Imunobiológia

Bunky a molekuly imunitného systému neustále v organizme patrolujú a pri kontakte s inými molekulami (voľnými alebo nadviazanými na bunky) aktívne rozpoznávajú, či ide o vlastné, cudzie alebo odcudzené (poškodené alebo nádorovým rastom, či pôsobením vírusov pozmenené vlastné) štruktúry. Tieto rozpoznané molekuly sa označujú ako antigény. Antigény sú teda molekulami, ktoré imunitný systém rozpoznáva a reaguje na ne. Za fyziologických podmienok imunitný systém na cudzie alebo odcudzené antigény odpovedá imunitnou odpoveďou, kým vlastné antigény toleruje (nereaguje na ich prítomnosť). Za patologických podmienok môžu imunitnú odpoveď navodiť aj niektoré vlastné antigény, ktoré sa potom nazývajú autoantigény a vyvolávajú autoimunitné alebo presnejšie autoagresívne reakcie. Imunitný systém niektorých jedincov môže na určitý antigén (označuje sa potom aj ako alergén) odpovedať nadmernou, čiže precitlivenou imunitnou odpoveďou, ktorá je príčinou alergických alebo hypersenzitívnych chorôb.

Antigény charakterizujeme na základe aktivity, t. j. schopnosti navodiť imunitnú odpoveď a špecifickým spôsobom reagovať s produktmi tejto odpovede. Takéto antigény sa označujú ako kompletné alebo imunogény. Majú potom dve základné vlastnosti:

a - imunogénnosť (schopnosť navodiť špecifickú imunitnú odpoveď, t. j. tvorbu protilátok)

b - antigénnosť alebo špecifickosť (schopnosť špecifickým spôsobom reagovať len s tými protilátkami a T lymfocytmi, ktorých tvorbu indukovali).

Tie antigény, ktoré disponujú len antigénnosťou (nemajú imunogénnosť) sa označujú ako nekompletné alebo haptény. Uvedené antigény nedokážu navodiť tvorbu protilátok, môžu len reagovať s takými protilátkami, ktorých tvorbu indukoval kompletný antigén, ktorého molekula mala vo funkcii epitopu tento haptén.

Termín antigén je teda všeobecnejším pojmom, zahŕňa v sebe aj imunogén aj haptén. V praxi sa však v uvedenom význame používa len málo, pod pojmom antigén sa zväčša rozumie imunogén. Existujú látky, ktoré keď sa podajú do organizmu spoločne s antigénom, zvyšujú jeho imunogénnosť, t. j. aplikujú sa vtedy, keď sa má zvýšiť imunitná odpoveď proti antigénu s malou imunogénnosťou alebo keď je antigénu málo. Tieto látky sa nazývajú adjuvanciá. V humánnej medicíne sa bežne ako adjuvancium využíva hydroxid hlinitý, prípadne síran hlinitý.

Kompletným antigénom nemôže byť ľubovoľná látka, ale iba látka majúca určité fyzikálne, chemické a biologické vlastnosti.

Z fyzikálnych vlastností ide predovšetkým o relatívnu molekulovú hmotnosť a rozpustnosť. Imunogény patria medzi makromolekulové látky a ich Mr je zvyčajne vyššia ako 5000 (niektorí autori udávajú hodnotu 10000). Podľa rozpustnosti sa antigény rozdeľujú na nerozpustné alebo korpuskulárne (mikroorganizmy, bunky a ich subcelulárne štruktúry) a rozpustné čiže koloidové antigény (najmä rôzne biopolyméry). Znižovaním rozpustnosti koloidových antigénov sa zvyčajne zvyšuje aj ich imunogénnosť, čo sa využíva pri imunizácii, keď sa rozpustné antigény vyzrážajú síranom hlinitodraselným.

Dôležitou chemickou vlastnosťou antigénov je komplexnosť ich molekuly. Okrem základnej makromolekulovej štruktúry (nosiča) musí molekula obsahovať dostatok rozpoznávacích miest, ktoré sa označujú ako antigénové determinanty alebo epitopy (obr. 1). Ak sa determinant (epitop) z nosiča odštiepi, stáva sa vlastne hapténom. Na druhej strane akákoľvek nízkomolekulová látka sa môže vo funkcii hapténu chemicky naviazať na vhodný nosič a môže plniť funkciu epitopu. Takýto polosyntetický komplex sa označuje ako konjugovaný antigén. Determinanty môžu byť v molekule antigénu neprerušované alebo prerušované. Neprerušované epitopy sú také, v ktorých jednotlivé jednotky (napr. aminokyseliny v proteínoch) nasledujú spojito za sebou podľa primárnej štruktúry reťazca biopolyméru. Preto sa označujú aj ako sekvenčné (lineárne) determinanty. Prerušované epitopy sú pri proteínových antigénoch vlastne konformačné determinanty, v ktorých jednotlivé aminokyselinové jednotky nemusia ísť postupne za sebou podľa primárnej sekvencie. Niekedy sa označujú aj ako spojené topografické determinanty. Tvoria ich úseky aminokyselín z rôznych miest lineárneho polypeptidového reťazca, ktoré sa pri vzniku sekundárnej a terciárnej štruktúry konečného priestorového usporiadania molekuly dostali do tesnej blízkosti. Sekvenčné determinanty sa môžu z nosiča odštiepiť a stať sa tak typickými hapténmi, kým konformačné determinanty sú väčšinou integrálnou súčasťou nosiča. Z chemického hľadiska môžu byť imunogénmi najmä rôzne biopolyméry (proteíny, polypeptidy a polysacharidy). Imunogénne môžu byť aj niektoré RNA a DNA, ale najmä ich komplexy s proteínmi (nukleoproteíny). Podobne funkciu imunogénov môžu mať aj niektoré fosfolipidy. Ostatné lipidy sú imunogénne vo forme komplexov s inými biopolymérmi (lipoproteíny, lipopolysacharidy). Okrem biopolymérov, ktoré sa nachádzajú v organizmoch, môžu byť dobrými imunogénmi aj mnohé syntetické a polosyntetické (konjugované) antigény.

Dôležitou chemickou vlastnosťou molekuly imunogénov je jej degradovateľnosť. Uplatňuje sa najmä pri proteínoch a glykoproteínoch, ktoré sa pred rozpoznaním imunokompetentnými lymfocytmi musia vopred procesovať (proteolyticky rozložiť) v bunkách prezentujúcich antigén (APC bunky - antigen presenting cells), t. j. tieto antigény potrebujú k aktivácii B lymfocytov spoluúčasť alebo „pomoc“ T lymfocytov, ktoré sú schopné rozpoznať APC bunky s rozloženým antigénom na ich povrchu. Antigény, ktoré sa pred rozpoznaním musia podrobiť takémuto procesovaniu, sa označujú ako T-závislé antigény (podstatou procesovania je enzýmová degradácia proteínovej molekuly na imunogénne fragmenty, ktoré sa spájajú s molekulami hlavného histokompatibilného systému do komplexov a tieto sa transportujú na povrch APC buniek, kde ich rozpoznávajú pomocné alebo cytotoxické T lymfocyty (kap. 6, 7). Existujú aj T-nezávislé antigény, ktoré sa nemusia pri navodení tvorby protilátok procesovať v APC bunkách, stimulujú priamo B lymfocyty (nevyžadujú „pomoc“ T lymfocytov, pretože sa viažu priamo so silnou afinitou na membránový receptor B lymfocytov a vyvolávajú ich priamu aktiváciu) a sú to zvyčajne polysacharidy alebo lipopolysacharidy.

Z biologických vlastností, ktoré sú dôležité pre funkciu imunogénu treba spomenúť predovšetkým cudzorodosť - genetickú a druhovú vzdialenosť. Čím je väčší fylogenetický rozdiel medzi organizmom, z ktorého antigén pochádza a organizmom, do ktorého vniká, tým je väčšia jeho imunogénnosť.

Antigény delíme podľa viacerých hľadísk. Podľa pôvodu sa antigény rozdeľujú na:

prirodzené - patria sem biopolyméry a ich komplexy, ktoré sa nachádzajú v prírode;

syntetické - polypeptidy, polysacharidy a niektoré polynukleotidy pripravené umelo v laboratóriu.

Podľa vzťahu k jedincovi sa antigény rozdeľujú na:

exogénne - pochádzajú z vonkajšieho prostredia. Sú to cudzie bunky, štruktúry buniek a molekuly. Exogénnymi antigénmi (exoantigénmi) sú pre človeka predovšetkým baktérie, vírusy, kvasinky, parazity, bunky, ďalej tkanivá a orgány od geneticky neidentického darcu.

endogénne - sú súčasťou vlastných buniek a tkanív. Označujú sa ako autológne antigény alebo autoantigény. Ide predovšetkým o krvné skupiny AB0 a Rh, ktorých zhodu musíme rešpektovať pri transfúzii krvi, ďalej histokompatibilné antigény, ktorých zhoda je nevyhnutná pri transplantáciách orgánov a tkanív a napokon diferenciačné antigény, pomocou ktorých sa odlišujú jednotlivé populácie a subpopulácie buniek. Uvedené antigény budú bližšie charakterizované v kap. 5 a 6.

Pri transplantácii tkanív a orgánov sa takisto vytvára vzťah medzi antigénmi darcu a príjemcu, z hľadiska ktorého rozlišujeme nasledovné antigény:

autológne - antigény vlastného organizmu (transplantácia sa uskutočňuje z jedného miesta na druhé u toho istého jedinca);

syngénne - antigény od geneticky identického jedinca (transplantácia medzi jednovaječnými dvojčatami alebo príslušníkmi inbrédnych kmeňov živočíchov);

alogénne - antigény od geneticky neidentického jedinca v rámci toho istého živočíšneho druhu (napr. transplantácia z človeka na človeka, z myši na myš);

xenogénne - pochádzajú z organizmu jedinca iného biologického druhu (transplantácia napr. obličiek šimpanza na človeka).

Najčastejšími antigénmi sú cudzorodé látky z vonkajšieho prostredia (exoantigény). Ako alergén sa označuje exoantigén, ktorý je schopný vyvolať u vnímavého jedinca patologickú (alergickú) imunitnú reakciu. Superantigén je exoantigénom (najčastejšie produkt infekčných mikroorganizmov), ktorý vyvolá nešpecifickú aktiváciu veľkého počtu lymfocytov nezávisle na ich antigénovej špecificite. Komplexné antigény s protilátkami a s fragmentami komplementu sa nazývajú imunokomplexy.