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.