Иммунная система организма на вирусные инфекции или иммунизацию вирусными вакцинами отвечает выработкой антител, обладающих специфичностью к различным вирусным компонентам и принадлежащих к разным классам иммуноглобулинов.
Важнейшая биологическая функция иммуноглобулинов - специфическое связывание с антигеном. Антитела против некоторых эпитопов на поверхности вирионов нейтрализуют инфекционность, они могут также действовать как оп- сонины, облегчая поглощение и разрушение макрофагами. Кроме того, антитела могут прикрепляться к вирусным антигенам на поверхности инфицированных клеток, вызывая их разрушение вследствие активации классического или альтернативного действия комплемента или с помощью активации Fc-рецептор- связывающих клеток, таких как NK-клетки, полиморфноядерные лейкоциты и макрофаги (антителозависимая цитотоксичность).
Различают четыре основных класса антител: два мономера IgG и IgE и два полимера IgM и IgA. Все иммуноглобулины имеют подобную структуру, но широко варьируют по аминокислотной последовательности антигенсвязывающего сайта, который определяет их специфичность для данной антигенной детерминанты. N-концевая последовательность L- и Н-цепей образует антигенсвязыва- ющий центр, то есть антидетерминанту. Чем больше антидетерминант на поверхности иммуноглобулина, тем выше его активность.
Авидность характеризует прочность связи антитела с соответствующим антигеном. Афинность — прочность связи между отдельными антидетерминантами и детерминантами.
IgG является основным классом антител в крови. Он состоит из двух Н- и L-цепей, каждая из которых содержит постоянные и вариабельные участки. Молекулы IgG содержат два идентичных антигенсвязывающих Fab-фрагмента и Fc-
фрагмент, выполняющий эффекторные функции (связывание комплемента, прикрепление к фагоцитам и плацентарному или колостральному трансферу).
В результате системной вирусной инфекции IgG синтезируется в течение длительного периода и является главным фактором защиты от реинфекции. Субклассы IgG отличаются константной областью их V-цепей и, соответственно, биологическими свойствами, такими как фиксация комплемента и прикрепление к фагоцитам [ 165, 208].
Первоначально антитела относятся к классу IgM, но соматические рекомбинации (транслокации) затем рождают класс, обусловленный связыванием V-генных сегментов различными постоянными участками Н-цепей. В изменении изотипов (переход изотипов на другой путь) важная роль принадлежит различным цитокинам. Таким образом, через несколько дней IgG , IgA и иногда IgE-антите- ла той же самой специфичности становятся доминантными в иммунном ответе.
Тц-клетки достигают своего пика обычно через неделю после инфекции, а антитела — через 2—3 недели. NK-клетки максимально активируются через два дня, а активность интерферона совпадает с пиком концентрации вируса.
Динамика гуморального иммунного ответа проявляется, в первую очередь, в смене синтеза антител различных классов. В начальной фазе иммунного ответа синтезируется преимущественно IgM с относительно слабым сродством к антигену (авидный класс антител). IgM является пентамером с 10 Fab-фрагментами. Синтез IgM сменяется синтезом IgG, а затем IgA. IgM-антитела находятся в большинстве случаев в плазме крови и лимфе, обладая способностью преципи- тировать, агглютинировать и лизировать антигены. Они очень активно связываются с комплементом, не проходят через плаценту, поэтому обнаружение IgM- антител у плода свидетельствует о внутриматочной инфекции (например, при краснухе, цитомегаловирусной инфекции, парвовирусной болезни свиней и др.). Они обычно находятся в крови недолго, период полураспада их - 8-10 дней. Выработка IgM-антител обычно сменяется синтезом IgG-антител через 3—4 недели после заражения или иммунизации. Выработка IgG-антител носит длительный характер, особенно после естественной инфекции или иммунизации живой вирусной вакциной (оспа, полиомиелит, чума крупного рогатого скота, классическая чума свиней и др.)
Устойчиво высокие титры антител могут отражать также персистенцию вирусной инфекции (например, вирусов герпеса, кори) или повторную стимуляцию вирусным антигеном, однако антитела к некоторым вирусам могут персис- тировать и без явных признаков заболевания. IgG -антитела содержатся в сыворотке крови в наиболее высокой концентрации (~12г/л), откуда они поступают в тканевую жидкость. В отличие от других иммуноглобулинов, у человека и приматов они способны проникать через плаценту и снабжать плод материнскими антителами. Период полураспада их равен 10-35 дням.
Иммуноглобулин A (IgA) является димером с 4 Fab-фрагментами. Проходя через эпителиальные клетки, IgA приобретает J-фрагмент (секреторный фрагмент), становясь секреторным slgA, который секретируется через эпителий рес
пираторного, кишечного и урогенитального трактов. Секреторный IgA более устойчив к протеазам, чем другие иммуноглобулины, и является основным иммуноглобулином на слизистых поверхностях, в молозиве и молоке многих видов млекопитающих. Поэтому IgA-антитела играют важную роль в защите от инфекции респираторного, кишечного и урогенитального трактов. Иммунизация через слизистые при некоторых инфекциях является более эффективной, чем системное введение вакцины.
Секреторные антитела появляются на 4—7-й день после инфицирования и представлены в основном IgA, IgG и IgM. Они считаются менее специфичными, чем сывороточные. Динамика накопления антител в сыворотке крови и секретах практически одинакова.
В отличие от сывороточного IgA, большая часть которого является мономером, молекула секреторного IgA представляет собой димер. Мономерный IgA синтезируется плазматическими клетками костного мозга, периферических лимфатических узлов, селезенки и других органов. Димерные формы slgA с соединительной j-цепью синтезируются лимфоидной тканью желудочно-кишечного, респираторного и урогенитального трактов.
Добавочный структурный компонент секреторного IgA, вероятно, функционирует как поверхностный рецептор клеток секреторного эпителия и придает устойчивость slgA к действию протеаз. Биологическая функция slgA состоит в основном в местной защите слизистых оболочек от инфекции. Формирование местных секреторных IgA на поверхности слизистых оболочек имеет особое значение для формирования устойчивости организма к вирусам, обычно проникающим через дыхательный, кишечный или урогенитальный эпителий. Для индукции секреторных IgA в кишечнике вирус должен вступить в контакт с лимфоидной тканью кишечника. После формирования местного ответа В-клетки памяти, образующие IgA, мигрируют в другие участки кишечника. Аналогичный механизм индукции IgA функционирует в респираторном тракте.
Система секреторного иммунитета функционирует и регулируется иначе, чем иммунная система в целом. Она может коррелировать с общей иммунной реакцией или быть независимой от нее [16]. Кроме секреторного IgA, существенное значение для иммунитета слизистых оболочек имеют содержащиеся в секретах у человека IgM и IgG. IgM также представляет секреторный иммуноглобулин, однако он не так прочно, как slgA, связывает секреторный компонент. В пищеварительном тракте IgM играет более важную роль, чем IgG, а в носоглотке - наоборот [39, 165].
Иммуноглобулины D и Е являются минорными иммуноглобулинами, составляющими менее 1 % от общего количества иммуноглобулинов. Их роль в иммунитете не выяснена или незначительна [1135].
IgD, вероятно, служит рецептором В-клеток, а антитела класса IgE принимают участие в связывании антигена на слизистой оболочке [303]. При внутривенном введении антиген задерживается в печени и селезенке, при подкожном — в регионарных лимфоузлах. В лимфоидных органах антиген реагирует с иммуно-
компетентными клетками (макрофагами, лимфоцитами). При подкожном или внутрикожном введении антигена с адъювантом на месте инъекции развивается гранулема, в которой образуются сначала IgM-антитела, затем IgG. Попадание антигена на слизистые оболочки ведет к преимущественному образованию IgA [200, 203, 208].
Инфицирование или иммунизация через слизистые оболочки могут приводить и к местной выработке антител, которые способны эффективно предотвращать локальную колонизацию, например, кишечника полио- или ротавирусом, а дыхательного тракта — вирусами парагриппа. Местная выработка антител классов IgG и IgA при гриппе лучше всего стимулируется аэрозольной иммунизацией. У детей с тяжелой инфекцией, вызванной респираторно-синцитиальным вирусом, обнаружена местная выработка вирусспецифических IgE-антител. При инфекциях, вызванных вирусами паротита и японского энцефалита, соотношение титра IgG и IgM в спинномозговой жидкости часто выше, чем в сыворотке, что, вероятно, свидетельствует о синтезе во время болезни антител в центральной нервной системе.
Многочисленные серологические маркеры одного и того же вируса дают возможность следить за состоянием хронической вирусной инфекции. При гепати- те-В определение циркулирующих антигенов, таких как HBsAg и HBeAg, а также антител к различным компонентам вируса, например, анти-НВс, анти-НВе и анти-HBs, дает возможность различать острый гепатит, состояние персистирую- щего носительства, период выздоровления и полное излечивание [169].
Система комплемента представлена белками сыворотки (около 30), которые могут служить активаторами иммунного ответа. Классический путь активации проявляется при наличии комплексов антиген-антитело, а также может проявляться независимо от антител. Например, может усиливать разрушение вирионов, инфицированных вирусом клеток, а также воспаление. Вирионы разрушаются в результате опсонизации, усиления нейтрализации или лизисе вирионной оболочки. Активация комплемента ведет к взаимодействию с вирусным антигеном в тканях вскоре после начала инфекции, тогда как антитела проявляют активность в основном через 2—3 недели. NK-клетки максимально активируются через 2 дня, а активность интерферона совпадает с пиком концентрации вируса.
Антитела в основном синтезируются в селезенке, в лимфоузлах, в лимфоидной ткани GALT и BALT систем. Лимфоидная ткань подслизистой пищеварительного и респираторного трактов, так же как миндалин и пейеровых бляшек, получающих антиген прямо от сверхлежащих эпителиальных клеток, производит антитела главным образом класса IgA [16, 2003].
Защитную функцию специфических антител связывают в первую очередь с вируснейтрализующими антителами и их концентрацией. Однако вакцинированные с неопределяемыми или низкими титрами нейтрализующих антител не обязательно восприимчивы к симптоматической инфекции [1076].
Нейтрализация вируса, по крайней мере, как она определяется в тестах in vitro, может не играть существенной роли в механизме иммунитета, например,
индуцируемого цельновирионными инактивированными вакцинами против ящура [613].
Имеется сообщение о существовании нового класса антител — внутриклеточных вируснейтрализующих антител, способных подавлять репликацию вируса [1327].
В обеспечении устойчивости к вирусной инфекции могут участвовать не нейтрализующие антитела, хотя менее эффективно, чем нейтрализующие антитела [1116].
Антитела, не обладающие нейтрализующей активностью, проявляют антивирусную активность непосредственно против вирусных антигенов на поверхности вирусных частиц или против вирионов или неструктурных белков, экспонированных на поверхности инфицированных клеток. In vivo не нейтрализующие антитела проявляют антивирусную активность с помощью разных механизмов. Во-первых, вирионы, покрытые такими антителами, могут легко уноситься кровотоком. Во-вторых, они, влияя на нейраминидазу вирусов гриппа или на гемаг- глютинирующий Е-белок коронавирусов могут снижать их репликацию в органах-мишенях, подавляя выделение вируса из клеток [1705]. В третьих, они могут лизировать клетки с помощью IgG Fc-зависимого механизма [1382].
Важнейшая биологическая функция иммуноглобулинов - специфическое связывание с антигеном. Антитела против некоторых эпитопов на поверхности вирионов нейтрализуют инфекционность, они могут также действовать как оп- сонины, облегчая поглощение и разрушение макрофагами. Кроме того, антитела могут прикрепляться к вирусным антигенам на поверхности инфицированных клеток, вызывая их разрушение вследствие активации классического или альтернативного действия комплемента или с помощью активации Fc-рецептор- связывающих клеток, таких как NK-клетки, полиморфноядерные лейкоциты и макрофаги (антителозависимая цитотоксичность).
Различают четыре основных класса антител: два мономера IgG и IgE и два полимера IgM и IgA. Все иммуноглобулины имеют подобную структуру, но широко варьируют по аминокислотной последовательности антигенсвязывающего сайта, который определяет их специфичность для данной антигенной детерминанты. N-концевая последовательность L- и Н-цепей образует антигенсвязыва- ющий центр, то есть антидетерминанту. Чем больше антидетерминант на поверхности иммуноглобулина, тем выше его активность.
Авидность характеризует прочность связи антитела с соответствующим антигеном. Афинность — прочность связи между отдельными антидетерминантами и детерминантами.
IgG является основным классом антител в крови. Он состоит из двух Н- и L-цепей, каждая из которых содержит постоянные и вариабельные участки. Молекулы IgG содержат два идентичных антигенсвязывающих Fab-фрагмента и Fc-
фрагмент, выполняющий эффекторные функции (связывание комплемента, прикрепление к фагоцитам и плацентарному или колостральному трансферу).
В результате системной вирусной инфекции IgG синтезируется в течение длительного периода и является главным фактором защиты от реинфекции. Субклассы IgG отличаются константной областью их V-цепей и, соответственно, биологическими свойствами, такими как фиксация комплемента и прикрепление к фагоцитам [ 165, 208].
Первоначально антитела относятся к классу IgM, но соматические рекомбинации (транслокации) затем рождают класс, обусловленный связыванием V-генных сегментов различными постоянными участками Н-цепей. В изменении изотипов (переход изотипов на другой путь) важная роль принадлежит различным цитокинам. Таким образом, через несколько дней IgG , IgA и иногда IgE-антите- ла той же самой специфичности становятся доминантными в иммунном ответе.
Тц-клетки достигают своего пика обычно через неделю после инфекции, а антитела — через 2—3 недели. NK-клетки максимально активируются через два дня, а активность интерферона совпадает с пиком концентрации вируса.
Динамика гуморального иммунного ответа проявляется, в первую очередь, в смене синтеза антител различных классов. В начальной фазе иммунного ответа синтезируется преимущественно IgM с относительно слабым сродством к антигену (авидный класс антител). IgM является пентамером с 10 Fab-фрагментами. Синтез IgM сменяется синтезом IgG, а затем IgA. IgM-антитела находятся в большинстве случаев в плазме крови и лимфе, обладая способностью преципи- тировать, агглютинировать и лизировать антигены. Они очень активно связываются с комплементом, не проходят через плаценту, поэтому обнаружение IgM- антител у плода свидетельствует о внутриматочной инфекции (например, при краснухе, цитомегаловирусной инфекции, парвовирусной болезни свиней и др.). Они обычно находятся в крови недолго, период полураспада их - 8-10 дней. Выработка IgM-антител обычно сменяется синтезом IgG-антител через 3—4 недели после заражения или иммунизации. Выработка IgG-антител носит длительный характер, особенно после естественной инфекции или иммунизации живой вирусной вакциной (оспа, полиомиелит, чума крупного рогатого скота, классическая чума свиней и др.)
Устойчиво высокие титры антител могут отражать также персистенцию вирусной инфекции (например, вирусов герпеса, кори) или повторную стимуляцию вирусным антигеном, однако антитела к некоторым вирусам могут персис- тировать и без явных признаков заболевания. IgG -антитела содержатся в сыворотке крови в наиболее высокой концентрации (~12г/л), откуда они поступают в тканевую жидкость. В отличие от других иммуноглобулинов, у человека и приматов они способны проникать через плаценту и снабжать плод материнскими антителами. Период полураспада их равен 10-35 дням.
Иммуноглобулин A (IgA) является димером с 4 Fab-фрагментами. Проходя через эпителиальные клетки, IgA приобретает J-фрагмент (секреторный фрагмент), становясь секреторным slgA, который секретируется через эпителий рес
пираторного, кишечного и урогенитального трактов. Секреторный IgA более устойчив к протеазам, чем другие иммуноглобулины, и является основным иммуноглобулином на слизистых поверхностях, в молозиве и молоке многих видов млекопитающих. Поэтому IgA-антитела играют важную роль в защите от инфекции респираторного, кишечного и урогенитального трактов. Иммунизация через слизистые при некоторых инфекциях является более эффективной, чем системное введение вакцины.
Секреторные антитела появляются на 4—7-й день после инфицирования и представлены в основном IgA, IgG и IgM. Они считаются менее специфичными, чем сывороточные. Динамика накопления антител в сыворотке крови и секретах практически одинакова.
В отличие от сывороточного IgA, большая часть которого является мономером, молекула секреторного IgA представляет собой димер. Мономерный IgA синтезируется плазматическими клетками костного мозга, периферических лимфатических узлов, селезенки и других органов. Димерные формы slgA с соединительной j-цепью синтезируются лимфоидной тканью желудочно-кишечного, респираторного и урогенитального трактов.
Добавочный структурный компонент секреторного IgA, вероятно, функционирует как поверхностный рецептор клеток секреторного эпителия и придает устойчивость slgA к действию протеаз. Биологическая функция slgA состоит в основном в местной защите слизистых оболочек от инфекции. Формирование местных секреторных IgA на поверхности слизистых оболочек имеет особое значение для формирования устойчивости организма к вирусам, обычно проникающим через дыхательный, кишечный или урогенитальный эпителий. Для индукции секреторных IgA в кишечнике вирус должен вступить в контакт с лимфоидной тканью кишечника. После формирования местного ответа В-клетки памяти, образующие IgA, мигрируют в другие участки кишечника. Аналогичный механизм индукции IgA функционирует в респираторном тракте.
Система секреторного иммунитета функционирует и регулируется иначе, чем иммунная система в целом. Она может коррелировать с общей иммунной реакцией или быть независимой от нее [16]. Кроме секреторного IgA, существенное значение для иммунитета слизистых оболочек имеют содержащиеся в секретах у человека IgM и IgG. IgM также представляет секреторный иммуноглобулин, однако он не так прочно, как slgA, связывает секреторный компонент. В пищеварительном тракте IgM играет более важную роль, чем IgG, а в носоглотке - наоборот [39, 165].
Иммуноглобулины D и Е являются минорными иммуноглобулинами, составляющими менее 1 % от общего количества иммуноглобулинов. Их роль в иммунитете не выяснена или незначительна [1135].
IgD, вероятно, служит рецептором В-клеток, а антитела класса IgE принимают участие в связывании антигена на слизистой оболочке [303]. При внутривенном введении антиген задерживается в печени и селезенке, при подкожном — в регионарных лимфоузлах. В лимфоидных органах антиген реагирует с иммуно-
компетентными клетками (макрофагами, лимфоцитами). При подкожном или внутрикожном введении антигена с адъювантом на месте инъекции развивается гранулема, в которой образуются сначала IgM-антитела, затем IgG. Попадание антигена на слизистые оболочки ведет к преимущественному образованию IgA [200, 203, 208].
Инфицирование или иммунизация через слизистые оболочки могут приводить и к местной выработке антител, которые способны эффективно предотвращать локальную колонизацию, например, кишечника полио- или ротавирусом, а дыхательного тракта — вирусами парагриппа. Местная выработка антител классов IgG и IgA при гриппе лучше всего стимулируется аэрозольной иммунизацией. У детей с тяжелой инфекцией, вызванной респираторно-синцитиальным вирусом, обнаружена местная выработка вирусспецифических IgE-антител. При инфекциях, вызванных вирусами паротита и японского энцефалита, соотношение титра IgG и IgM в спинномозговой жидкости часто выше, чем в сыворотке, что, вероятно, свидетельствует о синтезе во время болезни антител в центральной нервной системе.
Многочисленные серологические маркеры одного и того же вируса дают возможность следить за состоянием хронической вирусной инфекции. При гепати- те-В определение циркулирующих антигенов, таких как HBsAg и HBeAg, а также антител к различным компонентам вируса, например, анти-НВс, анти-НВе и анти-HBs, дает возможность различать острый гепатит, состояние персистирую- щего носительства, период выздоровления и полное излечивание [169].
Система комплемента представлена белками сыворотки (около 30), которые могут служить активаторами иммунного ответа. Классический путь активации проявляется при наличии комплексов антиген-антитело, а также может проявляться независимо от антител. Например, может усиливать разрушение вирионов, инфицированных вирусом клеток, а также воспаление. Вирионы разрушаются в результате опсонизации, усиления нейтрализации или лизисе вирионной оболочки. Активация комплемента ведет к взаимодействию с вирусным антигеном в тканях вскоре после начала инфекции, тогда как антитела проявляют активность в основном через 2—3 недели. NK-клетки максимально активируются через 2 дня, а активность интерферона совпадает с пиком концентрации вируса.
Антитела в основном синтезируются в селезенке, в лимфоузлах, в лимфоидной ткани GALT и BALT систем. Лимфоидная ткань подслизистой пищеварительного и респираторного трактов, так же как миндалин и пейеровых бляшек, получающих антиген прямо от сверхлежащих эпителиальных клеток, производит антитела главным образом класса IgA [16, 2003].
Защитную функцию специфических антител связывают в первую очередь с вируснейтрализующими антителами и их концентрацией. Однако вакцинированные с неопределяемыми или низкими титрами нейтрализующих антител не обязательно восприимчивы к симптоматической инфекции [1076].
Нейтрализация вируса, по крайней мере, как она определяется в тестах in vitro, может не играть существенной роли в механизме иммунитета, например,
индуцируемого цельновирионными инактивированными вакцинами против ящура [613].
Имеется сообщение о существовании нового класса антител — внутриклеточных вируснейтрализующих антител, способных подавлять репликацию вируса [1327].
В обеспечении устойчивости к вирусной инфекции могут участвовать не нейтрализующие антитела, хотя менее эффективно, чем нейтрализующие антитела [1116].
Антитела, не обладающие нейтрализующей активностью, проявляют антивирусную активность непосредственно против вирусных антигенов на поверхности вирусных частиц или против вирионов или неструктурных белков, экспонированных на поверхности инфицированных клеток. In vivo не нейтрализующие антитела проявляют антивирусную активность с помощью разных механизмов. Во-первых, вирионы, покрытые такими антителами, могут легко уноситься кровотоком. Во-вторых, они, влияя на нейраминидазу вирусов гриппа или на гемаг- глютинирующий Е-белок коронавирусов могут снижать их репликацию в органах-мишенях, подавляя выделение вируса из клеток [1705]. В третьих, они могут лизировать клетки с помощью IgG Fc-зависимого механизма [1382].