CC BY
165
ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМОРАЛЬНОЙ И КЛЕТОЧНОЙ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ
Н.В. Самбуров, Ю.Н. Федоров
Представлены основные сведения об иммунной системе организма животных. Показано, что для иммунной системы характерна, прежде всего, специфичность ее реакций, существование спектра антител и лимфоцитов, иммунологической памяти. Полноценный иммунный ответ реализуется только при Т- и В-клеточной кооперации.
Ключевые слова: антиген, рецептор, лимфоциты, Т- и В-клетки, субпопуляция, Т-хелперы, Т-супрессоры, им муноглобулины.
В современном животноводстве технологии выращивания, содержания животных не всегда отвечают биологическим особенностям их организма. В этих условиях отмечаются значительные экономические потери вследствие заболеваний, обусловленных снижением иммунобиологического статуса у животных. Способствуют этому усиливающееся экологическое неблагополучие, действие на организм животных неблагоприятных антропогенных факторов. Одним из направлений профилактики болезней, повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и качества получаемой от них продукции является использование достижений иммунологии. Термин «иммунитет» в прошлом определял только систему защиты организма от той или иной инфекции. В настоящее время под иммунитетом понимают систему защиты организма от всего генетически чужеродного, включая микробы, вирусы, грибки, чужие клетки или изменившиеся собственные.
В настоящем обзоре мы попытались на основе данных литературы изложить современные представления о факторах защиты организма животных.
Иммунная система сформировалась в процессе эволюции позвоночных для защиты от инфекций, обеспечения целостности и индивидуальности организма, элиминации чужеродных агентов как экзогенной, так и эндогенной природы. Эти функции осуществляются специализированными клетками-лимфоцитами, макрофагами и их продуктами, многочисленными добавочными клетками, широко распространенными по организму с преимущественной локализацией в лимфоидных органах [1,21. Основой понимания иммунной системы является концепция, что каждый из миллиардов лимфоцитов несет на своей поверхности антигенные рецепторы. Набор рецепторов предполагает возможность для индивидуального лимфоцита отвечать на любой антиген, в котором
Сведения об авторах
Самбуров Николай Васильевич, доктор биологических наук, профессор кафедры «Кормопроизводство и зоогигиена» Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова, E-mail: [email protected], тел. (4712) 56-03-06.
Федоров Юрий Николаевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией «Иммунология и биотехнология» Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной ветеринарии.
представлены соответствующие антигенные детерминанты. Антигенные рецепторы развиваются независимо от антигена как результат случайных последовательностей расположения генов. Действие иммунных механизмов основано на реакциях двух типов: клеточного и гуморального. Это связано с наличием двух независимых популяций лимфоцитов: В-клеток, вырабатывающих антитела, и Т-клеток, осуществляющих реакции клеточного типа. Естественные киллеры способны выполнять такие функции, как: регуляция иммунного ответа, контроль за пролиферацией и дифференциров-кой гемопоэтических лимфоцитов, возможно и других клеток, секреция медиаторов, способных оказывать цитотоксическое действие на соответствующие клетки-мишени [3,4,5].
В-система. В-лимфоциты делятся и дифференцируются в плазматические клетки, предназначенные для реализации гуморального ответа с образованием специфических антител. Образование антител плазматическими клетками происходит в соответствии с селекционно-клональным механизмом. Среди В-лимфоцитов имеются отдельные популяции, из которых наиболее изучены В-супрессоры. Их функциональное назначение заключается в подавлении иммунного ответа [6].
Иммуноглобулины (антитела). Иммуноглобулины (^) сложные гликопротеиновые молекулы, входящие в группу сывороточных белков крови, в количественном выражении составляя примерно 20%. Антитела защищают высших позвоночных ог инфекций, нейтрализуя вирусы или бактериальные токсины, мобилизуя комплемент, фагоциты и киллерные клетки. Молекула иммуноглобулина состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (Ь) цепей, соединенных между собой дисульфидными связями (рисунок
I). Основная функция молекул иммуноглобулинов сводится к специфическому связыванию с чужеродными молекулами (антигенами), обуславливающими инактивацию и (или) удаление токсина, микроорганизма, паразита или каких либо веществ из организма [7,8]. Г1о химической и антигенной структурам, молекулярной массе, биологическим свойствам сывороточные иммуноглобулины подразделяются на пять классов: ^С, 1йМ, ^А, 1§1) и 1§Е [9,101. 1ёО самостоятельно, без участия комплемента, оп-сонизируют бактерии к фагоцитозу, нейтрализуют микробные токсины и ферменты [11]. имеет два подкласса (изотипа) и различающихся по своим свойствам, причем ^С|
более характерен для молозива, имеет более низкую изоточку, составляет 2/3 части IgG в сыворотке крови и почти все количество IgG в других секретах организма [12,13]. Молекула IgM имеет 10 активных центров и основная его часть находится в виде пентамера. Для IgM характерно, как указывает [14], высокое содержание F углеводов (до 10-12 %) по сравнению с другими классами иммуноглобулинов. IgM участвует в фагоцитозе и реакциях бактериолиза только при наличии комплемента. Сывороточный IgA находится в моно- или димерной форме, секреторный-только в димерной. IgA выполняет значительную роль при защите слизистых дыхательных путей и кишечника [15]. Дефицит IgA приводит к нарушению местных иммунных реакций и воспалительным процессам на слизистых оболочках. Роль IgK заключается в участии в немедленной гиперчувстви-тельности (аллергии) и, возможно, в воспалении, он близок к IgG), переносит аллергию новорожденным телятам через молозиво. Функция IgD-антител неизвестна: они обнаруживаются, главным образом, в виде антигенных рецепторов на цитоплазматической мембране некоторых В-лимфоцитов. Имеются сведения о направленности антител IgD к хронически присутствующим в крови антигенам. Период полураспада иммуноглобулинов крупного рогатого скота различен: у lgG| он составляет 9,6; IgG>-18; IgM—14; IgA-2,5 cyroK(J.E. Butler, 1983). Клеточный иммунитет. Т-лимфоциты. Лимфоциты тимусного происхождения анатомически представляют второе звено иммунного ответа, реакции в котором осуществляются с участием самих лимфоцитов. Лимфоидные клетки как реагирующие единицы Т-системы иммунитета значительно крупнее молекул иммуноглобулинов, присутствуют в несравненно меньших количествах и их накопление в местах сосредоточения антигена происходит медленнее. Эти особенности отражаются на характере реакций клеточного иммунитета; их развитие не столь быстро, как взаимодействие антигена с агпнтелом. для их успешной реакции требуются гуморальные циркулирующие посредники. Т-клегки являются эффекторами иммунною ответа на воздействие различных вирусных, бактериальных, грибковых и других агентов. В этот процесс вовлечены 3 субпогтуляции Т-лимфоцигов:
• Т-клетки-хелперы (Th), обеспечивающие развитие гуморального (синтез антител) и клеточного ответов, а также активацию макрофагов;
Тяжелая цепь
Гиперварнабельные участки тяжелой цепи
Шарнирная область
Участок связывания комплемента
Углевод
VI н Ун: вариабельные области С1 и СН: константные области
Рисунок 1 - Топология и функциональная архитектоника молекулы
• цигоксические Т-клетки (Т-с), участвующие в разрушении чужеродных или инфицированных клеток;
• Т-клетки-супрессоры (Тб), подавляющие иммунный ответ и отвечающие за иммунодепрессию, обусловленную микроорганизмами. Главными регуляторами иммунного ответа являются Т-хелперы и Т-супрессоры.
Важнейшей функцией Т-лимфоцитов является возможность цитоксически разрушать ви-рус-инфицированные клетки. Они не только удаляют пораженные клетки и вирусы, но и часто являются причиной иммунопатологических нарушений, протекающих с разрушением тканей организма. В этой связи Т-б обеспечивают важное содействие целостности организма, ограничивая такие разрушительные процессы. Чужеродные антигены подвергаются воздействию Т-клеток только в тех случаях, когда они экспрессируются на поверхности клеток и ассоциируются с мембранными гликопротеи-
нами, которые кодируются генами главного комплекса гистосовместимости (МНС). В индукции клеточного иммунного ответа важную роль играют макрофаги.
Б. Алберте и др. [2] указывают на то, что Т-и В-лимфоциты становятся морфологически различимыми только после стимуляции антигеном. Различными маркерами служат многочисленные белки плазматической мембраны, характерные только для Т- или только для В-клеток.
Иммунная система животных в раннем возрасте характеризуется как физиологически незрелая. Новорожденные животные защищены от патогенов колостральным иммунитетом. У новорожденных телят клеточные иммунные реакции развиваются раньше, чем гуморальные. Колостральный иммунитет зависит от насыщения крови приплода материнскими моло-зивными иммуноглобулинами, которые у коров аккумулируются в молозиве за 3-9 дней до оте-
ла. Недостаточное насыщение организма новорожденного теленка молозивными иммуноглобулинами приводит к развитию иммунодефи-цитного состояния и, следовательно, снижению устойчивости к болезням [16,17].
Макрофаги. Третий тип клеток, непосредственно участвующих в формировании клеточного и гуморального ответов. Это дифференцированная форма моноцитов крови, которая занимает центральное место в защите организма от вирусных, бактериальных и опухолевых болезней. Они являются доминирующими клетками мононуклеарной фагоцитарной системы, выполняют несколько функций в иммунитете, первыми встречают чужеродные частицы и чаще всего являются первыми клетками, взаимодействующими с микроорганизмами в момент их внедрения в организм. Фагоцитоз макрофаг может осуществлять неоднократно. При этом патоген переваривается и разрушается макрофагами или же он размножается и переносится в другие клетки и ткани. Макрофаги находятся в тканях как в свободном состоянии, так и в закрепленном на стенках кровеносных сосудов, где отслеживают чужеродные частицы, ослабленные эритроциты. Они могут быть эффек-торными клетками, антигенпредегавляющими клетками для Т-и В-лимфоцитов и хелперными клетками. Макрофаги также являются неспецифическими супрессорными клетками, регулирующими функции лимфоцитов.
Нормальные киллеры. Естественные клетки-киллеры представляют собой небольшие лимфоцитоподобные клетки, не относящиеся к типу Т-и В-клеток. Они происходят из больших гранулярных лимфоцитов и лизируют опухолевые и инфицированные вирусами клетки, обеспечивая первую линию защиты до включения иммунных механизмов. Узнавание клетки-мишени и сближение с ней происходит за счет рецепторов. В результате клетки активируются, и содержимое гранул выбрасывается во внеклеточное пространство. Главная роль в лизисе принадлежит перфорину, имеющему структурное сходство с компонентом комплемента СЗ. Кроме того, гранулы нормальных киллеров содержат сериновые протеиназы, которые могут функционировать как цитоксиче-ские факторы. Активность естественных кле-ток-киллеров увеличивается с первых дней при многих вирусных инфекциях, эффект обусловлен действием а- и у-интерферона и интерлей-кина-2.
Антитело-занисимаи клеточная циток-сичность (ADCC). Это комбинация гуморального и клеточного иммунитета. Она предполагает присутствие клеток-эффекторов и антител IgG-класса в качестве лиганда между эффектором и клеткой-мишенью. Этот ответ может быть выполнен несколькими типами клеток, включая моноциты, нейтрофилы и эозинофилы. Уничтожение осуществляют клетки LGL-популяции (К-клетки), когда речь идет о ADCC. Исследования in vitro показали, что К-клетки могут разрушать вирус-инфицированные клетки в присутствии специфических антител. Этот процесс более эффективен чем цитолиз, связанный с комплементом.
Лизоцим. Универсальный защитный фермент в животном организме. Он впервые обнаружен и описан в 1909 г. русским ученым П.И. Лощенковым. Его противомикробное действие осуществляется за счет способности разрушать мукополисахаридную структуру оболочки бактерий. Оставаясь незащищенным, в микробе нарушается осмотическое равновесие, приводящее к разрушению и лизису бактериальной клетки. Помимо антибактериальной активности, лизоцим обладает свойством активизировать клетки ретикулоэндотелиальной системы и стимулировать фагоцитоз. Считают, что лизоцим сыворотки крови выделяется из полимор-фоядерных лейкоцитов и макрофагов, в которых синтезируется в больших количествах. Лизоцим содержится во многих органах и средах организма: лейкоцитах, слюне, слезах, молоке, в сыворотке крови, слизистых оболочках дыхательных путей и кишечника, печени, сердце, семенной жидкости.
Комплемент. Сложный комплекс белков (около 20), для которых характерно формирование быстрого, многократно усиленного ответа на первичный сигнал за счет каскадного процесса. В этом случае продукт одной реакции служит катализатором последующей. Установлена функциональная связь между системой комплемента и фагоцитарной системой, так как прямое или опосредованное через антитела связывание компонентов комплемента является необходимым условием фагоцитоза. Комплемент совместно с цитотоксическими клетками вовлекается в лизис вирусных частиц, вирус-инфицированных клеток. Активация комплемента является доминирующим компонентом реакции воспаления, что приводит к накоплению лейкоцитов в местах репликации
вируса и выраженному воздействию на фагоциты, обмен веществ и свертываемость крови.
Интерлейкины (1Ь). Общее название группы иммуноцитокинов, секретируемых многими мононуклеарными клетками, индуцирующих рост и дифференцировку лимфоцитов и полипотентных стволовых клеток. Интенсивный синтез интерлейкинов отмечают при Т-клеточной стимуляции. Известно не менее 15 разновидностей 1Ь. Интерлейкин-1 (1Ь-1) активизирует покоящиеся Т-лимфоциты, синтез белков острой фазы печени. Интерлейкин-2 (1Ь-
2) стимулирует рост и пролиферацию Т-клеток, участвует в антивирусном и антиопухолевом иммунитете. Распространение клонов Тс-клеток напрямую зависит от 1Ь-2. Интерлейкин-3 (1Ь-3) синтезируемый тучными клетками и эпителиальными клетками тимуса является основным гемопоэтическим фактором, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку ранних предшественников гемопоэза, циток-сическую активность макрофагов.
Интсрфероны (№14). Группа белков, секретируемых лейкоцитами и другими клетками организма в ответ на заражение вирусами и обладающих антивирусной, антипролифератив-ной и иммуномодулирующей активностью. как система в целом обладает широким спектром биологических эффектов, в частности, активирует естественные киллеры и усиливает фагоцитоз. Эффекты 1Ж при вирусных инфекциях заключаются в подавлении синтеза белка, как клеточного, так и вирусного, и образовании вследствие этого барьера из неактивных неин-фицированных клеток вокруг очага вирусной инфекции, ограничивающего ее распространение. Изучены 3 класса интерферонов: лейкоцитарный (1ПЧа), секретируемый при ответе на вирусные и бактериальные агенты; фибробла-стный ((1ПМр), синтезируемый в процессе вирусной инфекции другими типами клеток; иммунный (1ПМГ), секретируемый Т-лимфоцитами в ответ на антигенную или митогенную стимуляцию. Они могут стимулировать или подавлять антивирусные функции Т-лимфоцитов, макрофагов, естественных клеток киллеров в зависимости от времени, дозы и других факторов.
Заключение. Таким образом, защита организма животных осуществляется совокупностью функций, выполняемых иммунокомпе-тентными клетками. В норме система защиты тонко сбалансирована и обеспечивает тесную
кооперацию факторов гуморального, клеточного и местного иммунитета. Лимфоциты, являясь ключевыми клетками иммунной системы, обеспечивают основные реакции иммунитета. Гуморальное звено иммунологической реактивности основано на способности образовывать иммунные комплексы антиген-антитело. Реакции и механизмы клеточного иммунитета выполняют эффекторные функции, заключающиеся в уничтожении Т-лимфоцитами, клеток зараженных внутриклеточно и осуществляют регуляцию иммунного ответа за счет функционирования Т-хелперов и Т-супрессоров, а также многочисленными иммуноцитокинами со стимулирующей и ингибирующей активностью.
Список использованных источников
1 Петров, Р.В. Иммунология/ Р.В. Пет-ров.-М.: Медицина, 1982.-368 с.
2 Алберте, Б. Молекулярная биология клетки/ Б. Алберте, Д. Брей, Дж. Льюис и др.-М.: Мир, 1987, т. 5.-С.6-67.
3 Ломакин, М.С. Иммунобиологический надзор/ М.С. Ломакин. -М.: Медицина, 1990-256 с.
4 Федоров, Ю.Н. Иммунодефициты домашних животных/ Ю.Н. Федоров.-М.: 1996.-95 с.
5 Lotzova Е. Immunomodulators and nonspecific host defense mechanisms against microbial infections // Ed. K. Masihi. New York., 1988-P. 193-201.
6 Предыбайло, Н.Д. Иммунодефициты у сельскохозяйственных животных и птиц, профилактика и лечение их иммуномодуляторами/ Н.Д. Предыбайло.-М.: ВНИИТЭИ агропром, 1991.-44 с.
7 Schultz R.D., Dunne H.W., Heist С.В. Ontogeny and immune response of the bovine // Infect. and Immunol.-1973.-V.7.-P.981-997.
8 Spiegelberg H.L. Biological activietes of immunoglobulins of different classes and subclasses //Adv. Immunol.-1974.-V.19.-P.259-294.
9 Swith P.T. Development of fetal and neonatal immunological function // Biology of gecta-tion the fetus aus neonatate.-1968.-№2.-P.321-327.
10 Dobresen E., Huggelen C. Protection of pig lets against neonatal E.colli enteritis by immunization of the sone with a Vaccine containing heat labile exterotoxin // Zbl. Veterinar.-1976.-V.23-P.79-88.
11 Емельяненко, П.А. Иммунная система жвачных / П.А. Емельяненко // Проблемы ветеринарной иммунологии.-М., 1985. -С.40-46,
12 Butler J.E. Bovine immunoglobulins // J. Dairy Sci.-l 969.-V.52.-P. 1895-1909.
13 Butler J.E. Bovine immunoglobulins // Vet. Immunol. Immunopathol.-1983.-V.4.-P.43-152.
14 Mukkur Т.К.S., Froese A. Isolation and characterization of Ig M from bovine colostral whey II Immunochem.-l971.-V.8.-P.257-264,
15 О механизме действия секреторных ^А-антител/ Л.Б. Газенеон, Т.А. Николаева, Н.И. Романенкова и др. //ЖМЭИ.-1980.-№11.-С.37-42.
16 Карпутъ, И.М. Иммунология и иммунопатология болезней молодняка/ И,М. Карпуть,-Минск: Ураджай, 1993.-288 с.
17 Федоров, Ю.Н. Иммунопрофилактика болезней новорожденных животных/ Ю.Н. Федоров И С.-х. биология,-1988,- №2. -С. 133-136.
