FOKÁLNÍ A SYSTÉMOVÁ ZÁNĚTLIVÁ REAKCE. REAKCE AKUTNÍ FÁZE VL- 18. 10. 2017 ZÁNĚT  Reakce živého organismu na poškození.  3 hlavní funkce:  Tvorba akutního zánětlivého exsudátu. Ten přináší proteiny, tekutinu a buňky z krve do poškozeené oblasti, kde posiluje lokální obranyschopnost.  Destrukce a eliminace příčinného činitele (např. bakterií, pokud jsou přítomny).  Rozklad a likvidace poškozené tkáně (debris). ZÁNĚT  je soubor reakcí , které se objevují po tkáňovém poškození nebo infekci nebo imunologické stimulaci jako obrana proti cizím, nebo alterovaným vlastním substancím.  Zánětlivé reakce zahrnují četné biochemické a celulární alterace, jejichž rozsah koreluje s rozsahem iniciálního traumatu.  Nevhodná aktivace zánětlivých odpovědí jako bazální příčina nemocí. ETIOLOGIE A PATOGENEZE  Fyzikální poškození  Chemické látky  Biologické poškození (např. mikroorganismy). Zánětlivá odpověď se skládá z:  Změn v průtoku krve  Zvýšení permeability cév a úniku bílkovin, tekutiny a buněk z krve do tkáně. Tato reakce je významně stereotypní. Gastroenterology. 2013 August;145(2):293-308. Role epigenetiky v patogeneze nemocí15.11.2017 5 15.11.2017 6 VKP 20. 2. 2015 15.11.2017 7 Epigenetická remodelace chromatinu a reprogramování genů během akutního systémpvého zánětu 15.11.2017 8 Leukoc Biol. Sep 2011; 90(3): 439–446. Integrace mezi bioenergetikou a epigenetikou během akutního systémového zánětu 15.11.2017 9 Leukoc Biol. Sep 2011; 90(3): 439–446. Chronic zánět se potenciálně účastní všech fází tumorigeneze 15.11.2017 10 LOKÁLNÍ ZÁNĚTLIVÉ REAKCE  Zvýšený průtok krve oblastí poškození  Zvýšení permeability cév  Řízený a přímý influx a selektivní akumulace různých efektorových buněk z periferní krve v místech poškození  a/rychlá,nespecifická(antigenně) fagocytární odpověď-neutrofily  b/pozdní odpověď- monocyty- makrofágy, specifické T a B lymfocyty+ exsudace plasmy DYNAMIKA ZÁNĚTLIVÉ REAKCE  Aktivované zánětlivé buňky (M-M, T,B lymfocyty) samy produkují protektivní a prozánětlivé molekuly.  Zánětlivé buňky exprimují zvyšující se počet buněčných povrchových proteinů a glykoproteinů, tzv. adhesivních molekul. DYNAMIKA ZÁNĚTLIVÉ REAKCE  Aktivované endoteliální buňky exprimují receptory pro adhesivní molekuly. Počet těchto receptorů je regulován a umožňuje precizní směrování požadovaného počtu cirkulujících leukocytů do místa zánětu.  Celulární přichycení (“attachment”) imunitních buněk k endotelu v cévách v oblasti zánětu zabraňuje možnosti, že by mohly místo zánětu minout, a je klíčovým krokem pro extravazaci. AKUTNÍ ZÁNĚT-TYPY PODLE EXSUDÁTU  Serózní  Katarální  Fibrinózní  Hemorhagický  Purulentní  Membranózní  Pseudomembranózní  Nekrotizující (gangrenózní) zánět PŘÍZNAKY ZÁNĚTU A KORESPONDUJÍCÍ CHEMICKÉ MEDIÁTORY Zánětlivá odpověď Chemický mediátor Otok, zčervenání, zteplání Histamin, PG, LT, bradykinactivating faktor Tkáňové poškození Lysosomy, látky z M a dalších zánětlivých buněk Chemotaxe Komplement Bolest Prostaglandiny, bradykinin Horečka IL-1 a IL-6 Leukocytóza TNF a IL-8 SYSTÉMOVÉ PŘÍZNAKY AKUTNÍHO ZÁNĚTU  Horečka Polymorfonukleáry a makrofágy produkují endogenní pyrogeny, které resetují termoregulační centrum v hypotalamu na vyšší teplotu. Uvolnění endogenních pyrogenů je stimulováno fagocytózou, endotoxiny a imunitními komplexy.  Klinické symptomy  Únava, anorexie, nausea. Ztráta hmotnosti u chronického zánětu.  Zduření lokálních nebo systémových lymfatických uzlin se objevuje pravidelně; splenomegálie u některých specifických infekcí (např. malárie, infekční mononukleóza). SYSTÉMOVÉ PŘÍZNAKY AKUTNÍHO ZÁNĚTU  Hematologické změny  Zrychlená sedimentace erytrocytů. Častý nespecifický příznak systémového zánětu.  Leukocytóza  Neutrofilie se objevuje u pyogenních infekcí a tkáňové destrukci; eozinofilie u parazitárních infekcí;  Lymfocytóza u chronických infekcí (např. TBC), u mnoha virálních infekcí Monocytóza u infekční mononukleózy a některých bakteriálních infekcí (TBC)  Anémie  Ztráta do zánětlivého exsudátu (ulcerativní kolitis);  Hemolýza (v přítomnosti bakteriálních toxinů)  „anémie u chronických zánětlivých onemocnění“ jako důsledek toxického útlumu kostní dřeně.  Amyloidóza  Dlouhotrvající chronický zánět (např. u revmatoidní artritidy) může zvýšit sérový amyloid A protein (SAA),což může vést k depozici amyloidu do tkání SYSTÉMOVÉ A MÍSTNÍ KLINICKÉ SYMPTOMY AKUTNÍHO ZÁNĚTU Systémové příznaky Lokální příznaky horečka calor tachykardie rubor hyperventilace dolor únavnost Tumor ztráta chuti k jídlu functio laesa Změny při zánětu Zvýšení Pokles Buněčné Fagocytující buňky (v krvi i místně) erytrocyty Metabolické Proteiny akutní fáze serová Cu katabolismus bílkovin glukoneogeneze sérové Fe sérový Zn syntéza albuminu transtyretin transferin Endokrinní glukagon insulin ACTH GH T4 kortisol aldosteron vasopressin T3 TSH SYSTÉMOVÉ MANIFESTACE ZÁNĚTU 1. Horečka 2. Reakce akutní fáze REAKCE AKUTNÍ FÁZE  Je systémová reakce na lokální nebo systémový imunologický stres způsobený infekcí, tkáňovým poškozením, traumatem nebo neoplastickým růstem.  V místě léze uvolňují lokální prozánětlivé buňkyneutrofily a makrofágy- prozánětlivé cytokiny (TNF-α/β, IL-1α/β, IL-6, INF-α/γ a IL-8) do krve.  Tyto cytokiny aktivují různé cílové buňky, což vede k aktivaci hypotalamu, redukci sekrece růstového hormonu a dalším dějům charakterizovaným jako horečka, anorexie a katabolismus svalových buněk.  Při dostatečně vysoké hladině prozánětlivých cytokinů (zejména IL-6) v periferní krvi játra odpovídají změnou exprese proteinů akutní fáze. Signální transdukce pro IL-6 REAKCE AKUTNÍ FÁZE  Metabolické změny: pokles LDL a HDL v krvi, nárůst ACTH a glukokortikoidů,aktivace komplementu, pokles hladin Ca++, Zn, Fe, vitaminů rozpustných v tucích a změny v koncentracích proteinů akutní fáze.  Smysl reakce: zábrana mikrobiálního růstu a pomoc při obnově homeostázy (limitace poškození navozených vlastním zánětlivým procesem). PROTEINY AKUTNÍ FÁZE  Je třída proteinů, jejichž plasmatická koncentrace stoupá (pozitivní proteiny akutní fáze) nebo klesá (negativní proteiny akutní fáze) v odpovědi na tkáňové poškození.  Tato reakce se nazývá reakce akutní fáze (AFR). POZITIVNÍ PROTEINY AKUTNÍ FÁZE  (1) ceruloplamin a složka komplementu C3  (2) haptoglobin, fibrinogen, a-globuliny a LPS-binding proteinázy  (3) C-reactivní protein a sérový amyloid A Funkce:  Opsonizace a vychytávání bakterií a jejich produktů  Aktivace komplementu  Vychytávání volného hemoglobinu a radikálů Funkce Protein akutní fáze Nárůst v průběhu Inhibitory proteáz 1-antitrypsin 1-antichymotrypsin 4 x 6 x Koagulační proteiny (serin proteinázy) fibrinogen prothrombin factor VIII plasminogen 8 x Složky komplementu C1s C2b C3, C4, C5 C9 C5b 2 x Transportní proteiny haptoglobin hemopexin feritin 8 x 2 x 4 x Scavengerové proteiny ceruloplasmin 4 x Různé 1-kyselý glykoprotein (orosomukoid) serum amyloid A protein C-reactive protein 4 x 1000 x 1000 x ALFA 1-ANTITRYPSIN (A1AT)  je inhibitor serin proteáz (serpin). Chrání tkáně před enzymy uvolňovanými zánětlivými buňkami, zvláště před elastázami. V krvi přítomen v koncentracích 1,5 – 3,5 g/l  Funkce  Většina serpinů inaktivuje enzymy kovalentní vazbou, což vyžaduje vysoké koncentrace. V podmínkách akutní fáze je nutné další zvýšení, které omezí případné poškození tkáně způsobené aktivovanými leukocyty, konkrétně jejich enzymem elastázou, která štěpí elastin pojivové tkáně.  Účast na rozvoji nemocí  Deficit A1AT –hereditární nemoc, při které vede deficit A1AT k nekontrolovanému rozkladu pojivové tkáně během zánětu (plicní emfyzém, jaterní cirhóza).  Nomenklatura  Tento enzym byl nazván "antitrypsin" pro svou schopnost konvalentně vázat a irreverzibilně inaktivovat trypsin (především v duodenu). ALFA 2-MAKROGLOBULIN  Hladiny alfa-2 makroglobulinu jsou zvýšeny u nefrotického syndromu. Jako velká molekula α2-makroglobulin není filtrován a zůstává v krvi.  Jeho koncentrace dále rostou při zvýšené produkci bílkovin.  U chronického renálního selhání mohou zvýšené hladiny alfa-2 makroglobulinu vést ke zvýšené tvorbě amyloidu.  Polymorfní varianta α2-makroglobulinu byla asociována se zvýšeným rizikem Alzheimerovy nemoci. Dokumentované a předpokládané funkce a interakce CRP. C-REAKTIVNÍ PROTEIN  CRP aktivuje komplement  CRP se váže na chromatin pocházející z mrtvých buněk a na zbytky buněk, který je nutno z cirkulace odstranit fagocytózou, a to přímo, vazbou na receptory Fc, C3b nebo CRP.  Inhibice destičkové agregace snižuje riziko trombózy.  CRP se váže na LDL. Typické změny hladin CRP, fibrinogenu, ESR („erythrocyte sedimentation rate“) a albuminu během reakce akutní fáze CYTOKINY A REAKCE AKUTNÍ FÁZE (APR)  Malnutrice, hladovění a anorexie redukují odpověď akutní fáze.  Bakteriální infekce obvykle vedou k silné systémové reakci akutní fáze. Silná reakce monocytů a polymorfonukleárů jako odpověď na endotoxin vede k expresi vysokých hladin TNF-α a IL-1β.  U virových infekcí je APR mírnější. V tomto případě se z buněk napadených viry uvolňují zejména interferony, také TNF-α a IL-1β.  Plně rozvinutou APR pozorujeme v případě, že dochází k závažné destrukci buněk. PROZÁNĚTLIVÉ CYTOKINY Odpovídají  za indukci horečky, katabolismu ve svalech a aktivaci prekurzorů bílé krevní řady ve dřeni.  TNF-α, IL-1β a INF-γ jsou klíčové pro expresi zánětlivých lipidových mediátorů (prostaglandiny a leukotrieny) a indukují produkci „platelet-activating factor“ (PAF) a IL- 6. Po stimulaci těmito cytokiny Kupfferovy buňky v játrech produkují IL-6.  IL-6 je významným mediátorem sekrece většiny proteinů akutní fáze hepatocyty.  TNF-α způsobuje katabolismus ve svalech (hyperglykémie způsobená glukagonem a glukokortikoidy a vychytávání aminokyselin játry). GLUKOKORTIKOIDY  Glukokortikoidy způsobují:  stimulaci hepatocytů prostřednictvím IL-6, která je závislá na glukokortikoidech  downregulaci produkce cytokinů monocyty a makrofágy, modulující APR.  supresi cytochromu P-450. Cytochrom P-450 oxidázy jsou přítomny v mnoha tělesných buňkách (játra, sliznice GIT). Je schopen metabolizovat četné substráty (včetně léků a toxinů) a účastní se syntézy a štěpení hormonů, cholesterolu a metabolismu vitaminu D.  produkci heat shock proteinů a metallothioneinu. Metallothionein indukuje zvýšenou resistenci jater vůči toxickým kovům a zvyšuje intracelulární vaznou kapacitu pro kovy. Společně se sníženou sekrecí albuminu játry snižuje hladiny železa a zinku v krvi, což je zřejmě v dané situaci přínosné, protože železo je esenciálním prvkem pro mikrobiální růst. „HEAT SHOCK“ PROTEINY (HSP)  Jsou vysoce konzervované proteiny, které jsou schopny chránit buňku proti noxám a poškození.  Intracelulárně fungují jako molekulární chaperony a jako antiapoptotické regulátory buněčné signalizace.  Mají přímé prozánětlivé účinky  Indukce Hsp před působením prozánětlivého stimulu je jasně přínosná, ale po zánětlivém stimulu je cytotoxická. To je zřejmě dáno různými funkcemi intracelulárních a extracelulárních Hsp: extracelulární Hsp, uvolňované z buněk s kompromisní integritou mohou fungovat jako signály nebezpečí aktivující vrozenou imunitu interakcí s jejími receptory. Potenciální cíl pro imunomodulační protizánětlivou terapii. Klasická cesta aktivace komplementu Alternativní cesta aktivace komplementu Lektinem indukovaná cesta komplementu CHEMOTAXE  Je řízený pohyb buněk v koncentračním gradientu solubilních extracelulárních látek.  Chemotaktické faktory, chemotaxiny nebo chemoatraktanty.  Pozitivní chemotaxe=buňky směřují do míst s vyšší koncentrací chemotaktických faktory (CHF).  Negativní chemotaxe=buňky se pohybují od míst s vyšší koncentrací CHF.  Chemokineze=buňky se pohybují neřízeně  Chemoinvaze=buňky se pohybují přes bazální membránu CHEMOTAKTICKY AKTIVNÍ FAKTORY  C5A  Oligopeptidy bakteriálního původu  Intermediální produkty lipidových metabolismů (AA a LTB4)  Cytokiny, růstové faktory  Chemokiny CHEMOTAKTICKY AKTIVNÍ FAKTORY Funkce:  Účast v imunitní odpovědi  Zánět  Hojení ran  Celkové systémové reakce po tkáňovém nebo orgánovém poškození  CHEMOTAKTICKY AKTIVNÍ FAKTORY  Biologická aktivita těchto faktorů je řízena pomocí specifických receptorů na buněčném povrchu, jejich exprese je pozitivně nebo negativně modulována téměř všemi cytokiny.  V chemotaktické odpovědi buněk se aktivně účastní také extracelulární matrix, celulární adhesivní molekuly, cytoskelet a některé nízkomolekulární substance. NEGATIVNÍ PROTEINY AKUTNÍ FÁZE  Pokles albuminu, transferinu, kortisol-binding globulinu, transthyretinu a vitamin A binding proteinu vedou dočasně ke zvýšené nabídce volných hormonů, které se na tyto bílkoviny obvykle vážou.  Transthyretin (prealbumin vážící thyroxin, transportuje hormony štítné žlázy z plexus choroideus do mozkomíšního moku) inhibuje produkci IL-1β monocyty a endoteliálními buňkami. Jeho pokles je tedy možno považovat za prozánětlivý mechanismus. Tyto změny krevních bílkovinných profilů zřejmě částečně souvisí s hladověním a katabolismem ve svalech. Jde také o nabídku aminokyselin pro produkci pozitivních proteinů akutní fáze. CYTOKINY  Definice je problematická. Podle dnešních kritérií se považuje za generické jméno velmi variabilní skupiny solubilních proteinů a peptidů, které fungují jako humorální působky v piko- až nM koncentracích a které modulují funkční aktivity jednotlivých buněk a tkání za fyziologických a patofyziologických podmínek. Tyto procesy také modifikují interakci mezi buňkami přímo a ovlivňují procesy v extracelulární matrix. CYTOKINY  Působí také jako růstové faktory (mitogenně nebo antimitogenně), jako celulární „survival“ faktory (zabraňující apoptóze) a jako faktory transformační.  Glykoproteiny sekretované buňkami klasickými sekrečními cestami. Mnohé ve formě vázané na membrány. Rovnováha mezi solubilními a membránovými formami zřejmě sama o sobě regulujícím faktorem. Většina se neskladuje v buňkách (kromě TGF a PDGF v destičkách). Cytokinová síť Cytokiny a zánět ROZDÍLY MEZI CYTOKINY A PEPTIDOVÝMI HORMONY  Cytokiny působí na širší spektrum buněk než hormony  Cytokiny nejsou produkovány specializovanými buňkami organizovanými do specializovaných žláz  Místa jejich sekrece primárně neurčují místo jejich cílového působení (některé cytokiny jsou totožné s enzymy-PD-ECGF) CYTOKINY  Nenavozují odpověď přímo. Stimulují nebo inhibují produkci specifických DNA vazných proteinů, které kontrolují expresi dalších genů. Cytokin ve vazbě na receptor vyvolává (hod) expresi immediate early response genes (IEG, několik set). Genové produkty těchto genů se pak vážou na promotorové elementy tzv. delayed early response genes (DEG). CYTOKINY  Téměř všechny jsou pleiotropní, tj. vykazují několikeré biologické aktivity. Cytokiny s mnohonásobnými účinky se čato ve svých aktivitách přesahují a jednotlivé buňky vstupují do interakce s nimi zdánlivě identickým způsobem. Jsou tedy funkčně nahraditelné, nebo alespoň částečně funkčně kompenzovatelné. CYTOKINY  Účinné modulátory během embryogeneze a organogeneze. Jejich aktivity v pozdějším životě se mohou od působení v tomto období výrazně lišit.  Typy cytokinů (nazvy často podle buněčného původu nebo první objevené funkce:  Interleukiny, lymfokiny, monokiny, interferony, CSF aj.  CHEMOKINY  Tvoří rodinu cytokinů, indukovatelných prozánětlivou aktivací. 8-10kDa, 20-50% sekvenční homologie, podobná genetická a terciární struktura. Všechny tyto proteiny poskytují množství konzervovaných cysteinových zbytků, které se účastní v tvorbě intramolekulárních disulfidových vazeb. FUNKCE CHEMOKINŮ  1.esenciální mediátory normálního pohybu leukocytů  2. podpora zánětu  3. indukce chemotaxe  4. aktivace zánětlivých buněk  a/ aktivace granulocytů a makrofágů s následným oxidativním vzplanutím, degranulací a releasem lysosomálních enzymů  b/ovlivnění imunitních buněk k odpovědi na suboptimální množství zánětlivých mediátorů  c/ mocné uvolňovací faktory pro histamin z bazofilů FUNKCE CHEMOKINŮ  5. indukce proliferace a aktivace NK (CHAKchemokine-activated killer)  6. modulace hemopoézy (BFU-E, CFU-GH, CFU-GEMM)  7. modulace angiogenezy  8. modulace nádorového růstu  9. účast v patogeneze infekcí viry HIV (chemokiny mohou suprimovat infekci HIV-1, chemokinové receptory slouží prostřednictvím CDč jako obligátní koreceptory pro vstup HIV-1) CHEMOKINOVÉ RODINY  - Chemokinová rodina (4q12-21, CXCchemokiny- CXCL 1-16)  Někteří její členové obsahují ELR sekvenční motiv (kys.glutamová-leucin-arginin), umístěný před prvním cysteinem blízko Nterminálnímu konci)  1. Chemokiny s ELR motivem-chemoatrakce a aktivace neutrofilů  2. Chemokiny bez ELR motivu-chemoatrakce a aktivace monocytů, APC, T, NK, B-buněk, basofilů a eosinofilů CHEMOKINOVÉ RODINY  -chemokinová rodina 17q (17q11- 32, CC-chemokiny- CCL 1-28)  Biologické aktivity chemokinů jsou řízeny specifickými receptory a receptory s překrývajícími se ligandovými specifitami, které vážou některé z těchto proteinů, které vždy náleží buď k CC nebo k CXC. Chemokinové receptory jsou G-coupled, 7 hydrofobních -helixových segmentů (domén), které směřují přes membránu. CHEMOKINOVÉ RODINY  -chemokinová rodina 16q (CXXXC- chemokiny)  Fraktalkin- má silnou chemoatrakční aktivitu pro T-lymfocyty a monocyty a zvyšuje adhesivitu leukocytů na aktivované endoteliální buňky indukcí povrchového vazného proteinu  CX3CR1 receptor pro fraktalkin CHEMOKINOVÉ RECEPTORY  CXCR 1-7  CCR 1-12  CXXXCR 1  Kombinatorické efekty mnoha chemokinů a jiných mediátorů jsou odpovědné za buněčné složení v místech zánětu. Mnohé geny kódující chemokiny se silně exprimují v průběhu mnohých patofyziologických procesů včetně autoimunních, nádorů, aterosklerózy a chronických zánětlivých onemocnění. INFLAMASOMY  Multiproteinové komplexy, které se aktivují při zánětu.  Inflamasom se obvykle skládá z cytoplasmatické senzorové molekuly (NLRP3), adaptačního („apoptosis associated specklike protein containing caspase recruitment domain“) proteinu a efektorové prokaspázy-1.  Inflamasom reguluje aktivaci kaspázy -1, což má za následek sekreci interleukinu- 1β a interleukinu-18.  K aktivaci inflamasomu vedou infekce, stres nebo jiné imunologické signály, které se účastní zánětu.  NLRP3 inflamasom se účastní imunologických regulací, interakcí receptor-ligand během zánětu, „microbialassociated molecular patterns“, „danger“ a „pathogen associated molecular patterns“.  Účastní se taky cytokinových a chemokinových zánětlivých reakcí v PNS a CNS. Aktivace NLRP3 inflamasomu. Lipoproteinová (LPS) signalizace přes TLR4 nebo podobné signály vede k aktivaci NFκB a upregulaci NLRP3 a IL1β mRNA. Druhý signál (výstup K+ ) pak aktivuje inflamasom. NLRP3, NEK7, ASC a pro-kaspáza-1 vytvářejí NLRP3 inflammasom. To vede autoproteolytickému štěpení pro-kaspázy -1 a vzniká aktivní kaspáza-1. Ta štěpí pro-IL-1β na IL-1β , který je následně uvolněn. Podobně štěpí pro-IL-18 na IL- 18 (v obrázku není). PYD, pyrin domain; NACHT, NAIP, CIITA, HET-E, and TP1 domain; LRR, leucinerich repeat domain; CARD, caspase recruitment domain. J Mol Biol. 2017 Oct 12. pii: S0022-2836(17) 30471-0. doi: 10.1016/j.jmb.2017.10.001 NLRP3 gene encodes a pyrin-like protein containing a pyrin domain, a nucleotide-binding site (NBS) domain, and a leucine-rich repeat (LRR) motif. This protein interacts with the apoptosisassociated speck-like protein PYCARD/ASC, which contains a caspase recruitment domain, and is a member of the NLRP3 inflammasome complex. This complex functions as an upstream activator of NF-kappaB signaling, and it plays a role in the regulation of inflammation, the immune response, and apoptosis DĚKUJI ZA POZORNOST