Текст книги "Биохимия старения"

Автор книги: Роберт Сапольски

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 19 страниц)

Глава 7. Изменения иммунной системы

Введение

Животные к старости становятся более восприимчивыми к заболеваниям. За защиту организма от болезней, которые вызываются патогенными бактериями, вирусами, грибами и другими чужеродными агентами, ответственна иммунная система. Эта система не очень хорошо развита у беспозвоночных, но у позвоночных она претерпела значительную эволюцию [127]. Птицы и млекопитающие обладают высокоразвитой и сложной иммунной системой. Млекопитающее способно защитить себя практически от любого чужеродного, «не своего» вещества, которое проникает в его организм. Такие вещества, которые не представлены в организме, называют антигенами. Иммунная система ответственна за сохранность любого органа, который может быть поврежден антигеном. Следовательно, нарушения функций иммунной системы при старении делают организм более восприимчивым к патогенным факторам, увеличивают частоту заболеваний и, следовательно, снижают функциональную активность организма. Имеется несколько основательных обзоров, касающихся иммунной системы и ее возрастных изменений [19, 24, 25, 48, 58, 70].

Иммунная система

Иммунная система позвоночных состоит из костного мозга, тимуса, лимфатических узлов и селезенки (рис. 7.1). У птиц важной частью этой системы является фабрициева сумка. Она представляет собой дивертикул клоаки и является по природе лимфоидным образованием. Клетками, ответственными за создание иммунитета или за предохранение животного от антигена, являются лимфоциты. Развитие иммунокомпетентных лимфоцитов происходит у птиц и млекопитающих следующим образом [19]. Стволовые клетки лимфоцитов происходят из желточного мешка эмбриона. Они мигрируют в печень и селезенку эмбриона и далее в костный мозг. Определенные предшественники лимфоцитов мигрируют из костного мозга в тимус, где они, вероятно, подвергаются некоторой дифференцировке и формируются. Эти клетки затем покидают тимус и расселяются в тимус-зависимой зоне лимфатических узлов и селезенки. Поскольку они формируются в тимусе, их называют Т-лимфоцитами.

Рис. 7.1. Формирование клеток иммунной системы [70]

Т-клетки ответственны за клеточные иммунные реакции, которые защищают организм от патогенных грибов и вирусов. Они также ответственны за отторжение чужеродных тканей и трансплантатов – пересаженных органов и опухолей, за повышенную чувствительность (аллергические реакции) к некоторым антигенам и за аутоиммунные реакции. Иммунный ответ с участием Т-клеток характеризуется непосредственной атакой этими клетками антигена, поэтому такой иммунный ответ называют клеточным ответом, или клеточным иммунитетом. Различают следующие три класса Т-клеток: стимуляторы (хелперы), супрессоры и киллеры. Полагают, что они дифференцируются в тимусе таким образом, что приобретают специфические рецепторы на своей поверхности для распознавания специфических антигенов. Т-хелперы кооперируются с антигенспецифическими В-лимфоцитами и стимулируют выработку специфических белков, обозначаемых в дальнейшем антителами. Супрессорные Т-клетки подавляют выработку антител специфическими В-клетками к специфическим антигенам и, кроме того, препятствуют выработке В-клетками антител к клеткам и молекулам собственного организма. Специфические Т-киллеры распознают антигены типа трансплантатов от несовместимых доноров, опухолей, грибов и т. д., взаимодействуют с ними с помощью своих рецепторов и инактивируют или нейтрализуют их. Функции Т-клеток, возможно, реализуются через секреторные факторы, называемые лимфокинами, которые еще не полностью охарактеризованы. Т-клетки можно отделить от В-клеток, так как они имеют различные иммуноглобулиноподобные поверхностные рецепторы [113, 127]. Если удалить тимус у только что вылупившихся цыплят или новорожденных мышей и крыс, то клеточный иммунитет нарушается. Трансплантация тимуса молодых мышей старым особям или мышам, облученным с целью разрушения их иммунокомпетентных клеток, восстанавливает клеточный иммунитет у реципиентов. Таким образом, тимус участвует в клеточном иммунитете.

У птиц определенные лимфоциты мигрируют из костного мозга в фабрициеву сумку и спустя некоторое время – в лимфатические узлы и селезенку. Эти клетки называются В-лимфоцитами, поскольку они дифференцируются и созревают в фабрициевой сумке (англ. bursa). Эквивалент фабрициевой сумки у млекопитающих не известен. Предполагают, что местом созревания В-лимфоцитов может быть костный мозг. В-клетки ответственны за гуморальный иммунитет. При этом виде ответа клон В-клеток в лимфатических узлах и селезенке после контакта со специфическим антигеном, который достигает их по кровотоку, делится 6–8 раз для выработки высокодифференцированных плазматических клеток. Антиген каждого типа распознается специализированной В-клеткой только одного типа или клоном В-клеток. Для трансформации В-клеток в плазматические требуется их кооперация со специфическими Т-хелперами, также присутствующими в лимфоидных органах. Образующиеся плазматические клетки синтезируют большое число специфических белковых молекул, называемых антителами, или иммуноглобулинами (Ig), которые выделяются в циркулирующую жидкость, гумор. Иммуноглобулины циркулируют в жидкостях организма и при встрече с антигеном, индуцировавшим их синтез, связываются с ним и нейтрализуют его. Млекопитающие и птицы способны вырабатывать иммуноглобулины практически к любому антигену. Иммуноглобулины ответственны за иммунитет к бактериям и вирусам. Поскольку активное начало этого типа иммунитета присутствует в жидкости (гуморе), он называется гуморальным иммунитетом.

В-лимфоциты имеют на поверхности клетки белковые рецепторы, с помощью которых они распознают антиген. В-клетка каждого типа имеет белковый рецептор только одного вида и потому способна распознавать антиген только одного вида. Рецепторами являются иммуноглобулиноподобные молекулы (IgD или IgM), связанные с клеточной поверхностью своими COOH-концами [120]. Их NH₂-концы находятся снаружи; они ответственны за распознавание антигена. Предполагают, что иммуноглобулиновые рецепторы синтезируются самой клеткой. Специфические антигенные молекулы связываются с поверхностными рецепторами В-лимфоцитов специфической группы и образуют комплекс антиген – иммуноглобулин. При этом для ответа В-клеток необходима кооперация Т-клеток специфического типа. Предполагают существование двух типов кооперативного действия Т-клеток, хотя точный механизм кооперации неясен. Некоторые Т-клетки кооперируются с В-клетками после их связывания со специфическими антигенами и стимулируют их к делению и выработке плазматических клеток, которые затем синтезируют молекулы иммуноглобулина специфического типа, направленные против данного антигена (рис. 7.2). Это стимулирующие (или хелперные) Т-клетки (рис. 7.3). Вместе с тем некоторые Т-клетки подавляют деление В-клеток после распознавания и, таким образом подавляют гуморальный иммунитет [17]; это Т-супрессорные клетки.

Рис. 7.2. Клональная селекция, приведенная здесь для B-клеток, относится также к Т-клеткам [92]. Существует большое число клонов, или семейств лимфоцитов, каждый из которых коммитирован к ответу на специфический антиген; они вырабатывают антитела к этому антигену даже до контакта с ним и выводят эти антитела на поверхность мембраны в качестве рецепторов (слева). Любой антиген, попавший в организм, связывается только с теми лимфоцитами, которые имеют соответствующие рецепторы на своей поверхности. Такое связывание индуцирует клетки для пролиферации, образования большего количества тех же антител и их секреции

Рис. 7.3. Лимфоциты – клетки, ответственные за иммунные реакции, – развиваются из стволовых клеток. Стволовые клетки мигрируют из костного мозга в тимус и превращаются в тимусные лимфоциты, которые в свою очередь мигрируют в периферические лимфоидные ткани и становятся Т-лимфоцитами. Другие стволовые клетки превращаются в костномозговые лимфоциты, которые мигрируют в периферические лимфоидные органы и становятся В-лимфоцитами. При встрече со специфическим антигеном Т-клетка активируется для осуществления клеточного иммунного ответа, а В-клетка активируется для секреции антител [92]

В тех случаях, когда антиген индуцирует синтез иммуноглобулинов В-клетками, которые действуют под влиянием Т-хелперов, комплексы рецептор – антиген движутся по поверхности клеточной мембраны и агрегируют в одной области этой мембраны, образуя так называемую «шапочку» (по англ. cap; рис. 7.4 и 7.5) [95]. Это происходит вследствие текучести мембраны. Затем комплекс рецептор – антиген поглощается клеткой. Далее следуют 6–8 циклов деления В-клеток в лимфатических узлах и селезенке, во время которых в них увеличивается содержание шероховатого эндоплазматического ретикулума и число полирибосом. Конечным результатом является выработка высокодифференцированных плазматических клеток, которые синтезируют молекулы иммуноглобулина преимущественно одного типа с большой скоростью, пока эти клетки не погибают в течение нескольких дней. Молекулы иммуноглобулина секретируются в кровь, где они встречают специфические молекулы антигена или частицы, связанные с ними, и нейтрализуют их. Таким образом, молекула антигена каждого типа стимулирует только специфический клон В-клеток, который делится и дифференцируется для выработки плазматических клеток. Эти клетки затем синтезируют иммуноглобулины, которые нейтрализуют данный антиген.

Рис. 7.4. Перемешивание поверхностных антигенов человека и мыши в гибридных клетках дало первое явное доказательство того, что белки способны перемещаться по клеточной поверхности. Заражение клеток человека и мыши вирусом вызывает их слияние. Если к слившимся клеткам добавить антитела к антигенам мембраны клеток человека и мыши, соединенные с разными флуоресцирующими красителями, то сначала антигены человека и мыши располагаются на соответствующей половине клетки, но через 40 мин инкубации при 37 °C оба антигена распределяются по всей мембране гибридной клетки

Рис. 7.5. Перераспределение всех иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцита при добавлении одного антигена доказывает моноспецифичность этих клеток. Когда антиген флагеллин добавляют к суспензии В-лимфоцитов мыши, этот белок связывается иммуноглобулиновыми рецепторами небольшого участка поверхности клеток; образовавшиеся комплексы антиген – антитело перемещаются на одну сторону антигенсвязывающих клеток и формируют 'шапочку'; такие комплексы в виде 'шапочки' видны на одной из клеток после обработки антителами к флагеллину, связанному с родамином [92]

Стволовые клетки (предшественники) лимфоцитов мультипотентны. Они дифференцируются и формируются в Т– и В-клетки в тимусе и костном мозгу соответственно при помощи механизмов, которые пока не выяснены. Считают, что за созревание Т-клеток отвечает тимозин, гормон тимуса. Голдстейн [37] сообщил, что тимозин включает в себя ряд полипептидных гормонов. Фракция тимозина α₁ является кислым и термостабильным белком. Его полипептидная цепь состоит из 28 аминокислотных остатков и имеет мол. массу ~3108. Фракция α₁ вызывает в субпопуляциях Т-клеток изменения, характерные для процесса созревания, а также функциональные изменения in vitro и in vivo. После клинического применения тимозина у детей с врожденным иммунодефицитом обнаруживают увеличение числа Т-клеток и стимуляцию их функции. Сообщают также, что в клинике тимозин увеличивает время жизни больных раком.

Важным свойством иммунной системы является то, что, к счастью, ее лимфоциты не реагируют на собственные клетки и молекулы, иначе эти клетки были бы разрушены, как только собственные лимфоциты стали бы иммунокомпетентными. Предполагают, что это свойство приобретается во время эмбрионального развития за счет разрушения тех предшественников В– и Т-лимфоцитов, которые несут рецепторы для распознавания клеток и молекул хозяина как "своих". В результате в организме развивается толерантность к собственным структурам, т. е. он становится невосприимчивым к действию своей иммунной системы. Оставшиеся предшественники В– и Т-клеток созревают в костном мозгу или тимусе, где появляются клоны В– и Т-клеток, иммунокомпетентные в отношении специфических антигенов. Согласно другой точке зрения, сохраняются все типы В-лимфоцитов, но активность тех из них, которые способны вырабатывать антитела к собственным клеткам организма, подавляется особыми супрессорными Т-клетками. Когда нарушается или снижается в пожилом возрасте функция Т-супрессоров, В-клетки вырабатывают антитела к собственным клеткам и молекулам организма; так возникают аутоиммунные заболевания.

Иммуноглобулины

Основная структура иммуноглобулина включает две короткие, или легкие (L), и две длинные, или тяжелые (Н), цепи. Отсюда молекулярная формула мономера иммуноглобулина L₂H₂. L-цепь содержит ~216 аминокислотных остатков, и ее мол. масса составляет ~25000. Н-цепь содержит 430 аминокислотных остатков, а ее мол. масса ~50000, т. е. мол. масса Ig ~150000. NH₂-конец половины L-цепи, содержащий около 108 остатков, называется вариабельной (V) областью, так как в этой области обнаруживают большинство замен аминокислотных остатков L-цепи различных Ig. Более того, эта область имеет три гипервариабельных (hv) участка, где находится наибольшее число изменений. COOH-конец полуцепи называется константной (С) областью. Каждая L-цепь. ковалентно связана с одной Н-цепью S – S-связью через цистеиновый остаток ее COOH-конца. Известны два типа L-цепей – каппа (χ) и лямбда (λ), которые отличаются друг от друга аминокислотными последовательностями константных областей. Обе L-цепи любого Ig принадлежат к одному типу, χ или λ. L-цепи синтезируются в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме на полисомах, состоящих из 6–8 рибосом. Их синтез происходит независимо от синтеза Н-цепей.

Около 108 остатков NH₂-конца Н-цепи, что является первой ее четвертью, составляют вариабельную область. В каждой вариабельной области имеются три гипервариабельных участка. Остальные три четверти Н-цепи являются константной областью. Две Н-цепи Ig ковалентно связаны друг с другом S – S-связями в их константных областях. По последовательности константных областей различают пять типов Н-цепей: альфа, (α), дельта (δ), эпсилон (ε), гамма (γ) и мю (μ); они положены в основу классификации иммуноглобулинов, в соответствии с которой последние разделяются на пять классов: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM. Иммуноглобулины D, E и G представлены мономерами. Иммуноглобулин А имеет мономеры и димеры (L₂H₂)₂. Иммуноглобулин М содержит только пентамеры (L₂H₂)₅. Димеризации IgA способствуют две экстраполипептидные цепи – связывающая цепь (J) и секреторный компонент (SC). Пентамерная форма IgM существует благодаря наличию J-цепей, которые ковалентно связывают пять мономеров. Иммуноглобулины всех пяти классов имеют углеводные компоненты, прикрепленные к константным областям их Н-цепей.

Иммуноглобулин А подразделяется на два подкласса по типу Н-цепей: α₁ и α₂. IgG объединяет четыре подкласса, так как имеются 4 типа γ-цепей: γ₁, γ₂, γ₃ и γ₄. Каждый класс или подкласс иммуноглобулинов имеет несколько аллельных вариантов, которые являются взаимоисключающими формами и отличаются аминокислотными последовательностями вариабельных, особенно гипервариабельных участков. Этим объясняется способность животного организма продуцировать для борьбы с тысячами антигенов, которые могут встретиться, иммуноглобулины многих тысяч типов.

Строение иммуноглобулина G иллюстрирует рис. 7.6. Рис. 7.7 дает представление о некоторых характеристиках различных иммуноглобулинов. Гипервариабельные области L– и Н-цепей одной половины молекулы Ig участвуют в связывании одной молекулы антигена, т. е. каждый Ig связывает две молекулы одного и того же антигена. Для выяснения роли различных участков молекулы в иммунном ответе был предпринят структурный анализ IgG. После обработки папаином происходит разрыв S – S-связей в NH₂-концевых участках двух Н-цепей, в результате чего освобождаются два антигенсвязывающих фрагмента, каждый из которых содержит L-цепь и NH₂-концевой участок одной Н-цепи. COOH-концевые участки двух Н-цепей, соединенные S – S-связями, называются кристаллизуемыми фрагментами Fc. Они ответственны за другие биологические функции, такие, как транспорт иммуноглобулинов крови матери эмбриону через мембрану плаценты во время внутриутробного развития и взаимодействие с клеточной мембраной иммунокомпетентной клетки.

Рис. 7.6. Строение иммуноглобулина G

Рис. 7.7. Класс иммуноглобулинов определяют по типу тяжелой цепи в молекуле. Имеется 5 классов тяжелых цепей: μ, γ, α, δ и ε; классы γ и α имеют подклассы. Кроме того, каждый иммуноглобулин может иметь любую из двух типов легких цепей – χ или λ. Некоторые Ig образуют олигомеры или комплекс, состоящий из нескольких субъединиц. IgM обычно представляет собой пентамер, содержащий пять субъединиц и добавочную 'соединительную' цепь, или J-цепь. IgA может быть мономером, димером или тримером, состоящим соответственно из 1, 2 и 3 субъединиц. J-цепь представлена олигомерными формами и димером; в слюне и слезах она связана с еще одним полипептидом – секреторным компонентом (SC; от англ. secretory component) [19]

Вариабельность иммуноглобулинов

Каждый клон В-лимфоцитов вырабатывает плазматические клетки, которые синтезируют Ig только одного типа. Вариабельные и константные области L– и Н-цепей Ig кодируются различными генами [10, 23, 75, 93, 119, 128]. Имеются три семейства генов иммуноглобулинов. Полагают, что одно семейство состоит из набора генов, кодирующих вариабельные области как L-, так и Н-цепей. Близко на той же хромосоме расположено второе семейство, состоящее из меньшего числа генов, которые кодируют две константные области L-цепи, χ и λ. Третье семейство кодирует константные области различных классов и подклассов Н-цепей. Гены внутри каждого семейства сцеплены, но сами семейства не сцеплены. Каждое семейство генов Ig представлено в гаплоидном наборе хромосом, полученном от одного родителя, только один раз. Предполагают, что проявляются гены только одной из двух хромосом, поскольку известно, что даже у индивидуума, гетерозиготного по генетическому маркеру Ig, в каждой плазматической клетке выражается только один аллель. Это явление называется аллельным исключением [19].

Каков же механизм, благодаря которому в организме животного вырабатываются тысячи типов различных иммуноглобулинов? Этот механизм должен обеспечить селективную экспрессию только одного из двух генов L-цепи, χ или λ; при этом вариабельный ген должен функционировать вместе с константным. По данному механизму определенный вариабельный ген должен функционировать вместе с одним из пяти константных генов для Н-цепи: α, δ, ε, γ, μ. Неизвестно, сколько имеется вариабельных генов. В соответствии с теорией гаметического наследования в геноме представлена вся совокупность необходимых вариабельных генов, однако для их размещения потребовалось бы очень много места. Сторонники теории соматических мутаций полагают, что многообразие вариабельных генов создается мутационным процессом и потому не наследуется.

В настоящее время считается, что гетерогенность антител (т. е. способность организма вырабатывать разнообразные иммуноглобулины для того, чтобы справиться с любым антигеном), вероятно, зависит от наличия в геноме 4–6 генов для вариабельных областей. Согласно этому взгляду, гетерогенность возникает благодаря сочетанию вариабельных генов с очень небольшим числом генов константной области, а также благодаря перестановкам и комбинациям между L– и Н-цепями. Дальнейшие изменения вариабельных генов могут быть вызваны рекомбинациями и соматическими мутациями [10, 25, 93, 103, 104, 119, 128]. Это возможно благодаря существованию гипермутабельных (hv) областей вариабельных генов, которые могут быть предрасположены к таким мутациям.

Гены вариабельных и константных областей L– и Н-цепей не соседствуют друг с другом [10, 23, 75, 93]. В стволовых клетках эмбриона они разделены большими промежуточными областями. Во время процессинга в костном мозге или в фабрициевой сумке V– и С-гены, очевидно, сближаются путем перестройки ДНК, но остаются разделенными промежуточной последовательностью. Селекция V и С-геное возникает, вероятно, после того, как антиген связывается с В-лимфоцитом. При этом V– и С-гены транскрибируются как единый предшественник гетерогенной ядерной РНК (гяРНК), имеющий нетранслируемую последовательность. Затем гяРНК подвергается в ядре сплайсингу и процессингу, в результате чего появляется зрелая мРНК, которая транслируется с образованием L-цепи, имеющей смежные V– и С-области. Описанная модель иллюстрируется рис. 7.8 и 7.9 [93]. В ней видны черты, сходные с транскрипцией и образованием предшественников мРНК для овальбумина и глобулина, которые также имеют промежуточные нетранслируемые последовательности, или интроны.

Рис. 7.8. Двухстадийная модель интеграции константной и вариабельной области гена [93]. Стадия 1: перестройка ДНК и коммитирование клеток к V-гену. На этой стадии V– и С-гены ДНК зародышевой клетки разъединены. В антителопродуцирующей клетке эти гены сближаются, но их все-таки разделяет промежуточная нуклеотидная последовательность. Такая перестройка, или транслокация, ДНК представляет собой классическое 'интеграционное' событие, которое позволяет индивидуальной антителообразующей клетке коммитироваться к V-гену. Стадия 2: функциональная интеграция (связывание V– и С-областей в мРНК). На этой стадии в результате транскрипции активированного гена образуется предшественник ядерной РНК, который включает V-, С-области и промежуточную последовательность. Функциональная интеграция V– и С-областей происходит во время процессинга молекулы-предшественника преимущественно путем образования петли из промежуточных последовательностей и сшивания V– и С-областей. Таким образом, формируется молекула мРНК, на которой образуется полипептид Ig. Полагают, что другие вставки в V-области устраняются при сплайсинге ядерной РНК

Рис. 7.9. Гипотетическая схема экспрессии одного гена V_H и многих генов С_Н [93]. 1. Пул локусов гена V_H обозначен набором генов, связанных с несколькими генами С_Н, расположенными в данном порядке. Для экспрессии выбирается единственный V-ген (V_H) и происходит перестройка ДНК, в результате которой гены V^X_H и С сближаются. Между генами V^X_H и С_Н может присутствовать, а может и отсутствовать промежуточная последовательность (обозначена S). В процессе такой перестройки клетка коммитируется к V_H-гену и активируется единица транскрипции Н-цепи. 2. В результате транскрипции единицы Н-цепи образуется гигантская молекула предшественника ядерной РНК, которая включает V – С-промежуточную последовательность, V^X_H-ген и С_Н-гены. 3. При образовании мРНК в ходе внутриядерного процессинга этой гигантской молекулы может возникать любая комбинация генов V^X_H и С_Н. 3а. Например, мРНК V^X_HC_μ может образоваться посредством формирования петли из промежуточной V – С-области, сшивания V^X_H– и C_μ-областей и деградации оставшейся РНК. 3б. мРНК V^X_HC_δ образуется из того же предшественника формированием петли из последовательностей S и С_μ и сшиванием областей V и С_δ. 3 в. Аналогично образуется мРНК V^X_HC_γ. Поэтому одна клетка может одновременно вырабатывать один, два или три вида мРНК с одним и тем же геном V_H, но с разными генами С_Н. Спейсерные последовательности, которые расположены между СН-генами, определяют специфичность процессинга: эти гипотетические последовательности элиминируются при процессинге ядерной РНК. Данная модель является минимальной, так как она не учитывает гены С_α и С_ε, которые тоже могут участвовать в подобном процессе благодаря тому, что предшественник гяДНК может содержать один из этих или оба С_Н-гена

Механизм, по которому все плазматические клетки, образованные клоном В-клеток, вырабатывают иммуноглобулин только одного типа, по-видимому, включает особое расположение специфических молекул Ig на специфических клонах В-лимфоцитов, подходящее для того, чтобы они могли служить рецепторами. Это может происходить во время созревания стволовых клеток в фабрициевой сумке или костном мозге. Связывание специфического антигена со специфическим иммуноглобулиновым рецептором стимулирует деление В-клеток. На этой стадии может также происходить селекция вариабельного гена, константного гена для χ– и λ-цепей и константного гена для Н-цепи с целью синтеза специфического иммуноглобулина.

Легкие и тяжелые цепи транслируются раздельно на полисомах шероховатого эндоплазматического ретикулума плазматических клеток. Легкие цепи ковалентно связываются с новообразованными тяжелыми цепями. Затем молекулы иммуноглобулина проникают в аппарат Гольджи, где в Н-цепи включается углеводный компонент, после чего молекула секретируется плазматической клеткой. Процесс синтеза молекулы Ig завершается за несколько минут. Поскольку весь белоксинтезирующий механизм плазматической клетки запрограммирован на синтез молекул только одного типа, как в случае ретикулоцитов, синтезирующих только глобин, каждая плазматическая клетка способна в 1 с дать несколько тысяч молекул Ig.

Иммунный ответ

Ответ животного на антиген проверяется введением 0,1–0,5 мг антигена, эмульгированного в полном адъюванте Фрейнда (FCA). Для выявления антител используют иммунодиффузию по Ухтерлони или иммуноэлектрофорез в агаровом геле в сыворотке. Если материал обладает антигенными свойствами и животное не имело с ним контакта ранее, Ig определяется через 6–7 дней после введения. Это называется первичным ответом. Введение разрешающих доз антигена с интервалами в 7-10 дней вызывает нарастание уровня Ig в сыворотке примерно до 30-го дня, после чего этот уровень выходит на плато. Если затем прекратить введение антигена, то уровень Ig падает и примерно через три месяца антитела уже не определяются. Если тот же антиген затем ввести через несколько месяцев, то Ig появляются в сыворотке через 3–4 дня, т. е. гораздо быстрее, чем в первый раз. Это называется вторичным ответом. Полагают, что первоначально введение антигена стимулирует специфические В-клетки к делению. Некоторые из этих делящихся клеток образуют плазматические клетки для синтеза Ig. Вместе с тем другие превращаются в долгоживущие клетки памяти. Считают, что именно эти клетки памяти ответственны за раннее распознавание того антигена, который вызвал первичный ответ (рис. 7.3).

Возрастные изменения иммунной системы

Изменения В– и Т-клеток

Для изучения причин снижения иммунной функции были использованы методы in vivo и in vitro [70]. Метод in vivo включает введение суспензии клеток селезенки мыши-донора сингенному, или генетически совместимому, реципиенту, чья иммунная система разрушена облучением или иммунодепрессантами. В этом методе оценивается способность клеток селезенки молодых и старых доноров формировать колониеобразующие единицы (CFU) в селезенке реципиента (рис. 7.10). При использовании другого метода in vivo клетки селезенки мыши-донора помещают вместе с антигеном в диффузионную камеру, которую имплантируют под кожу облученной мыши-реципиента и затем определяют у нее титр антител. Такие исследования проводят с целью установить, вызвано ли снижение иммунной функции изменениями окружения лимфоидных клеток или внутренними изменениями в самих клетках.

Рис. 7.10. Схема метода клеточного переноса для исследования образования антител и стволовых клеток [73]

Функцию В-клеток в период старения определяют по уровню и скорости продукции Ig, вызванной антигеном. Уровень циркулирующих естественных иммуноглобулинов человека снижается с возрастом вскоре после инволюции тимуса, так же как и уровень тимозина [6]. У грызунов первичный, но не вторичный иммунный ответ на антиген в старости снижается [74, 81, 129]. Титр антител после введения антигена падает с возрастом как у мышей, так и у человека (рис. 7.11). Это указывает на то, что функция хелперных Т-клеток или их число после инволюции тимуса может снижаться, что в свою очередь влияет на функцию В-клеток [17]. В определенных случаях, однако, не обнаружено снижения первичного ответа на бактериальные и вирусные вакцины [32, 62]. Это может быть обусловлено либо предшествующим контактом с данным антигеном, либо тем, что на ответ не влияют хелперные Т-клетки.

Рис. 7.11. Снижение титров естественных антител к флагеллину Salmonella с возрастом и увеличение частоты антиядерных факторов у людей обоих полов [99]

С возрастом число В-клеток в селезенке, по-видимому, не изменяется. Об этом свидетельствует постоянное содержание а) клеток, несущих иммуноглобулиновые рецепторы, б) клеток, реагирующих на Т-независимый антиген, и в) клеток, чувствительных к анти-В-реагентам [1, 72]. У человека число циркулирующих В-клеток [22], а также скорость их пролиферации после стимуляции митогеном не меняются [54]. Однако не исключено, что изменениям подвержены субпопуляции В-клеток.

Исследования Прайса и Макинодана [91, 92] показывают, что для максимальной стимуляции образования иммуноглобулина старым мышам требуется в 10 раз больше антигена (эритроциты барана) по сравнению с молодыми. Степень реакции, т. е. число антителообразующих клеток, у молодых мышей также больше (в 25 раз). Это может быть обусловлено одной или несколькими следующими причинами: а) при старении изменяется ткань селезенки и, следовательно, окружение иммунокомпетентных клеток; б) способность В– и Т-клеток старых животных распознавать антиген снижается за счет внутренних изменений в самих клетках; в) снижается абсолютное число В– и Т-лимфоцитов; г) увеличивается число Т-супрессоров и д) снижается функциональная активность В– и Т-клеток, чувствительных к антигену.

С возрастом число стволовых В– и Т-клеток, которые преимущественно локализованы в костном мозгу, по-видимому, не снижается [15, 18]. Стволовые клетки костного мозга делятся в течение всей жизни [66]. Гемопоэтическая активность стволовых клеток, вероятно, также не уменьшается с возрастом [43J Однако нарушается нормальная скорость образования лимфоцитов и клеток крови; это обнаруживается по уменьшению продукции В-клеток после трансплантации костного мозга старого донора молодым тимэктомированным или облученным сингенным реципиентам [27]. Таким образом, скорость, с которой стволовые клетки пролиферируют и дифференцируются, с возрастом падает. Факторы, которые вызывают такие изменения, неизвестны.