Механизмы перекрестного иммунитета: роль похожих антигенов и клеток

Механизмы перекрестного иммунитета позволяют иммунной системе человека распознавать и бороться с новыми патогенами благодаря предшествующему контакту с похожими антигенами. Это явление основано на способности иммунных клеток и антител, созданных для одного возбудителя, частично реагировать на другой, структурно схожий микроорганизм. Понимание этих процессов важно для разработки вакцин, прогнозирования течения эпидемий и объяснения индивидуальных различий в восприимчивости к инфекциям.

Что такое перекрестный иммунитет и как он работает

Перекрестный иммунитет — это защитная реакция иммунной системы, при которой иммунитет, выработанный против одного возбудителя, частично эффективен против другого, родственного патогена. Основой этого явления служит сходство антигенов — молекул на поверхности микроорганизмов, которые распознаются иммунной системой. Когда антигены двух разных патогенов имеют общие участки, антитела и Т-лимфоциты, созданные для борьбы с первым возбудителем, могут связываться со вторым и запускать иммунный ответ.

Этот процесс происходит благодаря тому, что иммунные рецепторы (как у В-лимфоцитов, продуцирующих антитела, так и у Т-лимфоцитов) распознают не весь антиген целиком, а его отдельные фрагменты — эпитопы. Если у разных вирусов или бактерий есть схожие эпитопы, иммунная система может отреагировать на оба. Такой механизм объясняет, почему люди, переболевшие одним штаммом гриппа, иногда легче переносят заражение другим или почему контакт с коронавирусами, вызывающими обычную простуду, может давать частичную защиту от COVID-19.

Ключевую роль играют Т-лимфоциты и В-лимфоциты

В реализации перекрестного иммунитета участвуют два основных типа лимфоцитов: Т-клетки и В-клетки. Т-лимфоциты (Т-клетки) распознают фрагменты антигенов, представленные на поверхности инфицированных клеток. Если новый патоген имеет белки, похожие на те, против которых уже есть Т-клетки памяти, иммунный ответ развивается быстрее и эффективнее. Это может не предотвратить заражение полностью, но часто снижает тяжесть заболевания.

В-лимфоциты (В-клетки) производят антитела, которые связываются с конкретными антигенами. При перекрестном иммунитете антитела, созданные против одного патогена, могут также связываться со схожими антигенами другого. Однако такое связывание обычно менее прочное и эффективное, чем при специфическом иммунном ответе. Именно поэтому перекрестный иммунитет часто обеспечивает лишь частичную защиту, но даже она может быть критически важной для снижения вирусной нагрузки и контроля распространения инфекции.

Похожие антигены — молекулярная основа явления

Антигены — это любые молекулы, которые иммунная система распознает как чужеродные. У вирусов и бактерий это обычно белки на поверхности или внутри микроорганизма. Для возникновения перекрестного иммунитета необходимо, чтобы антигены разных возбудителей имели значительное структурное сходство в определенных областях. Это сходство может быть следствием эволюционного родства — например, у вирусов одного семейства часто сохраняются консервативные участки белков, которые мало меняются со временем.

Такие консервативные эпитопы являются мишенями для перекрестно-реактивных антител и Т-лимфоцитов. Например, у вирусов гриппа есть белок гемагглютинин, который постоянно мутирует, но отдельные его участки остаются относительно неизменными у разных штаммов. Иммунный ответ, направленный на эти консервативные участки, может обеспечивать защиту против широкого спектра вариантов вируса. Поиск и изучение таких универсальных эпитопов — ключевое направление в разработке вакцин широкого спектра действия.

Вот примеры патогенов, между которыми возможен перекрестный иммунитет благодаря антигенному сходству:

• Разные штаммы вируса гриппа типа A
• Коронавирусы (например, HCoV-OC43, SARS-CoV-2)
• Вирусы денге разных серотипов
• Поксвирусы (натуральная оспа и вирус коровьей оспы)

Как перекрестный иммунитет влияет на коллективное здоровье

Перекрестный иммунитет играет значительную роль в эпидемиологии инфекционных заболеваний, влияя на скорость и масштабы распространения инфекций в популяции. Когда значительная часть населения имеет иммунитет к антигенно схожим патогенам, это создает определенный уровень популяционного иммунитета даже против новых штаммов. Это может замедлять передачу инфекции и уменьшать интенсивность эпидемических вспышек.

Однако у этого явления есть и обратная сторона. В некоторых случаях предшествующий иммунитет к одному патогену может усугублять течение заболевания при заражении родственным возбудителем. Это явление известно как антителозависимое усиление инфекции. Оно наблюдается, например, при последовательном заражении разными серотипами вируса денге, когда антитела от предыдущей инфекции не нейтрализуют новый вирус, а облегчают его проникновение в клетки. Тем не менее, для большинства инфекций перекрестный иммунитет имеет защитный характер.

Таблица: Сравнение специфического и перекрестного иммунитета

Перекрестный иммунитет в контексте вакцинации

Явление перекрестного иммунитета имеет важные практические последствия для разработки и применения вакцин. Исторически именно перекрестный иммунитет лежал в основе первой вакцины: Эдвард Дженнер заметил, что заражение вирусом коровьей оспы защищает людей от натуральной оспы благодаря антигенному сходству этих вирусов. Современные исследования направлены на создание вакцин, которые целенаправленно вызывают перекрестно-реактивный иммунный ответ против целых семейств патогенов.

Например, ведутся работы по разработке универсальной вакцины против гриппа, которая была бы эффективна против многих штаммов и не требовала бы ежегодного обновления. Такая вакцина должна нацеливаться на консервативные, мало изменяющиеся участки вирусных белков, чтобы вызывать перекрестный иммунный ответ. Аналогичные подходы исследуются для коронавирусов и других быстро мутирующих вирусов. Понимание молекулярных механизмов перекрестного иммунитета является фундаментальной основой для этих разработок.

Список литературы

1. Ярилин А.А. Иммунология. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 752 с.
2. ВОЗ. Рекомендации по вакцинам против гриппа. — Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2019.
3. Janeway C.A., Travers P., Walport M., et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition. — New York: Garland Science, 2001.
4. Клинические рекомендации «Грипп у взрослых». — М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2021.
5. Abbas A.K., Lichtman A.H., Pillai S. Cellular and Molecular Immunology. 10th edition. — Elsevier, 2021.
6. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология. — М.: Мир, 2000. — 592 с.