Антитіла (імуноглобуліни, Ig) — це глікопротеїни плазматичних мембран і плазми, синтезовані В-лімфоцитами та плазматичними клітинами, що специфічно зв’язують антигени та нейтралізують їх, беручи участь у гуморальній імунній відповіді.
Історія відкриття антитіл охоплює понад 130 років і тісно пов’язана з розвитком імунології та мікробіології.
1. Початок — концепція гуморального імунітету (кінець XIX ст.)
- 1890 — Еміль фон Бєрінг (Німеччина) та Шибасабуро Кіташато (Японія) вперше показали, що в сироватці крові тварин, імунізованих дифтерійним або правцевим токсином, з’являються «антитоксини», які нейтралізують токсин.
- Це був перший експериментальний доказ існування гуморальних факторів захисту.
- За цю роботу фон Бєрінг отримав першу Нобелівську премію з фізіології та медицини (1901).
2. Визначення природи антитіл (1900–1930-ті)
- Поль Ерліх (1900–1904) сформулював «теорію бокових ланцюгів»:
- Клітини мають рецептори («бокові ланцюги»), що специфічно зв’язують токсин.
- При зв’язуванні рецепторів клітина починає виробляти їх у надлишку та виділяти в кров — це і є антитіла.
- У 1920-х роках серологічні методи (аглютинація, преципітація, реакції комплементу) вже активно застосовували у діагностиці.
3. Доведення білкової природи антитіл (1930–1940-ві)
- 1939–1941 — Майкл Гейдельбергер та Освальд Авері довели, що антитіла є γ-глобулінами (білки сироватки крові).
- Використали методи хімічного аналізу та електрофорезу.
- Це стало основою для виділення антитіл у чистому вигляді.
4. Розкриття структури (1950–1970-ті)
- 1959 — Родні Портер розщепив антитіла ферментом папаїном, отримавши Fab і Fc фрагменти.
- 1962 — Джеральд Едельман встановив, що антитіло складається з двох важких і двох легких ланцюгів, з’єднаних дисульфідними містками.
- Портер і Едельман у 1972 році отримали Нобелівську премію за відкриття хімічної структури антитіл.
- У 1960-х також відкрито ізотипи IgG, IgA, IgM, IgE, IgD (IgE відкрив Ішизака у 1966 р.).
5. Генетична основа різноманіття (1970–1980-ті)
- 1976–1978 — Сусуму Тонегава довів, що гени антитіл формуються шляхом соматичної рекомбінації V(D)J-сегментів, а не кодуються в готовому вигляді в геномі.
- За це він отримав Нобелівську премію 1987.
- 1975 — Жорж Келер та Цезар Мільштейн створили технологію гібридом для одержання моноклональних антитіл (Нобель, 1984).
6. Сучасний етап (1990-ті — XXI ст.)
- 1990-ті: поява рекомбінантних антитіл та антитіл людини/людиноподібних (humanized antibodies).
- 2000-ні: розвиток антитіл-кон’югатів (ADC), біспецифічних антитіл, нанотіл (camelid antibodies).
- Сьогодні антитіла є основою не лише діагностики, а й цілеспрямованої імунотерапії (онкологія, аутоімунні, інфекційні хвороби).
1. Хімічна природа
- Клас: глікопротеїни (~82–96% білка, 4–18% вуглеводів).
- Молекулярна маса: 150–970 кДа (залежно від класу).
- Основні компоненти:
- 2 ідентичні легкі ланцюги (L-chain): κ або λ.
- 2 ідентичні важкі ланцюги (H-chain): μ, γ, α, δ, ε.
- Вуглеводні залишки — стабілізують структуру та впливають на функцію.
2. Молекулярна будова
- Домени: кожен ланцюг складається з варіабельного (V) та константного (C) доменів.
- V-домени містять гіпервариабельні ділянки (CDR1, CDR2, CDR3) — сайт зв’язування антигену.
- C-домени визначають клас антитіла та його ефекторні функції.
- Дисульфідні зв’язки:
- Між H-ланцюгами — з’єднують “стебло” Y-подібної молекули.
- Між H та L — фіксують Fab-фрагмент.
- Фрагменти:
- Fab (fragment antigen binding) — розпізнавання антигену.
- Fc (fragment crystallizable) — взаємодія з рецепторами FcγR, FcεR, активація комплементу.
- F(ab’)₂ — двовалентний антигензв’язувальний фрагмент.
- Гнучка шарнірна ділянка — між CH1 та CH2 доменами важких ланцюгів.
3. Класи та ізотипи
| Клас | Важкий ланцюг | Мол. маса | Секреторна форма | Основні функції |
|---|---|---|---|---|
| IgG | γ | ~150 кДа | Мономер | Opsonізація, нейтралізація токсинів і вірусів, активація комплементу (класичний шлях), трансплацентарний перенос (FcRn). |
| IgA | α | ~160–385 кДа | Мономер (сироватка), димер (секрети) | Захист слизових оболонок, нейтралізація патогенів без активації запалення, секреторний компонент захищає від протеолізу. |
| IgM | μ | ~970 кДа | Пентамер (з J-ланцюгом), мономер (на мембрані В-клітин) | Перше антитіло при первинній відповіді, сильна активація комплементу, аглютинація. |
| IgE | ε | ~190 кДа | Мономер | Алергічні реакції (IgE–FcεRI на тучних клітинах), захист від гельмінтів. |
| IgD | δ | ~185 кДа | Мономер | Рецептор на наївних В-лімфоцитах, участь у запуску В-клітинної активації. |
4. Біосинтез
- Антигеннезалежна стадія (кістковий мозок):
- Рекомбінація V(D)J сегментів генів Ig (задіяні RAG1/2 рекомбінази).
- Експресія мембранних форм IgM та IgD.
- Антигензалежна стадія (лімфатичні вузли, селезінка, слизові):
- Клональна активація В-клітин (T-залежна або T-незалежна).
- Соматична гіпермутація генів V-сегментів (фермент AID).
- Афінний відбір у гермінативних центрах.
- Класове переключення (class switch recombination, CSR) до IgG, IgA, IgE.
- Диференціація в плазматичні клітини та клітини пам’яті.
5. Функції
- Нейтралізація — зв’язування токсинів, вірусних частинок, бактеріальних адгезинів.
- Опсонізація — Fc-залежне підсилення фагоцитозу макрофагами та нейтрофілами.
- Активація комплементу (IgM, IgG1, IgG3) — класичний шлях.
- Антитілозалежна клітинна цитотоксичність (ADCC) — NK-клітини через FcγRIII.
- Імунна регуляція — через Fc-рецептори з інгібіторною функцією (FcγRIIB).
- Трансплацентарний захист — IgG через FcRn.
6. Афінність та авідність
- Афінність — сила взаємодії одного Fab-сайту з антигеном.
- Авідність — сумарна сила взаємодії всіх зв’язувальних ділянок антитіла.
- IgM має низьку афінність, але високу авідність через пентамерність.
7. Кінетика імунної відповіді
- Первинна відповідь:
- Латентний період: 5–7 діб.
- Домінує IgM → потім класове переключення.
- Вторинна відповідь:
- Латентний період: 1–3 доби.
- Швидкий ріст титру IgG (висока афінність).
- Довготривала пам’ять.
8. Клінічні аспекти
- Дефіцит Ig:
- Вроджений: агаммаглобулінемія Брутона (відсутність зрілих В-клітин).
- Набутий: після хіміотерапії, ВІЛ-інфекції.
- Гіперпродукція Ig:
- Мієлома, макроглобулінемія Вальденстрема.
- Аутоантитіла:
- Антинуклеарні (ANA), антимітохондріальні (AMA), анти-DNA (SLE).
- Терапевтичне використання:
- Поліклональні Ig (пасивна імунізація).
- Моноклональні антитіла (mAb) — діагностика, лікування онкопатологій, аутоімунних, інфекційних хвороб.
9. Ключові числові параметри
- Концентрація в плазмі:
- IgG: 7–16 г/л.
- IgA: 0,7–4,0 г/л.
- IgM: 0,4–2,3 г/л.
- IgE: 0–100 МО/мл.
- IgD: <0,05 г/л.
- Період напівжиття:
- IgG: 21–28 діб.
- IgA: 6–8 діб.
- IgM: 5–6 діб.
- IgE: 2–3 доби.
- IgD: 2–3 доби.
- Мінімальна ефективна концентрація для нейтралізації вірусів in vitro: 0,1–10 мкг/мл (залежно від патогену).
Таблиця взаємодії класів антитіл із Fc-рецепторами та клітинними ефектами. Дані узяті з сучасних імунологічних досліджень (переважно in vitro та ex vivo), з точними позначеннями рецепторів і механізмів.
Таблиця: Антитіла — Fc-рецептори — клітинні ефекти
| Клас антитіла | Fc-рецептор (підтип) | Афінність | Експресія на клітинах | Основні сигнальні шляхи | Ключові функції |
|---|---|---|---|---|---|
| IgG | FcγRI (CD64) | Висока | Макрофаги, моноцити, дендритні клітини, нейтрофіли | ITAM → Syk → PI3K/Akt, MAPK | Опсонізація, ADCP (антитілозалежний фагоцитоз), прозапальні цитокіни |
| FcγRIIA (CD32A) | Низька–середня | Нейтрофіли, макрофаги, тромбоцити | ITAM → Syk | Фагоцитоз, дегрануляція, тромбоцитарна активація | |
| FcγRIIB (CD32B) | Низька | B-лімфоцити, дендритні клітини, базофіли | ITIM → SHIP | Інгібіція активації В-клітин, негативний зворотний зв’язок | |
| FcγRIIIA (CD16A) | Середня | NK-клітини, макрофаги | ITAM → Syk | ADCC (антитілозалежна клітинна цитотоксичність), секреція IFN-γ | |
| FcγRIIIB (CD16B) | Низька | Нейтрофіли | GPI-зв’язаний, без сигналінгу | Захоплення імунних комплексів, транспорт | |
| IgA | FcαRI (CD89) | Середня | Нейтрофіли, моноцити, еозинофіли, макрофаги | ITAM (через FcRγ) | ADCP, дегрануляція, секреція супероксид-аніону |
| IgE | FcεRI | Висока | Тучні клітини, базофіли, еозинофіли | ITAM → Lyn/Fyn → Syk → PLCγ → Ca²⁺ | Дегрануляція (гістамін, триптаза), синтез лейкотрієнів, простагландинів |
| FcεRII (CD23) | Низька | B-лімфоцити, епітелій | Лектино-подібний механізм | Регуляція продукції IgE, транспорт IgE | |
| IgM | FcμR (TOSO) | Висока | B-лімфоцити, T-лімфоцити, NK-клітини | ITAM/ITIM залежно від клітини | Регуляція активації лімфоцитів, зв’язування пентамерного IgM |
| Fcα/μR | Середня | Фолікулярні дендритні клітини, макрофаги | Ендоцитоз через клатрин | Захоплення IgM та IgA імунних комплексів | |
| IgD | Специфічного Fc-рецептора немає | — | — | — | Переважно мембранна форма на В-клітинах |
Ключові ефектори за Fc-взаємодіями
- ADCP (Antibody-Dependent Cellular Phagocytosis) — FcγRI, FcγRIIA, FcαRI.
- ADCC (Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity) — FcγRIIIA (NK), FcαRI (нейтрофіли, моноцити).
- Комплемент-залежний цитоліз (CDC) — IgM, IgG1, IgG3 (через C1q, Fc-залежно).
- Інгібіція імунної відповіді — FcγRIIB (B-клітини).
- Алергічні реакції негайного типу — FcεRI (тучні клітини, базофіли).
Числові параметри афінності (KD, M) антитіл до Fc-рецепторів
(in vitro, 25°C):
- FcγRI ↔ IgG1: ~10⁻⁹ М (висока афінність).
- FcγRIIA ↔ IgG1: ~10⁻⁶–10⁻⁷ М.
- FcγRIIB ↔ IgG1: ~10⁻⁶ М.
- FcγRIIIA ↔ IgG1: ~10⁻⁷–10⁻⁸ М.
- FcεRI ↔ IgE: ~10⁻¹⁰ М (одна з найвищих у природі).
- FcαRI ↔ IgA: ~10⁻⁷ М.
Антитіла — це специфічні імуноглобуліни, що синтезуються плазматичними клітинами у відповідь на антигенну стимуляцію, мають чітку білкову структуру, здатні специфічно зв’язувати антиген та ініціювати механізми його нейтралізації й елімінації. Вони є ключовим ефекторним компонентом адаптивного імунітету, визначають імунологічну пам’ять і забезпечують захист організму від інфекцій, токсинів та пухлинних клітин.