Иммунизация: основные механизмы защиты

06 Августа в 14:02 277 0

Значимость первичного и вторичного ответов

Быстрота реакции памяти при повторной встрече организма с антигеном обеспечивает защиту на случай будущих повторных контактов с инфицирующим агентом. Эта реакция памяти имеет отношение по крайней мере к двум способам иммунопрофилактики. Первый из них может быть особенно важен в случаях с инфекциями с относительно длинным инкубационным периодом (более 7 сут), как показано на рис. 20.2. У человека, инфицированного агентом А, который вызывает заболевание после инкубационного периода 3 сут, первичный иммунный ответ возникает некоторое время (например, 7 — 14 сут) спустя после развития инфекции.

imyn154.jpg
Рис. 20.2. Взаимосвязь между вторичным и первичным иммунными ответами и заболеванием, вызванным агентами А или В. У инфекции, вызванной агентом А, инкубационный период короче

При втором контакте с агентом А у человека может также развиться заболевание, поскольку реакция памяти может оказаться недостаточно быстрой для подавления этого агента. Человек, инфицированный агентом В, вызывающим заболевание после инкубационного периода 14 сут, выработает первичный ответ (например, 7—14 сут после развития инфекции). При повторном контакте с агентом В реакция памяти, развившаяся в течение 7 сут, будет эффективна для уменьшения тяжести или предотвращения заболевания с инкубационным периодом 14 сут.

Вторым важным фактором реакции памяти является величина, которой достигает иммунный ответ. В примерах, приведенных ранее, агент А, который вызывает заболевание через 3 сут, может не привести к развитию заболевания после повторного контакта, если сохраняется достаточно высокий уровень антител. Такого уровня можно достичь намеренно серией иммунизации (особенно при применении неживых антигенов).

Таким образом, обычной практикой стало применение нескольких инъекций столбнячного анатоксина (в виде АДС) на протяжении 6 мес при иммунизации детей. Такие первоначальные инъекции приводят к выработке вторичных реакций памяти, которые существенно повышают концентрацию антитоксина до защитных уровней, сохраняющихся в сыворотке крови в течение 10—20 лет

Возраст и время иммунизации

На механизмы участвующие в защите, может повлиять ряд факторов, таких как характер питания, наличие заболевания (которое влияет на уровень содержания глобулинов и клеточно-опосредованный иммунитет) и возраст. Время иммунизации у детей в основном определяется тем фактом, что эффективность определенных вакцин зависит от возраста ребенка.

В утробе матери человеческий плод в норме обычно хорошо защищен от большинства инфекционных агентов, хотя определенные патогены (например, вирус краснухи Toxoplasma gondii) могут инфицировать мать и серьезно повредить плоду. Материнский иммунитет защищает плод путем перехватывания и удаления инфекционных агентов до того, как они достигают матки; он также защищает новорожденных посредством трансплацентарных антител или антител, поступающих из молочных желез.

У плода и новорожденного плохо развиты лимфоидные органы за исключением тимуса, размер которого ко времени рождения является самым большим по отношению к размеру тела. Плод способен синтезировать в основном IgM, которые появляются после 6 мес беременности. Уровень IgM постепенно увеличивается, составляя примерно 10% уровня взрослого человека к моменту рождения.

Примерно на 2-м месяце беременности у плода обнаруживают IgG, но этот IgG материнского происхождения. Его уровень значительно повышается примерно на 4-м месяце беременности и сильно возрастает в последнем триместре. На момент рождения концентрация IgG слегка превышает концентрацию IgG у матери. Таким образом, плод снабжается материнскими IgG, которые могут обеспечить антитоксическую, противовирусную и в некоторой степени антибактериальную защиту.

Уровень этих материнских антител постепенно понижается, как только ребенок начинает синтезировать свои собственные антитела. К 2—3-му месяцу жизни общий уровень IgG составляет менее 50 % имевшегося при рождении Изменения концентрации иммуноглобулинов в сыворотке в период развития человека представлены на рис. 20.3.

imyn155.jpg
Рис. 20.3. Концентрация иммуноглобулинов в сыворотке в период развития человека (с разрешения Benich and Johanssen, 1971)

У новорожденных иммунный ответ, например против некоторых инфекционных агентов (Toxoplasma gondii, Listeria monocytogenes, вирус простого герпеса), недостаточно хорошо проявляется по ряду характеристик, если решающее значение имеет клеточно-опосредованный иммунитет. При этом новорожденный может вырабатывать антитела к различным антигенам, таким как парентерально вводимый анатоксин, инактивированный вирус полиомиелита, антигены гепатита В и др.

Однако применение вакцины против коклюша вскоре после рождения не только не индуцирует защитный ответ, но и вызывает измененный ответ на вакцину, если ее повторно используют в детстве. Таким образом, за исключением вакцины против гепатита В, которая применяется вскоре после рождения, в большинстве индустриальных стран первоначальное применение вакцин откладывается до того времени, пока ребенку не исполнится 2 мес. Однако ВОЗ рекомендует начинать иммунизацию в развивающихся странах несколько раньше (в возрасте 6 недель).

Пока материнские антитела способны обеспечивать новорожденному защиту от различных инфекционных агентов, они также могут уменьшать ответ на антиген. Например, пока у годовалого ребенка есть достаточное количество материнских антител против кори, они могут вмешиваться в активный ответ со стороны ребенка на вакцину, поэтому вакцинация обычно откладывается хотя бы до достижения годовалого возраста.

Дети в возрасте менее 2 лет обычно не способны вырабатывать достаточно антител в ответ на введение бактериальных капсулярных полисахаридов, таких как у Haemophilus influenzae типа b, различных серогрупп Neisseria meningitidis и серотипов Streptococcus pneumoniae. Было высказано предположение, что такая неспособность обусловлена тем, что дети раннего возраста не отвечают на Т-независимые антигены, несмотря на их способность (при нахождении в матке) вырабатывать IgM.

Химическая связь полисахарида с Т-зависимыми антигенами (например, анатоксином дифтерии) или белком наружной мембраны N. meningitidis улучшила иммуногенные свойства таким образом, что дети моложе 2 лет стали реагировать на полисахариды. В настоящее время доступна эффективная конъюгированная вакцина против Н. influenzae, и вызываемая этим патогеном инфекция практически не возникает у вакцинированных детей. На сегодняшний день стало обычным и применение гептовалентной вакцины против S.pneumoniae, содержащей полисахариды пневмококков наиболее распространенных при детских инфекциях серотипов.

В возрастной группе старше 60 лет тоже отмечается уменьшение способности к развитию первичного ответа на некоторые антигены, такие как у вакцины против вируса гриппа. Однако организм пожилых людей сохраняет способность ко вторичному ответу на антигены, с которыми он до этого встречался. Организм здорового пожилого человека также хорошо реагирует на бактериальные полисахариды, поэтому применение пневмококковой полисахаридной вакцины обычно может индуцировать выработку антител до уровня, обеспечивающего защиту от возбудителя.

Другие группы людей, особенно подверженных развитию пневмококковой пневмонии, также должны быть иммунизированы. Группы людей с повышенной восприимчивостью к инкапсулированному респираторному патогену — Streptococcus pneumoniae, а также те, у кого велик риск контакта с возбудителем (например, работники домов престарелых и медицинский персонал), тоже должны проходить вакцинацию против вируса гриппа.

Необходимые меры предосторожности

Место введения антигена

Обычным местом парентерального (внутрикожного, подкожного или внутримышечного) введения вакцины у взрослых людей является рука в частности дельтовидная мышца. Детям вакцину обычно вводят в бедро. Исследования показали, что почти оптимальный ответ на введение вакцины против гепатита В получается при инъекции в ягодичную мышцу, а не в руку.

Парентеральное введение инактивированной вакцины против полиомиелита может вызвать более сильный ответ со стороны антител в сыворотке крови, чем применение аттенуированной вакцины через рот; однако реакция на последнюю, приводящая в том числе к выработке секреторного IgA, также обеспечивает адекватную защиту. Применение аттенуированной вакцины против полиомиелита перорально было приостановлено, поскольку живой вирус может в исключительно редких случаях вызвать заболевание.

Некоторые вакцины способны обеспечить более высокий гуморальный ответ при введении через респираторный тракт, чем при применении в виде инъекции (например, аттенуированная вакцина против кори). Однако введение через респираторный тракт продолжают использовать только при исследованиях.

Опасности

Некоторые вакцины таят в себе опасности. Вакцины, произведенные из аттенуированных возбудителей (например, кори, свинки, краснухи, полиомиелита (для орального введения) и бацилл Кальметта—Герена), обладают потенциальной способностью вызывать прогрессирующее заболевание у пациентов с нарушенным иммунитетом или больных, подвергающихся иммуносупрессивной терапии. В редких случаях вирусы полиомиелита III типа возвращали себе вирулентные свойства в кишечнике вакцинированного индивидуума, что приводило к развитию паралитического полиомиелита.

Опасения по поводу возможности развития паралитического полиомиелита при применении данной вакцины привели к тому, что для вакцинации от полиомиелита в США в настоящее время рекомендована вакцина из инактивированного вируса. Этот пример иллюстрирует необходимость неусыпного внимания при мониторинге распространенности определенного заболевания в конкретной популяции и сопоставления риска развития заболевания с риском проведения вакцинации.

Хотя вакцины обычно обладают очень низкой токсичностью, их применяют у большого числа лиц; если распространенность заболевания снижена, риск вакцинации может оказаться более велик. Отсюда возникает парадоксальная ситуация: посредством эффективной вакцины распространенность заболевания уменьшается до такого уровня, что редкие осложнения, связанные с вакцинацией, встречаются в данной популяции чаще, чем само заболевание. При таком положении опасения населения относительно вакцинации могут привести к уменьшению числа ее сторонников.

Нельзя проводить вакцинацию беременным женщинам живыми аттенуированными микроорганизмами, потому что плоду может быть нанесено повреждение. (При вакцинации от краснухи вирионы достигали плода, хотя какого-либо повреждающего воздействия не наблюдалось.) Противопоказано применять живые аттенуированные вакцины у пациентов с серьезными нарушениями иммунитета. Они могут оказаться не способными противостоять ослабленным патогенам, находящимся в вакцине. В связи с устранением возбудителя оспы вакцинация против нее не проводится (исключением являются некоторые воинские контингенты).

Однако, как уже указывалось, опасения по поводу возможного применения вируса оспы в качестве биологического оружия привели к дебатам по вопросу о необходимости проведения всеобщей вакцинации. В настоящее время планируется вакцинация только тех лиц, которые потенциально могут подвергнуться биологической атаке; также обсуждается создание резерва вакцины для профилактического использования после контакта с возбудителем. Аргументом против повсеместного использования вакцины является и то, что инокуляция вируса вакцинии несет в себе серьезный риск не только для лиц с нарушениями иммунитета, но и для индивидуумов с определенными кожными поражениями. Следует избегать контакта между вакцинированными и уязвимыми для вируса лицами, пока не исчезнут повреждения, вызванные вакцинацией.


Обычными (особенно у взрослых женщин), но преходящими осложнениями после вакцинации от краснухи являются артрит и артралгия. Применение одной из инактивированных вакцин, убитой Bordetella pertussis, входящей в вакцину АДС, было связано с некоторыми серьезными побочными эффектами, такими как энцефалопатия у детей. Хотя серьезные побочные эффекты были относительно редки и преимущества вакцины от коклюша перевешивали любой предполагаемый риск иммунизации, убитая бактериальная вакцина была заменена бесклеточной, содержащей инактивированный токсин и один или более антигенных компонента (например, филаментозный гемагглютинин и фимбрии). Бесклеточная вакцина против коклюша, сохраняя эффективность, имеет гораздо меньше побочных эффектов, чем предыдущая.

Столбнячный и дифтерийный анатоксины могут вызвать местные реакции гиперчувствительности. Поскольку адекватная первичная серия иммунизаций, проведенных в детстве, вызывает иммунитет, сохраняющийся около 10 лет, использование бустерных инъекций столбнячного анатоксина должно определяться с учетом характера повреждения и сведений о проводившейся иммунизации. В связи с повышенной чувствительностью к дифтерийному анатоксину у подростков и взрослых необходимо использовать меньшие дозы анатоксина, чем при вакцинации детей.

Поскольку вирус гриппа культивируется на куриных эмбрионах, аллергия на куриный белок является противопоказанием для вакцинации против данного вируса. Цельновирионная вакцина против гриппа, используемая у взрослых, дает побочные эффекты у детей, поэтому для вакцинации детей младше 13 лет рекомендуется субъединичная вакцина против вируса. Некоторые вакцины содержат консерванты, такие как ртутьсодержащее соединение — тимеросал (мертиолат), или антибиотики, такие как неомицин или стрептомицин, к которым у индивидуума может быть аллергия.

Новые подходы к созданию вакцин

Благодаря достижению в технологиях рекомбинантных ДНК, быстрого автоматизированного синтеза пептидов, а также в других областях биоинженерии (например, в области моноклональных антител) появилась возможность совершенствования доступных вакцин и разработки новых подходов к их созданию.

Вакцины, разработанные с помощью рекомбинантных ДНК

Технология рекомбинантных ДНК дает возможность экспрессировать в больших количествах белковые антигены, которые используют в вакцинах. Примером успешного применения технологии рекомбинантных ДНК в производстве вакцин является опыт с вакциной против гепатита В. Это заболевание является основной причиной инфекции печени и в дальнейшем повышения риска возникновения гепатоцеллюлярного рака. В 1970-х гг. путем очищения вирусного антигена от крови донора — постоянного носителя вируса была разработана эффективная вакцина против гепатита В.

В конце 1980-х гг. из-за эпидемии ВИЧ подтвердились данные о передаче патогенов с кровью и ее продуктами и появились опасения, что данная вакцина может переносить заболевание. Хотя некоторые исследования и показали безопасность вакцины, произведенной из плазмы, была создана альтернативная вакцина путем экспрессирования антигена гепатита В в дрожжах с использованием технологии рекомбинантных ДНК. Эта рекомбинантная вакцина упрощает выработку антигена, устраняя зависимость от плазмы крови человека, а также любую потенциальную опасность, связанную с непреднамеренным загрязнением антигена вакцины патогенами, находящимися в крови.

Технология рекомбинантных ДНК также использовалась для создания первой эффективной вакцины против болезни Лайма. Другие вакцины, созданные с помощью технологии рекомбинантных ДНК, проходят различные фазы клинического тестирования. Некоторые из этих молекулярных методов могут обеспечить нас удобными, безопасными и более эффективными средствами иммунизации, чем в настоящее время.

Конъюгированные полисахариды

Конъюгатные полисахаридные вакцины произвели революцию в вакцинации против инкапсулированных бактериальных патогенов. Гуморальный иммунитет играет основную роль в защите от инкапсулированных патогенов, но большинство микробных полисахаридов являются Т-независимыми антигенами, которые обычно слабоиммуногенны. Другой проблемой полисахаридных вакцин является то, что организм маленьких детей обычно не дает гуморальный ответ на полисахаридные антигены. В то же время у детей повышен риск инфекций, вызываемых инкапсулированными бактериями, такими как Streptococcus pneumoniae и Haemophilus influenzae.

Конъюгация полисахарида с белком (например, столбнячного или дифтерийного анатоксина) приводит к созданию молекулы, ведущей себя как Т-зависимый антиген, и вызывает выраженный ответ со стороны антител на полисахаридную часть. Вакцины, эффективные для этой возрастной группы, создают путем конъюгации таких (бактериальных) полисахаридов или олигосахаридов (например, Н. influenzae) с белками, например дифтерийным анатоксином.

В настоящее время доступны конъюгатные полисахаридные вакцины против Н. influenzae типа b и определенных серотипов S.pneumoniae. Разрабатываются конъюгатные полисахаридные вакцины против других возбудителей, таких как менингококки, стрептококки группы В, Salmonella typhi и штаммы Shigella. Конъюгатные полисахаридные вакцины оказывают защитное действие, вызывая сильный гуморальный ответ на полисахаридную часть конъюгата.

Вакцины из синтезированных пептидов

Предпосылкой создания вакцин из синтетических пептидов является идея использования иммуногенных пептидов для вызывания иммунного ответа. Вакцины из синтетических пептидов создают на основе информации о последовательности аминокислот в белковом антигене, вызывающем защитный иммунный ответ. Теоретически вакцины из синтетических пептидов обладают преимуществом, поскольку пептиды высокой степени очистки можно производить в больших количествах, а их более простой антигенный состав обеспечивает защиту с гораздо меньшими побочными эффектами.

Общий подход заключается в идентификации потенциальных эпитопов в защитном белковом антигене с использованием различных алгоритмов, синтезе ряда пептидов с соответствующей последовательностью аминокислот и проверке их на иммунологическую активность. Одной из проблем, связанных с вакцинами из пептидов, является их слабая иммуногенность ввиду малой величины, что требует их конъюгации с белками-носителями. В настоящее время несколько вакцин из синтетических пептидов проходят клиническое исследование. Пептидная вакцина продемонстрировала свою перспективность в отношении вируса-возбудителя пузырчатки полости рта и конечностей, а также малярии.

Антиидиотипические вакцины

Антитела (идиотипы), индуцированные к специфическому эпитопу антигена, обладают антигенсвязывающим центром (антидетерминантой), соответствующим по структуре эпитопу. Если это антитело в свою очередь используется в качестве иммуногена для индуцирования антитела (антиидиотип), реагирующего с антигенсвязывающим центром идиотипа, антиидиотип может по структуре напоминать эпитоп. Эта структурная схожесть называется внутренним образом. Так как внутренний образ (антиидиотипическое антитело) напоминает антиидиотип и естественный антигенный эпитоп, его можно использовать в качестве иммуногена для индуцирования антител против естественного эпитопа (рис. 20.4). В настоящее время несколько антиидиотипических вакцин исследуются на предмет эффективности при лечении некоторых видов рака человека.

imyn156.jpg
Рис. 20.4. Антиидиотип (внутренний образ) иммуногена

Одним из примеров является иммуноген, состоящий из полученных у мышей антител, против моноклональных мышиных антител к поверхностному антигену вируса гепатита В. Иммунизация этими антиидиотипическими антителами, содержащими внутренний образ эпитопа на поверхностном антигене вируса гепатита В, индуцирует антитела к этому эпитопу. Антиидиотипические антитела можно использовать в тех случаях, когда токсическое действие определенных биологических токсинов препятствует их применению в качестве антигенов.

Вакцины на основе вируса-носителя

С помощью вектора можно ввести в живой вирус (такой как вирус вакцинии, аденовирус или вирус полиомиелита) ген другого организма, кодирующего нужный антиген. Конструкция с вирусом вакцинии размножается в организме, экспрессирует чужеродный антиген и таким образом служит вакциной к данному определенному антигену. Такой подход очень удобен, потому что этот вирус безопасен для организма (например, у индивидуума с нарушенным иммунитетом). Дополнительным преимуществом подобных вакцин является то, что они потенциально способны индуцировать к содержащемуся в них антигену как клеточно-опосредованный иммунитет, так и иммунитет, опосредованный антителами.

Вакцины на основе бактерии-носителя

Аттенуированные бактерии, например штаммы Salmonella typhi premium, Escherichia coli и бациллы Кальметта—Герена, могут также служить в качестве переносчиков гена патогена в попытке получить патогенспецифический ответ. Эти бактерии изменяют с помощью рекомбинантных технологий с включением чужеродных генов, которые могут экспрессировать антигены патогенных микроорганизмов и индуцировать иммунные ответы. В будущем Salmonella typhi premium может быть использована как кишечный патоген для иммунизации слизистых оболочек по отношению к чужеродным антигенам.

ДНК-вакцины

Вакцинация с помощью плазмиды, кодирующей последовательность ДНК для защитного антигена, связанного с сильным промотером млекопитающих, может вызвать иммунный ответ на белок.

Считается, что ДНК-вакцины позволяют микробному антигену экспрессироваться внутри клеток организма, которые захватывают плазмиду. Эти вакцины действуют путем производства необходимого антигена внутри клеток. Это является преимуществом, поскольку способствует презентации МНС. Другие преимущества ДНК-вакцин выражаются в отсутствии риска инфекции, большей по сравнению с белковыми вакцинами стабильности, и возможности доставки антигена в клетки, которые обычно не инфицируются патогеном, для лучшей модуляции иммунного ответа.

ДНК-вакцины могут быть полезны для иммунизации младенцев, еще имеющих материнские антитела. Возможность иммунизации против некоторых вирусных, бактериальных и протозойных инфекций с помощью ДНК-вакцин была продемонстрирована на лабораторных животных. В настоящее время некоторые ДНК-вакцины проходят тестирование на предмет пригодности для предотвращения и лечения малярии и инфекций, вызванных вирусом гепатита В и ВИЧ.

Однако никакие ДНК-вакцины в клинической практике не применяются. Опасение вызывает возможная способность ДНК-вакцин становиться мутагенными, интегрируя в ДНК организма. Однако первые результаты испытаний на человеке указывают на безопасность ДНК-вакцин. На сегодняшний день ДНК-вакцины продолжают быть объектом интенсивных экспериментальных исследований.

Анатоксины

Можно инактивировать токсины и получить непатогенные анатоксины, пригодные для вакцинации. Анатоксины представляют собой одни из первых и наиболее успешно применяемых вакцин. Использование анатоксинов, приготовленных из инактивированных столбнячных, ботулинических и дифтерийных токсинов, вызывает ответ со стороны антител, предотвращающих развитие болезни.

Анатоксины эффективны несмотря на тот факт, что естественные инфекции не всегда приводят к длительному иммунитету, вероятно, потому что количества вырабатываемого при инфекции токсина может быть недостаточно для получения сильного иммунного ответа. Таким образом, переболевший столбняком или дифтерией не обладает иммунитетом к повторному заболеванию, но вакцинация анатоксином обеспечивает ему полную защиту.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини
Похожие статьи
  • 23-07-2017 1575 0
    Гуморальный и клеточный иммунитет

    Существуют две ветви приобретенного иммунитета с разным составом участников и различным предназначением, но имеющие одну общую цель — устранение антигена. Как мы увидим в дальнейшем, эти две ветви взаимодействуют друг с другом, чтобы достичь конечной цели — устранения антигена.

    Иммунология и иммунитет
  • 29-07-2017 1219 2
    Взаимодействия антигенов с антителами

    Лабораторные методы исследования и экспериментальные системы, которые используют в научно-исследовательских и диагностических лабораториях. Некоторые из них связаны только с определением антител (например, серологические методы), в то время как в других применяют методы молекулярной биологии...

    Иммунология и иммунитет
  • 02-08-2017 1169 1
    Иммунология: комплемент

    Система комплемента, состоящая примерно из 30 белков, как циркулирующих, так и экспрессированных на мембране, является важной эффекторной ветвью как врожденного, так и опосредованного антителами приобретенного иммунного ответов. Термин «комлемент» появился в связи с тем, что этот чувствительный к по...

    Иммунология и иммунитет
показать еще