imunitatea adaptivă este definită de două caracteristici importante: specificitatea și memoria. Specificitatea se referă la capacitatea sistemului imunitar adaptiv de a viza agenți patogeni specifici, iar memoria se referă la capacitatea sa de a răspunde rapid la agenții patogeni la care a fost expus anterior. De exemplu, atunci când o persoană se recuperează de la varicela, organismul dezvoltă o amintire a infecției care o va proteja în mod specific de agentul cauzal, virusul varicelo-zoster, dacă este expus din nou la virus mai târziu.

Figura 1. Faceți clic pentru o imagine mai mare. Acest grafic ilustrează răspunsurile imune primare și secundare legate de producerea de anticorpi după o expunere inițială și secundară la un antigen. Observați că răspunsul secundar este mai rapid și oferă o concentrație mult mai mare de anticorpi.

specificitatea și memoria sunt obținute prin programarea esențială a anumitor celule implicate în răspunsul imun pentru a răspunde rapid la expunerile ulterioare ale agentului patogen. Această programare are loc ca urmare a primei expuneri la un agent patogen sau vaccin, care declanșează un răspuns primar. Expunerile ulterioare au ca rezultat un răspuns secundar care este mai rapid și mai puternic ca urmare a memoriei organismului cu privire la prima expunere (Figura 1). Cu toate acestea, acest răspuns secundar este specific agentului patogen în cauză. De exemplu, expunerea la un virus (de exemplu, virusul varicelo-zosterian) nu va oferi protecție împotriva altor boli virale (de exemplu, rujeola, oreionul sau poliomielita).

imunitatea specifică adaptivă implică acțiunile a două tipuri de celule distincte: limfocitele B (celulele B) și limfocitele T (celulele T). Deși celulele B și celulele T provin dintr-o cale comună de diferențiere a celulelor stem hematopoietice (vezi Figura 1 în apărarea celulară), locurile lor de maturare și rolurile lor în imunitatea adaptivă sunt foarte diferite.

celulele B se maturizează în măduva osoasă și sunt responsabile pentru producerea de glicoproteine numite anticorpi sau imunoglobuline. Anticorpii sunt implicați în apărarea organismului împotriva agenților patogeni și a toxinelor din mediul extracelular. Mecanismele de imunitate specifică adaptivă care implică celulele B și producția de anticorpi sunt denumite imunitate umorală. Maturarea celulelor T are loc în timus. Celulele T funcționează ca orchestrator central al răspunsurilor imune înnăscute și adaptive. Ele sunt, de asemenea, responsabile pentru distrugerea celulelor infectate cu agenți patogeni intracelulari. Direcționarea și distrugerea agenților patogeni intracelulari de către celulele T se numește imunitate mediată celular sau imunitate celulară.

antigene

activarea sistemului imunitar adaptiv de apărare este declanșată de structuri moleculare specifice agentului patogen numite antigene. Antigenele sunt similare cu modelele moleculare asociate agentului patogen (PAMPs) discutate în recunoașterea agentului patogen și fagocitoză; cu toate acestea, în timp ce PAMPs sunt structuri moleculare găsite pe numeroși agenți patogeni, antigenele sunt unice pentru un agent patogen specific. Antigenele care stimulează imunitatea adaptivă la varicela, de exemplu, sunt unice pentru virusul varicelo-zoster, dar semnificativ diferite de antigenele asociate cu alți agenți patogeni virali.

termenul antigen a fost folosit inițial pentru a descrie moleculele care stimulează producerea de anticorpi; de fapt, termenul provine dintr-o combinație a cuvintelor anticorp și generator, iar o moleculă care stimulează producția de anticorpi se spune că este antigenică. Cu toate acestea, rolul antigenilor nu se limitează la imunitatea umorală și la producerea de anticorpi; antigenii joacă, de asemenea, un rol esențial în stimularea imunității celulare și, din acest motiv, antigenii sunt uneori mai exact denumiți imunogeni. Cu toate acestea, în acest text, ne vom referi de obicei la ei ca antigeni.

agenții patogeni posedă o varietate de structuri care pot conține antigeni. De exemplu, antigenele din celulele bacteriene pot fi asociate cu capsulele, pereții celulari, fimbriile, flagelul sau pili. Antigenele bacteriene pot fi, de asemenea, asociate cu toxinele extracelulare și enzimele pe care le secretă. Virușii posedă o varietate de antigene asociate cu capsidele, plicurile și structurile spike pe care le folosesc pentru atașarea la celule.

Figura 2. Un antigen este o macromoleculă care reacționează cu componentele sistemului imunitar. Un antigen dat poate conține mai multe motive care sunt recunoscute de celulele imune.

antigenii pot aparține oricărui număr de clase moleculare, inclusiv carbohidrați, lipide, acizi nucleici, proteine și combinații ale acestor molecule. Antigenii din diferite clase variază în ceea ce privește capacitatea lor de a stimula apărarea imună adaptivă, precum și în tipul de răspuns pe care îl stimulează (umoral sau celular). Complexitatea structurală a unei molecule antigenice este un factor important în potențialul său antigenic. În general, moleculele mai complexe sunt mai eficiente ca antigene. De exemplu, structura complexă tridimensională a proteinelor le face cele mai eficiente și mai puternice antigene, capabile să stimuleze atât imunitatea umorală, cât și cea celulară. În comparație, carbohidrații sunt mai puțin complexi în structură și, prin urmare, mai puțin eficienți ca antigeni; ele pot stimula doar apărarea imună umorală. Lipidele și acizii nucleici sunt cele mai puțin antigenice molecule și, în unele cazuri, pot deveni antigenice numai atunci când sunt combinate cu proteine sau carbohidrați pentru a forma glicolipide, lipoproteine sau nucleoproteine.

figurat 3. Un antigen proteic tipic are epitopi multipli, demonstrat de capacitatea a trei anticorpi diferiți de a se lega de epitopi diferiți ai aceluiași antigen.

un motiv pentru care complexitatea tridimensională a antigenelor este atât de importantă este că anticorpii și celulele T nu recunosc și interacționează cu un antigen întreg, ci cu regiuni mai mici expuse pe suprafața antigenelor numite epitopi. Un singur antigen poate avea mai mulți epitopi diferiți (Figura 2), iar diferiți anticorpi se pot lega de diferiți epitopi de pe același antigen (Figura 3). De exemplu, flagelul bacterian este o structură proteică mare, complexă, care poate poseda sute sau chiar mii de epitopi cu structuri tridimensionale unice. Mai mult, flagelii din diferite specii bacteriene (sau chiar tulpini ale aceleiași specii) conțin epitopi unici care pot fi legați numai de anticorpi specifici.

dimensiunea unui antigen este un alt factor important în potențialul său antigenic. În timp ce structurile antigenice mari, cum ar fi flagelii, posedă epitopi multipli, unele molecule sunt prea mici pentru a fi antigenice singure. Astfel de molecule, numite hapteni, sunt în esență epitopi liberi care nu fac parte din structura tridimensională complexă a unui antigen mai mare. Pentru ca un hapten să devină antigenic, trebuie mai întâi să se atașeze de o moleculă purtătoare mai mare (de obicei o proteină) pentru a produce un antigen conjugat. Anticorpii specifici haptenului produși ca răspuns la antigenul conjugat sunt apoi capabili să interacționeze cu moleculele de hapten liber neconjugate. Haptenii nu sunt cunoscuți ca fiind asociați cu agenți patogeni specifici, dar sunt responsabili pentru unele răspunsuri alergice. De exemplu, hapten urushiol, o moleculă Găsită în uleiul plantelor care provoacă iedera otrăvitoare, provoacă un răspuns imun care poate duce la o erupție cutanată severă (numită dermatită de contact). În mod similar, penicilina hapten poate provoca reacții alergice la medicamentele din clasa penicilinei.

anticorpi

anticorpii (numiți și imunoglobuline) sunt glicoproteine care sunt prezente atât în sânge, cât și în fluidele tisulare. Structura de bază a unui monomer de anticorpi constă din patru lanțuri proteice ținute împreună de legături disulfidice (Figura 4). O legătură disulfură este o legătură covalentă între grupările sulfhidril r găsite pe doi aminoacizi cisteină. Cele mai mari două lanțuri sunt identice între ele și se numesc lanțuri grele. Cele două lanțuri mai mici sunt, de asemenea, identice între ele și se numesc lanțuri ușoare. Unite împreună, lanțurile grele și ușoare formează o structură de bază în formă de Y.

Figura 4. (a) structura tipică cu patru lanțuri a unui monomer generic de anticorpi. (b) structura tridimensională corespunzătoare a anticorpului IgG. (credit b: modificarea lucrării de Tim Vickers)

cele două „brațe” ale moleculei de anticorp în formă de Y sunt cunoscute sub numele de regiunea Fab, pentru ” fragment de legare a antigenului.”Capătul îndepărtat al regiunii Fab este regiunea variabilă, care servește ca loc de legare a antigenului. Secvența de aminoacizi din regiunea variabilă dictează structura tridimensională și, astfel, epitopul tridimensional specific la care regiunea Fab este capabilă să se lege. Deși specificitatea epitopului regiunilor Fab este identică pentru fiecare braț al unei singure molecule de anticorp, această regiune prezintă un grad ridicat de variabilitate între anticorpii cu specificități diferite ale epitopului. Legarea la regiunea Fab este necesară pentru neutralizarea agenților patogeni, aglutinarea sau agregarea agenților patogeni și citotoxicitatea mediată de celule dependente de anticorpi.

Regiunea constantă a moleculei de anticorp include trunchiul Y și porțiunea inferioară a fiecărui braț al Y. trunchiul Y este numit și regiunea Fc, pentru „fragment de cristalizare” și este locul de legare a factorului complementului și legarea la celulele fagocitare în timpul opsonizării mediate de anticorpi.

clase de anticorpi

Regiunea constantă a unei molecule de anticorp determină clasa sau izotipul acesteia. Cele cinci clase de anticorpi sunt IgG, IgM, IgA, IgD și IgE. Fiecare clasă are unic lanțuri grele desemnate prin litere grecești γ, μ, α, δ și ε, respectiv. Clasele de anticorpi prezintă, de asemenea, diferențe importante în abundență în ser, aranjament, locuri de acțiune ale corpului, roluri funcționale și dimensiune (Tabelul 1).IgG este un monomer care este de departe cel mai abundent anticorp din sângele uman, reprezentând aproximativ 80% din anticorpul seric total. IgG pătrunde eficient în spațiile tisulare și este singura clasă de anticorpi cu capacitatea de a traversa bariera placentară, oferind imunitate pasivă fătului în curs de dezvoltare în timpul sarcinii. IgG este, de asemenea, cea mai versatilă clasă de anticorpi în ceea ce privește rolul său în apărarea organismului împotriva agenților patogeni.

IgM este inițial produs într-o formă monomerică legată de membrană care servește ca receptor de legare a antigenului pe celulele B. Forma secretată de IgM se asamblează într-un pentamer cu cinci monomeri de IgM legați împreună de o structură proteică numită lanțul J. Deși localizarea lanțului J în raport cu regiunile Fc ale celor cinci monomeri împiedică IgM să îndeplinească unele dintre funcțiile IgG, cele zece site-uri Fab disponibile asociate cu un IgM pentameric îl fac un anticorp important în arsenalul de apărare al organismului. IgM este primul anticorp produs și secretat de celulele B în timpul răspunsurilor imune primare și secundare, făcând IgM specific agentului patogen un marker de diagnostic valoros în timpul infecțiilor active sau recente.IgA reprezintă aproximativ 13% din totalul anticorpilor serici, iar IgA secretorie este cea mai frecventă și abundentă clasă de anticorpi Găsită în secrețiile de mucus care protejează membranele mucoase. IgA poate fi găsit și în alte secreții, cum ar fi laptele matern, lacrimile și saliva. IgA secretor este asamblat într-o formă dimerică cu doi monomeri uniți de o structură proteică numită componentă secretoare. Una dintre funcțiile importante ale IgA secretoare este de a prinde agenții patogeni în mucus, astfel încât aceștia să poată fi ulterior eliminați din organism.Similar cu IgM, IgD este un monomer legat de membrană care se găsește pe suprafața celulelor B, unde servește ca receptor de legare a antigenului. Cu toate acestea, IgD nu este secretat de celulele B și numai cantități de urme sunt detectate în ser. Aceste urme provin cel mai probabil din degradarea celulelor B vechi și eliberarea moleculelor IgD din membranele lor citoplasmatice.

IgE este cea mai puțin abundentă clasă de anticorpi din ser. La fel ca IgG, este secretat ca monomer, dar rolul său în imunitatea adaptivă este limitat la apărarea antiparazitară. Regiunea Fc a IgE se leagă de bazofile și mastocite. Regiunea Fab a IgE legată interacționează apoi cu epitopi antigeni specifici, determinând celulele să elibereze mediatori pro-inflamatori puternici. Reacția inflamatorie rezultată din activarea mastocitelor și bazofilelor ajută la apărarea împotriva paraziților, dar această reacție este, de asemenea, esențială pentru reacțiile alergice (vezi boli ale sistemului imunitar).

Tabelul 1. The Five Immunoglobulin (Ig) Classes
	IgG monomer	IgM pentameter	Secretory IgA dimer	IgD monomer	IgE monomer
Structure
Heavy Chains	γ	μ	α	δ	ε
Number of antigen binding sites	2	10	4	2	2
Molecular weight (Daltons)	150,000	900,000	385,000	180,000	200,000
Percentage of total antibody in serum	80%	6%	13% (monomer)	< 1%	< 1%
Crosses placenta	yes	no	no	no	no
Fixes complement	yes	yes	no	no	no
Fc binds to	phagocytes				mast cells and basophils
Function	Neutralization, agglutination, complement activation, opsonization, and citotoxicitate mediată celular dependentă de anticorpi.neutralizarea, aglutinarea și activarea complementului. Forma monomerului servește ca receptor al celulelor B.	neutralizarea și captarea agenților patogeni în mucus.	receptor de celule B.	activarea bazofilelor și mastocitelor împotriva paraziților și alergenilor.

interacțiuni Antigen-anticorp

diferite clase de anticorpi joacă roluri importante în apărarea organismului împotriva agenților patogeni. Aceste funcții includ neutralizarea agenților patogeni, opsonizarea pentru fagocitoză, aglutinare, activarea complementului și citotoxicitatea mediată de celule dependente de anticorpi. Pentru majoritatea acestor funcții, anticorpii oferă, de asemenea, o legătură importantă între imunitatea specifică adaptivă și imunitatea nespecifică înnăscută.

neutralizarea implică legarea anumitor anticorpi (IgG, IgM sau IgA) la epitopi de pe suprafața agenților patogeni sau a toxinelor, împiedicând atașarea lor la celule. De exemplu, IgA secretorie se poate lega de agenți patogeni specifici și poate bloca atașarea inițială la celulele mucoasei intestinale. În mod similar, anticorpii specifici se pot lega de anumite toxine, blocându-le să se atașeze de celulele țintă și astfel neutralizând efectele lor toxice. Virușii pot fi neutralizați și împiedicați să infecteze o celulă prin același mecanism (Figura 5).

Figura 5. Neutralizarea implică legarea anticorpilor specifici de antigene găsite pe bacterii, viruși și toxine, împiedicându-le să se atașeze de celulele țintă.așa cum este descris în apărarea chimică, opsonizarea este acoperirea unui agent patogen cu molecule, cum ar fi factorii complementari, proteina C reactivă și amiloidul seric A, pentru a ajuta la legarea fagocitelor pentru a facilita fagocitoza. Anticorpii IgG servesc, de asemenea, ca opsonine excelente, legând site-urile lor Fab de epitopi specifici de pe suprafața agenților patogeni. Celulele fagocitare, cum ar fi macrofagele, celulele dendritice și neutrofilele, au receptori pe suprafețele lor care recunosc și se leagă de porțiunea Fc a moleculelor IgG; astfel, IgG ajută astfel de fagocite să se atașeze și să înghită agenții patogeni pe care i-au legat (Figura 6).

Figura 6. Anticorpii servesc ca opsonine și inhibă infecția prin etichetarea agenților patogeni pentru distrugerea de către macrofage, celule dendritice și neutrofile. Aceste celule fagocitare utilizează receptorii Fc pentru a se lega de agenții patogeni Opsonizați IgG și inițiază prima etapă de atașare înainte de fagocitoză.

Figura 7. Anticorpii, în special anticorpii IgM, aglutinează bacteriile prin legarea la epitopi pe două sau mai multe bacterii simultan. Când sunt prezenți mai mulți agenți patogeni și anticorpi, se formează agregate atunci când locurile de legare ale anticorpilor se leagă de agenți patogeni separați.

aglutinarea sau agregarea implică reticularea agenților patogeni de către anticorpi pentru a crea agregate mari (Figura 7). IgG are două situsuri de legare a antigenului Fab, care se pot lega de două celule patogene separate, aglomerându-le împreună. Atunci când sunt implicați mai mulți anticorpi IgG, se pot dezvolta agregate mari; aceste agregate sunt mai ușor pentru rinichi și splină să filtreze din sânge și mai ușor pentru fagocite să ingereze pentru distrugere. Structura pentamerică a IgM oferă zece situsuri de legare Fab pe moleculă, făcându-l cel mai eficient anticorp pentru aglutinare.

o altă funcție importantă a anticorpilor este activarea cascadei complementului. Așa cum s-a discutat în capitolul precedent, sistemul complementar este o componentă importantă a apărărilor înnăscute, promovând răspunsul inflamator, recrutând fagocite la locul infecției, sporind fagocitoza prin opsonizare și ucigând agenții patogeni bacterieni gram-negativi cu complexul de atac cu membrană (MAC). Activarea complementului poate avea loc prin trei căi diferite (vezi Figura 2 în apărarea chimică), dar cea mai eficientă este calea clasică, care necesită legarea inițială a anticorpilor IgG sau IgM de suprafața unei celule patogene, permițând recrutarea și activarea complexului C1.o altă funcție importantă a anticorpilor este citotoxicitatea mediată celular dependentă de anticorpi (ADCC), care sporește uciderea agenților patogeni care sunt prea mari pentru a fi fagocitați. Acest proces este cel mai bine caracterizat pentru celulele ucigașe naturale (celule NK), așa cum se arată în Figura 8, dar poate implica și macrofage și eozinofile. ADCC apare atunci când regiunea Fab a unui anticorp IgG se leagă de un agent patogen mare; receptorii Fc de pe celulele efectoare (de exemplu, celulele NK) se leagă apoi de regiunea Fc a anticorpului, aducându-i în imediata apropiere cu agentul patogen țintă. Celula efectoare secretă apoi citotoxine puternice (de exemplu, perforină și granzime) care ucid agentul patogen.

figura 8. În acest exemplu de ADCC, anticorpii se leagă de o celulă patogenă mare care este prea mare pentru fagocitoză și apoi se leagă de receptorii Fc de pe membrana unei celule ucigașe naturale. Această interacțiune aduce celula NK în imediata apropiere, unde poate ucide agentul patogen prin eliberarea de citotoxine extracelulare letale.

gândiți-vă la asta

• unde se găsește în mod normal IgA?
• ce clasă de anticorpi traversează placenta, oferind protecție fătului?
• comparați mecanismele de opsonizare și citotoxicitate mediată de celule dependente de anticorpi.

concepte cheie și rezumat

• imunitatea adaptivă este o apărare dobândită împotriva agenților patogeni străini care se caracterizează prin specificitate și memorie. Prima expunere la un antigen stimulează un răspuns primar, iar expunerile ulterioare stimulează un răspuns secundar mai rapid și puternic.
• imunitatea adaptivă este un sistem dual care implică imunitate umorală (anticorpi produși de celulele B) și imunitate celulară (celule T îndreptate împotriva agenților patogeni intracelulari).
• antigenele, numite și imunogene, sunt molecule care activează imunitatea adaptivă. Un singur antigen posedă epitopi mai mici, fiecare capabil să inducă un răspuns imun adaptiv specific.
• capacitatea unui antigen de a stimula un răspuns imun depinde de mai mulți factori, inclusiv clasa sa moleculară, complexitatea moleculară și dimensiunea.
• anticorpii (imunoglobulinele) sunt glicoproteine în formă de Y cu două situsuri Fab pentru antigene de legare și o porțiune Fc implicată în activarea și opsonizarea complementului.cele cinci clase de anticorpi sunt IgM, IgG, IgA, IgE și IgD, fiecare diferind ca mărime, aranjament, locație în organism și funcție. Cele cinci funcții principale ale anticorpilor sunt neutralizarea, opsonizarea, aglutinarea, activarea complementului și citotoxicitatea mediată de celule dependente de anticorpi (ADCC).

cu alegere multiplă

anticorpii sunt produși de ________.

1. celule plasmatice
2. celule T
3. măduvă osoasă
4. celule B

arată răspunsul

răspunsul a. anticorpii sunt produși de celulele plasmatice.

imunitatea adaptivă celulară se realizează prin ________.

1. celule B
2. celule T
3. măduvă osoasă
4. neutrofile

arată răspunsul

răspuns b. imunitatea adaptivă celulară este efectuată de celulele T.

o singură moleculă de antigen poate fi compusă din mai multe_________.

1. receptori de celule T
2. receptori de celule B
3. MHC II
4. epitopi

arată răspunsul

răspuns d. o singură moleculă de antigen poate fi compus din mai multe epitopi individuale.

care clasă de molecule este cea mai antigenică?

1. polizaharide
2. lipide
3. proteine
4. carbohidrați

arată răspunsul

răspuns c. proteinele sunt cele mai antigenice.

potrivire

potriviți clasa de anticorpi cu descrierea acesteia.

___IgA	A. Această clasă de anticorpi este singura care poate traversa placenta.
___IgD	B. Această clasă de anticorpi este prima care apare după activarea celulelor B.
___IgE	C. Această clasă de anticorpi este implicată în apărarea împotriva infecțiilor parazitare și implicată în răspunsurile alergice.
___IgG	D. Această clasă de anticorpi se găsește în cantități foarte mari în secrețiile de mucus.
___IgM	E. Această clasă de anticorpi nu este secretată de celulele B, ci este exprimată pe suprafața celulelor B na.

arată răspunsul

1. (d) IgA: Această clasă de anticorpi se găsește în cantități foarte mari în secrețiile de mucus.
2. (E) IgD: această clasă de anticorpi nu este secretată de celulele B, ci este exprimată pe suprafața celulelor B na.
3. (c) IgE: această clasă de anticorpi este implicată în apărarea împotriva infecțiilor parazitare și implicată în răspunsurile alergice.
4. (a) IgG: această clasă de anticorpi este singura care poate traversa placenta.
5. (b) IgM: această clasă de anticorpi este prima care apare după activarea celulelor B.

completați martorul

există două aspecte extrem de importante ale imunității adaptive. Primul este specificitatea, în timp ce al doilea este ________.

arată răspunsul

există două aspecte extrem de importante ale imunității adaptive. Primul este specificitatea, în timp ce al doilea este memoria.

________ imunitatea implică producerea de molecule de anticorpi care se leagă de antigeni specifici.

arată răspunsul

imunitatea umorală implică producerea de molecule de anticorpi care se leagă de antigene specifice.

lanțurile grele ale unei molecule de anticorp conțin ________ segmente de regiune, care ajută la determinarea clasei sau izotipului acesteia.

arată răspunsul

lanțurile grele ale unei molecule de anticorp conțin segmente de regiune constante, care ajută la determinarea clasei sau izotipului acesteia.

regiunile variabile ale lanțurilor grele și ușoare formează ________ Site-urile unui anticorp.

arată răspunsul

regiunile variabile ale lanțurilor grele și ușoare formează locurile de legare a antigenului unui anticorp.

gândiți-vă la asta

1. care este diferența dintre imunitatea adaptivă umorală și celulară?
2. care este diferența dintre un antigen și un hapten?
3. descrieți mecanismul citotoxicității mediate celular dependente de anticorpi.