Глава 20. Иммунодиагностика
Т. Флейшер, Д. Грейси
Прогресс в области экспериментальной и клинической иммунологии позволил разработать множество методов лабораторной диагностики, основанных на применении антител. Эти методы применяются в диагностике иммунодефицитов, аутоиммунных и аллергических заболеваний, злокачественных новообразований. В этой главе даны общие представления о методах исследования иммуноглобулинов, лимфоцитов, нейтрофилов, комплемента и методах диагностики аллергических заболеваний.
I. Качественные и количественные методы определения IgA, IgG и IgM. Иммуноглобулины — это гликопротеиды, секретируемые плазматическими клетками. Выработка антител происходит, как правило, после антигенной стимуляции. Большинство антигенов вызывают одновременную стимуляцию нескольких клонов B-лимфоцитов — поликлональная стимуляция. Антитела, вырабатываемые одним клоном B-лимфоцитов, — моноклональные антитела — полностью идентичны. Между антителами, которые вырабатываются разными клонами B-лимфоцитов, всегда есть какие-либо различия, например в строении участка связывания с антигеном или силе связывания с антигеном. Известны 5 классов иммуноглобулинов: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM. В основе строения молекулы иммуноглобулина любого класса лежит Y-образная структура, состоящая из 2 тяжелых и 2 легких цепей, соединенных дисульфидными мостиками (см. гл. 1, п. IV.А.4). «Ветви» молекулы (Fab-фрагмент) служат для связывания антигена, а «ствол» (Fc-фрагмент) выполняет другие биологические функции: активирует комплемент, связывается с клеточной мембраной и т. д. IgG присутствуют в биологических жидкостях в виде мономеров. Они составляют большую часть иммуноглобулинов сыворотки и являются основным классом иммуноглобулинов, вырабатываемых при вторичном иммунном ответе. IgE, также мономерные, участвуют в аллергических реакциях немедленного типа. IgD находятся в основном на мембранах B-лимфоцитов и выполняют роль антигенраспознающих рецепторов, в сыворотке присутствуют в незначительном количестве в виде мономеров. IgA содержатся в сыворотке преимущественно в виде мономеров, в секрете слизистых и молозиве — в виде димеров, содержащих также J-цепь и секреторный компонент, который синтезируется в эпителии слизистых. Димерный IgA соединяется с секреторным компонентом, проходя через эпителий на поверхность слизистой. IgM присутствуют в сыворотке преимущественно в виде пентамеров. Они составляют основную долю иммуноглобулинов, вырабатываемых при первичном иммунном ответе. Методы исследования иммуноглобулинов включают в себя определение уровня иммуноглобулинов разных классов и подклассов и антител к определенным антигенам. При оценке результатов исследования необходимо учитывать, что уровень иммуноглобулинов зависит от возраста (см. приложения IV и V). Изменение уровня иммуноглобулинов в сыворотке может быть следствием нарушения их синтеза, катаболизма или выведения.
А. Электрофорез
1. Зональный электрофорез — полуколичественный метод, позволяющий разделить смесь белков в зависимости от их молекулярной массы и электрического заряда. Суть метода заключается в следующем: исследуемую смесь белков на носителе (например, пластине с гелем) помещают в камеру для электрофореза, заполненную буферным раствором и подключенную к источнику постоянного тока. При электрофорезе белков сыворотки обычно получается 5 основных полос, которые соответствуют фракциям альбумина, альфа1-, альфа2-, бета- и гамма-глобулинов (см. рис. 20.1). Иммуноглобулины мигрируют преимущественно во фракцию гамма-глобулинов, хотя также присутствуют во фракциях бета- и альфа2-глобулинов. Относительное содержание каждой фракции сывороточных белков можно оценить с помощью денситометра. С помощью зонального электрофореза можно исследовать не только сыворотку, но и другие биологические жидкости, например СМЖ и мочу. Этот метод позволяет оценить белковый состав исследуемой пробы и выявить моноклональные антитела, хотя он недостаточно чувствителен для определения моноклональных антител в низкой концентрации на ранних стадиях миеломной болезни.
2. Иммуноэлектрофорез. Суть метода заключается в следующем: 1) проводят электрофоретическое разделение белков в геле; 2) по окончании электрофореза в геле параллельно направлению электрофореза вырезают бороздки; 3) в бороздки вносят антитела (антисыворотку), например к тяжелым (альфа, дельта, эпсилон, гамма, мю) или легким (лямбда, каппа) цепям иммуноглобулинов. Эти антитела и разделенные при электрофорезе белки диффундируют навстречу друг другу. В тех местах, где антитела связываются с белками, образуются дуги преципитации (см. рис. 20.2). Иммуноэлектрофорез позволяет оценить лишь качественный состав исследуемой смеси белков. Оценка результатов исследования требует высокой квалификации. Чаще всего этот метод применяется для выявления и характеристики моноклональных антител.
3. Электрофорез с иммунофиксацией. Этот метод основан на электрофоретическом разделении белков сыворотки в геле с последующей инкубацией геля в присутствии антител к тяжелым и легким цепям иммуноглобулинов. При связывании белков с антителами образуются иммунные комплексы, которые можно увидеть после окрашивания (см. рис. 20.3). Иммунные комплексы, содержащие нормальные иммуноглобулины, откладываются в виде широкой, размытой полосы, моноклональные — в виде более узкой и четко очерченной. Этот метод также является качественным, однако более чувствителен и прост, чем иммуноэлектрофорез. Электрофорез с иммунофиксацией часто применяется в сочетании с иммуноэлектрофорезом для определения моноклональных или олигоклональных иммуноглобулинов.
Б. Двойная радиальная иммунодиффузия — полуколичественный метод, с помощью которого можно не только выявить антигены, но и оценить степень сходства между ними. Суть метода заключается в следующем: 1) в лунки, вырезанные в агаре, вносят исследуемую смесь антигенов и антитела с известной специфичностью (обычно в центральную лунку вносят антитела, а в расположенные вокруг нее — антигены); 2) антигены и антитела диффундируют по направлению друг к другу; 3) в том месте, где произошло связывание антител и антигенов, образуются полосы преципитации. По взаимному расположению и форме полос преципитации можно оценить степень сходства между антигенами, находящимися в соседних лунках. В настоящее время этот метод применяется в диагностике аутоиммунных заболеваний для выявления аутоантител к экстрагируемым ядерным антигенам (см. гл. 15, п. II.Д.2). Хотя по чувствительности метод двойной радиальной иммунодиффузии уступает многим количественным методам, технически он прост, не требует высокоочищенных антител, специфичен и может использоваться при проведении массовых исследований.
В. Простая радиальная иммунодиффузия позволяет количественно определить содержание антигена в исследуемой пробе. Суть метода заключается в следующем. В слое агара, содержащего антитела, вырезают лунки, в одни из которых вносят исследуемый антиген, в другие — стандартный. Антигены диффундируют из лунок в агар, образуя радиальные зоны преципитации. Диаметр зоны преципитации пропорционален концентрации антигена. Это простой и надежный метод количественной оценки иммуноглобулинов (включая подклассы IgG), компонентов комплемента (например, C3, C4, фактора B) и других белков сыворотки. Существуют готовые наборы, позволяющие определить антиген в низкой концентрации — не более 3 мкг/мл. Определяя содержание иммуноглобулинов, необходимо учитывать, что изменение их свойств может искажать результаты исследования. Так, если в сыворотке содержатся мономерные IgM (например, при макроглобулинемии Вальденстрема, атаксии-телеангиэктазии), уровень IgM будет искусственно завышен, поскольку мономерный IgM диффундирует быстрее, чем пентамерный. Присутствие ревматоидного фактора в исследуемой пробе, напротив, искусственно снижает уровень IgG, поскольку иммунные комплексы, состоящие из IgG и ревматоидного фактора, диффундируют медленнее, чем несвязанный IgG. Сыворотка многих больных с дефицитом IgA содержит антитела к белкам животного происхождения, например к козьим иммуноглобулинам, поэтому при использовании козьих антител для определения уровня IgA в этом случае получаются завышенные результаты.
Г. Нефелометрия — определение концентрации взвешенных частиц и высокомолекулярных веществ в растворе, основанное на оценке интенсивности рассеяния света, проходящего через этот раствор. Нефелометрия может быть использована для определения концентрации антигенов, поскольку при добавлении к ним антител образуются иммунные комплексы, рассеивающие проходящий свет. Нефелометрия позволяет с высокой точностью определить концентрацию IgG, IgA, IgM, подклассов IgG, C3, C4, фактора B, C-реактивного белка и некоторых других сывороточных белков. Этот метод подходит для определения белков в низкой концентрации, например IgE, уровень которого в сыворотке не превышает 1 мкг/мл. В настоящее время многие лаборатории используют нефелометрию в качестве стандартного метода количественного определения иммуноглобулинов.
Д. РИА. Этот высокочувствительный метод разработан более 30 лет назад и сначала использовался для определения концентрации инсулина и других гормонов. Сейчас он используется и для определения антигенов и антител. Существует несколько модификаций метода. Одна из них основана на конкурентном связывании меченного радиоактивным изотопом и немеченого антигена с антителами. Суть метода заключается в следующем: 1) известное количество антител смешивают с известным количеством меченого антигена и исследуемой пробой (содержащей неизвестное количество антигена); 2) антиген, содержащийся в пробе, и стандартный меченый антиген связываются с антителами, 3) чем выше содержание немеченого антигена, тем меньше меченого антигена свяжется с антителами (см. рис. 20.4). Концентрацию антигена в исследуемой пробе оценивают по уровню радиоактивности иммунных комплексов. Тот же подход может быть использован для определения концентрации антител в пробе. В этом случае известное количество антигена смешивают с известным количеством стандартных меченых антител и исследуемой пробой (содержащей неизвестное количество антител). Другая модификация метода основана на иммобилизации антигена или антитела на твердой подложке (см. гл. 20, п. I.Е). Основные недостатки метода — необходимость дорогостоящего оборудования и реактивов, а также условий для работы с радиоактивными изотопами.
Е. Твердофазный ИФА. В качестве твердой фазы чаще всего используются полистироловые планшеты с сорбированными на них антигенами или антителами. Определение антител к какому-либо антигену проводят следующим образом: 1) исследуемую жидкость вносят в лунки планшета с сорбированным на них антигеном; 2) во время инкубации антитела связываются с антигеном; 3) планшет отмывают от несвязавшихся антител и добавляют антитела к иммуноглобулинам (вторые антитела), меченные ферментом; 4) планшет вновь отмывают, добавляют субстрат фермента и хромоген (вещество, меняющее окраску в процессе химической реакции); 5) под действием продукта ферментативной реакции хромоген меняет окраску. Чем больше меченных ферментом вторых антител связывается с комплексами антиген—антитело, тем выше активность фермента и интенсивность окраски раствора (см. рис. 20.5). Концентрацию антител в пробе определяют спектрофотометрически — по оптической плотности окрашенного раствора. Такой же подход применяется для определения антигена в пробе. В этом случае используются планшеты с сорбированными антителами к исследуемому антигену, меченные ферментом вторые антитела также направлены к этому антигену (см. рис. 20.5). Твердофазный ИФА применяют для количественной оценки антител и антигенов. По чувствительности он сопоставим с РИА, но более прост, дешев и не требует применения радиоактивных изотопов. Многие лаборатории используют твердофазный ИФА в качестве стандартного метода определения противовирусных антител, включая антитела к ВИЧ, цитокинов и иммуноглобулинов (IgE и подклассов IgG).
Ж. Иммуноблоттинг — качественный метод, позволяющий выявлять антигены и антитела в исследуемой пробе. Антитела с помощью этого метода выявляют следующим образом: 1) смесь известных антигенов разделяют с помощью электрофореза в полиакриламидном геле и переносят на нитроцеллюлозную мембрану; 2) мембрану инкубируют с исследуемой пробой, например сывороткой, а затем — с мечеными антителами к иммуноглобулинам. Для выявления антигенов электрофоретическому разделению подвергаются белки исследуемой пробы, которые затем переносятся на мембрану с последующим добавлением меченых антител к известным антигенам. В настоящее время выпускаются готовые наборы для проведения иммуноблоттинга. Этот метод широко применяется для подтверждения результатов твердофазного ИФА при диагностике ВИЧ-инфекции.
З. Другие методы исследования
1. Непрямая иммунофлюоресценция — метод, с помощью которого можно выявить антитела к известным антигенам. В качестве источника антигена обычно используют срезы тканей или культуры клеток. Субстрат, перенесенный на предметное стекло, инкубируют в присутствии исследуемой пробы, например сыворотки, а затем — в присутствии меченных флюорохромом антител к иммуноглобулинам. Связанные с субстратом антитела выявляют с помощью флюоресцентного микроскопа. Этот метод обычно применяется для выявления антинуклеарных антител и антител к некоторым вирусам. Хотя метод не является количественным, он достаточно чувствителен и прост.
2. Методы, основанные на реакции агглютинации. Для реакции агглютинации обычно используют эритроциты (гемагглютинация) или частицы латекса (латекс-агглютинация), покрытые известным антигеном. В присутствии антител к этому антигену происходит агглютинация эритроцитов или частиц латекса. Гемагглютинация применяется для выявления антител к тиреоглобулину и микросомальным антигенам, латекс-агглютинация — для выявления ревматоидного фактора и некоторых других антител. Эти методы просты и позволяют количественно определить антиген, однако менее чувствительны, чем РИА и твердофазный ИФА.
II. Определение поверхностных антигенов лимфоцитов — CD (см. табл. 18.8) — широко применяется при обследовании ВИЧ-инфицированных, в диагностике гемобластозов, иммунодефицитов и других заболеваний, обусловленных нарушением иммунитета, а также для контроля за приживлением трансплантата и эффективностью иммунотерапии. В настоящее время для определения поверхностных антигенов лимфоцитов применяются моноклональные антитела, меченные флюорохромом, и проточный цитофлюориметр.
А. Моноклональные антитела вырабатываются гибридомами, которые образуются при слиянии миеломных клеток с нормальными плазматическими клетками. Для фенотипирования лимфоцитов человека используют мышиные моноклональные антитела. Моноклональные антитела используются не только для выявления разных типов клеток, но и для изучения процессов дифференцировки, созревания, межклеточного взаимодействия и активации лимфоцитов.
Б. Флюорохромы — это вещества, которые поглощают падающий свет определенной длины волны и излучают поглощенную энергию в виде света большей длины волны. В большинстве случаев антитела метят флюоресцеина изотиоцианатом или фикоэритрином. Оба вещества флюоресцируют под действием света с длиной волны 488 нм, при этом флюоресцеина изотиоцианат излучает зеленый, а фикоэритрин — оранжевый свет. Новый флюорохром — перидинин — также флюоресцирует под действием света с длиной волны 488 нм, но излучает красный свет. Использование трех флюорохромов, поглощающих возбуждающий свет одной длины волны, позволяет одновременно определять три разных поверхностных антигена. Другие флюорохромы, например техасский красный, родамин, аллофикоцианин, применяются лишь с исследовательской целью.
В. Проточный цитофлюориметр — прибор, позволяющий быстро оценить состав клеточной популяции по флюоресценции и оптическим характеристикам клеток. С помощью этого прибора можно определить абсолютное и относительное число клеток разных популяций и субпопуляций. К основным преимуществам метода относятся быстрота анализа и возможность одновременной оценки многих параметров клетки: размера, оптической плотности, поверхностных антигенов. Проточная цитофлюориметрия применяется также для анализа ДНК при исследовании клеточного цикла.
Г. В большинстве клинических лабораторий для определения поверхностных антигенов лимфоцитов используют цельную кровь. Суть метода заключается в следующем: 1) к небольшому объему цельной крови добавляют меченные флюорохромом моноклональные антитела; 2) после инкубации, необходимой для связывания антител с антигенами клеточной поверхности, разрушают эритроциты; 3) с помощью проточного цитофлюориметра анализируют клеточный состав пробы.
Результаты исследования выражают в виде абсолютного и относительного числа лимфоцитов разных популяций. Оценку результатов проводят с учетом нормальных показателей, которые зависят от возраста, пола и расы. Простой способ проверки надежности результатов заключается в том, что относительное содержание основных популяций лимфоцитов (T-, B- и NK-лимфоцитов) в сумме должно составлять 100%. В норме у взрослых около 70% лимфоцитов крови составляют T-лимфоциты, при этом соотношение лимфоцитов CD4/CD8 превышает 1, как правило, оно составляет 1,5—2, остальные 30% приходятся на B- и NK-лимфоциты. В клинических лабораториях проточная цитофлюориметрия широко применяется для определения содержания лимфоцитов CD4 при ВИЧ-инфекции. Проточная цитофлюориметрия становится стандартным методом диагностики гемобластозов, поскольку позволяет определить тип и стадию дифференцировки трансформированных клеток. Этот метод применяется также для выявления других изменений клеточного состава крови и определения активированных лимфоцитов. Результаты проточной цитофлюориметрии, как правило, не позволяют поставить диагноз, но дают важную информацию для его уточнения.
III. Оценка функциональной активности лимфоцитов
А. B-лимфоциты
1. Исследование функций B-лимфоцитов in vivo
а. Исследование функций B-лимфоцитов начинают с определения уровня иммуноглобулинов в сыворотке. Для этого чаще всего применяют нефелометрию и простую радиальную иммунодиффузию. Результаты исследования оценивают с учетом возраста (см. приложения IV и V). Пол и расовая принадлежность почти не влияют на уровень иммуноглобулинов в сыворотке.
б. Для углубленной оценки гуморального иммунитета определяют уровень подклассов IgG. Хотя в большинстве случаев изменение уровня подклассов IgG не сопровождается выраженными клиническими проявлениями, у больных с рецидивирующими инфекциями относительное содержание подклассов IgG значительно отличается от нормы. При этом общий уровень IgG и других иммуноглобулинов может быть нормальным. Поскольку определение подклассов IgG — дорогостоящий метод, он применяется в редких случаях. Наряду с определением подклассов IgG при диагностике иммунодефицитов оценивают также гуморальный иммунный ответ на определенные антигены (см. гл. 20, п. III.А.1.в).
в. Определение антител к белковым и полисахаридным антигенам. Этот метод основан на определении уровня антител к белковым (например, столбнячному и дифтерийному анатоксинам) и полисахаридным (например, пневмококковой вакцине) антигенам до и после вакцинации. Он применяется лишь в специализированных лабораториях. Нарушение продукции антител к белковым и полисахаридным антигенам подтверждает недостаточность гуморального иммунитета и свидетельствует о необходимости назначения нормального иммуноглобулина для в/в введения (даже при нормальном уровне иммуноглобулинов сыворотки). Определение продукции антител к полисахаридным антигенам у детей младше 2 лет малоинформативно и обычно не проводится (см. гл. 18, пп. IV.А.2.а—б).
2. Исследование функций B-лимфоцитов in vitro. Это исследование оценивает способность B-лимфоцитов к дифференцировке в плазматические клетки и выработке ими иммуноглобулинов в ответ на неспецифический (митоген) и специфический (антиген) стимул в культуре клеток. Его обычно проводят только в научных целях.
Б. T-лимфоциты
1. Исследование функций T-лимфоцитов in vivo
а. Абсолютное число лимфоцитов. Поскольку в норме T-лимфоциты составляют около 70% всех лимфоцитов крови, существенное снижение числа T-лимфоцитов значительно больше сказывается на общем числе лимфоцитов, чем снижение B- или NK-лимфоцитов.
б. Кожные пробы позволяют оценить способность T-лимфоцитов вызывать аллергическую реакцию замедленного типа при внутрикожном введении антигена. Размеры эритемы и папулы в месте инъекции определяют через 24 и 48 ч. Поскольку отрицательная реакция может быть следствием не только нарушения иммунитета, но и отсутствия предшествующего контакта с данным антигеном, пробу проводят с набором широко распространенных антигенов, в который входят дерматофитин 0, Трихофитон, антиген вируса эпидемического паротита, очищенный туберкулин, столбнячный и дифтерийный анатоксины (см. гл. 18, п. III.Ж). Отрицательная реакция на несколько распространенных антигенов у больных с оппортунистическими инфекциями свидетельствует о выраженной недостаточности клеточного иммунитета. Важную роль в диагностике иммунодефицитов играют также данные анамнеза. Так, если в прошлом отмечался аллергический контактный дерматит (например, вызванный ядоносным сумахом), недостаточность клеточного иммунитета маловероятна.
2. Исследование функций T-лимфоцитов in vitro
а. Пролиферативную активность T-лимфоцитов оценивают по интенсивности синтеза ДНК в ответ на стимуляцию митогеном (поликлональная стимуляция) или антигеном (моно- и олигоклональная стимуляция). В последнем случае применяются распространенные антигены или аллоантигены. Интенсивность синтеза ДНК оценивают по включению в нее меченных радиоактивным изотопом нуклеозидов, например 3H-тимидина. Результаты обычно выражают в импульсах в минуту (имп/мин) и в виде индекса стимуляции — отношение радиоактивности стимулированных и нестимулированных лимфоцитов. Митогены стимулируют пролиферацию значительной части T-лимфоцитов, поэтому результат оценивают обычно через 3 сут. Антиген стимулирует пролиферацию только тех T-лимфоцитов, которые несут рецептор к нему, поэтому индуцированную антигеном пролиферацию оценивают через 5—7 сут. Для оценки пролиферативной активности T-лимфоцитов, как и при проведении кожных проб, применяют набор широко распространенных антигенов. У ВИЧ-инфицированных пролиферативная реакция T-лимфоцитов на распространенные антигены может быть снижена уже на ранних стадиях заболевания. Прогрессирование ВИЧ-инфекции и других иммунодефицитов сопровождается снижением реакции T-лимфоцитов на аллоантигены, а впоследствии — и на митогены. Отсутствие реакции на митогены свидетельствует о тяжелой недостаточности клеточного иммунитета.
б. Оценка цитотоксичности. Обычно оценивают цитотоксичность, ограниченную по HLA, опосредованную лимфоцитами CD8 (см. гл. 17, п. II.А.1.а). Клетками-мишенями служат собственные клетки, несущие на своей поверхности чужеродный антиген, связанный с антигенами HLA класса I. Лимфоциты CD8 играют важную роль в защите от вирусных инфекций. Наряду с лимфоцитами CD8 ограниченную по HLA цитотоксичность осуществляют некоторые лимфоциты CD4, распознающие антиген в комплексе с антигенами HLA класса II. Обе субпопуляции лимфоцитов несут антигенраспознающий рецептор, образованный альфа- и бета-цепями. Лимфоциты CD8 с антигенраспознающим рецептором, образованным гамма- и дельта-цепями, участвуют в цитотоксичности, не ограниченной по HLA. Эти лимфоциты присутствуют в крови в незначительном количестве и разрушают клетки-мишени подобно NK-лимфоцитам, то есть без предварительной иммунизации (см. гл. 20, п. III.B). Оценка клеточной цитотоксичности необходима для диагностики иммунодефицитов. Оценку цитотоксической активности лимфоцитов проводят следующим образом: 1) клетки-мишени обрабатывают радиоактивной меткой (51Cr); 2) к меченым клеткам-мишеням добавляют исследуемые лимфоциты; 3) гибель клеток-мишеней оценивают по выходу радиоактивной метки в раствор. Полученные результаты сравнивают с нормальными показателями. При исследовании ограниченной по HLA цитотоксичности исследуемые T-лимфоциты предварительно инкубируют с антигеном, присутствующим на клетках-мишенях.
в. Исследование цитокинов. Активированные лимфоциты вырабатывают биологически активные вещества — цитокины (см. гл. 1, п. IV.Б). Их уровень определяют с помощью готовых наборов для РИА и твердофазного ИФА. Существуют и более трудоемкие методы исследования цитокинов, основанные на оценке их биологических функций. Оценить содержание цитокинов in vivo довольно сложно, поскольку они прочно связаны с клеточными рецепторами, а в сыворотке и других биологических жидкостях быстро разрушаются.
В. Исследование функций NK-лимфоцитов
1. Цитотоксичность NK-лимфоцитов не зависит от предварительной иммунизации и не ограничена по HLA. Цитотоксическую активность NK-лимфоцитов оценивают с помощью метода, описанного в гл. 20, п. III.Б.2.б, используя в качестве клеток-мишеней разные линии трансформированных клеток, чувствительных к действию NK-лимфоцитов. Разрушение клеток-мишеней осуществляется лишь при образовании тесного контакта с NK-лимфоцитами. Этот контакт может быть прямым или опосредованным, при котором NK-лимфоциты прикрепляются к покрытым IgG клеткам-мишеням через рецептор к Fc-фрагменту IgG — антителозависимая клеточная цитотоксичность. Благодаря этому механизму могут быть разрушены клетки-мишени, первоначально устойчивые к действию NK-лимфоцитов. Антителозависимую клеточную цитотоксичность оценивают с помощью стандартного метода (см. гл. 20, п. III.Б.2.б), используя клетки-мишени, покрытые антителами класса IgG. NK-лимфоциты играют важную роль в противовирусном и противоопухолевом иммунитете и участвуют в отторжении трансплантата. Снижение цитотоксической активности NK-лимфоцитов выявляется при многих заболеваниях, в том числе при злокачественных новообразованиях, а отсутствие наблюдается крайне редко.
2. Активация NK-лимфоцитов цитокинами. После инкубации с определенными цитокинами цитотоксическая активность NK-лимфоцитов значительно повышается. Так, при добавлении интерферона гамма активность NK-лимфоцитов повышается уже через несколько часов. После инкубации с интерлейкином-2 в течение нескольких суток NK-лимфоциты становятся активными в отношении любых трансформированных клеток-мишеней, в том числе опухолевых клеток. В настоящее время исследуется возможность применения активированных цитокинами NK-лимфоцитов при некоторых злокачественных новообразованиях.
IV. Исследование функций фагоцитов
А. Моноциты и макрофаги. С помощью лабораторных методов можно оценить следующие функции моноцитов и макрофагов: представление антигена T-лимфоцитам, антителозависимую клеточную цитотоксичность, противоопухолевую цитотоксичность, хемотаксис, фагоцитоз и бактерицидную активность. Кроме того, можно исследовать продукцию цитокинов активированными макрофагами. Исследование функции моноцитов и макрофагов проводят при недостаточности клеточного иммунитета, атипичных и оппортунистических инфекциях. Это исследование проводится лишь в некоторых специализированных лабораториях.
Б. Нейтрофилы. Исследуют такие функции нейтрофилов, как хемотаксис, фагоцитоз, бактерицидную активность, продукцию свободных радикалов кислорода и адгезию.
1. Хемотаксис нейтрофилов исследуют с помощью камеры Бойдена. Эта камера состоит из двух отделений, между которыми находится фильтр. В одно отделение камеры помещают суспензию нейтрофилов, в другое — хемотаксический фактор, например C5a. После инкубации нейтрофилов в камере Бойдена определяют, какое их количество мигрировало на противоположную сторону фильтра. Другой способ исследования хемотаксиса нейтрофилов основан на применении полужидкого агара. Для исследования хемотаксиса нейтрофилов in vivo используется метод кожного окна (см. гл. 18, п. IV.В.4.а). Нарушение хемотаксиса нейтрофилов характерно для синдрома Чедиака—Хигаси и иногда наблюдается при синдроме гиперпродукции IgE. У больных со слабо выраженной воспалительной реакцией также выявляется снижение хемотаксиса нейтрофилов in vitro.
2. Продукция свободных радикалов кислорода. Активация нейтрофилов сопровождается повышением активности гексозо-монофосфатного шунта, потреблением кислорода и образованием перекиси водорода и свободных радикалов кислорода. Продукцию этих радикалов можно оценить с помощью теста восстановления нитросинего тетразолия и хемилюминесценции (см. гл. 18, пп. IV.В.1). Отсутствие восстановления нитросинего тетразолия — характерный признак хронической гранулематозной болезни. Результаты, полученные с помощью теста восстановления нитросинего тетразолия и хемилюминесценции, обычно совпадают.
3. Оценка бактерицидной активности нейтрофилов. Суть метода заключается в следующем: 1) к нейтрофилам добавляют опсонины и суспензию бактерий; 2) после инкубации определяют число погибших бактерий (см. гл. 18, п. IV.В.3). Для оценки бактерицидной активности нейтрофилов используются разные виды бактерий. Для хронической гранулематозной болезни характерно значительное снижение бактерицидной активности нейтрофилов в отношении Staphylococcus aureus.
4. Исследование молекул адгезии. Обычно определяют экспрессию поверхностных антигенов CD11a/CD18, CD11b/CD18 и CD11c/CD18 с помощью проточной цитофлюориметрии и моноклональных антител к CD11a, CD11b, CD11c и CD18. При иммунодефицитах, обусловленных нарушением адгезии лейкоцитов, наблюдается снижение экспрессии этих антигенов как на покоящихся, так и на активированных нейтрофилах. К лабораторным признакам этих иммунодефицитов относятся нейтрофильный лейкоцитоз, снижение хемотаксической и фагоцитарной активности нейтрофилов и снижение скорости миграции нейтрофилов в очаг воспаления. Иммунодефициты, обусловленные нарушением адгезии лейкоцитов, проявляются рецидивирующими инфекциями, медленным заживлением ран и отсутствием гноя в очагах инфекции.
V. Комплемент — это группа сывороточных белков, состоящая из протеаз и их активаторов. Существуют два механизма активации комплемента — классический и альтернативный (см. гл. 1, п. IV.Г). Комплемент играет важную роль в защите от микробов, активирует катаболизм циркулирующих иммунных комплексов и участвует в регуляции функций иммунной системы.
А. Определение гемолитической активности комплемента. Для исследования компонентов классического пути активации комплемента определяют его гемолитическую активность. Суть метода заключается в следующем: 1) разные разведения сыворотки больного и нормальной сыворотки добавляют к эритроцитам барана, покрытым антителами; 2) степень гемолиза оценивают фотометрически по выходу гемоглобина в раствор. За единицу гемолитической активности комплемента принимают величину, обратную тому разведению сыворотки, при котором разрушаются 50% эритроцитов. Существуют модификации метода, основанные на применении небольших объемов исследуемой сыворотки. Определение гемолитической активности комплемента по 100% гемолизу основано на гемолизе в геле. Суть этого метода заключается в следующем: 1) в геле, содержащем покрытые антителами эритроциты барана, делают лунки; 2) в лунки вносят разные разведения исследуемой и нормальной сывороток; 3) гемолитическую активность комплемента оценивают по диаметру зон гемолиза. Активность комплемента зависит от целого ряда факторов, поэтому нарушение правил забора и хранения сыворотки обычно приводит к ошибочным результатам исследования. Определение гемолитической активности комплемента позволяет обнаружить недостаточность компонентов комплемента, прежде всего участвующих в образовании мембраноатакующего комплекса. Кроме того, оценка этого показателя может использоваться для выявления активации комплемента, например при СКВ и гломерулонефрите, хотя чувствительность метода для этого недостаточно высока. Оптимальный метод выявления активации комплемента заключается в определении продуктов расщепления его компонентов. В настоящее время этот метод находится на стадии разработки. Альтернативный путь активации комплемента исследуют редко.
Б. Определение компонентов комплемента обычно проводят при обследовании больных с аутоиммунными заболеваниями и при подозрении на генетический дефект комплемента.
1. Количественное определение компонентов комплемента в большинстве лабораторий проводят с помощью простой радиальной иммунодиффузии и нефелометрии. Однако если функциональный дефект компонентов комплемента не сопровождается изменением их антигенных свойств, эти методы неинформативны. Так, у 15% больных с наследственным отеком Квинке количественные методы исследования выявляют нормальный уровень ингибитора C1-эстеразы, в то время как его активность снижена.
2. Функциональные исследования позволяют оценить активность отдельных компонентов комплемента в сыворотке. Оценку активности компонентов комплемента проводят следующим образом: 1) к стандартной сыворотке, лишенной какого-либо компонента комплемента, добавляют исследуемую сыворотку (источник недостающего компонента комплемента); 2) определяют гемолитическую активность комплемента по методу, описанному в гл. 20, п. V.А. Если гемолитическая активность комплемента не восстанавливается до нормы, значит, активность этого компонента комплемента в исследуемой сыворотке снижена. Иногда дополнительно оценивают активность регуляторных компонентов комплемента, например ингибитора C1-эстеразы (см. гл. 20, п. V.Б.1). Исследование активности компонентов комплемента проводится только в специализированных лабораториях.
VI. Определение циркулирующих иммунных комплексов
А. Методы, основанные на выявлении C3 и продуктов его расщепления, связанных с иммунными комплексами.
1. На клетках линии Raji находятся рецепторы к C3. При добавлении исследуемой пробы к клеткам Raji иммунные комплексы, связанные с этим компонентом комплемента, фиксируются на поверхности клеток. Связанные с клетками иммунные комплексы выявляются с помощью меченых антител к иммуноглобулинам.
2. Иммунные комплексы, связанные с C3, можно также выявить с помощью меченых антител к C3 или бычьего конглютинина (конглютинины — белки сыворотки крупного рогатого скота и лошадей, вызывающие гемагглютинацию в присутствии антител и комплемента).
Б. Другая группа методов основана на связывании иммунных комплексов с меченым или фиксированным на твердой подложке C1q.
Для получения надежных результатов рекомендуется одновременно использовать несколько методов определения иммунных комплексов. Поскольку результаты определения циркулирующих иммунных комплексов часто бывают противоречивы и малоинформативны, это исследование проводится редко.
VII. Определение IgE
А. Определение общего уровня IgE обычно проводят с помощью РИА (см. гл. 20, п. I.Д), поскольку низкое содержание этого иммуноглобулина не позволяет использовать те методы, которые применяются для определения IgG, IgA и IgM (см. приложение V). Количественную оценку IgE проводят следующим образом: 1) исследуемую пробу добавляют к сорбированным на твердой подложке антителам против IgE; 2) после отмывания от несвязанного IgE добавляют меченные изотопом антитела к IgE; 3) после отмывания от несвязанных меченых антител по уровню радиоактивности определяют количество IgE в исследуемой пробе (см. гл. 20, п. I.Д). Оценку результатов проводят с учетом возраста (см. приложение IV). По рекомендации ВОЗ для стандартизации методов определения общего уровня IgE используется стандартизированный IgE. Для постановки диагноза аллергического заболевания определение общего уровня IgE не применяют, поскольку у больных и здоровых этот показатель часто бывает одинаковым. Тем не менее показано, что у грудных детей с высоким уровнем IgE риск аллергии повышен, а у взрослых с низким уровнем IgE (менее 50 нг/мл) аллергические заболевания маловероятны. Значительное повышение уровня IgE характерно для аллергического бронхолегочного аспергиллеза. Для оценки эффективности лечения этого заболевания проводят серийное определение общего уровня IgE в сыворотке. Повышение содержания IgE в сыворотке наблюдается также при синдроме гиперпродукции IgE и синдроме Вискотта—Олдрича (см. гл. 18, п. III.В).
Б. Определение специфических IgE обычно проводят с помощью кожных проб. Определение специфических IgE с помощью РАСТ показано при высоком риске анафилактических реакций, поражении кожи и проведении лечения, влияющего на результаты кожных проб (см. гл. 2, п. II.В.3). Суть метода заключается в следующем: 1) к аллергену, сорбированному на твердой подложке, добавляют исследуемую сыворотку; 2) после отмывания несвязавшихся IgE добавляют меченые антитела к IgE; 3) по уровню радиоактивности оценивают содержание специфических IgE в исследуемой пробе. Применяется модификация метода с использованием меченных ферментом антител к IgE.
В. Методы, основанные на реакции высвобождения гистамина тучными клетками. Суть методов заключается в следующем: 1) к тучным клеткам, покрытым специфическими IgE, добавляют антиген; 2) связывание антигена с IgE вызывает дегрануляцию тучных клеток и высвобождение гистамина; 3) определяют содержание гистамина в растворе. Эти методы могут использоваться для изучения влияния лекарственных средств и других веществ на тучные клетки и базофилы при аллергических заболеваниях. Методы, основанные на реакции высвобождения гистамина тучными клетками, трудоемки и применяются редко.
Литература
1. Frank M. M. Complement in the pathophysiology of human disease. N. Engl. J. Med. 316:1525—1530, 1987.
2. Hong R. Evaluation of immunity. Immunol. Invest. 16:453—499, 1987.
3. Houston D. (ed.). Diagnostic laboratory immunology. Immunol. All. Clin. North Am. Philadelphia, W. B. Saunders, 1994. Pp. 199—481.
4. Laboratory investigation on clinical immunology: Methods, pitfalls, and clinical indication. A second IUIS/WHO Report. Clin. Immunol. Immunopathol. 49:478—497, 1988.
5. Lopez M., Fleisher T., deShazo R. D. Use and interpretation of diagnostic immunologic tests. JAMA. 268:2970—2990, 1992.
6. Malech H. L., Galin J. I. Current concepts: Immunology. Neutrophils in human disease. N. Engl. J. Med. 317:687—694, 1987.
7. Metcalf J. A., Gallin J. I., Nauseef W. M., Root R. K. Laboratory Manual of Neutrophil Function. New York: Raven, 1986.
8. Miller L. E. et al. Manual of Laboratory Immunology (2nd ed.). Philadelphia: Lea and Febiger, 1991.
9. Ownby D. R. Allergy testing, in vivo versus in vitro. Pediatr Clin. N. Am. 55:995—1009, 1988.
10. Rose N. R. et al. (eds.). Manual of Clinical Laboratory Immunology (4th ed.). Washington, D. C.: American Society for Microbiology, 1992.
