Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Мягкова М.А. 1 Морозова В.С. 1

---

1 Институт физиологически активных веществ РАН

В обзоре представлены данные, связанные с новым научным направлением по изучению факторов гуморального иммунитета – естественных антител, которые продуцируются нормальными В-клетками в отсутствии антигенной стимуляции. Рассмотрены вопросы методологии исследования иммунохимических свойств естественных антител. Изученное ранее участие антител в иммунных реакциях дополнено фактами регуляторного действия в организме, которое тесно связано с их иммунохимическими свойствами. Приведены результаты определения изотипического состава иммуноглобулинов IgM, IgG, IgA класса, их специ­фичности и аффинности к собственным антигенам в диапазоне 10–5–10–8 М. Проанализировано участие иммунной системы в поддержании гомеостаза за счет взаимодействия с биологически активными молекулами организма нервной и гуморальной природы. Обсуждены результаты опытов, демонстрирующих роль естественных антител в защитных механизмах, участвующих в адаптационных процессах.

Статья в формате PDF

317 KB

антитела

изотипический состав

константа аффинности

специфичность

гомеостаз

взаимодействие с биологически активными веществами

1. Евсеев В.А. Антитела к нейромедиаторам в механизмах нейроиммунопатологии. – М.: Изд-во РАМН, 2007. – 148 с.

2. Мягкова М.А. Естественные антитела к низкомолекулярным соединениям: монография. – М.: МГУЛ, 2001. – 268 с.

3. Мягкова М.А., Панченко Л.Ф. Естественные антитела к эндогенным биорегуляторам в патогенезе наркомании // Наркология. – 2002. – № 10. – С. 31–45.

4. Мягкова М.А., Абраменко Т.В., Панченко О.Н., Киселев И.П. Иммуноферментный анализ естественных антител к эндогенным биорегуляторам больных системной красной волчанкой // Клиническая лабораторная диагностика. – 2002. – № 3. – С. 36–37.

5. Мягкова М.А., Дудко Т.Н., Панченко Л.Ф., Петроченко С.Н. Определение естественных антител к эндогенным биорегуляторам у больных игроманией методом иммуноферментного анализа // Наркология. – 2006. – № 12. – С. 39–42.

6. Пальцев М.А., Полетаев А.Б., Сучков С.В. Аутоиммунитет и аутоиммунный синдром: границы нормы и патологии // Вестник РАМН. – 2010. – № 8. – С. 1–3.

7. Погожева А.В., Мягкова М.А. Питание и естественные антитела в кардиологии. – М.: Издательво МАКИН, 2001. – 358 с.

8. Полетаев А.Б. Иммунофизиология и иммунопатология. – М.: МИА, 2008. – 208 c.

9. Arnold J.N., Wormald M.R., Sim R.B., Rudd P.M., Dwek R.A. The impact of glycosylation on the biological function and structure of human immunoglobulins // Annu Rev Immunol. – 2007. – Vol. 25. – P. 21–50.

10. Anthony R.M., Ravetch J.V. A novel role for the IgG Fc glycan: the anti-inflammatory activity of sialylated IgG Fcs // J. Clin. Immunol. – 2010. – Vol. 30 (Suppl 1). – P. S9–14.

11. Awameas S. Natural autoantibodies: from ‘horror au-totoxicus’ to ‘gnothi seauton’// Immunol Today. – 1991. – Vol. 12. – P. 154.

12. Avrameas S. and Ternynck T. The natural autoantibodies system: between hypotheses and facts // Mol. Immunol. – 1993. – Vol. 30. – № 12. – P. 1133–1142.

13. Avrameas S., Ternynck T. Natural autoantibodies: the other side of the immune system // Res. Immunol. – 1995. – Vol. 146. – P. 235.

14. Baumgarth N., Tung J.M., and Herzenberg L.A. Inherent specificities in natural antibodies: a key to immune defense against pathogen invasion // Springer Seminars in Immunopathology. – 2005. – Vol. 26. – № 4. – P. 347-362.

15. Berneman А., Belec L., Fischetti V.A. and Bouvet J.-P. The specificity patterns of human immunoglobulin G antibodies in serum differ from those in autologous secretions // Infection and Immunity. – 1998. – Vol. 66. – № 9. – P. 4163–4168.

16. Brändlein S., Pohle T., Ruoff N., Wozniak E., Müller-Hermelink H.K., Vollmers H.P. Natural IgM antibodies and immunosurveillance mechanisms against epithelial cancer cells in humans // Cancer Res. – 2003. – Vol. 63. – № 22. – P. 7995–8005.

17. Boyden S. Natural antibodies and the immune response // Adv. Immunol. – 1965 – Vol. 5. – P. 1.

18. Cooper M.D., Alder M.N. The evolution of adaptive immune systems // Cell. – 2006. – Vol. 124. – № 4. – P. 815–22.

19. Dighiero G., Rose N.R. Critical self-epitopes are key to the understanding of self-tolerance and autoimmunity // Immunol. Today. – 1999. – Vol. 20. – № 9. – P. 423–428.

20. Ditzel H.J., Itoh K., Burton D.R. Determinants of polyreactivity in a large panel of recombinant human antibodies from HIV-1 infection // J. Immunol. – 1996. – Vol. 157. – № 2. – P. 739–49.

21. Durandy A., Schiff C., Botmefoy J. Y. Induction by anti-CD40 ligand and cytokines of IgG, IgA and IgE production by В cells from patients with X-linked IgM syndrome // Eur. J. Immunol. – 1993. – Vol. 23. – P. 2294.

22. Elluru S.R. et al. Modulation of human dendritic cell maturation and function by natural IgG antibodies // Autoimmun. Rev. – 2008. – Vol. 7. – № 6. – P. 487–90.

23. Elson C.J., Williams N.A. Autoreactive Т cells repertoire // Immunol Today. – 1995. –Vol. 16. – P. 71.

24. Fition M.C., Bradley A.J., Devine D.V., Decary F., Chartrand P. Autoreactive Т cells in healthy individuals show tolerance in vitro with characteristics similar to but distinct from clonal anergy // Eur. J. Immunol. – 1995. – Vol. 25 – P. 3123.

25. Gilles J.G., Saint-Remy J.M. Healthy subjects produce both anti-factor VDI and specific anti-idiotypic antibodie // J. Clin. Invest. – 1994. – Vol. 94 – P. 1496.

26. Han B.W., Herrin B.R., Cooper M.D., Wilson I.A. Antigen recognition by variable lymphocyte receptors // Science. – 2008. – Vol. 321. – № 5897. – P. 1834–7.

27. Hellberg A., Chester M.A., Olsson M.L. Two previously proposed P1/P2-differentiating and nine novel polymorphisms at the A4GALT (Pk) locus do not correlate with the presence of the P1 blood group antigen // BMC Genet. – 2005. – Vol. 6. – P. 49.

28. Huetz F., Larsson-Sciard E.L., Pereira P., Portnoy D., Coutinho A. T-cell dependence of the natural autoreactive В cell activation in the spleen of normal mice // Eur. J. Immunol. – 1988. – Vol. 18. – P. 1615.

29. Hurez V., Dietrich G., Kaveri S. V., Kazatchkine M.D. Polyreactivity is a property of natural and disease associated human autoantibodies // Scand. J. Immunol. – 1993 – Vol. 38 – P. 190.

30. Jerne N.K. The generative grammar of immune system // EMBO J. – 1985. – Vol. 4. – P. 847.

31. Jyonouchi H. Immunological characterization and transcription profi ling of peripheral blood (PB) monocytes in children with autism spectrum disorders (ASD) and specific polysaccharide antibody defi ciency (SPAD): case study // J Neuroinflammation. – 2012. – Vol. 9, № 1. – P. 1–12.

32. Kellerman S.A., McCormick D.J., Freeman S.L., Morris J.C. TSH receptor sequences recognized by CD4 q Т cells in Graves disease patients and healthy controls // J. Autoimmun. – 1995. – Vol. 8. – P. 685.

33. Kinjo Y., Tupin E., Wu D. et al. Natural killer T-cells recognize diacylglycerol antigens from pathogenic bacteria // Nat. Immunol. – 2006. – Vol. 7. – P. 978–986.

34. Lacroix-Desmazes S., Mouthon L. et al. Analysis of the natural human IgG antibody repertoire: life-long stability of reactivities towards self antigens contrasts with age-dependent diversification of reactivities against bacterial antigens// Eur. J. Immunol. – 1995. – Vol. 25. – P. 2598–2604.

35. Krause I., Blank M. et al. Cross-reactive epitopes on beta2-glycoprotein-I and Saccharomyces cerevisiae in patients with the antiphospholipid syndrome // Ann. N.Y. Acad. Sci. – 2007. – Vol. 1108. – P. 481–8.

36. Lleo A., Invernizzi P., Gao B., Podda M., Gershwin M.E. Definition of human autoimmunity – autoantibodies versus autoimmune disease // Autoimmun. Rev. – 2010. – Vol. 9. – № 5. – P. A259–66.

37. Madi A. et al. Organization of the autoantibody repertoire in healthy newborns and adults revealed by system level informatics of antigen microarray data // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2009. – Vol. 106. – P. 14484–9.

38. Martin R., Jaraquemada D., Flerlage M. Fine specificity and restriction of myelin basic protein specific cytotoxic Т cell lines from multiple sclerosis patients and healthy controls // J. Immunol. – 1990. – Vol. 145 – P. 540.

39. Mostafa G.A., Ibrahim D.H., Shehab A.A., Mohammed A.K. The role of measurement of serum autoantibodies in prediction of pediatric neuropsychiatric systemic lupus erythematosus // J. Neuroimmunol. – 2010. – Vol. 227. – P. 195–201.

40. Moiola L., Karachunski P., Protti M.R., Howard J.F., Conti-Troncom B.M. Epitopes of the b subunit of human muscle acetylcholine receptor by CD4 q Т cells of myasthenia gravis patients and healthy subjects // J. Clin. Invest. – 1994. – Vol. 93. – P. 1020.

41. Parker W., Bruno D., Holzknecht Z.E., Platt J.L. Characterization and affinity isolation of xenoreactive human natural antibodies // The Journal of Immunology. – 1994. – Vol. 153. – P. 3791–3803.

42. Shoenfeld Y. The Mosaic of Autoimmunity Prediction and treatment in autoimmun disease // IMAJ. – 2008. – Vol. 10. – P. 12–19.

43. Zaichik A.S., Churilov L.P., Utekhin V.J. Autoimmune regulation of genetically determined cell functions in health and disease. Pathophysiology (Elsevier). – 2008. – Vol. 15. – № 3. – P. 1–10.

Общая характеристика естественных антител

В 60-х годах Boyden S.V. впервые ввел понятие «естественные антитела» для определения фракции глобулинов, присутствующих в биологических жидкостях практически здоровых неиммунизированных организмов. Он полагал, что такие антитела, связывая чужеродные антигены, служат первичным неспецифическим естественным барьером на пути внешних патогенных агентов и таким образом выполняют защитную физиологическую функцию в организме [17].

Присутствие аутоантител к разнообразным собственным структурным компонентам организма рассматривалось в то время большинством иммунологов в качестве характеристического признака различных аутоиммунных заболеваний. Количественное определение такого рода аутоантител, взаимодействующих с собственными антигенами, широко применяется и в настоящее время для диагностики аутоиммунных заболеваний, однако роль аутоантител в их патогенезе до сих пор остается предметом всесторонних исследований [12, 36, 42].

В 1986 г. Jerne N. разработал и обосновал сетевую (идиотип-антиидиотипическую) теорию регуляции иммунитета [30]. В соответствии с его мировоззрением, иммунная система здорового человека обязательно продуцирует антитела к любым антигенным компонентам собственного организма, то есть аутоантитела. Уникальность иммунной системы связана с ее способностью производить огромное количество избирательных по своему действию высокоспецифических по отношению антигенных мишеней молекул антител, в том числе и аутореактивных антител и лимфоцитов. Эти молекулы служат барьером не только для противоинфекционного чужеродного или иного воздействия, но и участвуют в гомеостатических процессах регуляции. В конце 80-х годов было установлено, что в организме здорового человека обязательно присутствуют так называемые CD5+–лимфоциты, составляющие около 20 % общей В-клеточной популяции. Их специализированной функцией является продукция разнообразных аутоантител и аутореактивных мембранных В-клеточных рецепторов. Были обнаружены и естественные аутореактивные CD5+ Т-лимфоциты [33]. Естественные аутоантитела, идиотипические и антиидиотипические, являются составными частями иммунной сети. Действительно, в течение последних лет получено множество экспериментальных доказательств присутствия в кровотоке здоровых лиц большого количества естественных (нормальных, физиологических) аутоантител, взаимодействующих с разными эндогенными и экзогенными антигенами, такими как белки цитоскелета, ДНК, гормоны и рецепторы ряда многих ферментов, компоненты межклеточного матрикса и гистоны, маркеры главного комплекса гистосовместимости и других эндогенных соединений [2, 8]. Приводимые в литературе данные косвенно свидетельствуют о том, что естественные антитела (Е-АТ) к любым эндогенным собственным антигенам в той или иной концентрации есть в организме всех здоровых лиц и могут быть выявлены при разработке высокочувствительных методов анализа [18, 24, 25, 32].

Иммунохимические свойства естественных антител

В последние годы учеными разных школ выполнены обширные исследования, позволившие установить наличие Е-АТ к широкому кругу эндогенных биорегуляторов и подробно изучить их основные иммунохимические свойства. Одной из основных характеристик антител является принадлежность их к определенному классу иммуноглобулинов. Среди Е-АТ к собственным структурам организма обнаружены иммуноглобулины M, G и A классов.

Первоначально считалось, что для Е-АТ преимущественно характерен изотип IgM, поскольку вначале Е-АТ изучались на мышах, у которых IgM в общем преобладает над другими изотипами в неонатальный период. Так, IgM из пуповинной крови мышей и человека почти полностью, если не абсолютно, самореактивен [8]. Большая часть Е-АТ во взрослой сыворотке имеет изотип IgG [9, 11]. Механизм смены изотипа связан с замещением m-цепей на g-цепи и к настоящему времени не до конца ясен, возможно, это связано с процессингом и презентацией собственного антигена (включая идиотопы) Т-клеткам. Естественные аутореактивные Т-клетки оказывают существенное влияние на селекцию репертуара естественных аутореактивных В-клеток при физиологических условиях [28]. Известно, что аутореактивные CD+ – Т-лимфоциты у здоровых доноров специфичны для целого ряда собственных антигенов [34, 35], включая основной протеин миелина, ацетилхолиновый рецептор, рецептор к тироглобулин-стимулирующему гормону [21, 32, 40]. Можно предположить, что естественные аутореактивные В-клетки обладают способностью переключения в отсутствии родственных взаимодействий с Т-клетками, и эта гипотеза подтверждается обнаружением незначительных количеств IgG в сыворотках CD40 L-дефицитных пациентов с гипер-IgM-синдромом [43]. Кроме того, самореактивные IgG в сыворотке взрослых особей способны образовываться при перекрестном взаимодействии естественных аутореактивных В-клеток и поверхностных эпитопов чужеродных антигенов (кросс-реактивность с собственными эпитопами) [13, 18].

Другими важными характеристиками Е-АТ являются их специфичность и аффинность. Высокоинформативными в этом плане оказались исследования с применением аффинного выделения Е-АТ и использованием твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) для количественной оценки их иммунохимических свойств. Большинство авторов в качестве характерной особенности отмечают полиреактивность Е-АТ [19]. Это свойство Е-АТ заключается в способности антител к «узнаванию» нескольких собственных и чужеродных антигенов, что показано в экспериментах для мышей и человека [6, 23, 37]. В зависимости от специфичности, аффинно-очищенные сывороточные естественные IgG аутоантитела человека демонстрируют сходную или более высокую степень полиреактивности по сравнению с аутоантителами, полученными от пациентов с аутоиммунными заболеваниями [31, 38]. Эксперименты по сайт-направленному мутагенезу показали, что относительную полиреактивность Е-АТ [9, 10], прежде всего, определяет регион, ответственный за комплементарность (complementarity determining region, CDR 3) VH-домена. Установлено, что полиреактивность Е-АТ к собственным антигенам не коррелирует с их способностью взаимодействовать с различными участками других аутоантител [13, 29]. Полиреактивные Е-АТ могут проявлять достаточно высокую специфичность: каждому полиреактивному естественному аутоантителу может быть свойственен свой индивидуальный набор эпитопной специфичности, и в этом смысле каждые Е-АТ уникальны [11, 27]. Действительно, обнаружено, что моноклональные IgM пациентов с макроглобулинемией Вальдстрема «не узнают» ни один из антигенов в протеиновом экстракте тканей или взаимодействуют более, чем 30 протеиновых антигенов из подобного экстракта [14, 15, 16, 22].

Способность Е-АТ взаимодействовать с их антигенными мишенями характеризуется, как правило, проявлением более низкой аффинности по сравнению с антителами, индуцированными иммунизацией, или аутоантителами, выявляемыми при различных аутоиммунных состояниях [7, 24, 43]. С другой стороны, известно, что связываемость характеризует силу взаимодействия вариабельных (V) регионов антител с комплементарными V-регионами сывороточных иммуноглобулинов и антигенных рецепторов лимфоцитов. Е-АТ обладают большими значениями связываемости, чем обычные антитела, которые вырабатываются при иммунизации чужеродным антигеном [26, 20, 22]. В ранних публикациях сообщалось, что Е-АТ обладают низкой аффинностью и высокой авидностью по отношению к собственным антигенам [11, 41]. По литературным данным, Е-АТ обладают значительным диапазоном аффинности с константой диссоциации в пределах 10–5–10–8 М [7]. Е-АТ, специфичные к IL-1a, обладают константой диссоциации менее 5∙10–11 М. Современные технологии позволяют исследовать протеин-протеиновые взаимодействия, что дает новую информацию для понимания физиологической роли реакции Е-АТ, взаимодействующих со своим антигеном [4, 13]. Представление о том, что любое антитело должно обладать высокой аффинностью, чтобы быть биологически активным и функциональным, происходит, прежде всего, из представлений и анализа тех условий и характеристик, выполнение которых необходимо для индукции эффективного иммунного ответа на патогены. Эта концепция не является абсолютной для Е-АТ. Так, сетевые взаимодействия низкоаффинных антител могут привести к появлению новых биологических свойств, отличных от индивидуальных возможностей каждого антитела и характерных именно для такой сетевой организации. В добавление к этому надо отметить, что хорошо известно моновалентное связывание антител обладает низкой аффинностью, а мультивалентное – высокой авидностью [11] и биологический потенциал взаимодействия антиген – антитело зависит как от локальной концентрации антигена и антитела, так и характеристик связывания молекулы антитела. При изучении пяти мышиных моноклональных естественных IgM-аутоантител, полиреактивных к антигенам цитоскелета и ДНК было установлено, что все пять антител различные антигены связывают с константами, аналогичными константам иммунных АТ к тем же антигенам. Аминокислотная последовательность и пространственная структура комплементарно-определяющих регионов (CDRs) вариабельных доменов этих IgM-Е-АТ были близки аналогичным параметрам тех же областей иммунных антител. Эти данные свидетельствуют, что далеко не всегда имеется строгая корреляция между аффинностью и специфичностью Е-АТ.

Внимания заслуживают исследования иммунохимических свойств антител к опиоидным пептидам у больных опийной наркоманией, атопическим дерматитом и доноров [3, 5, 39]. Для всех образцов антител, хроматографированных против ДМ, определили константу аффинности (Ка). Её величина колебалась в диапазоне (106–109 М–1) и (107–1011 М–1) для больных наркоманией, дерматитом. Изучена специфичность связывания антител с некоторыми эндогенными лигандами опиатных рецепторов, имеющими сходную с ДМ физиологическую активность (морфин, b-эндорфин, Leu-энкефалин, Меt-энкефалин), либо синтетическими аналогами ДМ (H-Tyr-Dala-Phe-Dala-OH; H-Tyr-Tyr-Pro-Ser-NH2; [Arg1]-дерморфин; D-Tyr-Dala-Phe-Dala-Tyr-Pro-Ser-OH; [D-Ala4]-дерморфин; [D-Orn2]-дерморфин; [D-Arg2]-дерморфин; [D-Lys2]-дерморфин), проявляющих активность в диапазоне от 100 до 40 %.

Установлен значительный вклад в реакцию связывания с антителами веществ, содержащих в структуре биологически активный N-концевой тетрапептид ДМ. Полученные данные расширяют поле знаний о закономерностях специфического взаимодействия антител, циркулирующих в сыворотке крови больных, с ДМ, его аналогами различной структуры и эндогенными нейропептидами.

В заключение следует отметить, что обзор современных взглядов на структуру и иммунохимические свойства естественных антител свидетельствует о сложности данного вопроса, но вместе с тем и о большом практическом потенциале, открывающем перспективы новых подходов к ранней диагностике заболеваний и разработке новых методов анализа.

Рецензенты:

Григорьев В.В., д.б.н., зав. лабораторией нейрорецепции ИФАВ РАН, г. Черноголовка;

Лермонтов С.А., д.х.н., профессор, зав. лабораторией новых синтетических методов ИФАВ РАН, г. Черноголовка.

Работа поступила в редакцию 23.10.2014.

Библиографическая ссылка