Иммунная система

1. Иммунная система

1

2. Иммунитет

• Иммунитет - невосприимчивость организма
к инфекционным и неинфекционным агентам и
веществам: не только к вредным
микроорганизмам бактериям, вирусам но и к
другим агентам, которые чужды для организма.
В задачи иммунитета входит поддержание
стабильности генетического состава клеток
(иммунологический надзор за
трансформирующимися клетками) –
противоопухолевая защита.
2

3. Врожденный и приобретенный иммунитет

Врожденный и приобретенный
Врожденный иммунитет
передается по
иммунитет
наследству как и и
другие генетические
признаки.
Приобретенный
иммунитет (может
быть активно или
пассивно
приобретенным)
возникает в результате
перенесенной болезни
или вакцинации и по
наследству не
передается.
Наследственный
иммунитет обусловлен
врожденными
свойствами организма.
•У позвоночных и человека имеется способность приобретать активный
иммунитет в ответ на инфекцию или введение вакцин. Он обусловлен
функцией клеток иммунной системы, центральное место среди которых
занимают лейкоциты. Приобретенный пассивный иммунитет передается
3
ребенку с молоком матери или при искусственном введении антител.

4. Иммунная система

• Под системой иммунитета (иммунной
системой) понимают совокупность
клеточных элементов и гуморальных
(находящихся в жидких средах организма)
факторов, которые обеспечивают
распознавание генетически чужеродного
материала, а также на его нейтрализацию,
выведение или отторжение.
4

5. Основные составные части иммунной системы:

• Неспецифические
факторы
защиты
• Специфические
факторы
защиты.
5

6. Неспецифические факторы защиты

1. Анатомические барьеры - непроницаемость кожи, мерцательные
реснички эпителия дыхательных путей, секреция слизи и др.
2. Биохимические - кислотность желудочного сока и др, кислая реакция кожи.
Кожа – первая и главная линия защиты. Кожа покрыта специальным белком
кератином котрый предупреждает проникновение микроорнганизмов в организм
человека и животных. Кислая реакция кожи и жировые выделения сальных
желез так же замедляют рост бактерий.
Кислая реакция желудочного сока – мощный механизм защиты,
предупреждающий проникновения бактерий в нижележащие участки желудочнокишечного тракта. Кислая реакция желудка и ферменты желудочного сока
обладают мощным антимикробным дейтсвием.
В слюне и слезах содержатся антибактериальные ферменты, такие как лизоцим
разрушающие клеточную оболочку бактерий.
Слизь – еще одна линия защиты покрывающая клеточные мембраны. Она
покрывает и связывает проникающие в организм агенты. Состав слизи
смертелен для многих микрооганизмов. В слизи содержатся защитные антитела
(иммуноглобулины) класса IgА.
3.Клеточное звено факторов неспецифической защиты :
нейтрофильные: эозинофильные и базофильные эритроциты, тучные клетки,
макрофаги, тромбоциты и др.
4. Плазменные (гуморальные факторы белки системы интерферона,
6
комплемента, белки острой фазы, фибронектин и др.

7. Специфические факторы защиты

• Специфические факторы защиты обеспечивают иммунный
ответ на чужеродные агенты (антигены)
Гуморальный иммунный ответ направлен против патогенных
бактерий, вирусов, мембран опухолевых клеток.
Клеточное звено гуморального иммунитета - эффекторные Влимфоциты (плазматические клетки), регуляторные Всупрессоры и клетки иммунологической памяти.
Растворимые факторы защиты - антитела (иммуноглобулины)
классов M,G, A, D и E.
Клеточный иммунный ответ направлен на уничтожение
внутриклеточных паразитов (вирусы, хламидии), Осуществляет
регуляцию иммунитета путём иммунорегуляторных популяций
супрессоров, хелперов.
Клеточное звено иммунитета - Т-лимфоциты и их
субпопуляции.
Факторы секретируемые Т-клетками - интерлейкины, гамма
7
интерферон. Интерферон - важнейший фактор иммунитета

8. Функции иммунной системы

• Основной функцией иммунной системы
является надзор за макромолекулярным и
клеточным постоянством организма,
защита организма от всего чужеродного.
8

9. Функции иммунной системы

• Свою основную функцию иммунная
система осуществляет через развитие
специфических (иммунных) реакций,
в основе которых лежит способность
распознавания "своего" и "чужого" и
последующая элиминация
чужеродного. Появляющиеся в
результате иммунной реакции
специфические антитела составляют
основу гуморального иммунитета, а
сенсибилизированные лимфоциты
являются основными носителями
клеточного иммунитета.
9

10. Функции иммунной системы

• Иммунная система обладает феноменом
"иммунологической памяти", который характеризуется
тем, что повторный контакт с антигеном вызывает
ускоренное и усиленное развитие иммунного ответа, что
обеспечивает более эффективную защиту организма по
сравнению с первичной иммунной реакцией. Эта
особенность вторичной иммунной реакции лежит в
основе смысла вакцинации, которая успешно защищает от
большинства инфекций. Следует отметить, что иммунные
реакции не всегда выполняют только защитную роль, они
могут быть причиной иммунопатологических процессов в
организме и обусловливать целый ряд соматических
заболеваний человека.
10

11. Структура иммунной системы

• Иммунная система человека
представлена комплексом
лимфомиелоидных органов и
лимфоидной ткани, ассоциированной
с дыхательной, пищеварительной и
мочеполовой системами. К органам
иммунной системы относятся:
костный мозг, тимус, селезёнка,
лимфатические узлы. В состав
иммунной системы, помимо
перечисленных органов, также
входят миндалины носоглотки,
лимфоидные (пейеровы) бляшки
кишечника, многочисленные
лимфоидные узелки, расположенные
в слизистых оболочках желудочнокишечного тракта, дыхательной
трубки, урогенитальных путей,
диффузная лимфоидная ткань, а
также лимфоидные клетки кожи и
межэпителиальные лимфоциты.
11

12. Структура иммунной системы

• Главным элементом
иммунной системы
являются лимфоидные
клетки. Общее число
лимфоцитов у человека
составляет 1012 клеток.
Вторым важным
элементом иммунной
системы являются
макрофаги. Кроме этих
клеток, в защитных
реакциях организма
участвуют гранулоциты.
Лимфоидные клетки и
макрофаги объединены
понятием
иммунокомпетентные
клетки.
12

13. Структура иммунной системы

• Т-звено или Т-система
иммунитета.
Основными клетками Тсистемы иммунитета
являются Т-лимфоциты.
К главным структурным
образованиям Т-системы
иммунитета относятся
тимус, Т-зоны селезёнки и
лимфатических узлов.
Т-звено иммунной системы
ответственно за реакции
клеточного типа.
Т-система контролирует и
регулирует работу Всистемы.
В-звено иди В-система
иммунитета.
основными клетками Всистемы иммунитета Влимфоциты.
К главным структурным
образованиям В-системы
иммунитета – костный мозг,
В-зоны селезёнки (центры
размножения) и
лимфатических узлов
(кортикальная зона).
В-звено иммунной системы
реализует реакции
гуморального типа.
В свою очередь, В-система
способна оказывать
влияние на работу Тсистемы.
Среди органов иммунной системы различают центральные органы
и периферические органы.
13

14. Клетки иммунной системы

• Иммунная система представлена
лимфоидными клетками,
мононуклеарными фагоцитами и
гранулоцитами.
• Лимфоидные клетки включают: Тлимфоциты, В-лимфоциты, НК (натуральные
киллеры)-клетки. В крови человека на долю
Т-лимфоцитов приходится около 70% всех
лимфоцитов, на долю В-лимфоцитов – около
20%.
14

15. Т-лимфоциты

• Т-лимфоциты выполняют следующие
функции:
• являются основными эффекторами клеточного
иммунитета;
• являются регуляторами воспаления, иммунных
реакций и кроветворения;
• участвуют в процессах репаративной и
физиологической регенерации различных
тканей.
15

16. Т-лимфоциты

• Среди Т-лимфоцитов
различают две
субпопуляции клеток –
CD4+-клeтки и СD8+клетки. По
функциональным
характеристикам в
популяции Тлимфоцитов выделяют
Т-хелперы гуморального
иммунитета, Т-хелперы
клеточного иммунитета,
Т-супрессоры, Тцитотоксические клетки.
Т-хелпер (справа) передает остатки клетки
(красного цвета) Т-киллеру (слева), чтобы
тот знал, за кем охотиться. Фото: Allison lab,
UC Berkeley
16

17. В-лимфоциты

• основной функцией В-лимфоцитов
является выработка антител.
17

18. НК или естественные киллеры

• способны оказывать прямое
цитотоксическое (разрушающее)
действие на клетки-мишени. Мишенями
НК-клеток являются инфицированные
клетки, чужеродные клетки, измененные
свои и опухолевые клетки.
18

19. Мононуклеарные фагоциты

• 1) обладают высокой фагоцитарной способностью и
бактерицидностью. (Мононуклеарные фагоциты
способны поглощать микроорганизмы,
повреждённые и погибшие клетки, разрушать их и
метаболизировать);
2) участвуют в индукции гуморального и клеточного
иммунитета (представляют антиген лимфоцитам в
иммуногенной форме);
3) оказывают регуляторное влияние на развитие
иммунных реакций и кроветворние;
4) являются эффекторами иммунных реакций
(активированные макрофаги способны уничтожать
чужеродные и опухолевые клетки).
19

20. Мононуклеарные фагоциты

• Наиболее мощным и
специфическим
индуктором
активности
макрофагов является
интерферон-гамма
(ИНФ).
• Мононуклеарные
фагоциты, в отличие
от Т-лимфоцитов и
В-лимфоцитов, не
обладают
антигенной
специфичностью, в
иммунных реакциях
они выступают как
неспецифические
клетки.
Биологам Института инфекционной биологии Общества
им. Макса Планка удалось застать макрофаг в момент
съедения палочки Коха — патогена туберкулеза. Фото: Max
20
Planck Institute for Infection Biology /Volker Brinkmann

21. В-система иммунитета (антитела)

Чужеродные
вещества,
которые вызывают иммунный
ответ,
обычно
называют
антигенами, а соответствующие иммуноглобулины –
антителами.
21

22. Происхождение и синтез

• Антитела
представляют
собой
гаммаглобулины
типа
гликопротеинов
и
принадлежат
к
классу
белковиммуноглобулинов (Ig).
• Молекула
антитела
возникла
как
специфический адаптор для связывания с теми
микроорганизмами,
которые
либо
не
запускают альтернативный путь активации
комплемента, либо предотвращают активацию
фагоцитирующих клеток.
22

23. Происхождение и синтез

Антитела
синтезируются
плазматическими
клетками, предшественниками которых служат Bлимфоциты, каждый из которых запрограммирован
на синтез антител определенной специфичности.
Молекулы этих антител экспрессируются на
поверхностной
мембране
лимфоцита
и
функционируют
как
рецепторы
антигена.
Связывание
антигена
со
специфическим
рецептором активирует клетку и вызывает
пролиферацию определенного клона и, в конечном
итоге, формирование антителообразующих клеток
и клеток памяти (рис.1).
23

24.

• Рисунок 1. Стимуляция пролиферации лимфоцитов антигеном
24

25. Происхождение и синтез

• Молекулы антител не синтезируются никакими
другими клетками организма, и все их
многообразие
обусловлено
образованием
нескольких миллионов клонов B-клеток. При
этом на поверхности каждого лимфоцита
экспрессируется около ста тысяч молекул
антител.
Кроме
того,
B-лимфоциты
секретируют в кровоток продуцированные ими
молекулы антител, являющиеся измененными
формами поверхностных рецепторов этих
лимфоцитов.
25

26. Происхождение и синтез

• Плазматические клетки будут синтезировать
антитела только той специфичности, на
которую был запрограммирован лимфоцитпредшественник (рис. 2)
26

27.

• Рис. 2. Селекция клонов лимфоцитов и синтез антител
27

28. Классификация иммуноглобулинов

• У млекопитающих, включая человека, известны пять классов
иммуноглобулинов (антител):
IgM –это антитела, которые быстрее всего вырабатываются и
помогают бороться с инфекцией в самом ее начале,
IgG – это более эффективные антитела, с их помощью организм
«добивает» инфекцию, Более того, клон В-лимфоцитов навсегда
запоминает этот антиген, так что при его повторном попадании в
организм происходит очень быстрый рост продукции IgGантител, которые подавляют болезнь «на корню».
IgA – они способны проникать через слизистые оболочки в
составе секретов носа, бронхов, кишечника и др. Такие
секреторные антитела способны «сдерживать» экспансию
микробов, населяющих наши слизистые оболочки. Они
препятствуют и заражению, например вирусными инфекциями,
если раньше с этим вирусом мы уже встречались.
А также иммуноглобулины IgD и IgE.
28

29. Классификация иммуноглобулинов

29

30.

• Наиболее
важными свойствами
антител являются биологическая
активность и специфичность.
30

31. Биологическая активность

• Молекулам антител присуща способность
активировать систему комплемента по
классическому пути и стимулировать
фагоцитирующие
клетки,
а
также
связываться
с
внедрившимися
микроорганизмами (этот путь приводит к
острой
воспалительной
реакции
и
усиливается
антителами,
сенсибилизирующими тучные клетки). Большая часть
антител представлена в гаммаглобулиновой
фракции сыворотки.
31

32. Биологическая активность

• Поскольку лимфоцит запрограммирован на
синтез антител только одной специфичности,
антитела,
секретируемые
плазматической
клеткой, будут идентичны своему оригиналу,
т.е. поверхностному рецептору лимфоцита и,
следовательно, будут хорошо связываться с
антигеном. Так антиген сам отбирает антитела,
распознающие его с высокой эффективностью.
32

33. Специфичность

Согласно клонально-селекционной теории,
специфичность антител, секретируемых Bклетками, совпадает со специфичностью
поверхностного
иммуноглобулина,
их
клонального
предшественника.
Подразумевается, что каждый лимфоцит
синтезирует
антитела
только
одной
определенной специфичности. И именно эти
антитела располагаются на его поверхности в
качестве рецепторов.
33

34. Специфичность

• Специфичность
взаимодействия
антител
с
антигенами не абсолютна, и они могут в разной
степени перекрестно реагировать с другими
антигенами. Антисыворотка, полученная к одному
антигену, может перекрестно реагировать с
родственным антигеном, несущим одну или
несколько идентичных или похожих детерминант.
Таким
образом,
каждое
антитело
может
реагировать не только с антигеном, вызвавшим его
образование, но и с другими, иногда совершенно
неродственными молекулами.
• Специфичность
антител
определяется
аминокислотной
последовательностью
вариабельных областей Ig.
34

35. Структура

• Рисунок 4.
35

36. Структура

• При
Структура
определении
аминокислотной
последовательности
моноклональных
иммуноглобулинов было установлено, что Nконцевые участки как легких (L), так и тяжелых (H)
цепей довольно разнообразны, в то время как
остальные участки - относительно неизменны и их
можно разделить на ограниченное число доменов.
Таким образом, принято говорить о вариабельных и
константных областях легких и тяжелых цепей. Для
обозначения вариабельных и константных областей
используют термины "V- область" и "C-область",
соответственно. "VL" и "CL" - обозначения этих
областей в легкой цепи, а "VH" и "CH" - в тяжелой
цепи ( рис. 4).
36

37. Структура

• Отдельные участки вариабельных областей
отличаются особым разнообразием и
получили название гипервариабельных. Они
локализованы на трех фрагментах легкой
цепи и на трех фрагментах тяжелой цепи
иммуноглобулинов.
37

38. Структура

• Молекула
антитела
имеет
три
основные
функциональные области: одна из них вступает в
контакт
с
комплементом
и
фагоцитами
(биологические
функции),
а
две
другие
предназначены для связывания с конкретным
антигеном микроорганизма (функции внешнего
распознавания). При этом антитело образует
комплекс с антигеном с помощью специального
антигенсвязывающего центра.
38

39. Структура

• Область молекулы антитела, ответственная за
биологические
функции,
может
оставаться
неизменной (константной), а для каждого из сотен
тысяч различных микроорганизмов необходима
специфическая
распознающая
область.
Распознающая область антитела должна быть
комплементарна микроорганизму, с которым это
антитело могло бы достаточно прочно связаться,
поскольку структурная комплементарность дает
возможность лигандам приблизиться друг к другу
на такое расстояние, что межмолекулярные
взаимодействия становятся довольно сильными.
39

40. Антиген

• Силы взаимодействия с антителами:
• 1. Электростатические силы, обусловленные
притяжением между двумя противоположно
заряженными ионизированными группами.
• 2. Водородные связи, образованные между
гидрофильными группами. Водородные связи
относительно слабы, поскольку они имеют чисто
электростатическую природу.
• 3.
Гидрофобные
взаимодействия
между
неполярными
гидрофобными
группами,
обеспечивающие по некоторым оценкам до 50%
сродства между антителом и антигеном.
• 4. Вандерваальсовы силы, возникающие в
результате взаимодействия внешних электронных
облаков.
40

41. ИММУННЫЙ ОТВЕТ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КЛЕТОК

41

42.

42

43. ИММУННЫЙ ОТВЕТ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КЛЕТОК

• Схематически механизм иммунной защиты можно
представить таким образом.
Когда микроорганизм (или
чужеродный белок) попадает во внутреннюю среду нашего
организма, его атакуют нейтрофильные лейкоциты и
тканевые клетки-макрофаги. Последние способны
«предъявлять» микробные и другие антигены клеткам
иммунной системы, запуская тем самым выработку
специфических для этих антигенов антител. Антиген
«предъявляется» В-лимфоцитам, которые поглощают его,
перерабатывают и конструируют к нему антитела. В этой
работе В-лимфоцитам помогают Т-лимфоциты, причем
взаимоотношения между ними осуществляется с помощью
интерлейкинов – веществ, вырабатываемых клетками
иммунной системы.
43

44. Регуляция действия

• Для
ограничения образования антител
должен существовать механизм обратной
связи. Иначе после антигенной стимуляции
наш организм переполнился бы клонами
антителообразующих
клеток
и
их
продуктами одной специфичности - т.е.
оказался бы в ситуации, похожей на то, что
наблюдается при миеломатозе, когда утрачен
контроль пролиферации лимфоцитов.
44

45. Регуляция действия

• Разумеется, главным регулятором
образования антител может быть
сам антиген: в его присутствии
иммунный ответ стимулируется, а
при уменьшении концентрации снижается. Существование такого
механизма многократно доказано.
45

46. Примеры действия

1. Антитела материнские
• В первые несколько месяцев жизни, когда
собственная лимфоидная система ребенка еще
недостаточно развита, защиту от инфекций
обеспечивают
материнские
антитела,
проникающие
через
плаценту
или
поступающие с молозивом и всасывающиеся в
кишечнике.
Основной
класс
иммуноглобулинов грудного молока - это
секреторный IgA.
46

47. Примеры действия

• Он не всасывается в кишечнике, а остается в
нем,
защищая
слизистые
оболочки.
Поразительно, что эти антитела направлены к
бактериальным и вирусным антигенам, часто
попадающим в кишечник. Кроме того,
полагают, что клетки, продуцирующие IgA к
таким антигенам, мигрируют в ткань
молочной железы, откуда продуцируемые ими
антитела попадают в молоко.
47

48. Примеры действия

2. Нейтрализация вирусов
• Антитела
нейтрализуют
вирусы
разными
способами, например, стереохимически ингибируя
связывание вируса с клеточным рецептором и
предотвращая тем самым его проникновение в
клетку и последующую репликацию. Антитела к
белку слияния цитоплазматических мембран
соседних клеток могут блокировать межклеточное
распространение вируса. Антитела могут и
непосредственно разрушать вирусные частицы,
активируя комплемент по классическому пути или
вызывая агрегацию вирусов с последующим
48
фагоцитозом и внутриклеточной гибелью.

49. Примеры действия

• Антитела особенно эффективны в тех случаях,
когда вирусу для достижения ткани-мишени
необходимо пройти через кровоток. Тогда
эффективными могут быть даже относительно
низкие концентрации антител в крови. Поэтому
наиболее очевидный протективный эффект антител
наблюдается при инфекциях с длительным
инкубационным периодом, когда вирус, прежде чем
достичь пермиссивных тканей, должен пройти
через кровоток, где может быть нейтрализован даже
очень небольшим количеством специфических
антител.
49

50. Примеры действия

• 2. Нейтрализация токсинов
• Циркулирующие в крови
антитела
нейтрализуют
молекулярно-дисперсные
антифагоцитарные
продукты
бактериального происхождения и другие экзотоксины
(например,
фосфолипазу
C).
Молекула
антитела,
присоединившись вблизи активного центра токсина, может
стереохимически блокировать его взаимодействие с
субстратом, особенно с макромолекулярным. Даже
связываясь с токсином на некотором расстоянии от его
активного центра, антитела могут подавить токсичность в
результате аллостерических конформационных изменений. В
комплексе с антителами токсин теряет способность к
диффузии в тканях и может стать объектом фагоцитоза,
особенно если размер комплекса увеличивается в результате
связывания с нормальными аутоантителами, специфичными
к комплексированному IgG (антиглобулиновые факторы), или
с C3b (конглютинин).
50