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, jinak není dost efektivní 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.

Povrchové molekuly leukocytů * antigenně specifické receptory (TCR, BCR) * adhezivní molekuly (integrini, selektiny, adhezivní molekuly Ig rodiny) * Fc receptory * komplementové receptory * cytokinové a chemokinové receptory * MHC gp * receptory pro složky mikrobiálních povrchů….

CD názvosloví. povrchové molekuly leukocytů se označují tzv. CD-názvy CD názvosloví * povrchové molekuly leukocytů se označují tzv. CD-názvy * CD „cluster of differentiation“ * nově popisované molekuly dostávají pořadová čísla * mnohé mají i alternativní názvy ( CD14 - LPS receptor; CD16 – FcgRIII…) * TCR, BCR a MHC gp záměrně nemají CD název

Molekuly imunitního systému. antigenně specifické receptory (TCR, BCR) Molekuly imunitního systému * antigenně specifické receptory (TCR, BCR) * protilátky * MHC gp I a II třídy (HLA) * Fc receptory * adhezivní a kostimulační molekuly * cytokiny a jejich receptory * nespecifické receptory pro složky mikrobiálních povrchů * komplementový systém

Imunitní mechanismy

Imunitní mechanismy Nespecifické a specifické imunitní mechanismy spolu vzájemně spolupracují. Jako první se obvykle v obranných reakcích uplatňují nespecifické mechanismy, které rozpoznávají chemické struktury přítomné na povrchu mnoha mikroorganismů (a nepřítomné na vlastních bb.). Některé druhy fagocytů jsou nezbytné pro zahájení antigenně specifických mechanismů, neboť fungují jako APC (antigen prezentující bb.) pro T lymfocyty. 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

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

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, tak, že je předem připraveno velké množství T a B lymfocytů, které se liší vazebnými místy svých antigenně specifických receptorů (TCR a BCR); po kontaktu s určitým Ag se pomnoží příslušné lymfocyty a vytvoří se klony buněk stejné specifity princip druhého signálu – k plné aktivaci lymfocytů je potřeba ještě kostimulační signál, pokud není přítomen a lymfocyt dostane pouze signál první (přes TCR, BCR), dojde k anergii (funkčnímu útlumu) či apoptóze

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

Slizniční imunitní systém sliznice dutiny ústní a nosní, dýchacího, trávicího a urogenitálního systému, sliznice oka a vnitřního ucha, vývody exokrinních žlaz přirozené neimunitní obranné mechanismy: pohyb řasinek, proudění vzduchu a tekutin, sekrety žláz s vnější sekrecí s baktericidními účinky (MK, lysozym, pepsin, defensiny, kyselé pH žaludku a moče

Struktura slizničního imunitního systému MALT (mucous associated lymphoid tissue) BALT (bronchus associated lymphoid tissue) GALT (gut 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 TCRgd 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 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.

Zánět - akutní ( fyziologická obranná reakce, obvykle odezní bez následků, poškozená tkáň se zcela zhojí) - chronický ( je obvykle již patologickou reakcí, dochází k částečné destrukci tkáně a nahrazení vazivem) Odpověď organismu - lokální - systémová

Lokální odpověď organismu na zánět Projevy - bolest (dolor), teplo (calor), zčervenání (rubor), otok (tumor) a ztrátou funkce (funkcio laesa)

* 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 po aktivaci Fc receptorů a komplementových receptorů, která 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