Антигены: определение и базовые понятия
Антиген — это высокомолекулярное соединение, несущее признаки генетически чужеродной информации, которое при попадании в организм распознаётся иммунной системой и способно вызвать иммунный ответ, направленный на его удаление. Проще говоря, антиген — чужеродная молекула, в ответ на которую активируется иммунная система и вырабатываются антитела.
Распознавание антигена антителом происходит не по всей молекуле целиком, а по её небольшому участку. Этот участок называется эпитоп (антигенная детерминанта). Соответствующий ему участок антитела — паратоп. Эпитоп и паратоп подходят друг к другу геометрически, как ключ к замку. В ходе созревания B-лимфоцитов происходит реаранжировка генов и подбор паратопов с разной геометрией, что обеспечивает огромное разнообразие антител.
Презентацию антигена иммунной системе осуществляют только три типа клеток — антигенпрезентирующие клетки (АПК): макрофаги, дендритные клетки и часть B-клеток. АПК связывают врождённый и приобретённый иммунитет.
Свойства антигенов
Выделяют четыре основных свойства антигенов: антигенность, чужеродность, иммуногенность и специфичность.
- Антигенность — потенциальная способность молекулы вызывать синтез специфических антител и взаимодействовать с факторами иммунитета. Реализуется через эпитопы. Примеры: капсульный (K), жгутиковый (H), соматический (O) антигены бактерий.
- Чужеродность — обязательное условие реализации антигенности. Антитела должны вырабатываться только на чужеродные молекулы. Если иммунный ответ направлен против собственных антигенов, развивается аутоиммунное заболевание. Чужеродность относительна: антитела распознают геометрию, а не генетику, поэтому возможна перекрёстная реактивность.
- Иммуногенность — способность антигена вызывать защитную реакцию определённой интенсивности. Зависит от молекулярных особенностей антигена (природа, химический состав, молекулярная масса, структура), клиренса (динамика поступления и выведения) и реактивности макроорганизма (наследственные особенности).
- Специфичность — способность индуцировать иммунный ответ строго к определённому эпитопу, что обеспечивает точность распознавания.
Классификация антигенов
По степени чужеродности выделяют:
- Аутогенные — собственные антигены организма, в норме толерантные;
- Изогенные — антигены генетически идентичных особей (однояйцевые близнецы);
- Сингенные — антигены особей одного вида, генетически неоднородных;
- Аллогенные — у представителей одного вида при трансплантации;
- Ксеногенные — донор и реципиент принадлежат к разным видам;
- Перекрёстно реагирующие — антигены разных организмов, взаимодействующие с одними и теми же факторами иммунитета (пример: Streptococcus pyogenes и ткани сердца).
По специфичности различают группоспецифические (общие для рода или семейства), видоспецифические и вариант- (типо-) специфические антигены отдельных штаммов.
По степени иммуногенности выделяют: иммуногены (полные антигены) — вызывают полноценный ответ; гаптены (неполные антигены) — индуцируют ответ только в комплексе с белком-носителем; толерогены — индуцируют иммунологическую толерантность; аутоантигены. Эпитопы по конформации делятся на линейные (непрерывные) и конформационные, по расположению — на концевые и центральные.
Антитела: происхождение и функции
Антитела — ключевые гуморальные факторы приобретённого иммунитета, циркулирующие в крови и распознающие широкий спектр антигенов с высокой специфичностью. Антитела продуцируются плазматическими клетками — терминально дифференцированными активированными B-лимфоцитами.
На поверхности B-лимфоцита антитела выполняют роль рецептора — BCR (B-cell receptor). После связывания антигена с BCR клетка активируется, превращается в плазматическую и начинает секретировать антитела той же специфичности, что и её мембранный рецептор. Под влиянием сигналов от T-хелперов происходит переключение классов и созревание аффинности.
Основные функции антител:
- Опсонизация — облегчение фагоцитоза за счёт распознавания и удержания микроба фагоцитом;
- Нейтрализация токсинов, бактерий и вирусов, предотвращение их проникновения в клетки;
- Активация системы комплемента по классическому пути;
- Участие в антителозависимой клеточной цитотоксичности (ADCC) с участием NK-клеток.
Свойства антител: афинность и авидность
Афинность — степень специфического сродства активного центра антитела к антигенной детерминанте, то есть точность геометрического соответствия паратопа эпитопу. У IgG афинность высокая, у IgM — низкая.
Авидность — суммарная прочность связывания молекулы антитела с антигеном, зависящая от числа активных центров. У IgG два сайта связывания — авидность ниже; у IgM как пентамера десять сайтов — авидность высокая. Таким образом, IgG имеет высокую афинность при низкой авидности, а IgM — наоборот.
Структура и классы иммуноглобулинов
Молекула антитела состоит из двух тяжёлых (H) и двух лёгких (L) цепей, соединённых дисульфидными связями. Выделяют:
- Fab-фрагмент — вариабельная часть, образованная N-концевыми участками тяжёлой и лёгкой цепей; содержит антигенсвязывающий центр;
- Fc-фрагмент — константная часть, отвечающая за эффекторные функции: связывание с рецепторами клеток, активацию комплемента;
- Шарнирная область на стыке Fab и Fc, обеспечивающая подвижность и подгонку к антигену.
Разнообразие антигенсвязывающих сайтов достигается за счёт реаранжировок генов и соматических гипермутаций. Антитела, распознающие собственные антигены, элиминируются.
По строению Fc-фрагмента выделяют пять изотипов (классов) иммуноглобулинов:
- IgG, IgD, IgE — мономеры;
- IgA — существует в виде сывороточного мономера и секреторного димера;
- IgM — пентамер с 10 антигенсвязывающими сайтами, первичный ответ.
Ключевые моменты
- Антиген — чужеродная высокомолекулярная структура; распознаётся по эпитопу, антитело — по паратопу.
- Антигенпрезентирующими клетками являются только макрофаги, дендритные клетки и часть B-клеток.
- Четыре свойства антигена: антигенность, чужеродность, иммуногенность, специфичность.
- Иммуногенность зависит от свойств антигена, его клиренса и реактивности организма; различают полные антигены, гаптены, толерогены и аутоантигены.
- Антитела продуцируются плазматическими клетками — активированными B-лимфоцитами, BCR определяет специфичность секретируемых иммуноглобулинов.
- Афинность — точность соответствия паратоп–эпитоп; авидность — суммарная прочность связывания за счёт числа сайтов.
- Молекула Ig состоит из Fab (антигенсвязывающего) и Fc (эффекторного) фрагментов, соединённых шарнирной областью.
- Существует пять изотипов: IgG, IgM (пентамер), IgA (моно- и димер), IgD, IgE.