммунологии были весьма насыщенными. В 1886 году Дэниэл Салмон и Теобальд Смит (США) показали, что состояние иммунитета вызывает введение не только живых, но и убитых микробов. Инокуляция голубям прогретых бацилл — возбудителей холеры свиней вызывала состояние невосприимчивости к вирулентной культуре микробов. Более того, они предположили, что состояние иммунитета можно вызвать также введением в организм химических субстанций или токсинов, вырабатываемых бактериями и вызывающими развитие болезни. В ближайшие годы эти предположения были не только подтверждены, но и развиты. В 1888 году американский бактериолог Джордж Неттолл впервые описал антибактериальные свойства крови и других жидкостей организма. Немецкий бактериолог Ганс Бухнер продолжил эти исследования и назвал алексином чувствительный к прогреванию бактерицидный фактор бесклеточной сыворотки, впоследствии названный Эрлихом и Моргенротом комплементом. Сотрудники Института Пастера (Франция) Эмиль Py и Александр Йерсин установили, что бесклеточный фильтрат культуры дифтерийной палочки содержит экзотоксин, который может индуцировать заболевание. В декабре 1890 года Карл Френкель опубликовал свои наблюдения, свидетельствующие об индукции иммунитета с помощью убитой нагреванием бульонной культуры дифтерийной палочки. В декабре этого же года были опубликованы работы немецкого бактериолога Эмиля фон Беринга и японского бактериолога и исследователя Шибасабуро Китасато. В работах было показано, что сыворотка кроликов и мышей, получавших столбнячный токсин, или человека, переболевшего дифтерией, не только обладала способностью инактивировать специфический токсин, но и создавала состояние иммунитета при переносе в другой организм. Иммунная сыворотка, обладавшая такими свойствами, была названа антитоксической. Эмиль фон Беринг был первым исследователем, удостоенным Нобелевской премии за открытие лечебных свойств антитоксических сывороток. Эти работы были первыми, открывшими миру явление пассивного иммунитета. Как образно выразилась Т.И. Ульянкина, «лечение дифтерии антитоксином стало вторым (послепастеровским) триумфом прикладной иммунологии».
В 1898 году другой Нобелевский лауреат Жюль Борде, бельгийский бактериолог и иммунолог, удостоенный награды в 1919 году за открытие комплемента, установил новые факты. Он показал, что факторы, появляющиеся в крови инфицированных животных и специфически склеивающие инфекты, обнаруживаются в крови животных, иммунизированных не только микробами или их продуктами-токсинами, но и в крови животных, которым вводили антигены неинфекционной природы, например эритроциты барана. Сыворотка кролика, получившего эритроциты барана, склеивала только эритроциты барана, но не эритроциты человека или других животных.
Более того, оказалось, что такие склеивающие факторы (в 1891 году они были названы П. Эрлихом антителами) могут быть получены и при введении животным под кожу или в кровоток чужеродных сывороточных белков. Этот факт установил терапевт, инфекционист и микробиолог, ученик И. Мечникова и Р. Коха, Николай Яковлевич Чистович. Работы И.И. Мечникова, открывшего фагоциты в 1882 году, Ж. Борде и Н. Чистовича были первыми, давшими начало развитию неинфекционной иммунологии. В 1899 году Л. Детре, сотрудник И.И. Мечникова, ввел термин «антиген» для обозначения субстанций, индуцирующих образование антител.
Огромный вклад в развитие иммунологии внес немецкий ученый Пауль Эрлих. В 1908 году он был удостоен Нобелевской премии за открытие гуморального иммунитета одновременно с Ильей Ильичом Мечниковым (рис. 4), открывшим клеточный иммунитет: явление фагоцитоза — активный ответ хозяина в форме клеточной реакции, направленной на уничтожение чужеродного тела.

Гуморальный иммунитет и его факторы - антитела и цитокины

Образно говоря, открытия П. Эрлиха и Л.И. Мечникова уподобили иммунологию дереву, давшему рост двум мощным самостоятельным научным ветвям знаний, одна из которых именуется «гуморальный иммунитет», а другая — «клеточный иммунитет».
С именем П. Эрлиха связана также масса других открытий, дошедших до наших дней. Так, им были открыты тучные клетки и эозинофилы; введены понятия «антитело», «пассивный иммунитет», «минимальная летальная доза», «комплемент» (совместно с Ю. Моргенротом), «рецептор»; разработан метод титрования, направленный на изучение количественных взаимоотношений антител и антигенов.
П. Эрлих (рис. 5) выдвинул дуалистическую концепцию кроветворения, в соответствии с которой предложил разграничить лимфоидное и миелоидное кроветворение; совместно с Ю. Моргенротом в 1900 году на основе эритроцитарных антигенов коз описал их группы крови. Он установил, что иммунитет не наследуется, поскольку у иммунных родителей рождается неиммунное потомство; разработал теорию «боковых цепей», ставшую впоследствии основой селекционных теорий иммунитета; совместно с К). Моргенротом предпринял изучение реакций организма на свои собственные клетки (изучение механизмов аутоиммунитета); обосновал наличие анти-антител.

Достигнутые успехи в понимании явлений иммунитета, открытия, блестящиe заключения и находки не прошли незамеченными. Они явились мощным стимулом для дальнейшего развития иммунологии.
В 1905 году шведский физико-химик Сванте Август Аррениус в читаемых им лекциях по химии иммунологических реакций в Калифорнийском университете в Беркли ввел термин «иммунохимия». В исследованиях по взаимодействию дифтерийного токсина с антитоксином он обнаружил обратимость иммунологической реакции антиген-антитело. Эти наблюдения были развиты им в книге «Иммунохимия», написанной в 1907 году давшей название новому разделу иммунологии.
Гастон Рамон, сотрудник Института Пастера в Париже, обрабатывая формальдегидом дифтерийный токсин, обнаружил лишение препаратом токсических свойств без нарушения его специфической иммуногенной способности. Такой препарат получил название анатоксина (токсоида). Анатоксины нашли широкое применение в биологии и медицине, используются и в наши дни.
Английский химико-патолог Джон Маррак в 1934 году в книге, посвященной критическому анализу химии антигенов и антител, обосновал теорию сети (lattice network theory) в их взаимодействии. Теорию сетевой (идиотипической) регуляции иммуногенеза антителами впоследствии развил и создал Нобелевский лауреат (по иммунологии) датский иммунолог Нильс Ерне. Биохимик Лайнус Полинг, другой Нобелевский лауреат (но химии), один из основателей теории «прямой матрицы» образования антител, в 1940 году описал силу взаимодействия антиген-антитело и обосновал стереофизическую комплементарность участков реакции.
Майкл Хейдельбергер (США) считается основателем количественной иммунохимии. В 1929 году шведский химик Арне Тизелиус и американский иммунохимик Элвин Кабат методами электрофореза и ультрацентрифугирования установили, что антитела с константой седиментации 19S выявляются в ранний период иммунного ответа, тогда как антитела с константой 7S являются антителами позднего ответа (впоследствии обозначены как антитела классов IgM и IgG соответственно). В 1937 году А. Тизелиус предложил применять для разделения белков электрофоретический метод и определил активность антител в глобулиновой фракции сыворотки. Благодаря этим исследованиям антитела получили статус иммуноглобулинов. В 1935 году М. Хейдельбергер и Ф. Кендалл функционально охарактеризовали одновалентные или неполные антитела как непреципитирующие, Д. Пpeccман и Кемпбелл получили строгие доказательства значимости бивалентности антител и их молекулярной формы в связывании с антигеном. Работами М. Хельдербергера, Ф. Кендалла и Э. Кабата было установлено, что реакции специфической преципитации, агглютинации и фиксации комплемента являются разными проявлениями функций отдельных антител. Продолжая исследования по изучению антител, в 1942 году американский иммунолог и бактериолог Альберт Кунс показал возможность мечения антител флуоресцентными красителями. В 1946 году французский иммунолог Жак Оудин обнаружил полосы преципитации в пробирке, содержащей заключенные в агаровый гель антисыворотку и антиген. Два года спустя шведский бактериолог Оухтерлоню и независимо от него S.D. Elek модифицировали метод Оудин. Разработанный ими метод двойной диффузии в геле предполагал использование покрытых агаровым гелем чашек Петри с лунками в геле, позволявшими помещенным в них антигену и антителам диффундировать из лунок в гель с образованием полос преципитации.
В последующие годы изучение антител, разработка методологии их выявления и определения успешно продолжились. В 1953 году Пьер Грабар, французский иммунолог, русского происхождения, вместе с С.А. Williams разработали метод иммуноэлектрофореза, с помощью которого какой-либо антиген, например образец сыворотки, подвергается электрофоретическому разделению на составляющие его компоненты перед взаимодействием с антителами в геле для получения полос преципитации. В 1977 году американский физик Розалин Ялоу была удостоена Нобелевской премии за разработку радиоиммунологического метода определения пептидных гормонов.
Исследуя строение антител, британский биохимик Родни Портер в 1959 году обработал молекулу IgG ферментом (папаином). В результате молекула антитела была расщеплена на 3 фрагмента, два из которых сохраняли способность связывать антиген, а третий был лишен такой способности, но легко кристаллизовался. В связи с этим первые два фрагмента были названы Fab- или антигенсвязывающими фрагментами (Fragment antigen-binding), а третий — Fe- или кристаллизуемым фрагментом (Fragment crystallizable). Впоследствии оказалось, что вне зависимости от антигенсвязывающей специфичности, молекулы антитела одного и того же изотипа данной особи строго идентичны (инвариантны). В связи с этим Fc-фрагменты получили второе наименование — константные. В настоящее время Fc-фрагменты именуют и как кристаллизуемые (Fe — Fragment crysnallizable), и как константные (Fe — Fragment constant). Существенный вклад в изучение структуры иммуноглобулинов внесли Генри Кункель, Xyг Фьюденберг, Фрэнк Путман. Альфред Нисонов установил, что после обработки молекулы IgG другим ферментом — пепсином образуются не три фрагмента, а всего лишь два — фрагменты F(ab’)2 и Fe. В 1967 году R.C. Valentine и N.M.J. Green получили первую электронную микрофотографию антитела, а несколько позже — в 1973 году F.W. Putman и соавторы опубликовали сведения о полной аминокислотной последовательности тяжелой цепи IgM. В 1969 году американский исследователь Джеральд Эдельман опубликовал полученные данные о первичной аминокислотной последовательности человеческого миеломного белка (IgG), выделенного из сыворотки больного. За проведенные исследования Родни Портер и Джеральд Эдельман были удостоены Нобелевской премии в 1972 году.
Важнейшим этапом развития иммунологии явилась разработка в 1975 году биотехнологического метода создания гибридом и получения на их основе моноклональных антител. Методология была разработана немецким иммунологом Георгом Кёлером и аргентинским молекулярным биологом Сезаром Мильштейном. Применение моноклональных антител революционизировало иммунологию. Без их применения немыслимо функционирование и дальнейшее развитие ни фундаментальной, ни клинической иммунологии. Исследования Г. Кёлера и С. Миль-штейна открыли эру иммунобиотехнологии, в 1984 г. авторы были удостоены Нобелевской премии.
Другим важнейшим фактором гуморального иммунитета являются цитокины, как и антитела, представляющие собой продукты иммуноцитов. Однако в отличие от антител, характеризующихся преимущественно эффекторными функциями и в меньшей степени — регуляторными, цитокины представляют собой преимущественно регуляторные молекулы иммунитета и в существенно меньшей степени — эффекторные.
По-видимому, описанное выше открытие комплемента, связанное с именами Жюля Борде, Ганса Бухнера, Пауля Эрлиха и др., было первым описанием гуморальных факторов, играющих, помимо антител, выдающуюся роль в иммунологических реакциях. Последующие, наиболее значимые открытия цитокинов — факторов гуморального иммунитета, через которые опосредуются функции иммуноцитов — фактора переноса, фактора некроза опухоли, интерлейкина-1, интерферона, фактора подавляющего миграцию макрофагов и др., датируются 30 годами XX века.