Иммуноглобулины: строение, классы и применение¶

Иммуноглобулины (лат. immunis — «свободный от чего-либо, защищённый» и globulus — «шарик») — это класс белков плазмы крови, относящихся к гамма-глобулиновой фракции и выполняющих функцию антител. Они синтезируются B-лимфоцитами и плазматическими клетками в ответ на попадание в организм чужеродных агентов — антигенов — и обеспечивают гуморальный иммунный ответ. По химической природе иммуноглобулины представляют собой гликопротеины, то есть белки, соединённые с углеводными цепями.

¶Общее строение

Молекула иммуноглобулина имеет характерную Y-образную форму и состоит из четырёх полипептидных цепей: двух одинаковых тяжёлых (H-цепей, от англ. heavy) и двух одинаковых лёгких (L-цепей, от англ. light). Цепи соединены между собой дисульфидными связями. Каждая цепь включает вариабельный (V) и константный (C) участки. Вариабельные домены тяжёлых и лёгких цепей формируют активный центр — так называемый паратоп, который комплементарен по форме конкретному антигену.

Именно за счёт вариабельности этих участков иммунная система способна распознавать огромное разнообразие чужеродных структур. Константные участки определяют класс иммуноглобулина и его биологические свойства — способность связывать комплемент, проходить через плаценту, фиксироваться на мембранах клеток.

Ферментативное расщепление молекулы (например, папаином) даёт два Fab-фрагмента, связывающих антиген, и один Fc-фрагмент, отвечающий за эффекторные функции.

¶Классы иммуноглобулинов

У человека выделяют пять основных классов, различающихся строением тяжёлых цепей.

IgG — единственный класс, способный проникать через плаценту и обеспечивать пассивный иммунитет новорождённого. IgM синтезируется первым при острой инфекции, поэтому его обнаружение служит признаком недавнего заражения. Секреторный IgA (sIgA) играет ключевую роль в местном иммунитете дыхательных и пищеварительных путей.

¶Функции

Иммуноглобулины реализуют несколько механизмов защиты:

• Нейтрализация — связывание токсинов, вирусов и бактерий, блокирующее их взаимодействие с клетками организма.
• Опсонизация — облегчение фагоцитоза: покрытые антителами микроорганизмы активнее поглощаются макрофагами и нейтрофилами.
• Активация комплемента — запуск каскада белков, разрушающих мембраны чужеродных клеток.
• Антителозависимая клеточная цитотоксичность — привлечение клеток-киллеров к мишеням, помеченным антителами.
• Регуляция — участие в контроле силы и направления иммунного ответа.

¶Происхождение и разнообразие

Разнообразие антител формируется в процессе созревания B-лимфоцитов за счёт перестройки генов, кодирующих вариабельные участки (V(D)J-рекомбинация), а также соматического гипермутирования и клонального отбора. Теоретически организм способен вырабатывать миллиарды различных специфичностей. Это позволяет распознавать практически любые антигены — от белков вирусов до синтетических молекул.

¶Клиническое значение

Нарушения синтеза или функции иммуноглобулинов лежат в основе ряда заболеваний. Недостаточность выработки антител (например, при агаммаглобулинемии) приводит к частым инфекциям. Избыточная продукция аномальных иммуноглобулинов наблюдается при миеломной болезни и некоторых лимфомах. Повышенный уровень IgE характерен для атопических состояний — бронхиальной астмы, аллергического ринита.

В диагностике определяют концентрацию и соотношение классов иммуноглобулинов в сыворотке, что помогает выявлять инфекции, аутоиммунные и онкологические процессы.

¶Применение в медицине

Препараты на основе иммуноглобулинов используются для пассивной иммунизации и заместительной терапии:

• Внутривенный иммуноглобулин (ВВИГ) применяют при первичных иммунодефицитах, аутоиммунных и неврологических заболеваниях.
• Специфические иммуноглобулины (противостолбнячный, против бешенства, против гепатита B) вводят после возможного контакта с возбудителем.
• Моноклональные антитела — искусственно созданные иммуноглобулины с заданной специфичностью — широко применяются в терапии опухолей и воспалительных болезней.

¶Методы исследования

Для изучения и количественного определения иммуноглобулинов используют иммуноферментный анализ (ИФА), иммуноэлектрофорез, нефелометрию, а также методы молекулярной биологии. Электрофорез белков сыворотки позволяет выявить характерные «М-градиенты» — скопления однородного иммуноглобулина, что важно при диагностике моноклональных гаммапатий.

¶Эволюционный аспект

Иммуноглобулины обнаружены у всех челюстноротых позвоночных. У беспозвоночных найдены функционально сходные молекулы, что свидетельствует о глубокой эволюционной древности системы распознавания «свой — чужой». Разнообразие классов у разных видов неодинаково: например, у птиц основные классы — IgA, IgM и IgY, функциональный аналог IgG млекопитающих.