Imunopatologické reakce v kontextu
patofyziologie
Imunodeficity
Hypersensitivita
Alergie
Autoimunita as autoimunitní nemoci
Klasifikace poruch imunity
• imunodeficity
– problém nespecifické (fagocytóza, komplement) nebo specifické imunity (T
či B lymfocyty, protilátky)
• primární, vrozené (detailněji viz Imunologie)
– genetika
• sekundární, získané
– nemoci GIT (malabsorpce), ledvin (nefrotický sy), kostní dřeně (aplasie, leukemie), výživy
(kachexie), nádory, infekce (AIDS), ….
• hypersenzitivní reakce - výhradně záležitost specifické (adaptivní)
imunity!!!
– alergie (mechanizmus např. viz Resp. systém - astma bronchiale)
– autoimunitní nemoci
imunitní systém
(nespecifická/vrozená
a specifická /získaná
imunita)
mikroorganizmy
(bakterie, viry, paraziti,
plísně)
toxiny
nádorové buňky
cizorodé buňky a
tkáně (vč.
transplantace)
invaze a
rekognice
cizorodého
účelná imunitní reakce
obnovení původního stavu
genetika (MHC a
non-MHC lokusy)
stimulace zevními faktory
během vývoje imunitního
systému (tj. prodělané infekce,
(ne)hygiena, vakcinace aj.)
Fyziologické použití imunitního systému
hypersenzitivní reakce
typ I – IV (V)
specifického
imunitního systému
genetika (rizikové MHC a
non-MHC lokusy/alely)
patologická reaktivita vůči
ZEVNÍM antigenům, které by
normálně měly být tolerovány
patologická reaktivita vůči
VLASTNÍM antigenům, které by
normálně měly být tolerovány
alergie
autoimunitní
nemoci
patologická stimulace zevními
faktory anebo naopak její absence
(senzibilizace alergeny, infekce,
ATB, mikrobiom střeva a jinde aj.)
Patologická aktivita imunitního systému
Imunopatologické reakce vč. autoimunity jsou záležitostí
adaptivní (specifické) imunity!!!
Hypersenzitivní reakce (Coombs & Gell)
PRINCIPY IMUNITNÍ TOLERANCE
(AUTOTOLERANCE)
Imunitní tolerance vs. autoimunita a autoimunitní nemoci
• autoimunita = imunitní reaktivita proti vlastním antigenům („self“ antigeny)
– původní představa
• autoimunita = nežádoucí fenomén („horror autotoxicus“, Paul Ehrlich)
– ale ve skutečnosti běžný (nicméně klinicky němý) fenomén
• prokazatelná existence autoreaktivních klonů T-lymfocytů
• vznik autoreaktivních lymfocytů je nevyhnutelný, protože má-li imunitní systém reagovat na obrovské spektrum potenciálně škodlivých
antigenů, musí být schopen generovat velké množství náhodných kombinací v systémech detekujících antigeny (tj. molekul
imunoglobulinů/protilátek a TCR receptorů T-lymfocytů)
– musí být tudíž zaručena tolerance vlastních nepoškozených buněk (self tolerance) na více úrovních
• centrální
• periferní
• autoimunitní choroby
– detekovatelné morfologické
a funkční poškození
Jak se dosahuje diverzity receptorů lymfocytů (B a T)
Somatická rekombinace (maturace) a
selekce variant
- B-lymfocyty – v bone marrow (kostní
dřeni)
- T-lymfocyty v thymu
rekombinace vede k produkci obrovského
množství náhodných variant vč.
nevyhnutelně i autoreaktivních
T lymfocyt
Centrální a periferní tolerance B lymfocytů
• možnosti v případě autoreaktivity
– apoptóza
– receptor editing
• protože stimulace B lymfocytů periferně vyžaduje spolupráci Th lymf., kontrola
příp. autoreaktivity T lymfocytů musí být důslednější = existence
specializovaného orgánu (thymus)
Normální mechanizmus aktivace T lymfocytů
• důležitým aspektem při příp. aktivaci Tlymfocytů
je přítomnost signalizačních
molekul v lokálním mikroprostředí
– tj. v rámci architektury imunitního systému
– tzn. pro-zánětové prostředí usměrňuje
aktivaci jak T lymfocytů tak APCs
• prakticky to znamená, že infekce, které
zpravidla navozují poškozením zánět
doprovázený produkcí pro-zánětových
cytokinů (např. interferon-gama)
cirkulujících imunitním systémem
(lymfatiky) do lymfatických uzlin
umožňují v těchto specializovaných
místech, kde dochází k prezentaci cizího
antigenu APCs, aktivaci imunitní
odpovědi
Naivní T lymfocyty vyžadují ke své aktivaci 2 signály
HLA antigeny
HLA-I A,B a C a HLA-II DP, DQ a DR jsou extrémně polymorfní (mnoho populačně
běžných alel), většina lidí jsou heterozygoti a exprese je ko-dominantní (tj. obě alely
jsou reprezentovány na povrchu buněk)
Aktivace T lymfocytů vede k jejich proliferaci ve funkčně
různorodé efektorové buňky
Funkce T lymf. (CD4/CD8) se liší primárně podle jejich
cytokinového profilu
Příklad důsledků aktivace Th1 lymfocytů
Normální aktivace Th lymfocytů je zásadně
závislá na „lokálním prostředí“
• T-lymfocyty exprimují CD4 receptor pro MHC-II molekuly
• antigeny infekčního organismu nebo cizorodé tkáně jsou zpracovány na
peptidy v APCs (B-lymf., makrofágy a dendritické bb.) a tyto peptidy jsou
navázány na MHC-II molekuly a rozpoznány T-lymfocyty pomocí jejich TCR
– MHC restrikce
• celá řada dalších adhezních molekul, růstových faktorů a cytokinů jsou
nezbytné pro signalizaci mezi T- lymfocytem a APCs
• pouze pokud jsou všechny tyto signály korektní, dojde k aktivaci T-lymfocytu
– následná agresivní reakce spočívá v pomnožení přísl. klonu T- lymf. a zvýšení
jejich schopnosti destruovat další infikované bb.
• většina molekul nutných k aktivaci viz výše není mimo imunitní systém
dostupná (exprimovaná)
• v tomto případě i když je antigen rozpoznán T-lymfocytem, nenastane
agresivní odpověď ale naopak se spíše podpoří tolerance
• toto proti-zánětové prostředí může být podpořeno proti-zánětovými
cytokiny jako IL-4 a IL-10, které mohou být produkována zdravými tkáněmi
nebo populací regulačních T-lymfocytů
NAVOZENÍ AUTOTOLERANCE
Výzva pro specifický imunitní systém
• self
– lidský genom cca 30,000 genů
• 20,000 proteinů
– peptidy/antigeny
– post translační modifikace a splice-varianty
– tisíce typů diferencovaných buněk
– komplexita stavby buňky – dělení –
regenerace – hojení apod.
• non-self
– mikroorganismy
• miliony až miliardy virů, bakterií aj.
– desetitisíce dalších organizmů
– pozměněné tkáně
Thymus
Centrální tolerance T lymfocytů – thymus
diferenciace a zároveň selekce
Princip centrální tolerance – maturace thymocytů
• nezralé thymocyty z kostní dřeně
podstupují „T-cell receptor (TCR)
rearrangement“
• krok 1: CD4+8+ thymocyty v
prostředí thymu podstupují tzv. MHC
restrikci, tj. pouze ty CD4+8+
thymocyty, které interagují s MHCprezentovanými
antigeny na
epiteliálních bb. thymu dostávají
signály k přežití (tj. anti-apoptotické)
= pozitivní selekce
– ostatní jsou odstraněny apoptózou
• krok 2: spočívá v negativní selekci
thymocytů, které přežily krok 1
– thymocyty reagující (asociující) s
vlastními MHC a antigeny jsou
odstraněny apoptózou
– zbývající thymocyty pak maturují do
CD4+ T-helper (Th) nebo CD8+
cytotoxických (Tc) bb.
• tj. exprimují již jen dané znaky
Role MHC v selekci T lymfocytů
Peptide generation  loading on MHC
z cytoplazmy (např. virové)
proteazom (+IFN)
kratší délky
z endozomu (např. extracelulární
fagocytované)
lyzozomální proteázy generují peptidy delší
délky
Důsledek HLA polymorfismu
- různé spektrum peptidů
schopných se navázat
- různá konformace navázaných
peptidů
- a následně rozdílná intenzita
interakce s TCR
Selekce T lymfocytů v thymu je podmíněna afinitou
jejich TCR k antigenům/ peptidům MHC II
Kvantitativní hledisko
• afinita T-lymf. receptoru (TCR) k vlastním peptid–MHC ligandům
je naprosto zásadním parametrem určujícím osud nezralých
thymocytů v thymu
– progenitory, které žádnou nebo velmi malou afinitu jsou nepoužitelné a
zaniknou (die by neglect)
• toto je případ naprosté většiny thymocytů
– jestliže má TCR nízkou až střední afinitu pro self-peptid–MHC, pak
progenitor přežívá a diferencuje
• tento proces se nazývá pozitivní selekce
– jestliže má progenitor vysokou afinitu pro self-peptid–MHC, pak jsou
možné následující scénáře:
• (1) progenitor je odstraněn procesem negativní selekce
– mechanismem klonální delece (= apoptóza), je možný taky receptor editing či anergie
(tj. přežití ale neschopnost reakce proti antigenu)
• (2) z části vysoce afinitních self-reaktivních progenitorů se diferencují buňky s
'regulačním'l fenotypem
– není úplně jasné xo rozhoduje o konkrétním osudu vysoce self-reaktivního
thymocytu, tedy jestli bude odstraněn negativní selekcí nebo diferencován v
regulační T lymfocyt
– příkladem regulačních T-lymfocytů jsou IEL (intestinal epithelial lymphocyte), NKT bb.
(natural killer T cell), TReg bb. (CD4+CD25+ regulatory T cell)
Thymus opouštějí kompetentní ale „naivní“ T lymfocyty, které musí
být v případě potřeby aktivovány v periferii
Molekulární mechanizmy periferní autotolerance
• NEZBYTNÁ, CENTRÁLNÍ BY SAMA O SOBĚ NESTAČILA!!!
– není možné exprimovat všechny self-antigeny v thymu a zajistit
eliminaci veškerého poolu auto-agresivních T lymfocytů
• (1) malé množství self-reaktivní lymfocytů (přeživších klonáníl
deleci) nevyhnutelně uniká centrálním mechanismům a
opouští thymus
– autoreaktivní B & T lymfocyty jsou normálně přítomny u
zdravých lidí
• protože k tomu, aby byly aktivovány potřebují mnoho dodatečných
signálů zejm. od bb. nespecifické imunity
– a tyto jsou obvykle dostupné při infekci nebo poškození tkání
• (2) záměrné přežití některých autoreaktivních T bb.
diferencovaných do periferních Treg podporuje imunitní
toleranci
– CD4+CD25+ tvoří cca 5 - 10% všech CD4 bb.
– jejich vývoj a udržování je vysoce závislé na ko-stimulaci a IL-2
– Treg exprimují CD25, TNFa receptor, CTLA-4 a Foxp3
– lokálně ve tkáních kontrolují intenzitu zánětové odpovědi
přímým efektem an efektorové T lymfocyty nebo
dendritické bb.
– suprese zánětové odpovědi je rovněž závislá na
cytokinech (TGF-b/ IL-10)
Existují ještě další (CD25-) subpopulace supresorových
Treg lymfocytů které jsou inducibilní
Shrnutí mechanizmů autotolerance
AKTIVAČNÍ A EFEKTOROVÉ
MECHANIZMY AUTOIMUNITY
Molekulární mechanismy abnormální B nebo T cell
aktivace, tj. autoimunity
• (1) geneticky podmíněné selhání centrální nebo periferní auto-
tolerance
• (2) mechanismy spojené s infekcí
– produkce pro-zánětových/ko-stimulačních molekul
– zkřížená reaktivita (molekulární mimikry)
– polyklonální aktivace B lymfocutů viry a bakteriemi
• (3) uvolnění původně sekvestrovaných antigenů
– mnohá místa v organismu jsou tzv. „imunologicky privilegovaná“
• (4) hapteny se mohou (např. po vazbě na povrchy) stát imunogenními
• (5) nepřiměřeně vysoká, abnormální MHC exprese
Molekulární mechanismy abnormální B nebo T cell
aktivace, tj. autoimunity
• (1) geneticky podmíněné selhání centrální nebo periferní auto-tolerance
• (2) mechanismy spojené s infekcí
– produkce pro-zánětových/ko-stimulačních molekul
– zkřížená reaktivita (molekulární mimikry)
– polyklonální aktivace B lymfocytů viry a bakteriemi
• (3) uvolnění původně sekvestrovaných antigenů
– mnohá místa v organismu jsou tzv. „imunologicky privilegovaná“
• (4) hapteny se mohou (např. po vazbě na povrchy) stát imunogenními
• (5) nepřiměřeně vysoká, abnormální MHC exprese
Příklad (1): APS 1 – geneticky podmíněné selhání negativní
selekce v thymu
• autoimunní polyglandulární syndrom typu 1 (APS1)
• autozomálně recesivní
• defektní gen AIRE (AutoImmune REgulator), chromosom 21q22.3
– AIRE protein - transkripční faktor exprimovaný v lymfoidních orgánech
• role v indukci imunitní tolerance
– kontroluje expresi důležitých „self-antigenů“, zejm. těch, které jsou jinak exprimovány jen v endokrinních žlázách, na úrovni epiteliálních
buněk thymu
Endokrinopatie u APS 1
Genetická predispozice k autoimunitním nemocem
• silná (často monogenní)
– skupina autoimunitních polyglandulárních
syndromů
• defekt AIRE = APS 1 (syn. APECED (autoimunní
polyendokrinopatie – candidiasis ektodermální
dystrofie), Whitakerův syndrom)
– M. Addison, + hypoparathyreoidismus, další
• heterogenní genetický defekt = APS 2
(Schmidtův syndrom)
– M. Addison, hypothyreoidismus, T1DM
• defekt FoxP3 = IPEX (immune dysfunction,
polyendocrinopathy, and enteropathy, X-
linked)
• polygenní
• MHC alely
• jiné geny
Příklady non-MHC genetických variant asociovaných s rizikem
autoimunitních nemocí
Molekulární mechanismy abnormální B nebo T cell
aktivace, tj. autoimunity
• (1) geneticky podmíněné selhání centrální nebo periferní auto-tolerance
• (2) mechanismy spojené s infekcí
– produkce pro-zánětových/ko-stimulačních molekul
– zkřížená reaktivita (molekulární mimikry)
– polyklonální aktivace B lymfocytů viry a bakteriemi
• (3) uvolnění původně sekvestrovaných antigenů
– mnohá místa v organismu jsou tzv. „imunologicky privilegovaná“
• (4) hapteny se mohou (např. po vazbě na povrchy) stát imunogenními
• (5) nepřiměřeně vysoká, abnormální MHC exprese
Příklad (2): Role infekcí v rozvoji autoimunity
Mechanismy (1) a (2), tj. infekce či poškození tkáně na pozadí
genetické dispozice, představují nejčastější mechanismy autoimunity
1
2
produkce
prozánětových cytokinů
a exprese
kostimulačních molekul
Molekulární mimikry
• sekvenční nebo strukturní
identita nebo podobnost
mikrobů s tkáněmi
hostitele
– auto-agresivní reakce je pak
totožná jako ta účastnící se
eliminace patogenu
– avšak i zde je velmi častá
spoluúčast genetické
predispozice
• zejm. nosiči některých MHC II
alel
• ale též MHC I – např. HLA B27
Revmatická horečka jako příklad molekulární mimikry
• Etiologie: beta-hemolytický Streptococcus sk. A (tonzilitida, faryngitida)
• Patogeneze: Ab reagují s antigeny pojivové tkáně u vnímavých (disponovaných) jedinců  autoimunitní reakce (za 2- 3
týdny)  zánět (T lymfocyty, makrofágy)  pojivová tkáň srdce (= chlopně), kůže, mozek, klouby
• Akutní revmatická horečka – akutní zánět
– srdce – pankarditida, endokarditika, myokarditida
– kůže – erythema marginatum
– CNS – chorea minor (Sydenhamova, „tanec sv. Víta“)
– migrující polyartritida
• Chronická revmatická horečka
– deformity srdečních chlopní
• nejtypičtěji mitrální stenóza
Molekulární mechanismy abnormální B nebo T cell
aktivace, tj. autoimunity
• (1) geneticky podmíněné selhání centrální nebo periferní auto-tolerance
• (2) mechanismy spojené s infekcí
– produkce pro-zánětových/ko-stimulačních molekul
– zkřížená reaktivita (molekulární mimikry)
– polyklonální aktivace B lymfocytů viry a bakteriemi
• (3) uvolnění původně sekvestrovaných antigenů
– mnohá místa v organismu jsou tzv. „imunologicky privilegovaná“
• (4) hapteny se mohou (např. po vazbě na povrchy) stát imunogenními
• (5) nepřiměřeně vysoká, abnormální MHC exprese
Příklad (3): Ztráta „imunitní privilegovanosti“
• dřívější představa „sekvestrovaných antigenů“
– auto-antigeny jsou separovány od auto-reaktivních Tlymfocytů
anatomickými bariérami
• byla nahrazena spíše funkční konceptem
„imunologického privilegia“
– anatomické poměry mohou hrát svou roli
– absence lymfatické drenáže
– vysoká konstitutivní exprese FasL  apoptóza T lymf.
– absence APCs
– nízká exprese MHC I antigenů
– vysoká exprese povrchových molekul inhibujících
komplement
– vysoká koncentrace proti-zánětových cytokinů (např. TGFb)
– aj.
• příklady
– oko  sympatická oftalmie jako následek penetrujících
poranění
– varlata  anti-sperm & orchitis
– brain (BBB)  cirk. protilátky protik myelin basic protein
jako následek poruchy integriti BBB
– uterus (placenta)  aborty
– vlasová folikl  alopecie
Molekulární mechanismy abnormální B nebo T cell
aktivace, tj. autoimunity
• (1) geneticky podmíněné selhání centrální nebo periferní auto-tolerance
• (2) mechanismy spojené s infekcí
– produkce pro-zánětových/ko-stimulačních molekul
– zkřížená reaktivita (molekulární mimikry)
– polyklonální aktivace B lymfocytů viry a bakteriemi
• (3) uvolnění původně sekvestrovaných antigenů
– mnohá místa v organismu jsou tzv. „imunologicky privilegovaná“
• (4) hapteny se mohou (např. po vazbě na povrchy) stát imunogenními
• (5) nepřiměřeně vysoká, abnormální MHC exprese
Příklad (5): abnormální exprese antigenů MHC II. třídy v
neimunitních bb.
• MHC II antigeny jsou normálně
exprimovány pouze některými typy buněk!
• následkem patologické aktivace prozánětovými
cytokiny (IFN) se toto může
změnit
– MHC II je pak exprimováno společně s tkáňově
specifickými Ag
• může dojít k aktivaci auto-reaktivních T
lymfocytů
• příklady
– pankreas
•  bb. normálně exprimují velmi málo MHC I a vůbec
MHC II
•  bb. u T1DM mají vysokou expresi MHC I a II
– je to následek pro-zánětové stimulace při infekci?
– podobně je tomu u v případě folikulárních
buněk štítné žlázy
• autoimunitní thyroiditida (Hashimoto)
AUTOIMUNITA A PRINCIPY
ETIOPATOGENEZE AUTOIMUNITNÍCH
NEMOCÍ
Autoimunitní nemoci (AN)
• postihují cca 3 - 5 populace
• jsou výsledkem selhání mechanismů normálně zajišťujících udržení
auto-tolerance u B nebo T nebo obou typů lymfocytů
– nicméně patologická autoimunitní odpověď je obvykle cílena na omezené
množství autoantigenů, která vede k poškození tkání, je velmi specifická,
většina imunitní tolerance zůstává zachována
• hlavní faktory, které přispívají k rozvoji AN jsou
– genetická dispozice (obvykle polygenní)
– faktory vnějšího prostředí jako spouštěče procesu
• typicky infekce, deficit vitaminu D (a jiných mikronutrient?), výživa?, …
• AN se mohou manifestovat jako nemoci
– systémové
– orgánově specifické
• různé efektorové mechanismy se podílí na poškození tkání u různých AN
– (A) buňkami zprostředkovaná imunita (hypersensitivní reakce typu IV)
– (B) protilátkami zprostředkovaná imunita (hypersensitivita typu II, III, V)
• „epitope spreading“ (podílí se typicky na progresi a exacerbaci AN):
– autoimunitní reakce původně namířená proti jednomu auto-antigenu, která
poškodí danou tkáň tímto uvolní další antigeny, které stimulují imunitní
odpověď
Systémové vs. orgánově specifické AN
(A) Příklady buněčných (T-lymf. zprostředkovaných) AN
(B) Příklady AN zprostředkovaných tkáňově specifickými
protilátkami
AN podle typu převažující hypersens. reakce – typ II, III a IV
Prevalence a pohlavně specifické rozdíly
• Pohlavní rozdíly v prevalenci AN mohou být z části připsány právě účinku
pohlavních hormonů
– významně ovlivňují genovou expresi (genomické účinky)
– zjednodušeně řečeno estrogeny mohou napomáhat rozvoji AN, zatímco testosteron
tomu spíše brání
• Pohlavní rozdíly v intenzitě imunitní odpovědi
– ♀ produkují vyšší titry protilátek a mají obecně silnější imunitní odpověď než ♂
– ♀ mají mírně vyšší hladiny kortisolu než ♂
– ♀ mají více CD4+ T-bb. a vyšší sérový IgM
• Těhotenství
– ♀ během gravidity zvyšují intenzitu TH2-odpovědi
– hormonální změny (placenta) ustavují silné proti-zánětové prostředí (společně s
kortizolem)
– nemoci zprostředkované TH2-odpovědí se v graviditě zhoršují
• např. SLE
– nemoci zprostředkované TH1-odpovědí se v graviditě zlepšují
• např. RA nebo MS
– některé nemoci zůstávají beze změny, ale mohou ovlivňovat fetus/dítě
• např. Graves-Basedowova nemoc – přestup protilátek placentou
– hodně AN vniká až postpartum
• hypotéza mikrochimerismu
– fetální buňky se dostávají do oběhu matky a perzistují zde velmi dlouho
– na pozadí gen. dispozice ro může bát spouštěč
• mužská DNA?
PŘÍKLADY NĚKTERÝCH SYSTÉMOVÝCH AN (SLE A
REVMATOIDNÍ ARTRITIDA)
Systémový lupus erythematodes (SLE)
• postihuje mnoho orgánů s různou inteznitou
– kůže (motýlový exantém)
– cévy (vaskulitida)
– ledviny (imunokomplexová glomerulonefritida)
– klouby (artritidy, často migrující)
– CNS (encefalopatie)
– pleura
– aj.
• imunitní mechanismy
– abnormální aktivace DNA specifických B lymf. aktivací jejich TLR9 (váži
CpG motivy patogenů) a DNA receptorů antigeny uvolněnými z
apoptotických bb.
– produkce Ab proti proti jaderným proteinům
• dsDNA (double stranded)
• RNA-protein komplexy
• histony
– tvoří se imunokomplexy (např. anti-dsDNS-DNA) a tyto se deponují na
predilekčních místech (např. glomerulus, synovie, cévní stěna) nebo na
místech zvýšené buněčné smrti/poškození a tudíž produkce DAMPs
• toto vysvětluje vznik motýlového exantému po expozici UV-světlu (=
indukuje apoptózu keratinocytů)
• velmi variabilní klinický průběh
– 80 pacientů přežívá 10 let od dg.
„Epitope spreading“ in SLE
Revmatoidní artritida (RA)
• jedna z nejč. AN
– postihuje cca 1 - 2% celosvětové populace
– 75% pacientů jsou ženy mezi 40 - 60 lety
• RA typicky vede k symetrickému postižení malých
kloubů (iniciálně)
– a rovněž k extra-artikulárním projevům zahrnujícím srdce,
ledviny, oči aj.
• molekulární mechanismy
– T-lymf. zprostředkovaná, ale ksou rovněž pro dukovány Ab
• revmatoidní faktor (Rf): IgM (ale též IgG, IgD, …) protilátka proti
Fc fragmentu IgG
– HLA-DR4 asociace (MHC II)
• mechanismus tkáňového poškození
– invaze T lymf. do synovie a produkce pro-zánětových
cytokinů
– akumulace imunitních bb. v kloubu (kost, chrupavka,
okolní tkáň) a chron. zánět
– zánět vede k destrukci kloubu a zjizvení
– později klouby deformují (typická ulnární deviace prstů)
Molekulární mechanismy účastnící se RA
• T lymf. (primárně CD4+ paměťové bb.) invadující synoviální
membránu produkují IL-2 a IFN-gama
• skrze mezibuněčné kontakty a prostřednictvím cytokinů
(produkovaných také APCs jako IFN-gama, TNFa a IL-17)
tyto T lymfocyty aktivují monocyty, makrofágy a synoviální
fibroblasty
• tyto poté produkují pro-zánětové cytokiny, zejm. TNF-a, IL-
1 a IL-6 a vedou k chronickému zánětu
• tyto cytokiny rovněž aktivují celou řadu genů typických pro
zánět jako matrixové metalloproteinázy (MMPs) zapojené v
tkáňové degradaci
• TNF-a a IL-1 rovněž indukují expresi RANK na makrofázích,
které po interakci s RANKL na stromálních bb. nebo T lymf.
diferencují v osteoklasty a resorbují a destruují kost
• krom toho, rovněž chondrocyty jsou aktivovány a také
secernují MMPs
Zánětová odpověď synoviální membrány ('synovitis')
• transendoteliální influx a/nebo lokální aktivace celé
řady mononukleárních bb. jako jsou T, B lymfocyty,
plasmatické, dendritické bb., makrofázy, žírné bb.
potencují lokální novotvorbu cév
• lymfoidní infiltrát může tvořit difusní nebo (častěji)
folikulární strukturu
• vystýlající vrstva kloubu se stává hyperplastickou
(tloušťka >20 buněk) a synoviální membrána
expanduje a tvoří villi
• nicméně hlavní známkou RA je destrukce kosti
• destruktivní část synoviální membrány se nazývá
'panus', přičemž hlavním destruktivním buněčným
elementem jsou osteoklasty
– destrukce většinou začíná na rozhraní chrupavka – kost –
synoviální membrána
• polymorfonukleární leukocyty se nachází ve velkém
množství v kloubní tekutině, jejich enzymy společně
s enzymy secernovanými synoviocyty a chondrocyty
vedou k degradaci chrupavky
PŘÍKLADY AN V GIT (CELIAKIE A
NESPECIFICKÉ STŘEVNÍ ZÁNĚTY)
GIT je lokalizací mnoha běžných AN
• autoimunitní
– slinné žlázy (Sjögrenův syndrom)
– žaludek (atrofická gastritida)
– játra (primární sklerozující cholangitida, primární biliární cirhóza, autoimunitní hepatitida)
– pankreas (autoimunitní pankreatitida)
• ale také alergií - potravní alergeny
– např. na mléčné produkty (přesněji některé mléčné proteiny)
– odlišné oproti laktózové intoleranci v důsledku deficitu enzymu laktázy
• poměrně běžná – zejm. s ohledem na to, že celoživotní schopnost trávit mléko (vč. laktózy) je považována za normální stav
• avšak většina savců a i část lidské populace ztrácí aktivitu laktázy po odstavení
• tzn. celoživotní perzistence aktivity může být považována za abnormální
– genetický polymorfismus v promotoru genu pro laktázu vykazuje geografická distribuce zjevně jako důsledek genetické selekce
» nejvyšší prevalence persistence laktázy v Evropě je u Skandinávců (90 %)
» v české populaci  70 %
» nejnižší ve Středomoří (Turci  20 %)
» mimo Evropu je frekvence persistence vysoká např. u nomádských populací Sev. Afriky
• důvodem pro selekci persistenčního haplotypu v sev. Evropě může být schopnost konzumovat potravu bohatou na kalcium v sirtuaci
nízké tvorby vit. D v tomto klimatickém pásmu
• manifestace
– střevní dyskomfort po požití čerstvého mléka (ale ne po fermentovaných produktech jako např. jogurt nebo sýr)
– průjem, flatulence, bolesti břicha
Atrofická gastritida
• destrukce parietálních bb.
cytotoxickými T-lymfocyty
• ve snaze zajistit produkci HCl se
kompensatorně  gastrin (z G bb. v antru)
• tento stimuluje proliferaci ECL bb. (ve
fundu)
• riziko maligní transformace (=
prekanceróza) v karcinoid
• rovněž protilátky proti
• vnitřnímu faktoru (IF) a komplexům
IF/B12
• Na/K-ATPáze
• carbonic anhydrase
• gastrinovému receptoru
• důsledky
– achlorhydrie vedoucí k sideropenické
anemii
– později megaloblastová (perniciózní)
anemie
– prekanceróza
normální regulace při absenci parietálních
buněk
Celiakie
• synonyma: celiakální sprue, gluten-sensitivní
enteropatie, glutenová intolerance
• T-lymf. zprostředkovaná autoimunitní reakce
proti střevní sliznici (zejm. duodena a jejuna)
iniciovaná glutenem a jeho štěpnými produkty
(gliadiny)
• prevalence 1% populace
– ale zřejmě vyšší protože je pod-diagnostikovaná
• manifestace:
– často začíná v dětství po ukončení kojení a za
zavedení stravy obsahující obiloviny (ale poměrně s
dlouhou latencí)
– ale může se manifestovat kdykoliv během života
• symptomy jsou velmi variabilní!!!
– typická
– netypická
Patofyziologie celiakie
• etiologie
– genetická predisposice
• varianty v MHC II genech
– DQ2 a DQ8 haplotypy
– celiakie je často asociovaná a jinými
autoimunitními onemocněními, např. T1DM
• non-HLA alely
– zevní faktory
• gluten v dietě
– gluten je tvořen dvěma komponentami (= peptidy) gliadinem
a gluteninovými polypeptidy
» tzn. je to heterogenní směs gliadinů (prolaminů) a
gluteninů
– je relativně rezistentní k digesci GIT enzymy a umožňuje tedy
to, že poměrně imunogenní peptidy se dostanou až ke střevní
sliznici
• infekce adenoviry
molekulární mimikry při poškození střevní bariéry
Co je gluten?
• gluten (= proteiny) je součást endospermy obilovin (zejm.
pšenice)
– “gluten” je termín užívaný specificky pro kombinaci
prolaminových proteinů (zvaných gliadiny) a glutelinových
proteinů (zvaných gluteniny), které se vyskytují v obilninách
• gluten je obsažen v mnoha obilovinách/zrnech:
– přesnice, ječmen, bulgur, žito, špalda, oves, kamut, semolina aj.
• gluten není obsažen v:
– rýže (všechny druhy), pohanka, amarant, quinoa, kukuřice, proso
• gluten dodává těstu elasticity a dělá tedy pečivo pružným a
měkkým při současné pevnosti
– např. těsto na pizzu se krásně natahuje a těstoviny jsou elastické
když se tvarují a zároveň se nelámou
– tudíž vytvářet rovnocenně kvalitní produkty bez glutenu je
poměrně obtížné
Patofyziologie celiakie
• HLA-DQ2 a HLA-DQ8 preferenčně váží negativně nabité
peptidy, nicméně glutenové peptidy je normálně nemají
– enzym transglutamináza 2 (TG2) může modifikovat glutenové
peptidy jak vytvořením negativního náboje deaminací nebo
cross-linkováním gliadinových peptidů navzájem nebo s TG2
enzymem samotným
– TG2 je zpravidla exprimován intracelulárně v inaktivní formě a
je uvolněn při zánětu nebo poškození bb.
• tedy za normálních okolností jsou glutenové proteiny nezměněny a
neváží HLA-DQ
• při přítomnosti TG2 jsou glutenové peptidy presentovány CD4+ bb.
a uvolňuje se IFNy, který způsobuje zánět
• toto prohlubuje poškození a další uvolnění TG2 a tvoří jakýsi bludný
kruh
– HLA-DQ8 zpravidla váže peptidy chudé na proliny a teprve po
několika krocích deaminace to je dosaženo toho, že se
glutenové peptidy stanou imunogenními
• aktivované gluten-specifické CD4+ Th1 secernují vysoké
hladiny pro-zánětových cytokinů (např. IFNg a IL-2, které
potencují aktivaci intra-epitelových cytotoxických CD8+
T lymfocytů
• Th2 odpověď – cestou B-lymf. – vede k produkci
protilátek proti gliadinu, retikulinu a transglutamináze
Manifestace celiakie
• důsledkem auto-agresivního zánětu je vilózní
atrofie s hyperplasií stř. krypt a intraepiteliální
lymfocytózou (= typické markery
celiakie)
• klinický průběh & symptomy
– průjem
– bolest břicha
– nadýmání
– malabsorpce makro- a mikronutrient, vitaminů,
stopových prvků
• hypo-/malnutrice nebo váhový úbytek
– ne-gastrointestinální manifestace
• děti: malý vzrůst, anemie, neurologické symptomy
• dospělí: dermatitis herpetiformis, anemie, snížená
kostní densita, infertilita, dráždivý tračník,
dyspepsie, ezofageální reflux, neurologické
symptomy
– po 20 - 40 letech je riziko stř. lymfomu cca 50%
a karcinomu cca 10%
Idiopatické střevní záněty (inflammatory bowel diseases, IBD)
• jak Crohnova nemoc (CD) tak ulcerózní kolitida
(UC) vykazují některé společné znaky
– manifestace u mladých dospělých
– klinický průběh
• intermitentní exacerbace střídané s remisemi
– genetická predispozice
• ačkoliv různé geny u CD a UC
– abnormální reaktivita nespecifického imunitního
systému na stř. mikrobiom (bakterie)
– abnormální lymfocytární aktivita a násl. cytokinové
spektrum
• predominance Th1/Th17 u CD
• atypická Th2 u UC
• lokalizace
– m. Crohn – jakýkoliv segment GIT, transmurální,
granulomatózní zánět
– ulcerózní kolitida –pouze rektum a kolon, zánět
omezen na mukózu
Imunitní systém střeva
• unikátní s ohledem na blízkost intraluminálních bakterií,
které jsou odděleny od níže ležící lamina propria pouze
jednou vrstvou epitelových bb.
• epitelová vrstva je tvořena absorptivními a
sekretorickými bb., gobletovými bb (tvorba ochranného
hlenu) a Panetovými bb.
• imunitní M bb. a dendritické bb. kontrolují obsah
střevního lumen
– za normálních podmínek jsou imunitní bb. střevní mukózy z
velké části tolerantní aby zabránili zánětové odpovědi na
prospěšné komensální bakterie ve střevě
– makrofágy a dendritické bb. mají zásadní roli: stř. makrofágy
jsou zapojeny ve fagocytóze patogenů a odstraňování buněčné
debris
– na rozdíl od jiných makrofágů střevní makrofágy neprodukují
pro-zánětové cytokiny
• mají down-regulovánu expresi některých povrchových receptorů
jako CD14 (který reguluje odpověď na lipopolysacharid) a
některých TLRs
– CD103+ dendritické bb. ve střevě vedou k tvorbě regulačních T
lymf., které jsou zapojeny v navození tolerance
– proti-zánětové prostředí střevní sliznice je podporováno
cytokiny jako IL-10 a TGFb
• přítomnost patogenních bakterií nebo narušení
epiteliální bariéry vede k aktivaci a migraci
dendritických bb. do mesenterických uzlin, kde aktivují
naivní T lymf., které následně podstupují diferenciaci
Etiologie nespecifických střevních zánětů
• genetické faktory umožňují abnormální imunitní odpověď nespecifického imunitního systému
– CD
• mutace vedou k porušené expresi pattern-recognition receptorů (PRRs), např. Toll-like receptory (UC) nebo NOD2 a
abnormální aktivitě autofagie  bakteriální invaze a defektní odstraňovaní bakterií  lnízká produkce pro-zánětových
cytokinů  granulomatózní léze
– UC
• primárně porucha intestinální bariéry (tight junctions)  excesivní produkce pro-zánětových cytokinů (TNFa)  zánětová
infiltrace mukózy leukocyty
– abnormální adaptivní imunitní odpověď je zřejmě sekundární
• z jistého pohledu mohou být tedy CD a UC považovány za imunodeficience
• environmentální faktory
– incidence roste v Evropě i Sev. Americe
– totéž je nyní evidentní na jižní hemisféře a v Asii
• mikrobiální faktory
– střevní mikroflóra je velmi komplexní
• Bacteroidestes
• Firmicutes
• Actionobacteria
• Preoteobacteria
– a je modifikována mnoha faktory
• způsob porodu (vaginální vs. CS), užívání ATB (zvláště v dětství), typ diety, aditiva, xenobiotika, léky apod.
Crohnova choroba
• = ileitis terminalis, enteritis regionalis
• chronické idiopatické zánětlivé onemocnění převážně tenkého střeva
– ale může postihnout kterýkoliv úsek GIT počínaje ústní dutinou až po anus
– projevuje se typicky mezi 3. až 6. dekádou, častěji u žen
• patogeneze (multifaktoriální)
– genetické faktory (= dispozice) vedoucí k abnormální imunitní odpovědi
střevní sliznice na přirozené bakteriální antigeny (normálně >500 bakt.
druhů) – porucha produkce defensinů
• mutace v genu CARD15
– spouštěcí faktory nejsou známy (infekce?) = u sterilních zvířat se nerozvine
• lipopolysacharid, peptidoglykan, flagellin, …
• průběh – typicky střídání exacerbace (bolest břicha, průjem, teploty,
křeče břicha, krev ve stolici (enterorhagie)/remise
– zánět stř. stěny má granulomatózní charakter, postihuje všechny vrstvy
stěny
– vznikají vředy a krvácení
– penetrované vředy vedou ke vzniku píštělí (často periproktální)
– postižené okrsky se střídají s nepostiženými
• extraintestinální projevy
– artritida
– postižení očí (uveitis)
Etiopatogeneze CD
• multifaktoriální
– genetické faktory (= predisposice) vede k
abnormální imunitní odpovědi intest.
mukózy na přirozené komenzální bakteriální
antigeny (>500 bakt. kmenů, aeroby a
anaeroby)
• normálně jsou kontrolovány produkcí defensinů
• GWAS
– mutace v genu pro CARD15
– autofagický protein ATG16L1
– mnoho dalších locusů
– spouštěcí environmentální faktory nejsou
známy (infekce?) = u sterilních zvířat se
nerozvine
• lipopolysacharidy, peptidoglycany, flagelin, …
• podezřelé jsou Mycobacteria, Listeria a Yersinia
(u posledních dvou není jasné)
• reakce na intraluminální bakterie – normálně stav tzv.
“kontrolovaného zánětu”
– intracelulární rekognice komponent stěny bakterií
(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), např.
muramyl-dipeptide (MDP) prostřednictvím NOD2 (produkt
CARD15 genu) vede oligomerizaci a aktivaci NFk-B
– sekrece chemokinů a defensinů Panethovými bb.
• varianty NOD2 asociované s Crohnovou ch. vedou k
deficientní epiteliální odpovědi, ztrátě bariérové funkce
a zvýš. expozici stř. mikroflóře
– porucha sekrece chemokinů a defensinů
– porucha exprese pattern-recognition receptors (PRRs), např.
Toll-like receptory
– produkce zánětl. cytokinů
– aktivace dendritických bb. a produkce Ig a aktivace Th1 lymf.
• Crohnova choroba je tedy něco mezi autoimunitním a
imunodeficientním onemocněním
Defektní bakteriální clearance u CD
• defektní post-translační modifikace u
makrofágů směřuje cytokiny a chemokiny
do lysosomů a tím redukuje jejich sekreci a
vede k nízké migraci neutrofilů a
perzistenci bakterií ve stř. mukóze
• porucha vezikulárního transportu redukuje
bakteriální clearance ve fagolysosomu
• narušená integrita epiteliální bariéry
zvyšuje množství bakterií a tedy zvyšuje
resp. vyžaduje odpověď adaptivní imunity
• mutace v NOD2 receptoru oemzují akutní
zánětovou odpověď na bakterie a
amplifikují chronický zánět inhibicí
transkripce IL-10
Ulcerózní kolitida
• max. incidence 20 – 40. rok věku
• typicky bílá rasa, severní gradient
• zánět je limitován na sliznici
– zánět začíná na spodině Lieberkuhnových krypt. tl. střeva
(infiltrace imun. bb.)
• zejm. rektum a sigmoideum
– hyperemie sliznice, abscesy v kryptách a ulcerace, krvácení,
zánětl. pseudopolypy, event. striktury
• průběh onemocnění
– periodický = exacerbace a remise (průjem, krvácení, bolest,
teploty)
– extraintestinální manifestace (5 – 15%): polyarthritida,
osteoporosa, uveitida, cholangitida
– chronicky anemie, striktury, hemoroidy, karcinom
• při těžkém průběhu je indikací ke kolektomii
Imunologie v kostce