Войти
 Стандартное представление антител. | |
| Свойства | |
|---|---|
| Тип белка | Иммуноглобин |
| Функция | Нейтрализация антигенов |
| Продукция | В-клетки |
A нейтрализующее антитело (NAb ) представляет собой антитело, которое защищает клетку от патогена или инфекционной частицы, нейтрализуя любой биологический эффект, который они оказывают. Нейтрализация делает частицу более не инфекционной или патогенной. Нейтрализующие антитела являются частью гуморального ответа адаптивной иммунной системы против вирусов, внутриклеточных бактерий и микробного токсина. За счет специфического связывания с поверхностными структурами (антиген ) на инфекционной частице нейтрализующие антитела предотвращают взаимодействие частицы с ее клетками-хозяевами, которые она может инфицировать и разрушить. Иммунитет, обусловленный нейтрализующими антителами, также известен как стерилизующий иммунитет, поскольку иммунная система устраняет инфекционную частицу до того, как произошло какое-либо заражение.
Покрытие антигена антителами делает его менее инфекционным и менее патогенным. На изображении справа проникновение вируса в клетку предотвращается за счет нейтрализации антител, связывающихся с вирусом. Чтобы проникнуть в клетки, вирусные частицы и внутриклеточные бактерии используют молекулы на своей поверхности для взаимодействия с поверхностью клетки рецепторы их клетки-мишени, что позволяет им войти в клетку и начать свой цикл репликации. Нейтрализующие антитела могут подавлять инфекционность путем связывания с патогеном и блокировать молекулы, необходимые для проникновения в клетку. Это может быть связано с тем, что антитела статически мешают патогенам или токсинам, прикрепляющимся к рецепторам клетки-хозяина. В случае вирусной инфекции NAb могут связываться с гликопротеинами вирусов с оболочкой или с белками капсида вирусов без оболочки. Кроме того, нейтрализующие антитела могут действовать, предотвращая структурные изменения частиц, которые часто необходимы для успешного проникновения в клетки. Например, нейтрализующие антитела могут предотвращать конформационные изменения вирусных белков, которые опосредуют слияние мембран, необходимое для проникновения в клетку-хозяина. В некоторых случаях вирус не может заразиться даже после диссоциации антитела. Комплекс патоген-антитело в конечном итоге поглощается и разлагается макрофагами.
Нейтрализующие антитела также важны для нейтрализации токсических эффектов бактериальных токсинов. Примером нейтрализующего антитела является дифтерийный антитоксин, который может нейтрализовать биологические эффекты дифтерийного токсина. Нейтрализующие антитела не эффективны против внеклеточных бактерий, поскольку связывание антител не препятствует размножению бактерий. Здесь иммунная система использует другие функции антител, такие как опсонизация и активация комплемента, чтобы убить бактерии.
Не все антитела, связывающие патогенную частицу, нейтрализуют. Ненейтрализующие антитела или связывающие антитела специфически связываются с патогеном, но не влияют на их инфекционность. Это может быть потому, что они не привязаны к нужному региону. Нейтрализующие антитела могут быть важны для маркировки частицы для иммунных клеток, сигнализируя о том, что она была нацелена, после чего частица обрабатывается и, следовательно, разрушается рекрутированными иммунными клетками. С другой стороны, нейтрализующие антитела могут нейтрализовать биологические эффекты антигена без необходимости в иммунных клетках. В некоторых случаях ненейтрализующие антитела или недостаточные количества нейтрализующих антител, связывающихся с вирусными частицами, могут использоваться некоторыми видами вирусов для облегчения поглощения их клетками-хозяевами. Этот механизм известен как антитело-зависимое усиление. Это наблюдалось для вируса денге и вируса Зика.
Антитела продуцируются и секретируются В-клетками. Когда В-клетки продуцируются в костном мозге, гены, кодирующие антитела, подвергаются случайной генетической рекомбинации (V (D) J-рекомбинация ), что приводит к каждая зрелая В-клетка, продуцирующая антитела, которые различаются по своей аминокислотной последовательности в антигенсвязывающей области. Следовательно, каждая В-клетка продуцирует антитела, которые специфически связываются с разными антигенами. Сильное разнообразие в репертуаре антител позволяет иммунной системе распознавать множество патогенов, которые могут быть разных форм и размеров. Во время инфекции образуются только антитела, которые связываются с патогенным антигеном с высокой аффинностью. Это достигается посредством клональной селекции одного клона В-клеток: В-клетки рекрутируются в место заражения, воспринимая интерфероны, которые выделяются инфицированными клетками как часть врожденный иммунный ответ. В-клетки отображают В-клеточные рецепторы на своей клеточной поверхности, что представляет собой просто антитело, закрепленное на клеточной мембране. Когда B-клеточный рецептор связывается со своим родственным антигеном с высокой аффинностью, запускается внутриклеточный сигнальный каскад. Помимо связывания с антигеном, В-клетки должны стимулироваться цитокинами, продуцируемыми Т-хелперами как часть клеточного ответа иммунной системы против возбудитель. Как только В-клетка полностью активирована, она быстро пролиферирует и дифференцируется в плазматические клетки. Затем плазматические клетки секретируют антигенспецифические антитела в больших количествах. После первого контакта с антигеном в результате вакцинации или естественной инфекции иммунологическая память позволяет более быстро производить нейтрализующие антитела после следующего контакта с вирусом.
Вирусы используют различные механизмы для уклонения от нейтрализующих антител. Вирусные геномы мутируют с высокой скоростью. Мутации, которые позволяют вирусам уклоняться от нейтрализующего антитела, будут отобраны и, следовательно, будут преобладать. Наоборот, антитела также одновременно развиваются посредством созревания аффинности в ходе иммунного ответа, тем самым улучшая распознавание вирусных частиц. Консервативные части вирусных белков, которые играют центральную роль в вирусной функции, с меньшей вероятностью будут эволюционировать с течением времени и, следовательно, более уязвимы для связывания антител. Однако у вирусов появились определенные механизмы для стерического доступа антитела к этим областям, что затрудняет связывание. С вирусами с низкой плотностью поверхностных структурных белков антителам сложнее связываться. Некоторые вирусные гликопротеины сильно гликозилированы N- и O-связанными гликанами, создавая так называемый гликановый щит, который может снизить аффинность связывания антител и облегчить уклонение от нейтрализующих антител. ВИЧ-1, причина СПИДа человека, использует оба этих механизма.
Нейтрализующие антитела используются для пассивной иммунизации, и может использоваться пациентами, даже если у них нет здоровой иммунной системы. В начале 20 века инфицированным пациентам вводили антисыворотку, которая представляет собой сыворотку крови ранее инфицированного и выздоровевшего пациента, содержащую поликлональные антитела против инфекционного агента.. Это показало, что антитела можно использовать в качестве эффективного средства лечения вирусных инфекций и токсинов. Антисыворотка - очень грубая терапия, потому что антитела в плазме не очищены и не стандартизированы, а плазма крови может быть отвергнута донором. Поскольку он основан на пожертвованиях выздоровевших пациентов, его нелегко увеличить. Однако сегодня сывороточная терапия все еще используется в качестве первой линии защиты во время вспышки болезни, поскольку ее можно получить относительно быстро. Было показано, что сывороточная терапия снижает смертность пациентов во время пандемии свиного гриппа 2009 г.. и эпидемия вируса Эбола в Западной Африке. Он также протестирован в качестве возможного лечения COVID-19. Иммуноглобулинотерапия, в которой используется смесь антител, полученных от здоровых людей, назначается иммунодефицитным или пациентов с ослабленным иммунитетом для борьбы с инфекциями.
Для более специфичного и надежного лечения можно использовать очищенные поликлональные или моноклональные антитела (mAb). Поликлональные антитела представляют собой совокупность антител, которые нацелены на один и тот же патоген, но связываются с разными эпитопами. Поликлональные антитела получают от людей-доноров или животных, подвергшихся воздействию антигена. Антиген, вводимый животным-донорам, может быть сконструирован таким образом, чтобы предпочтительно производить нейтрализующие антитела. Поликлональные антитела применялись для лечения цитомегаловируса (CMV), вируса гепатита B (HBV), вируса бешенства, вируса кори, и респираторно-синцитиальный вирус (RSV). Антитоксин дифтерии содержит поликлональные антитела против токсина дифтерии. При лечении антителами, связывающими несколько эпитопов, лечение остается эффективным, даже если вирус мутирует и один из эпитопов изменяет структуру. Однако из-за характера продуцирования обработка поликлональными антителами страдает от вариации от партии к партии и низких титров антител. С другой стороны, все моноклональные антитела связывают один и тот же эпитоп с высокой специфичностью. Их можно производить с помощью технологии Hybridoma, которая позволяет производить mAb в больших количествах. mAb против инфекций перестают работать, когда вирус мутирует эпитоп, на который нацелены mAb, или циркулируют множественные штаммы. Примеры лекарств, в которых используются моноклональные антитела, включают ZMapp против лихорадки Эбола и паливизумаб против RSV. Многие МАТ против других инфекций проходят клинические испытания.
Нейтрализующие антитела также играют роль в активной иммунизации с помощью вакцинации. Понимая сайты связывания и структуру нейтрализующих антител в естественном иммунном ответе, вакцину можно рационально разработать так, чтобы она стимулировала иммунную систему для выработки нейтрализующих антител, а не связывания антител. Введение ослабленной формы вируса посредством вакцинации позволяет производить нейтрализующие антитела В-клетками. После второго воздействия нейтрализующий ответ антител происходит быстрее из-за существования В-клеток памяти, которые продуцируют антитела, специфичные к вирусу. Эффективная вакцина вызывает выработку антител, которые способны нейтрализовать большинство вариантов вируса, хотя мутация вируса, приводящая к уклонению от антител, может потребовать обновления вакцин в ответ. Некоторые вирусы развиваются быстрее, чем другие, что может потребовать обновления вакцин. Хорошо известным примером является вакцина от вируса гриппа , которую необходимо ежегодно обновлять с учетом недавно циркулирующих штаммов вируса.
Нейтрализующие антитела также могут помочь в лечении рассеянный склероз. Хотя этот тип антитела обладает способностью бороться с ретровирусными инфекциями, в некоторых случаях оно атакует фармацевтические препараты, вводимые в организм, которые в противном случае лечили бы рассеянный склероз. Рекомбинантные белковые препараты, особенно полученные от животных, обычно нацелены на нейтрализующие антитела. Несколько примеров: Ребиф, Бетасерон и Авонекс.
Анализы нейтрализации можно проводить и измерять разными способами, включая использование таких методов, как уменьшение бляшек (которое сравнивает количество вирусных бляшек в контрольных лунках с таковыми в инокулированных культурах), микронейтрализация (которая выполняется в микротитровальных планшетах, заполненных небольшими количествами сывороток ) и колориметрические анализы (которые зависят от биомаркеров, указывающих на метаболическое ингибирование вируса).
Большинство нейтрализующих антител, продуцируемых иммунной системой. системы очень специфичны для одного штамма вируса из-за созревания сродства В-клетками. Некоторые патогены с высокой генетической изменчивостью, такие как ВИЧ, постоянно изменяют свою поверхностную структуру, так что нейтрализующие антитела с высокой специфичностью к старому штамму больше не могут связываться с новым штаммом вируса. Эта стратегия уклонения от иммунитета не позволяет иммунной системе развивать иммунологическую память против патогена. С другой стороны, широко нейтрализующие антитела (bNAb) обладают особой способностью связывать и нейтрализовать множество штаммов вируса.
bNAb изначально были обнаружены у пациентов с ВИЧ. Однако они довольно редки: скрининговое исследование in situ показало, что только у 1% всех пациентов развиваются bNAb против ВИЧ. bNAB могут нейтрализовать широкий спектр штаммов вируса путем связывания с консервативными областями поверхностных белков вируса, которые не могут мутировать, поскольку они функционально необходимы для репликации вируса. Большинство сайтов связывания bNAb против ВИЧ находятся на экспонированном поверхностном антигене ВИЧ, белке оболочки (Env) (тример, состоящий из субъединиц gp120 и gp41 ). Эти сайты включают сайт связывания CD4 или интерфейс gp41-gp120. Базы данных по ВИЧ Лос-Аламосской национальной лаборатории - это всеобъемлющий ресурс, содержащий обширную информацию о последовательностях ВИЧ, bNAb и многом другом.
Кроме того, bNAb были обнаружены для других вирусов, включая грипп, гепатит C, денге и вирус Западного Нила.
Проводятся предварительные исследования для выявления и тестирования bNAb против ВИЧ-1. bNAbs используются в исследованиях для рационального конструирования вакцин, стимулирующих выработку bNAb и иммунитет против вирусов. Антиген, запускающий продукцию bNAb на животных моделях или у людей, не известен.
