УСПЕШНЫЕ ВАКЦИНАЦИИ РЕАЛЬНЫ
Фенотипическая коррекция генетически контролируемого иммунного ответа
Академик Рэм ПЕТРОВ, советник РАН, Академик Рахим ХАИТОВ, директор ГНЦ «Институт иммунологии» ФМБА России
Статья охватывает многолетнее исследование и использование конъюгированных иммуногенов и вакцин нового поколения.
Лауреат Нобелевской премии Карл Ландштейнер показал, что антигенная характеристика определяется не всей большой молекулой белка, а его небольшими участками — антигенными детерминантами (рис. 1, левая часть). Присоединение небольшой химической группы, например фенильной, к белку меняет его антигенную специфичность, хотя сама по себе эта группа не антигенна. Такие небольшие химические структуры в отличие от антигенов получили название гаптенов. Конъюгирование белка и гаптена приводит к образованию нового весьма слабого антигена. Для усиления этой слабой анти-генности требуются дополнительные стимуляторы, такие как адъювант Фрейнда. Иными словами, сам белок как носитель гаптена не является достаточно сильным стимулятором иммунного ответа к гаптену.
Майкл Села предложил в качестве антигена «прототип белка» — синтетический полипептид (Т,Г)-А—Л, состоящий из 4 повторяющихся аминокислот и с разветвленными цепями (рис. 1, правая часть). Этот искусственный пептид обладал антигенными свойствами, но также очень слабыми. Для их усиления требовался адъювант Фрейнда. Подобным образом ведут себя практически все высокоочищенные или генно-инженерные белки и полипептиды.
В 1977 г. (рис. 1, нижняя часть) мы впервые опубликовали результаты наших исследований о возможности присоединения гаптенных группировок не к белку-носителю, а к молекулам неантигенных синтетических линейных полиэлектролитов — полианионов и поликатионов. Фактически впервые были получены полностью синтетические (неприродные) антиге-
Рис. 1.
Искусственные антигены. АОК — антителообразующие клетки;
ТНФ — тринитрофенол.
Рис. 2.
Зависимость иммуностимулирующего действия от степени полимеризации (п) поликатиона и полианиона. Представлены коэффициенты стимуляции продукции АОК при совместном введении антигена (5 млн эритроцитов барана) с полимерными фракциями поликонидинов (1) или полиакриловой кислоты (2).
Канъгагирдванный знгнген ; белок- дниит рофторбанаоп)
Сиктстнчемий антиген (Т, Г-А-Ш
^CHrHH.'F-^J-HC.
но.
-си,- нн^^-гю,
NO.
Лиз
-Тир - Глу Ала Ала Ала Лиз '1 Лиз
-!гир - Глу Ала Ала Ала Лиз Лиз
Тир - Глу Ала Ала Ала Лиз
*<
Конъкяаг гамтен-тг.иишхгрппиг как Сипьный специфический иммуноген
N
Cs*3
NH
fCHib
NH
соон
O^.^.NO, NO,
80 75
15
5
х103 х103
80
Первичный 75 Вторичный
имунный имунный
ответ 70 ответ
_ 15 1 1 s
10
5
£3-i , дь„
с igM aok к тнф ; IgG AOK к ТНФ
Контроль
Ксчтроль
ны, которые вызывали достаточно сильный иммунный ответ без белковых, липопротеидных и других антигенных носителей природного происхождения.
Специально подчеркиваем еще раз: использованные полиэлектролиты сами антигенностью не обладали. Однако гаптенная специфичность сконструированных на их основе наноструктур появилась в виде сильного иммунного ответа без каких-либо дополнительных адъювантов типа Фрейнда. Единственным обязательным условием для проявления этих свойств у полиэлектролитных носителей была существенная длина цепи молекулы поликатиона или полианиона: обычно не менее 500—1000 звеньев при молекулярной массе 50—100 000 дальтон (рис. 2). Низкомолекулярные аналоги повторяющихся звеньев этих полимеров не оказывают действия на иммунные реакции.
Полиэлектролитный носитель сам оказывает иммуностимулирующий эффект, и присоединенные к нему гаптены или слабые белковые антигены обеспечивают сильный эпитоп-специфический иммунный ответ без дополнительных адъювантов.
Таким образом, нам удалось сконструировать ранее неизвестные наноструктуры — сильные иммуногены из тех антигенных детерминант, которые в том или ином случае необходимы для создания иммуногенов или вакцин требуемой специфичности.
Наши исследования базировались на особенностях генетического контроля иммунного ответа и были нацелены на осуществление фенотипической коррекции иммуногенеза. Эта задача была успешно решена путем химического соединения антигена с упоминавшимися полиэлектролитными молекулами, которые обеспечивают обход генного контроля иммунного ответа, т.е. фенотипическую коррекцию слабого иммунитета, обусловленного генами низкого иммунного реагирования.
Изучая механизмы иммунного ответа, Рэм Петров с сотрудниками применили генетический подход в своих экспериментах, включая количественный анализ межлинейных различий в продукции антител как на уровне целого организма, так и на клеточном уровне. Этот подход был новаторским, так как вся предшествующая история иммунологии полна многочисленных примеров, указывающих на то, что адаптивный иммунитет не зависит от наследственных факторов. И в самом деле, приобретенный иммунитет против оспы, чумы и других инфекционных заболеваний не передается по наследству.
Эксперименты, проведенные в 1963 г. с лептоспира-ми, продемонстрировали, что животные с различными генотипами продуцировали различные количества антител.
Таблица показывает, что 12 генетически различных гомозиготных (инбредных) линий и сублиний
Линия мышей Титры после иммунизации (M±m*)
На 7-е сутки На 14-е сутки
C57BL/6 10,9 (9,1±12,8) 9,6 (8,7±10,4)
C57BL/10 9,8 (8,44*11,2) 9,6 (8,9±10,3)
C57BL/He 8,6 (7,9±9,3) 9,4 (8,3±10,5)
C57BL/10SnSn 9,6 (8,9±10,3) 10 (8,8±11,2)
C3H-H-2P 6,4(5,7±7,1) 4,8 (3,8±5,8)
C3H/HeDiSn 6,6 (5,2±8,0) 4,4 (3,3±5,5)
CC57W 8,7 (7,9±9,6) 7,0 (4,8±9,2)
CBA 10,9 (10,2±11,6) 8,2 (7,7±8,8)
BALB/cDe 7,8 (6,8±8,8) 8,4 (6,8±10,0)
C57L/1 8,0 (6,7±9,3) 8,0 (6,7±9,3)
CC57BR 7,2 (6,6±7,8) 7,8 (6,8±8,8)
A 6,6 (4,5±8,6) 6,4 (5,3±7,5)
Титры агглютининов (log2) у мышей разных инбредных линий *M — минимальная величина, m — максимальная; после иммунизациилептоспирами (Leptospira canicola). mean (min±max).
Рис. 3.
Гибридологический анализ характера наследования силы иммунного ответа при иммунизации мышей лептоспирами.
По оси абсцисс — титры антител (^2), по оси ординат — количество животных, %.
мышей, иммунизированных лептоспирами, развивают разный по силе иммунный ответ. Наибольшие титры специфических антител обнаруживаются у мышей линии C57BL/10SnSn, а наименьшие — С3Н/ HeDiSn. Разница между высокореагирующими и низкореагирующими линиями мышей на 14-е сутки после иммунизации 20-кратная.
Гибридологический анализ — анализ гибридов, полученных скрещиванием оппозитно реагирующих мышей, — выявил доминантный характер наследования высокого типа иммунного ответа (рис. 3), гибриды реагируют по высокому типу. А у гибридов от возвратного скрещивания (Б1хС3Н)ВС наблюдается менделевское расщепление по признаку высоты иммунного ответа с наличием особей промежуточного типа реагирования. На основании полученных данных сделан вывод, что высота иммунного ответа мышей на лептоспиры детерминирована более чем одной парой генов. Показано, что данный признак не сцеплен с полом и окрасом шерсти.
Аналогичные исследования были проведены с использованием в качестве антигена эритроцитов барана. Однократная иммунизация нескольких линий мышей выявила оппозитно реагирующие генотипы. Линия C57BL, высокореагирующая на лептоспир, оказалась самой низкореагирующей на эритроциты барана, а высокореагирующими на эритроциты барана оказались мыши линии СВА, различия в титрах антител 10-кратные. Гибридологический анализ наследования характера ответа на эритроциты барана выявил те же закономерности, что и в случае с лепто-спирой. Высокий тип реагирования наследуется как доминантный, не сцеплен с полом и окрасом шерсти, детерминирован более чем одной парой генов.
В свете этих данных было важно установить: проявляется ли эта генетическая детерминированность на организменном уровне или на уровне клеточных популяций иммуноцитов. Для этого применили технику
Рис. 5.
Межлинейные различия высоты иммунного ответа у мышей на эритроциты барана в различные возрастные периоды.
По оси абсцисс — возраст ко времени иммунизации, по оси ординат — титры антител (1од2).
Рис. 4.
Выработка антител к лептоспирам спленоцитами (2,5х107) мышей разных линий после адоптивного клеточного переноса. По оси абсцисс — время после трансплантации клеток, по оси ординат — титры антител (1од2).
Возраст, дни
адоптивного клеточного переноса (альтернативное название, часто применяемое прежде: «культура клеток in vivo») — трансплантацию спленоцитов в мышей-реципиентов, получивших смертельную дозу облучения.
Спленоциты мышей высокореагирующих или низ-кореагирующих генотипов, помещенные вместе с антигеном в организм реципиентов, вырабатывают соответственно большое или малое количество антител. На рис. 4 приведены соответствующие данные о выработке антител 25 млн спленоцитов от мышей C57BL и C3H. В высокореагирующей популяции накапливается большое количество антителообразую-щих клеток (АОК).
Таким образом, показано, что иммуногенетические закономерности одинаковы как на клеточном уров-
не, так и на организменном. Отсюда можно сделать вывод, что генетический контроль иммунологической реактивности фенотипически проявляется на уровне популяций лимфоидных клеток.
Генетически-детерминированные различия в высоте иммунного ответа проявляются в течение всей жизни. Из рис. 5 видно, что 6-10-кратные различия в силе иммунного ответа на эритроциты барана у мышей линий СВА и C57BL устанавливаются в первые 2 недели жизни, т.е. в период созревания иммунологической реактивности, и сохраняются до старости (последняя группа мышей была иммунизирована в возрасте 547 дней).
При использовании других антигенов (бычий у-глобу-лин, конъюгированный с 2,4-динитрофенолом, а-ана-токсины Cl.perfringes и Cl.oedematiens) мыши каждой линии вырабатывали различные количества антител в зависимости от антигена, и одна и та же линия могла давать сильный иммунный ответ на один антиген и слабый на другой, и эта разница между линиями сохранялась в течение всей жизни животного и не исчезала после
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.