Type | Gruppe eller klasse proteiner ( d ) |
---|
Et nøytraliserende antistoff ( NAb ) er et antistoff som forsvarer en celle mot et patogen eller en smittsom partikkel ved å nøytralisere dens biologiske effekter. Gjennom nøytralisering er ikke partikkelen lenger smittsom eller patogen Neutraliserende antistoffer bidrar til den humorale responsen til det adaptive immunforsvaret mot virus , intracellulære bakterier og mikrobielle toksiner. Ved spesifikt å binde til overflatestrukturen ( antigenet ) til en smittsom partikkel, hindrer nøytraliserende antistoffer partikkelen i å komme i kontakt med vertsceller som den kan infisere og ødelegge. Immunitet forårsaket av nøytraliserende antistoffer er også kjent som sterilisering av immunitet , fordi immunsystemet eliminerer den smittsomme partikkelen før infeksjon.
For å kunne trenge inn i cellene, de virale partikler og intracellulære bakterier bruker molekyler som er på deres overflater for å samvirke med reseptorer på celleoverflaten av sin målcelle. Dette gjør at de kan komme inn i cellen og begynne replikeringssyklusen deres . Nøytraliserende antistoffer kan begrense muligheten til å infisere ved å binde seg til patogenet og blokkere molekyler som er nødvendige for å komme inn i celler. Dette kan være forårsaket av antistoffer som statisk forstyrrer patogener, eller av giftstoffer som binder seg til reseptorer i vertsceller. I løpet av viral infeksjon, kan nøytraliserende antistoffer bindes til glykoproteinene innkapslede virus eller til kapsid proteiner av ikke-omhyllede virus. I tillegg hindrer nøytraliserende antistoffer partikler i å gjennomgå strukturelle endringer som ofte er nødvendige for vellykket celleinngang. For eksempel kan nøytraliserende antistoffer forhindre konformasjonsendringer i virale proteiner som formidler membranfusjonen som kreves for å komme inn i vertscellen. I noen tilfeller klarer ikke viruset å forårsake infeksjon selv etter at antistoffet har dissosiert. Patogen-antistoffkomplekset blir til slutt tatt opp og nedbrutt av makrofager.
Nøytraliserende antistoffer er også viktig for å nøytralisere toksiske effekter forårsaket av bakterietoksiner. For eksempel er difteriantitoksin et nøytraliserende antistoff som er i stand til å nøytralisere de biologiske effektene av difteritoksin . Nøytraliserende antistoffer er ikke effektive mot ekstracellulære bakterier fordi binding av antistoffene ikke hindrer bakteriene i å reprodusere seg. I dette tilfellet bruker immunforsvaret andre funksjoner av antistoffene, for eksempel opsonisering og komplementaktivering , for å drepe bakteriene.
Antistoffer som binder seg til en patogen partikkel nøytraliserer ikke nødvendigvis. Ikke-nøytraliserende antistoffer, eller bindende antistoffer, binder seg spesifikt til det smittsomme stoffet, men de forstyrrer ikke dets evne til å smitte. Dette kan forklares med at de ikke er knyttet til riktig region. Ikke-nøytraliserende antistoffer kan være viktig for å signalisere immunceller at partikkelen er blitt målrettet. Etter det blir partikkelen behandlet, og derfor ødelagt av de rekrutterte immuncellene. På den annen side kan nøytraliserende antistoffer nøytralisere de biologiske effektene av antigenet uten behov for immunceller. I noen tilfeller kan ikke-nøytraliserende antistoffer eller utilstrekkelige mengder nøytraliserende antistoffer som bindes til virale partikler, brukes av noen virusarter for å lette opptak i deres vertsceller. Denne mekanismen er kjent som antistoffavhengig forbedring . Det har tidligere blitt observert for dengue-viruset og Zika .
Det er B-cellene som produserer og skiller ut antistoffene. Under produksjonen av B-celler i benmargen , gjennomgår genene som koder for antistoffene tilfeldig genetisk rekombinasjon (V (D) J rekombinasjon ). Dette resulterer i produksjon av antistoffer av hver modne B-celle. Disse antistoffene er forskjellige i sin aminosyresekvens i antigenbindingsområdet. Derfor produserer hver B-celle antistoffer som spesifikt binder seg til forskjellige antigener . Immunsystemet kan gjenkjenne en rekke patogener som kan komme i alle forskjellige former og størrelser, når antistoffrepertoaret er veldig mangfoldig. Under infeksjon produseres bare antistoffer som er bundet med høy affinitet til det patogene antigenet. Denne prosessen utføres ved klonvalg av en B-celle: B-cellene samles fra infeksjonsstedet ved å oppdage interferonene som frigjøres av de infiserte cellene som en del av den medfødte immunresponsen . Ende celler B -reseptor- celler B på deres celleoverflate, som i realiteten bare den forankrede antistoff i cellemembranen. Når B-cellereseptoren binder seg til sitt tilhørende antigen med høy affinitet, utløser den en intracellulær signalkaskade . I tillegg til deres binding til et antigen, må B-celler også stimuleres av cytokiner . Disse produseres av hjelper-T-celler som en del av den cellulære responsen fra immunsystemet mot patogenet. Når en B-celle er fullstendig aktivert, sprer den seg raskt og skiller seg ut i plasmaceller . Disse plasmacellene skiller ut det antigenspesifikke antistoffet i store mengder. Etter å ha møtt antigenet for første gang under en vaksinasjon eller under en naturlig infeksjon, tillater det immunologiske minnet en raskere produksjon av nøytraliserende antistoffer under neste eksponering for viruset.
Virus bruker forskjellige mekanismer for å unnslippe nøytraliserende antistoffer. Den genomer viruset mutere på en høy rente. Mutasjoner som lar virus unnslippe et nøytraliserende antistoff vil bli valgt og har derfor forrang. Omvendt utvikler antistoffer seg også samtidig ved affinitetsmodning under en immunrespons, og forbedrer dermed gjenkjennelsen av viruspartikler. De konserverte delene av virale proteiner som spiller en sentral rolle i viral funksjon, er mindre sannsynlig å endre seg over tid og er derfor mer sårbare for antistoffbinding. Likevel har virus utviklet visse mekanismer for å tillate sterisk tilgang av et antistoff til disse regionene, noe som gjør binding vanskelig. Det er vanskeligere for antistoffer å binde seg til virus med lav tetthet av strukturelle overflateproteiner. Noen virale glykoproteiner glykosyleres sterkt av N- og O-koblede glykaner , og skaper et såkalt glykanskjold, som kan redusere antistoffbindingsaffinitet og lette rømningen av nøytraliserende antistoffer. HIV-1, som forårsaker menneskelig AIDS , bruker begge disse mekanismene.
Nøytraliserende antistoffer brukes til passiv immunisering og kan brukes til å behandle pasienter selv om de ikke har et sunt immunsystem. På begynnelsen av 1900-tallet ble infiserte pasienter injisert med antiserum : det er blodserumet til en tidligere infisert pasient som er blitt kurert, og som inneholder polyklonale antistoffer mot det smittsomme stoffet. Det ble funnet at antistoffene kunne brukes som en effektiv behandling mot virusinfeksjoner og toksiner. Antiserum er en veldig rå terapi, fordi antistoffene i plasma ikke er renset eller standardisert, og det er en mulighet for at blodplasmaet blir avvist av giveren. Siden det er avhengig av donasjon fra kurerte pasienter, kan ikke antiserum spres lett. Imidlertid brukes serumterapi fremdeles i dag som en første forsvarslinje under en epidemi fordi den kan oppnås på relativt kort tid. Det er vist at serumterapi hadde redusert dødelighet hos pasienter under svineinfluensapandemien i 2009 , men også i løpet av epidemien av Ebola i Afrika til den Vesten . Det testes også som en potensiell behandling for COVID-19 . Immunglobulinbehandling, som bruker en blanding av antistoffer fra friske mennesker, gis til immunkompromitterte eller immunkompromitterte pasienter for å bekjempe infeksjoner.
Hvis en mer spesifikk og mer robust behandling er nødvendig, kan antistoff polyklonalt eller monoklonalt renset (mAb) brukes. Polyklonale antistoffer er en samling antistoffer som retter seg mot det samme patogenet, men som binder seg til forskjellige epitoper . Polyklonale antistoffer erholdes fra humane givere eller fra dyr som har blitt utsatt for antigenet. Antigenet som administreres til dyredonorer kan utformes for fortrinnsvis å produsere nøytraliserende antistoffer. Polyklonale antistoffer har blitt brukt til å behandle cytomegalovirus (CMV), hepatitt B-virus (HBV), rabiesvirus, meslingervirus og respiratorisk syncytialvirus (RSV). Difteria antitoksin inneholder polyklonale antistoffer som kjemper mot difteritoksin . Å bruke behandling med antistoffer som binder seg til flere epitoper påvirker ikke effektiviteten, selv om viruset muterer og en av epitopene endrer struktur. På grunn av produksjonens art lider imidlertid behandling med polyklonale antistoffer ikke bare av variasjon fra mye til mye, men også av lave antistoffer . Derimot binder monoklonale antistoffer alle spesifikt til den samme epitopen. De kan produseres ved hjelp av Hybridoma-teknologi , som tillater produksjon av mAbs i store mengder. Infeksjonsbekjempende mAbs slutter å virke når viruset forårsaker mutasjonen av epitopen som er målrettet mot mAbs, eller når flere stammer sirkulerer. Eksempler på legemidler som bruker monoklonale antistoffer inkluderer ZMapp mot Ebola og Palivizumab mot RSV. Mange rensede monoklonale medikamenter som kan bekjempe andre infeksjoner er i kliniske studier.
Nøytraliserende antistoffer bidrar også til aktiv vaksinering ved vaksinasjon . Ved å ta hensyn til bindingsstedene og strukturen til nøytraliserende antistoffer i en naturlig immunrespons, kan en vaksine utformes rasjonelt slik at den stimulerer immunforsvaret til å produsere nøytraliserende antistoffer og ikke bindende antistoffer. Å introdusere den svekkede formen av et virus under vaksinasjon gjør at B-celler kan produsere nøytraliserende antistoffer. Dermed, etter en annen eksponering for viruset, er responsen fra de nøytraliserende antistoffene raskere takket være eksistensen av minne B-celler som produserer antistoffer tilpasset viruset. En effektiv vaksine induserer produksjonen av antistoffer som er i stand til å nøytralisere de fleste varianter av et virus, selv om en virusmutasjon som resulterer i antistoffutslipp kan kreve vaksineoppdateringer som svar. Noen virus utvikler seg raskere enn andre, og dette kan kreve oppdaterte vaksiner som svar. Vaksinen mot virus av influensa er et velkjent eksempel: det bør oppdateres årlig for å gjenspeile de siste sirkulerende stammer av viruset.
Nøytraliserende antistoffer kan også spille en rolle i behandlingen av multippel sklerose . Selv om denne typen antistoffer har evnen til å bekjempe retrovirale infeksjoner , kan den i noen tilfeller angripe legemidler gitt til kroppen som ellers ville behandlet multippel sklerose . Legemidler basert på rekombinante proteiner, og spesielt de som er avledet fra dyr, er generelt målrettet mot nøytraliserende antistoffer. Rebif, Betaseron og Avonex er noen eksempler.
Nøytraliseringsanalyser kan utføres og måles på en rekke forskjellige måter, inkludert bruk av teknikker som plakkreduksjon (som innebærer å sammenligne antall virale plakk i kontrollbrønner med antall til stede i brønnene til inokulerte kulturer), mikronutralisering ( som utføres i mikrotiterplater fylt med sera i små mengder) og kolorimetriske analyser (som avhenger av biomarkører som indikerer metabolsk hemming av viruset).
De fleste nøytraliserende antistoffer produsert av immunsystemet er unike for en enkelt virusstamme. Dette forklares med modning av affinitet til B. celler. Visse patogener med høy genetisk variasjon, som for eksempel HIV, endrer kontinuerlig overflatestrukturen slik at nøytraliserende antistoffer som er sterkt spesifikke for den gamle stammen, ikke lenger kan binde seg til ny virusstamme. Denne immunundvikelsesstrategien hindrer immunforsvaret i å utvikle et immunologisk minne mot patogenet. På den annen side har bredt nøytraliserende antistoffer (bNAb) den spesielle evnen til å binde og nøytralisere flere stammer av en viral art.
Det ble opprinnelig funnet vidt nøytraliserende antistoffer hos pasienter med HIV. De er imidlertid ganske sjeldne. Faktisk avslørte en undersøkelse in situ at blant alle pasienter utvikler bare 1% av dem HIV-bekjempende bNAbs. BNAbs kan nøytralisere et bredt spekter av virusstammer ved å binde seg til konserverte regioner av virusoverflateproteiner som ikke er i stand til å mutere fordi de er funksjonelt essensielle for virusreplisering. De fleste av bindingsstedene for i stor grad nøytraliserende antistoffer mot HIV finnes på det eksponerte overflateantigenet til HIV, konvoluttproteinet (Env) (en trimer sammensatt av gp120 og gp41 underenheter ). Disse stedene inkluderer CD4-bindingsstedet eller gp41-gp120-grensesnittet. De databaser på HIV Los Alamos National Laboratory er en omfattende ressurs som inneholder et vell av informasjon om sekvenser av HIV, bNAbs etc.
I tillegg er det funnet bNAbs for andre virus, inkludert influensa, hepatitt C , denguefeber og West Nile-virus .
Foreløpig forskning utføres for å identifisere og teste bNAbs mot HIV-1. Mye nøytraliserende antistoffer brukes i forskning for å rasjonelt utforme vaksiner som stimulerer produksjonen av bNAb, samt immunitet mot virus. Ingen antigener med evnen til å utløse produksjonen av bNAb i dyremodeller eller mennesker er kjent.