Immunoglobuliny (przeciwciała)

Immunoglobuliny (przeciwciała) są najważniejszymi białkami swoistej odpowiedzi odpornościowej, a ich zadaniem jest ochrona organizmu przed zagrożeniem m. in. ze strony mikroorganizmów. Niedobór lub nadmiar przeciwciał może być oznaką różnych patologii, dlatego ich oznaczanie we krwi stanowi ważny element rozpoznania wielu chorób. Ponadto postęp nauk biomedycznych umożliwił na wykorzystanie syntetycznych przeciwciał w terapii niektórych chorób.

Spis treści

1. Immunoglobuliny (przeciwciała) - rodzaje i budowa
2. Immunoglobuliny (przeciwciała) - rola w organizmie
3. Immunoglobuliny (przeciwciała) - pamięć immunologiczna
4. Immunoglobuliny (przeciwciała) - zmienność antygenowa przeciwciał
5. Immunoglobuliny (przeciwciała) - szczepionki
6. Immunoglobuliny (przeciwciała) - konflikt serologiczny
7. Immunoglobuliny (przeciwciała) - badanie
8. Immunoglobuliny (przeciwciała) - normy
9. Immunoglobuliny (przeciwciała) - wyniki i ich interpretacja
10. Immunoglobuliny (przeciwciała) - co oznacza podwyższony poziom przeciwciał?
11. Immunoglobuliny (przeciwciała) - co oznacza obniżony poziom przeciwciał?
12. Immunoglobuliny (przeciwciała) - zastosowanie w diagnostyce laboratoryjnej
13. Immunoglobuliny (przeciwciała) - zastosowanie w terapii

Immunoglobuliny, inaczej przeciwciała lub gammaglobuliny, są białkami odpornościowym wytwarzanymi przez komórki układu odpornościowego – komórki plazmatyczne, które są rodzajem limfocytów B.

Przeciwciała występują w płynach ustrojowych wszystkich kręgowców i są wytwarzane pod wpływem kontaktu z cząsteczkami chemicznymi (antygenami), np. bakteriami, wirusami, a w niektórych przypadkach nawet po kontakcie z własnymi tkankami (tzw. autoantygeny).

Przeciwciała są elementem humoralnej odpowiedzi odpornościowej i działają bardzo swoiście, gdyż są skierowane zawsze przeciwko konkretnemu antygenowi.

Nazwa „humoralny” pochodzi od teorii humoralnej, która była powszechna w medycynie w czasach starożytnych i zakładała występowanie w organizmie człowieka płynów ciała (humorów). Choć teoria ta została dawno obalona, to pewne jej sformułowania znajdują jeszcze zastosowanie w terminologii medycznej.

Na humoralną odpowiedź odpornościową składają się limfocyty B (w tym komórki plazmatyczne) i wytwarzane przez nie przeciwciała. Wyrażenie humoralny nawiązuje do tego, że elementy układu odpornościowego ją obejmujące znajdują się w płynach (humorach) ustrojowych jak limfa, czy osocze.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - rodzaje i budowa

Przeciwciała mają kształt litery „Y” i składają się z dwóch par łańcuchów białkowych – lekkiego i ciężkiego, które połączone są ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi. Na podstawie różnić w budowie łańcuchów ciężkich wyróżniono kilka klas (typów) przeciwciał:

• immunoglobuliny typu A (IgA) - (łańcuch ciężki alfa) jest przeciwciałem, które jest głównie wydzielana przez błony śluzowe, np. jelita, drogi oddechowe oraz wydzieliny np. ślinę, zapewniając miejscową odporność humoralną
• immunoglobuliny typu D (IgD) - (łańcuch ciężki delta) jest najmniej poznanym przeciwciałem i stanowi do 1 proc. wszystkich przeciwciał we krwi
• immunoglobuliny typu E (IgE) - (łańcuch ciężki epsilon) stanowi zaledwie 0,002 proc. wszystkich przeciwciał we krwi i posiada unikatową właściwość aktywowania komórek tucznych i bazofili, prowadząc do uwolnienia przez nie m. in. histaminy
• immunoglobuliny typu G (IgG) - (łańcuch ciężki gamma) są najliczniejszymi (80 proc. wszystkich przeciwciał) oraz najtrwalszymi przeciwciałami w organizmie, gdyż mogą utrzymywać się we krwi nawet kilkadziesiąt lat po kontakcie z antygenem
• immunoglobuliny typu M (IgM) - (łańcuch ciężki mi) są produkowane jako pierwsze w trakcie odpowiedzi odpornościowej, są mniej trwałe i stopniowo zastępowane przez przeciwciała IgG

Większość przeciwciał (IgG, IgD, IgE) występuje w formie pojedynczej cząsteczki „Y” (monomeru). Wyjątkiem jest przeciwciało IgA, które występuje w formie podwójnej (dimeru) oraz przeciwciało IgM tworzące kształt tzw. płatka śniegów (pentamer).

Przeciwciała w regionie łańcuchów lekkich i ciężkich posiadają region zmienny, który jest określoną sekwencją aminokwasów pasującą niemal idealnie do sekwencji znajdującej się na antygenie. Region ten nazywa się paratopem i jest on odpowiedzialny za swoistość każdego przeciwciała w wiązaniu się z antygenem.

W konsekwencji każde przeciwciało pasuje na zasadzie klucza i zamka do antygenu, a łącząc się ze sobą tworzą tzw. kompleks immunologiczny. Należy jednak pamiętać, że przeciwciała mimo wszystko wykazują elastyczność w łączeniu się z różnymi antygenami, co oznacza, że można je dopasować do różnych antygenów, czego następstwem mogą być reakcje krzyżowe. Zjawisko to jest obserwowane bardzo często w alergiach.

• ALERGIA KRZYŻOWA - objawy. Tabela alergenów krzyżowych

Immunoglobuliny (przeciwciała) - rola w organizmie

Rolą wszystkich przeciwciał w organizmie jest udział w reakcjach odpornościowych. Przeciwciała mają zdolność tworzenia kompleksów immunologicznych z cząsteczkami antygenu oraz aktywacji układu dopełniacza i stanu zapalnego. Ma to na celu neutralizację antygenu i bezpieczne usuniecie go z organizmu.

Ze względu na zróżnicowane właściwości biochemiczne, różne klasy przeciwciał mogą pełnić wyspecjalizowane funkcje:

• unieszkodliwiać pasożyty (IgE)
• unieszkodliwiać mikroorganizmy (IgM, IgG)
• chronić przed ponownym zachorowaniem np. na świnkę (IgG)
• chronić błony śluzowe mikroorganizmami i alergenami (IgA)
• uczestniczyć w dojrzewaniu i rozwoju limfocytów (IgD)
• nadawać odporność płodowi (IgG) i noworodkowi (IgA)

Immunoglobuliny (przeciwciała) - pamięć immunologiczna

W odpowiedzi odpornościowej wyróżnia się odpowiedź pierwotną i wtórną. Pierwotna odpowiedź immunologiczna rozwija się w momencie pierwszego kontaktu z antygenem, wtedy organizm wytwarza przede wszystkim przeciwciał IgM, które stopniowo są zastępowane przez bardziej swoiste i trwalsze przeciwciała IgG.Natomiast wtórna odpowiedź immunologiczna powstaje przy ponownym kontakcie z tym samym antygenem. Jest ona intensywniejsza niż odpowiedź pierwotna, a stężanie przeciwciał osiąga wyższe poziomy niż w odpowiedzi pierwotnej.Tak efektywna odpowiedź wtórna wynika tzw. pamięci immunologicznej i obecności limfocytów B pamięci. Takie komórki żyją w organizmie latami i w momencie zetknięcia ponowie z antygenem zaczynają bardzo intensywnie się dzielić i wytwarzać swoiste przeciwciała.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - zmienność antygenowa przeciwciał

Jednym z najbardziej fascynujących zjawisk w kontekście przeciwciał jest proces ich powstawania i ogromna różnorodność jaką są w stanie osiągnąć, gdyż liczbę kombinacji przeciwciał szacuje się nawet na bilion. Tajemnica tkwi w budowie genów kodujących przeciwciała oraz procesach rekombinacji genów przeciwciał i ich hipermutacji.

Procesy te można określić mianem kontrolowanego wprowadzania mutacji do genomu, właśnie w celu dopasowywania metodą prób i błędów odpowiednich przeciwciał. Choć nie brzmi to zbyt skomplikowanie to w rzeczywistości jest bardzo złożony proces wymagający niezwykłej precyzji i w przypadku pomyłek może prowadzić nawet do powstawania nowotworów.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - szczepionki

Przeciwciała pełnią kluczowa rolę w powstawaniu odporności po szczepieniach. W wyniku kontaktu z antygenem zawartym w szczepionce dochodzi do wytwarzania przez komórki układu odpornościowego przeciwciał.

Najpierw mniej trwałych i swoistych IgM, a następnie trwałych i utrzymujących się latami we krwi IgG. Na przykład w trakcie szczepienia przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B (HBV) podaje się trzy dawki szczepionki w odstępach czasu, aby wywołać trwałą odporność. Miarą skuteczności takiego szczepienia jest pomiar we krwi poziomu przeciwciał IgG przeciwko antygenom wirusa.

CZYTAJ TEŻ:

• Antygeny i przeciwciała wirusowego zapalenia wątroby (WZW) typu B
• Przeciwciała antyneuronalne - czym są? Na jakie choroby wskazują?
• Przeciwciała anty-TPO - norma. Jak interpretować wyniki badań?
• Przeciwciała przeciwtarczycowe TRAb - normy i wyniki badania
• Przeciwciała przeciwtarczycowe anty-TG

Immunoglobuliny (przeciwciała) - konflikt serologiczny

Jednym z ważniejszych badań u kobiet w ciąży jest ocena obecności oraz monitorowanie przeciwciał skierowanych przeciwko antygenom krwinek czerwonych płodu. W konflikcie serologicznym przeciwciała takie mogą przenikać przez łożysko do płodu i niszczyć jego krwinki czerwone, powodując chorobę hemolityczną. Ma to miejsce w sytuacji kiedy matka ma grupę krwi Rh(-), a płód Rh(+).

Immunoglobuliny (przeciwciała) - badania

Przeciwciała stanowią 12-18% białek surowicy. W celu oceny ilości poszczególnych frakcji białek w tym przeciwciał wykonuje się proteinogram. Badanie to polega na elektroforezie białek surowicy, czyli na ich rozdziale w polu elektrycznym.

Badanie poziomu przeciwciał wykonuje się z krwi żylnej (IgM, IgG, IgE, IgA) lub śliny i kału (IgA). W wybranych sytuacjach klinicznych można wykonać badanie z innego materiału np. płynu mózgowo-rdzeniowego.

Całkowite stężenie przeciwciał IgG, IgM, IgA oraz łańcuchów lekkich przeciwciał rutynowo oznacza się metodą immunonefelometryczną i immunoturbidymetryczną. Natomiast całkowite stężenie przeciwciał IgE najczęściej bada się za pomocą metod immunochemiluminescencyjnych.

Metody immunoturbidymetryczne i immunonefelometryczne wykorzystują zdolność zmętniania roztworów i rozpraszania światła przez tworzące się kompleksy antygen-przeciwciało. Metoda immunonefelometryczna polega na pomiarze natężenia światła rozpraszanego przez badany roztwór, a metoda immunoturbidymetryczna na pomiarze natężenia światła przechodzącego przez badany roztwór. Metody te są wykorzystywane m. in. do oznaczania całkowitego stężenia różnych klas przeciwciał.

W laboratorium mogą być również oznaczone patologiczne postacie przeciwciał. Przykładem jest przeciwciało monoklonalne (białko M), które jest niekompletnym przeciwciałem (np. bez fragmentu łańcucha ciężkiego lub lekkiego) występującym w gammapatiach monoklonalnych lub chłoniakach. Innym przykładem jest białko Bence-Jonesa, którego obecność stwierdza się w moczu osób ze szpiczakiem mnogim.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - wyniki i ich interpretacja

Wiele sytuacji klinicznych może powodować wzrost poziomu przeciwciał (hipergammaglobulinemię) lub ich spadek (hipogammaglobulinemię).

Wzrost lub spadek może dotyczyć zarówno całkowitej ilości przeciwciał, jak i tylko ich wybranych klas. Znaczenie kliniczne ma równie oznaczanie obecności swoistych przeciwciał skierowanych przeciwko określonym mikroorganizmom lub własnym tkankom.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - co oznacza podwyższony poziom przeciwciał?

Hipergammaglobulinemia poliklonalna wynika z nadmiernej produkcji wielu klas przeciwciał przez różne komórki plazmocytów i może wynikać z:

• ostrych i przewlekłych stanów zapalnych
• chorób pasożytniczych, bakteryjnych, wirusowych lub grzybiczych
• chorób autoimmunologicznych
• marskości wątroby
• sarkoidozy
• AIDS

Immunoglobuliny (przeciwciała) - co oznacza obnizony poziom przeciwciał?

Hipergammaglobulinemia monoklonalna wynika z nadmiernej produkcji przeciwciał przez jeden klon komórki nowotworowej i może wynikać z:

• szpiczaka mnogiego
• gammapatii o nieznanej przyczynie (MGUS)
• chłoniaka
• makroglobulinemii Walderströma

Hipogammaglobulinemia może być spowodowana:

• wrodzonymi niedoborami odporności o podłożu genetycznym, np. ciężki złożony niedobór odporności (SCID)
• lekami np. przeciwmalarycznymi, cytostatycznymi, glikokortykosteroidowymi
• niedożywieniem
• zakażeniami np. HIV, EBV
• nowotworami np. białaczkami, chłoniakmi
• zespołem nerczycowym
• rozległymi oparzeniami
• ciężką biegunką

Immunoglobuliny (przeciwciała) - zastosowanie w diagnostyce laboratoryjnej

Przeciwciała (głównie IgG) są powszechnie wykorzystywane w badaniach laboratoryjnych. Przeciwciała takie uzyskuje się w warunkach laboratoryjnych i nazywane są przeciwciałami monoklonalnymi. Pochodzą one z jednego klonu komórki i są skierowane przeciwko swoistemu dla siebie antygenowi.

Podstawowa metoda produkcji przeciwciał monoklonalnych wykorzystuje myszy laboratoryjne i hodowle komórkowe. Polega ona na połączeniu dwóch rodzajów komórek: komórek nowotworowych (szpiczaka) i limfocytów B wytwarzających swoiste przeciwciała.

Następnie przeciwciała monoklonalne mogą być modyfikowane poprzez przyłączanie do nich enzymów, radioizotopów oraz barwników fluorescencyjnych. Metody z wykorzystaniem przeciwciał wykorzystują zdolność swoistego wiązania się z antygenem.

• Metoda ELISA

ELISA (ang. enzyme-linked immunosorbent assay) jest jedną z najczęściej stosowanych metod w badaniach diagnostycznych i naukowych. Metoda ELISA wykorzystuje przeciwciała monoklonalne, które są połączone z enzymem. Za jej pomocą można oszacować ilościowo różne antygeny w materiale biologicznym. Zaletą metody ELISA jest jej prostota oraz wysoka czułość. Metodę ELISA wykonuje się przy użyciu specjalnych plastikowych płytek z dołkami wypełnionymi np. antygenami krętka Borrelia oraz specyficznych przeciwciał monoklonalnych, które mają za zadanie wykrycie przeciwciał w próbce od pacjenta.

• Metoda RIA

Metoda radioimmunologiczna (RIA, ang. Radioimmunoassay) polega na wykrywaniu antygenów za pomocą przeciwciał znakowanych izotopami promieniotwórczymi, np. węglem 14C. Jednak z uwagi na bezpieczeństwo pracy z substancjami promieniotwórczymi częściej stosuje się metodę ELISA.

• Metoda Westernblot

Metoda Westernblot polega na rozdziale badanego antygenu w polu elektrycznym, a następnie przeniesieniu go na specjalną membranę. Nastepnie na membranę z antygenem nanosi się swoiste przeciwciała znakowane barwnikiem lub enzymem. Metoda Westernblot pozwala na bardzo specyficzne wykrywanie antygenów dlatego stosuje się ją w testach potwierdzających wyniki niejednoznaczne np. w diagnostyce serologicznej boreliozy.

• Cytometria przepływowa

Metoda polega na wykrywaniu na powierzchni komórek swoistych markerów (immunofenotypowanie). W cytometrii wykorzystuje się monoklonlane przeciwciała znakowane fluorescencyjnie swoiste dla określonego markera powierzchniowego na komórce. Nastepnie oznakowane komórki wykrywa się za pomocą detektora. Cytometria przepływowa ma zastosowanie np. w teście CD57.

• Immunohistochemia

Dzięki metodom immunohistochemiczym możliwe jest wykrywanie za pomocą znakowanych przeciwciał antygenów we fragmentach tkanek, które następnie obserwuje się pod mikroskopem.

• Mikromacierz białkowa

Mikromacierz białkowa jest nowoczesną metodą, której zasada przypomina metodę ELISA. Dzięki miniaturyzacji i możliwości jednorazowego wykrywania nawet kilkuset różnych białek znalazła ona zastosowanie w badaniach naukowych i alergologii.

Immunoglobuliny (przeciwciała) - zastosowanie w terapii

Przeciwciała monoklonalne mogą być także wykorzystywane w terapii niektórych chorób. Po raz pierwszy zostały użyte w 1981 roku w terapii chłoniaka. Przeciwciała monoklonalne mają zastosowanie w:

• uśmiercaniu komórek nowotworowych np. Ofatumumab (IgG przeciwko markerowi CD20)
• hamowaniu w transplantologii wybranych komórek układu odpornościowego np. Muronomab (IgG przeciwko markerowi CD3)
• hamowaniu reakcji odpornościowych w chorobach autoimmunologicznych np. Adalimumab (IgG przeciwko czynnikowi martwicy nowotworowej alfa)

Bibliografia:

1. Pietrucha B. Wybrane zagadnienia z immunologii klinicznej – niedobory przeciwciał i niedobory komórkowe (część I) Pediatr Pol, 2011, 86 (5), 548-558.
2. Paul W.E. Fundamental immunology, Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkin 2008, 6th edition.
3. Diagnostyka laboratoryjna z elementami biochemii klinicznej, podręcznik dla studentów medycyny pod redakcją Dembińska-Kieć A. i Naskalski J.W., Elsevier Urban & Partner Wydawnictwo Wrocław 2009, wydanie 3.
4. Choroby wewnętrzne, pod redakcją Szczeklik A., Medycyna Praktyczna Kraków 2010

O autorze

dr n. med. Karolina Karabin, biolog molekularny, diagnosta laboratoryjny, Cambridge Diagnostics Polska

Z wykształcenia biolog ze specjalizacją mikrobiologia i diagnosta laboratoryjny z ponad 10-letnim stażem w pracy laboratoryjnej. Absolwentka Studium Medycyny Molekularnej oraz członek Polskiego Towarzystwa Genetyki Człowieka.Kierownik grantów naukowych realizowanych w Pracowni Diagnostyki Molekularnej przy Klinice Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych WUM. Tytuł doktora nauk medycznych w zakresie biologii medycznej obroniła na I Wydziale Lekarskim WUM. Autorka wielu prac naukowych i popularnonaukowych z zakresu diagnostyki laboratoryjnej, biologii molekularnej i żywienia. Na co dzień jako specjalista w zakresie diagnostyki laboratoryjnej prowadzi dział merytoryczny w Cambridge Diagnostics Polska oraz współpracuje z zespołem dietetyków w Poradni Dietetycznej CD. Ze specjalistami dzieli się praktyczną wiedzą dotyczącą diagnostyki i dietoterapii chorób na konferencjach, szkoleniach oraz na łamach czasopism i portali internetowych. Szczególnie zainteresowana wpływem współczesnego stylu życia na procesy molekularne w organizmie.

dr n. med. Karolina Karabin