ВЗАИМОСВЯЗИ ИММУНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОСТОВАКЦИНАЛЬНОГО ИММУННОГО ОТВЕТА У ОВЕЦ

ВЗАИМОСВЯЗИ ИММУНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОСТОВАКЦИНАЛЬНОГО ИММУННОГО ОТВЕТА У ОВЕЦ

Научная статья

Ездакова И.Ю.^1, *, Попова Е.В.², Григорьев А.Г.³, Ковайкина В.М.⁴

¹ ORCID:0000-0002-8467-4920;

^{1, 2, 3, 4} ФГБНУ «Федеральный научный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии имени К.И.Скрябина и Я.Р.Коваленко Российской академии наук», Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (ezdakova.i[at]viev.ru)

Аннотация

Иммунная система организма является макроскопической системой и  число составляющих ее компонентов, влияющих на развитие иммунного ответа пока полностью не изучены.  В наших предыдущих исследованиях, для характеристики иммунных процессов пользовались некими постоянными, в которых большое число составляющих иммунной реакции заменяется одной величиной - конституционной  константой (сильные устойчивые корреляции иммунологических показателей). Для изучения механизмов координации структурных компонентов иммунитета в начале каскадных реакций иммунного ответа предлагается использовать корреляционный анализ экспериментальных данных. Новизна исследований заключается в обработке иммунологических показателей способом множественных линейных корреляций, позволяющих определить  корреляционный профиль вакцинации. В  крови и сыворотке овец определяли относительное количество иммунокомпетентных клеток, фагоцитарную активность и уровень IgG. Анализ результатов иммунологических исследований первых суток поствакцинального иммунного ответа выявил значительную разницу в направленности устойчивых корреляций при введении бактериальной и вирусной вакцины. Учитывая коэффициенты корреляции иммунологических показателей, мы построили графическую модель первых суток иммунного ответа.

Ключевые слова: поствакцинальный иммунный ответ, корреляции, иммунологические показатели, овцы. 

INTERRELATIONS OF IMMUNOLOGICAL PARAMETERS OF POST-VACCINE IMMUNE RESPONSE AT SHEEP

Research article

Ezdakova I.Yu.^1, *, Popova E.V.², Grigoriev A.G.³, Kovaikina V.M.⁴

¹ ORCID: 0000 -0002-8467-4920;

^{1, 2, 3, 4} Federal State Scientific Institution “Federal Research Center – All-Russian Scientific Research Institute of Experimental Veterinary Medicine named after K.I. Scriabin and Ya. R. Kovalenko of the Russian Academy of Sciences”, Moscow, Russia

* Corresponding author (ezdakova.i[at]viev.ru)

Abstract

The immune system of a body is a macroscopic system, and the number of its constituent components that affect the development of the immune response has not yet been fully studied. In our previous studies, in order to characterize immune processes, we used certain constants, in which a large number of components of the immune response are replaced by a single value – a constitutional constant (strong, stable correlations of immunological parameters). To study the coordination mechanisms of the structural components of an immune system at the beginning of the cascade reactions of the immune response, it is proposed to use the correlation analysis of experimental data. The novelty of the research lies in the processing of immunological parameters by the multiple linear correlations method, which allow us to determine the correlation profile of vaccination. In the blood and serum of sheep, the relative number of immunocompetent cells, phagocytic activity, and IgG level were determined. The analysis of the results of immunological studies of the first day of the post-vaccination immune response revealed a significant difference in the direction of stable correlations with the introduction of bacterial and viral vaccines. Given the correlation coefficients of immunological parameters, we built a graphical model of the first day of the immune response.

Keywords: post-vaccine immune response, correlations, immunological parameters, sheep. 

Введение

В настоящее время, как и более 100 лет назад, одним из самых эффективных и значимых для человечества методов борьбы с инфекционными болезнями является вакцинация. Сущность вакцинации сводится к обучению иммунной системы быстрой защите с образованием высокоаффинных протективных антител. Согласно современной теории иммунитета, чужеродный патоген выбирает и активирует те В-лимфоциты, которые несут комплементарные к нему иммуноглобулины. Именно антигены в определенной дозе индуцируют нужную форму иммунного ответа - это образование специфических антител к  внеклеточным микроорганизмам и их токсинам или формирование клеточного иммунитета к внутриклеточно размножающимся возбудителям. Вакцинные патогены или их фрагменты в процессе развития иммунного ответа активируют структурные компоненты иммунной системы, что приводит к образованию эффекторных клеток и «клеток памяти». Первыми такими структурными компонентами являются макрофаги, которые поглощают и разрушают патоген, представляя на своей поверхности его фрагменты. Активация иммунокомпетентных клеток сопровождается продукцией цитокинов, запускающих каскады иммунных реакций. Известно,  что представление макрофагам бактериальных и вирусных антигенов происходит двумя различными путями [1]. Именно презентация антигена в первые часы иммуногенеза обуславливает дальнейший путь  развития иммунных реакций. Комплекс процессированного антигена и молекул главного комплекса гистосовместимости класса II (МНС ІІ) может активировать CD4-Т-клетки, индуцировать их пролиферацию, секрецию цитокинов, что направлено на уничтожение внеклеточных патогенов. Представление антигена СD8 (цитотоксическим) Т-лимфоцитам осуществляется через формирование антигенпредставляющей клеткой комплекса антигена с белком МНС класса I, который затем присоединяет убиквитин в качестве метки для деградации и поступает в протеасому, где подвергается расщеплению. Молекулами МНС I  обладают практически все ядерные клетки организма, что значительно расширяет возможности активации цитотоксических реакций, играющих основную роль в противовирусном иммунитете.

Иммунная система организма является макроскопической системой и  число составляющих ее компонентов (от атомов до молекул), влияющих на развитие иммунного ответа пока полностью не изучены.  Поэтому, в наших предыдущих исследованиях, для характеристики иммунных процессов пользовались некими постоянными, в которых большое число составляющих иммунной реакции заменяется одной величиной - конституционной  константой (сильные устойчивые корреляции иммунологических показателей) [2].  Каждый компонент иммунной системы функционирует во взаимодействии  с другими структурами и количественная характеристика одного показателя  не отражает состояния иммунной системы в целом. Определение взаимосвязи иммунологических параметров положены в основу способов параметрической количественной оценки функционального состояния организма, что позволяет выявить и оценить тенденции в процессе иммунного ответа.  Для этого используют корреляционный анализ, позволяющий определять тесноту связи между количественными показателями [3], [4].

В наших предыдущих исследованиях  корреляционный анализ иммунологических показателей  показал наличие отрицательной  функциональной связи между числом клеток специфического звена иммунитета – лимфоцитами и фагоцитами-нейтрофилами, которые являются клетками врожденной иммунной системы [5]. Следует отметить, что функциональные связи, определяемые как сильные устойчивые  корреляции, играют важную роль в нормальном функционировании различных систем организма, так как они показывают сбалансированность работы их компонентов[6] . Наличие сильной отрицательной корреляции лимфоциты—нейтрофилы свидетельст­вует о довольно высоком уровне здоровья, хороших адаптивных возможностях иммунной системы, прогнозе эффективности вакцинации. Определение устойчивых корреляций позволяет найти не только более точные диагностические ориентиры при проведении профилактических мероприятий, но и  дать характеристику механизмам поствацинального иммунитета.

Для изучения механизмов координации структурных компонентов иммунитета в начале каскадных реакций иммунного ответа предлагается использовать корреляционный анализ экспериментальных данных. Новизна исследований заключается в обработке иммунологических показателей способом множественных линейных корреляций, позволяющих определить корреляционный профиль вакцинации.  Работа  продолжает исследования  состояния иммунной системы животных и поиск устойчивых корреляционных взаимосвязей иммунологических показателей в процессе поствакцинального иммунного ответа.

Методы исследования

Образцы крови овец (возраст 2,5 года) получены с опытной базы ФГБНУ ФНЦ ВИЭВ РАН. У исследуемых групп животных (1 группу иммунизировали вакциной против колибактериоза, 2 группу против оспы) была взята кровь (сыворотка крови)  для определения иммуноглобулинов класса G   методом простой радиальной иммунодиффузии  с использованием моноспецифических антисывороток к Ig крупного рогатого скота. Фагоцитарную активность определяли по проценту фагоцитов, захвативших частицы латекса. Равные объемы крови с антикоагулянтом и раствора латекса (0,5х10⁶) в питательной среде RPMI-1640, смешивали и инкубировали при t 37⁰С в течение 30 мин. Из взвеси готовили мазки, высушивали, фиксировали, окрашивали азур-эозином и подсчитывали количество фагоцитирующих клеток. Лейкоцитарную формулу определяли по стандартным методикам.

Для обработки полученных результатов были применены компьютерные программы «SPSS - Statistical package for the social sciences» и «Excel».

Результаты и обсуждение

Иммунный ответ при вакцинации имеет ряд особенностей, определяемых спектром антигенных детерминант, входящих в состав вакцинного препарата. Модуляция уровня иммунокомпетентных клеток в процессе иммунного ответа на бактериальный и вирусный антигены обусловлена различием в механизме  его формирования, так бактериальный антиген  более продолжительно воздействует на адгезивную активность рецепторов макрофагов и Т-клеток по сравнению с вирусным [2]. Учитывая это, в качестве модельных антигенов в настоящей работе использовали аттенуированную  вирусную и инактивированную бактериальную вакцины.

Сопряженность параметров состояния иммунной системы играет важную роль в формировании адекватного иммунного ответа на различные типы антигенов. Чем большую нагрузку испытывает иммунная система, тем больше регистрируется сильных корреляций ее структурных компонентов. При анализе корреляционных взаимосвязей было изучено 10 пар иммунологических показателей.

Корреляционный анализ используется для определения силы и направления связи между переменными. Значение коэффициента корреляции представляется следующим образом: r=1,0 – наличие функциональной связи между показателями; r ≥ 0,7 -  наличие сильной связи; r от 0,3 до 0,7 – наличие средней связи; r  ≤ 0,3 – наличие слабой связи;   r= 0 – отсутствие связи между показателями. Интерпретация  коэффициента корреляции при отрицательном значении остается такой же. [7].

В результате проведенных исследований была установлена  отрицательная корреляция  количественных показателей сегментоядерных нейтрофилов и лимфоцитов крови овец 1-ой  (r= -0,9) и 2-ой  группы (r= -0,97), что является маркером нормального функционирования иммунной системы и показывает относительную независимость врожденного и адаптивного иммунитета. Эти данные согласуются с нашими предыдущими исследованиями корреляционных пар иммунологических показателей у разных видов животных [2], [5].

Анализ результатов иммунологических исследований первых суток поствакцинального иммунного ответа выявил значительную разницу в направленности устойчивых корреляций при введении бактериальной и вирусной вакцины. Учитывая коэффициенты корреляции иммунологических показателей, мы построили графическую модель первых суток иммунного ответа (рис.).

Рис. 1 – Корреляционный профиль устойчивых взаимосвязей показателей иммунного статуса овец 1 (1) и второй (2) групп

Примечание.: Нф-нейтрофилы; ; Мц-моноциты; ФА- фагоцитарная активность; Лф-лимфоциты;____ прямая связь при р<0,05; .....обратная связь при р<0,05

Корреляционный профиль первых суток иммунного ответа (ИО) на бактериальную вакцину  отличается от ИО на вирус-вакцину, что согласуется с классическими представлениями о презентации эндогенных и экзогенных антигенов. Экспериментальные данные показали, что иммуногенез на бактериальный антиген характеризуется устойчивыми положительными взаимосвязями между показателями моноцитов, фагоцитарной активностью и лимфоцитами. При введении вакцины запускается каскад иммунных реакций, который приводит к представлению антигена  клеткам, в том числе моноцитам и В-лимфоцитам. Эти клетки под влиянием сигнальных молекул пролиферируют и активно захватывают введенный антиген, что отражается в значимых положительных корреляциях их показателей. Сопряженность показателей числа лимфоцитов и уровня иммуноглобулинов указывает на начало развития гуморального иммунного ответа.

С другой стороны, первые сутки иммунного ответа на вирус-вакцину характеризуются устойчивой функциональной связью между относительным количеством моноцитов, нейтрофилов и уровнем иммуноглобулинов. Данная зависимость отражает процесс неспецифического антителозависимого фагоцитоза. Моноциты и нейтрофилы крови, имея  на мембране Fc-рецепторы для Fc-фрагмента естественных IgG, в сотни раз быстрее поглощают комплексы антиген-антитело. Обратная корреляция между концентрацией IgG и числом лимфоцитов показывает начало развития клеточного иммунного ответа, направленного на пролиферацию и дифференцировку цитотоксических лимфоцитов.

Заключение

В результате проведенных исследований определены корреляции иммунологических показателей  в первые сутки  иммунного ответа, отражающие современные представления о начальном этапе иммуногенеза.  Бактериальный антиген стимулирует развитие гуморального иммунного ответа, рестриктированного по молекулам МНС II класса (положительные корреляции между показателями моноцитов, лимфоцитов и фагоцитарной активностью). Вирус-вакцина в первые сутки ИО активирует преимущественно  цитотоксические клеточные реакции.

Таким образом, принимая во внимание изложенные выше результаты, предлагаем при разработке новых вакцинных и лечебных препаратов  учитывать количество и направленность  функциональных связей между  показателями  иммунного ответа. 

Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания № 0578-2014-0018.	Funding The work was performed in the framework of state project No. 0578-2014-0018.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы/ References

1. Цинкернагель Р. Основы иммунологии. /Р.Цинкернагель, М:Мир.-2008.-135с.
2. Ездакова И.Ю. Методические принципы оценки поствакцинального иммунного ответа / И.Ю.Ездакова //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук.-2013.-№1.-С.49-51.
3. Стручко Г.Ю. Корреляционный анализ взаимоотношений структур тимуса и крови после использования полиоксидония / Г.Ю.Стручко, Л.М.Меркулова, М. Захид и др. //Медицина и образование в Сибири.- 2012.- №2. -С.57-65
4. Gallin J.I. Principles and practice of clinical research / J.I. Gallin - Academic Press. -824 p.
5. Диагностические критерии оценки состояния иммунной системы быков-производителей / И.Ю.Ездакова, М.А. Еремина, М.С. Ефремова, Е.В. Фёдорова // Ветеринария и кормление. -2014. -№2 .-С.10-12
6. Михайленко А.А. Роль корреляционных взаимосвязей в оценке функциональных возможностей иммунной системы/ А.А.Михайленко, Т.А.Федотова //Иммунология.2000.-№6.-С.59-61.
7. Гржибовский А.М. Экологические (корреляционные) исследования в здравоохранении/ А.М. Гржибовский, С.В.Иванов, М.А.Горбатова //Наука и здравоохранение.2015.-№5.-С.5-18

Список литературы на английском языке / References in English

1. Zinkernagel R. Osnovy immunologii [Basics of Immunology]. / R.Zinkernagel, M: Mir.-2008.-135p. [in Russian]
2. Ezdakova I.Yu. Metodicheskie principy ocenki postvakcinal'nogo immunnogo otveta [Methodological principles for the evaluation of post-vaccine immune response] / I.Yu.Ezdakova // Doklady Rossijskoj akademii sel'skohozyajstvennyh nauk [Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences].-2013.-№1.-P.49-51. [in Russian]
3. Struchko G.Yu. Korrelyacionnyj analiz vzaimootnoshenij struktur timusa i krovi posle ispol'zovaniya polioksidoniya [Correlation analysis of the relationship between the structures of the thymus and blood after using polyoxidonium] / G.Yu.Struchko, LMMerkulova, M. Zahid // Medicina i obrazovanie v Sibiri [Medicine and education in Siberia] .- 2012.- №2. -P.57-65 [in Russian]
4. Gallin J.I. Principles and practice of clinical research / J.I. Gallin - Academic Press. 2017. -824 p.
5. Diagnosticheskie kriterii ocenki sostoyaniya immunnoj sistemy bykov-proizvoditelej [Diagnostic criteria for assessing the state of the immune system of manufacturing bulls] / I.Yu.Ezdakova, MA Eremina, M.S. Efremova, E.V. Fedorov // Veterinary and Feeding. -2014. -№2.-P.10-12 [in Russian]
6. Mikhaylenko A.A. Rol' korrelyacionnyh vzaimosvyazej v ocenke funkcional'nyh vozmozhnostej immunnoj sistemy [The role of correlation relationships in assessing the functionality of the immune system] / A.M.Mikhaylenko, T.A.Fedotova // Immunologiya [Immunology].2000.-№6.-P.59-61. [in Russian]
7. Grzhibovsky A.M. Ekologicheskie (korrelyacionnye) issledovaniya v zdravoohranenii [Ecological (correlation) research in public health] / A.M. Grzhibovskiy, S.V. Ivanov, M.A.Gorbatova // Nauka i zdravoohranenie [Science and Healthcare] 2015.-№5.-P.5-18 [in Russian]