Imunitní systém J. Ochotná

Hlavní funkce imunitního systému imunitní systém patří k základním homeostatickým mechanismům obranyschopnost – rozpoznání vnějších škodlivin, ochrana organismu proti patogenním mikroorganismům a jejich toxinům autotolerance – rozpoznání vlastních tkání a udržení tolerance vůči nim imunitní dohled – rozpoznání a odstranění starých, poškozených a jinak změněných bb.

Antigen (imunogen) = látka, kterou imunitní systém rozpoznává a reaguje na ni Obvykle proteiny nebo polysacharidy (lipidy a nukleové kyseliny jimi mohou být pouze v kombinaci s proteiny nebo polysacharidy) Molekuly < 5 kDa nemohou vyvolat imunitní odpověď, optimální velikost molekuly antigenu pro vyvolání imunitní odpovědi je cca 40 kDa autoantigen – antigen pocházející z vlastního organismu exoantigen - cizorodá látka z vnějšího prostředí alergen – exoantigen, který u vnímavého jedince může vyvolat patologickou (alergickou) imunitní reakci

Hapten = malá molekula, např. nízkomolekulární chemická látka, která je schopna vyvolat specifickou imunitní odpověď pouze po navázání na makromolekulový nosič (samostatný hapten není imunogenní) Typicky léky (např.penicilinová ATB, hydralazin)

Epitop = část antigenu, která je rozpoznávána imunitním systémem (lymfocyty- BCR, TCR; Ig) lineární epitop – rozhodující je složení AK konformační epitop – rozhodující je terciární struktura Některé epitopy se nacházejí na povrchu antigenů (povrchové), některé uvnitř (interní) Zkříženě reagující antigeny – sdílí jeden a více stejných nebo podobných epitopů

Interakce antigen - protilátka Vazebná místa protilátek (paratop) tvoří nekovalentní komplexy s odpovídajícími místy na molekulách antigenů (epitop) Uplatňují se vodíkové vazby, elektrostatické a hydrofobní interakce, van der Waalsovy síly Komplex antigen-protilátka je reverzibilní

Typy antigenů z hlediska prezentace antigenů 1) thymus dependentní antigeny Častější, jde o většinu proteinových Ag Specifická humorální imunitní odpověď na antigen vyžaduje spolupráci s  TH lymfocyty Pomoc realizována ve formě cytokinů secernovaných TH lymfocyty

Typy antigenů z hlediska prezentace antigenů 2) thymus independentní antigeny U malého počtu antigenů může být tvorba protilátek indukována přímo bez spoluúčasti T-lymfocytů Jedná se zvláště o bakteriální polysacharidy, lipopolysacharidy a polymerní formy proteinů (např.Haemophilus, Str.pneumoniae)

Superantigeny = proteiny (mikrobiální produkty), které mají 2 vazebná místa; jedním interagují s epitopem přítomným na všech MHCgpII, druhým interagují se strukturami přítomnými na mnoha různých molekulách TCR ( propojení T lymfocytu s APC) * stimulují polyklonálně a masivně * masivní aktivací T lymfocytů mohou způsobit šokové stavy * např.bakteriální toxiny (Staph.aureus, Str.pyogenes, Pseud.aeruginosa)

Rozdíl mezi vazbou antigenu a superantigenu

Sekvestrované antigeny = autoantigeny, které jsou za normálních okolností před imunitním systémem ukryty a tudíž je nezná (např.oční čočka, testes) Jsou-li při poškození „odkryty“, může na ně imunitní systém zareagovat (jedna z teorií vzniku autoimunitních procesů)

Komponenty imunitního systému

Komponenty imunitního systému lymfatické tkáně a orgány buňky imunitního systému molekuly imunitního systému

Lymfatické tkáně a orgány Jsou propojeny s ostatními orgány a tkáněmi sítí lymfatických a krevních cév Primární lymfatické tkáně a orgány * kostní dřěň, thymus, (Fabriciova burza u ptáků) * místo vzniku, zrání a diferenciace imunokompetentních buněk * nezralé lymfocyty zde získávají svou antigenní specifitu

Sekundární lymfatické tkáně a orgány Sekundární lymfatické tkáně a orgány * místo setkání imunokompetentních bb. s Ag * slezina - na rozdíl od lymfatických uzlin filtruje krev a zachycuje přítomné antigeny * lymfatické uzliny a jejich organizované shluky (tonsily, apendix, Peyerovy plaky ve střevě) - filtrují lymfu a zachycují přítomné antigeny * MALT (mucous associated lymphoid tissue) – rozptýlená lymfatická tkáň, hlavní úlohou je zachytávání antigenů, které proniknou přes slizniční membrány

Buňky imunitního systému (imunocyty) Vývoj červených a bílých krvinek začíná ve žloutkovém vaku, pak se hematopoéza přemisťuje do fetálních jater a sleziny (3.-7. měsíc gestace). Hlavní krvetvornou funkci má však kostní dřeň. Všechny krevní buňky vznikají z jedné pluripotentní kmenové buňky (CD 34). Kmenové buňky s obměňují a udržují po celý život. Hematopoesa je regulována pomocí cytokinů, které jsou sekretovány buňkami stromatu kostní dřeně, aktivovanými TH buňkami a makrofágy.

Slizniční a kožní imunitní systém

Funkce a struktura slizničního a kožního imunitního systému sliznice a kůže jsou ve stálém kontaktu s vnějším prostředím, je zde soustředěno asi 80% imunokompetentních buněk kůže – bariéra proti mechanickému, fyzikálnímu a chemickému poškození a proti průniku mikroorganismů, u člověka představuje povrch asi 1,5 m2 slizniční imunitní systém – brání průniku patogenních mikroorganismů, brání rozvoji sebepoškozujících zánětlivých imunitních reakcí proti patogenům a neškodným antigenům z vnějšího prostředí, sliznice mají plochu asi 400 m2

Přirozené neimunitní ochranné mechanismy Při ochraně organismu před infekcí jsou důležité neporušené sliznice a kůže a jejich neimunitní ochranné mechanismy. mechanické - pohyb řasinek, tok vzduchu v dýchacích cestách nebo tekutiny v močových cestách chemické - MK na kůži; lysozym ve slinách, slzách a potu; antibakteriální defensiny, kyselé pH žaludku a moči mikrobiální – nepatogenní mikroflóra

Struktura slizničního imunitního systému MALT (mucous associated lymphoid tissue) BALT (bronchus associated lymphoid tissue) GALT (gut associated lymphoid tissue) NALT (nasal associated lymphoid tissue) o-MALT (organisovaný) – je tvořen lymfoidními folikuly pod sliznicí; patrové a nosní mandle, apendix, Peyerovy plaky d-MALT (difúzní) – je tvořen leukocyty difuzně rozprostřenými v lamina propria (T a B lymfocyty, makrofágy, neutrofily, eozinofily a žírné bb.)

Intraepiteliální T lymfocyty Intraepiteliální T lymfocyty * lokalizovány převážně v klcích tenkého střeva * většinou mají TCRab a koreceptor CD8 * produkují TGFb (hojení sliznic) * potlačování nežádoucích reakcí vůči potravinovým alergenům

Humorální mechanismy slizničního imunitního systému s IgA Humorální mechanismy slizničního imunitního systému s IgA * sekreční imunoglobulin A * nejvýznamější slizniční imunoglobulin; v mateřském mléce * transcytoza – IgA je přes epitel transportován pomocí transportního Fc receptoru (poly-Ig-receptor), na luminální straně je IgA odštěpen i s částí receptoru tzv. sekreční komponentou, která chrání Ig před střevními proteázami * neutralizace antigenů na sliznicích, neaktivuje komplement, váže se na Fc receptory fagocytů; v Peyerových placích mohou být imunokomplexy s IgA zachyceny a mohou indukovat imunitní odpověď

s IgM. sekreční imunoglobulin M s IgM * sekreční imunoglobulin M * uplatňuje se u novorozenců a selektivního deficitu IgA * více náchylný k degradaci střevními proteázami * neutralizace antigenů na slizničních površích IgG * dostává se na sliznice difúzí * uplatňuje se zvláště v dolních dýchacích cestách

Indukce slizniční imunitní reakce Orální tolerance Indukce slizniční imunitní reakce Orální tolerance * většina antigenů podaných perorálně vyvolá supresi specifické imunity (rozhodující je velikost antigenní částice) * Tr lymfocyty (regulační) – produkce IL-10 Indukce slizniční imunitní reakce M-buňky - specializované enterocyty, které zajišťují transport Ag (endocytují Ag z okolí) - jsou v těsném kontaktu s lymfocyty a APC Slizniční imunizace vede ke stimulaci TH2 a TH3 lymfocytů a produkci IgA

Imunologický význam kojení mateřské mléko obsahuje: Imunologický význam kojení mateřské mléko obsahuje: * sIgA, IgG (neutralizace infekčních mikroorganismů, jejich produktů a potencionálních alergenů – než se plně rozvine slizniční imunitní systém novorozence) * CD 59 (protektin) – ochrana bb. před působením komplementu * lysozym, laktoferin, složky komplementu, cytokiny včetně interferonů * imunokompetentní bb.

Kožní imunitní systém epidermis Kožní imunitní systém epidermis * keratinocyty - sekrece cytokinů (IL-1, 6, TNF, IL-10, TGFb) - exprese MHCgpII → mohou sloužit jako APC * Langerhansovy bb. – kožní dendritické bb. (APC) * rozptýlené intraepiteliální lymfocyty * melanocyty dermis * fibroblasty - produkce kolagenu - odstraňování apoptotických bb. * mastocyty * T lymfocyty (malé množství) * cévy, vlasové folikuly, potní a mazové žlázy

Imunitní mechanismy

Imunitní mechanismy Nespecifické a specifické imunitní mechanismy spolu vzájemně spolupracují. tolerance redundance

Nespecifické imunitní mechanismy * neadaptivní, vrozené * evolučně starší * nemají imunologickou paměť * na přítomnost škodlivin reagují rychle, řádově v minutách (založeny na molekulách a bb., které jsou v organismu připraveny předem) * složka buněčná – fagocytující bb.(některé jsou APC), NK bb. humorální – komplement, interferony, lektiny a další sérové proteiny

Specifické imunitní mechanismy. adaptivní, antigenně specifické Specifické imunitní mechanismy * adaptivní, antigenně specifické * evolučně mladší * mají imunologickou paměť * rozvoj úplné specifické imunitní reakce trvá několik dní až týdnů * složka buněčná - T lymfocyty (TCR) humorální - protilátky

Specifické imunitní mechanismy klonální, anticipační princip – imunitní systém je schopný předvídat (anticipovat) setkání s jakýmkoliv Ag kontaktu s určitým Ag se pomnoží příslušné lymfocyty a vytvoří se klony buněk stejné specifity princip druhého signálu – k plné aktivaci lymfocytů je nezbytný kostimulační signál, pokud není přítomen a lymfocyt dostane pouze signál první dojde k anergii (funkčnímu útlumu) či apoptóze

Imunitní mechanismy zánětu (lokální a systémová reakce)

Zánět Je souhrn fyziologických reakcí na porušení integrity organismu, které vedou k ochraně proti infikování poškozeného místa, k lokalizaci poškození a jeho zhojení. První signály k rozvoji zánětlivých reakcí pocházejí od mastocytů, fagocytů a od látek uvolněných z poškozených buněk a součástí mezibuněčné hmoty.

Lokální odpověď na zánět Lokální odpověď na zánět * zvýšení permeability cév ( vazoaktivní aminy, složky komplementu C3a, C5a, leukotrieny; otok v místě zánětu ) * zvýšení exprese adhezivních molekul na endoteliích * aktivace koagulačního, fibrinolytického, komplementového a kininového systému * ovlivnění místních nervových zakončení ( prostaglandiny, bolest ) * změny regulace teploty ( IL- 1, IL-6, TNF, prostaglandiny )

Systémová odpověď na zánět Systémová odpověď na zánět * je závislá na rozsahu poškození a délce trvání lokálního zánětu * horečka (prozánětlivé cytokiny TNF, IL-1, IFN stimulují hypotalamové centrum termoregulace) * mobilizace tkáňového metabolismu * indukce exprese Hsp (heat-shock-proteins; fungují jako chaperony) * produkce proteinů akutní fáze (CRP, SAP, C4, C5; opsonizace a aktivace komplementu)

* zvýšená jaterní syntéza některých sérových transportních proteinů (ceruloplasmin, transferin) * zvýšená syntéza proteázových inhibitorů (makroglobulín) * leukocytóza Septický šok – při masivním průniku mikroorganismů do krevního oběhu Anafylaktický šok – při degranulaci bazofilů a aktivaci komplementu alergenem

Reparace poškozené tkáně - eliminace poškozených buněk fagocyty - aktivace fibroplastických mechanismů - aktivace angiogeneze - regenerace a remodelace tkání

Fagocytóza

Fagocytóza = schopnost pohlcovat částice z okolí Profesionální fagocyty * buňky, které zajišťují obranyschopnost organismu mechanismem fagocytózy * neutrofilní a eosinofilní granulocyty, monocyty a makrofágy granulocyty - obrana proti extracelulárním patogenům - schopny vykonávat efektorové funkce ihned - neutrofily neexprimují MHCgpII (nejsou APC) makrofágy - odstraňování vlastních apoptotických bb., obrana proti některým intracelulárním parazitům - plně funkční až po aktivaci cytokiny (IFNg, TNF)

Průnik fagocytů do poškozených a infikovaných tkání 7% periferních neutrofilů a fagocytů 93% neutrofilů a fagocytů v kostní dřeni * tento poměr se mění vlivem zánětlivých cytokinů a bakteriálních produktů * v místě poškození se zachytí fagocyty na endotelu (vlivem zánětlivých cytokinů je zde vyšší exprese adhezivních molekul) * nejprve jde o interakci selektinů (adhezivní proteiny endotelií) se sacharidovými strukturami na povrchu neutrofilů - tzv. roling, který zpomalí pohyb neutrofilů

po té dochází k pevnější vazbě mezi ICAM-1 (endoteliální bb * po té dochází k pevnější vazbě mezi ICAM-1 (endoteliální bb.) a leukocytárními integriny (neutrofily) nebo VCAM-1 (endoteliální bb.) a b1-integriny (monocyty, eosinofily) a následnému prostoupení mezi endoteliálními bb. do tkáně - diapedéza, extravazace * do místa zánětu fagocyty směřují chemotakticky aktivní látky (IL-8, MIP-1a a b, MCP-1, RANTES, C3a, C5a, bakteriální produkty...), pro které mají fagocyty receptory * ve tkáni se fagocyty pohybují tak, že sekretují hydrolytické enzymy, které štěpí složky mezibuněčné hmoty

Receptory fagocytů PAMP - „pathogen associated molecular patterns“ - struktury, které se nacházejí na povrchu mikroorganismů, ale ne na vlastních nepoškozených bb. * manosový receptor * galaktosový receptor * CD14 (váže bakteriální LPS) * receptory skupiny TLR (váží bakteriální lipoproteiny, lipopolysacharidy, bakteriální DNA) * scavengerové receptory (váží fosfolipidy na povrchu apoptotických bb.)

Opsonizace - proces, jímž se zvyšuje účinnost fagocytózy cizorodé částice - jde o navázání opsoninu (IgG, IgA, C3b, MBL, fibronectin, fibrinogen, CRP,SAP) na povrch cizorodé částice * Fc receptory fagocytů (rozpoznávají protilátky navázané na povrchu mikroorganismu) * komplementové receptory (pro vazbu C3b)

Likvidace pohlceného mikroorganismu Likvidace pohlceného mikroorganismu * fúze fagozómu s lysozómem lysozóm obsahuje - baktericidní látky (defensiny) - hydrolytické enzymy (katepsiny, lysozym) - tekutinu s pH 4-5 * aktivace membránové NADPH-oxidázy vede k respiračnímu (oxidačnímu) vzplanutí, kdy vznikají reaktivní kyslíkové intermediáty (superoxidový radikál O2-, singletový kyslík, peroxid vodíku, hydroxylový radikál), které narušují strukturu biopolymerů, enzymů a DNA mikroorganismů; enzym myeloperoxidáza katalyzuje reakci H2O2 s Cl- za vzniku chlornanových aniontů (ClO-) * tvorba oxidu dusnatého (NO) , který produkuje NO syntáza makrofágů po aktivaci cytokiny (IFNg,TNF) produkovanými TH1 lymfocyty; NO likviduje intracelulární parazity makrofágů

Sekreční produkty fagocytů. IL-1, 6, TNF (systémová odpověď na zánět) Sekreční produkty fagocytů * IL-1, 6, TNF (systémová odpověď na zánět) * IL-8 (chemokin) * IL-3, GM-CSF (regulace hematopoézy) * TGFa, TGFb (napomáhají hojení tkání) * produkty metabolismu kys. arachidonové (prostaglandiny, prostacykliny, leukotrieny a tromboxany

Komplement

Komplement * systém asi 30 sérových a membránových proteinů (humorální složka nespecifické imunity) * složky komplementu jsou v séru přítomny v inaktivní formě * aktivace komplementu má kaskádovitý charakter * proteiny komplementu jsou syntetizovány především v játrech, v menší míře také tkáňovými makrofágy a fibroblasty * hlavní složky komplementu: C1-C9 (ústřední složkou je C3) * další složky komplementu: faktor B, faktor D, faktor P * regulační proteiny: C1-inhibitor, faktor I, faktor H, DAF, MCP, CR1, CD59 (protektin), inaktivátor anafylatoxinu

Funkce komplementu. opsonizace (C3b). chemotaxe (C3a, C5a) Funkce komplementu * opsonizace (C3b) * chemotaxe (C3a, C5a) * osmotická lýza (MAC C5b-C9) * anafylatoxiny (C3a, C4a, C5a)

Aktivace komplementu. alternativní cesta. klasická cesta Aktivace komplementu * alternativní cesta * klasická cesta * lektinová cesta

Alternativní cesta aktivace komplementu Alternativní cesta aktivace komplementu * C3 složka komplementu se vzácně samovolně štěpí na C3b a C3a * C3b se může kovalentně navázat na povrch nějaké částice (vlastní buňku, mikroorganismus) nebo reaguje s vodou a tím se inaktivuje * k navázanému C3b se připojí faktor B, který je štěpen faktorem D na Ba a Bb, vzniklý komplex C3bBb je stabilizován faktorem P a funguje jako alternativní C3 konvertáza * C3 konvertáza štěpí C3 na C3a (působí chemotakticky na fagocyty) a C3b, který se dále váže na povrch částice (opsonizuje ji), nebo dává vznik dalším C3 konvertázám * z některých C3 konvertáz vznikají komplexy C3bBbC3b, které fungují jako alternativní C5 konvertáza, která štěpí C5 na C5a (chemotaxe) a C5b (zahajuje terminální lytickou fázi)

Klasická cesta aktivace komplementu Klasická cesta aktivace komplementu * může být zahájena protilátkami (IgG – kromě IgG4, IgM) nebo tzv. pentraxiny (CRP, SAP – „proteiny akutní fáze“) * po vazbě protilátky např. na povrch bakterie, dojde ke změně její konformace a odhalení vazebného místa pro protein C1 * C1 po vazbě na 2 molekuly protilátky změní svoji konformaci a získá proteolytickou aktivitu – začne štěpit proteiny C4 a C2 * fragmenty C4b a C2a se naváží na povrch napadeného mikroorganismu a vytvoří klasickou C3 konvertázu (C4bC2a), která štěpí C3 na C3a a C3b * poté se vytváří klasická C5 konvertáza (C4bC2aC3b), která štěpí C5 na C5a a C5b

Lektinová cesta aktivace komplementu Lektinová cesta aktivace komplementu * je zahajována sérovým lektinem vážícím manosu (MBL) * MBL se váže na sacharidové struktury na povrchu některých mikrobů, po této vazbě štěpí C4 a C2 * tato cesta je podobná klasické cestě

Terminální (lytická) fáze komplementové kaskády Fragmenty C5b vytvoří komplex s C6, C7 a C8, tento komplex se zanoří do lipidové membrány napadené b. a připojí se k němu do kruhu 13-18 molekul C9, tak vzniknou v membráně póry a buňka může zlyzovat (G- baktérie, Protozoa, některé viry). Většina mikroorganismů je vůči tomuto lytickému působení komplementu odolná (ochrana buněčnou stěnou).

Regulace komplementu a ochrana vlastních bb Regulace komplementu a ochrana vlastních bb. před jeho působením Aktivace komplementové kaskády je kontrolována plazmatickými a membránovými inhibitory. * C1 inhibitor * DAF (decay-accelerating protein) –degradace C3 konvertázy * faktor I, MCP (membrane cofactor protein), CR1, faktor H – štěpení C3b * CD 59 (protectin) – brání polymeraci C9 → vytvoření lytického póru * inaktivátor anafylatoxinu - inaktivuje anafylatoxiny (C3a, C4a, C5a)

Komplementové receptory Komplementové receptory * váží fragmenty složek komplementu CR1 - na různých bb. - odstraňování IK CR2 - na B lymfocytech a FDC - aktivace B lymfocytů CR3, CR4 - na fagocytech - účast v opsonizaci, adheze