Imunologické mechanismy obrany proti infekcím Jiří Litzman Faktory ovlivňující tíží klinických příznaků infekce • Faktory mikroorganismu – Dávka – Virulence – Cesta vstupu • Faktory pacienta – Integrita nespecifických bariér – Kompetence specifického imunitního systému – Genetické vlivy – Primární nebo sekundární reakce – Současná jiná infekce Imunitní reakce protektivní a neprotektivní • Protektivní imunitní reakce - vyvolá imunitní reakci vedoucí k eliminaci antigenu. • Protektivní antigen – vyvolává protektivní imunitní reakci. • Neprotektivní antigen – sice vyvolá imunitní reakci, ale ta nevede k eliminaci antigenu (např. protilátky při HIV infekci). Imunitní mechanismy obrany proti virovým infekcím – Nespecifická imunita • Interferony ( a a b) • Přirození zabíječi (NK buňky) • Receptorům podobné struktury v sekretech – Specifická imunita • Protilátky - neutralizace extracelulárních virů • Tc lymfocyty - eliminace virem infikovaných buněk Mechanismy protivirové imunity Mechanismus účinku interferonu Virus Virová nukleová kyselina Nové viriony Protivirové proteiny blokují pomnožení viru v buňce Produkce interferonu Po vazbě na receptor interferon indukuje tvorbu protivirových proteinů Význam TCL a NK buněk v obraně proti buňkám infikovaným buňkám Mechanismy obrany virů proti imunitnímu systému – Antigenní varianty • antigenní drift - malé změny • antigenní shift - výrazná změna antigenního složení – Dlouhodobé přežívání v hostiteli • Persistence viru (např. virus hepatitidy B) • Virová latence - virový genom přežívá uvnitř buňky, nedochází však k expresi virových částic (např. virus herpes simplex) • Transformace buňky – Imunosupresivní působení viru Imunosupresivní působení virů – Postižení funkce T-lymfocytů: HIV, spalničky, CMV, HHV-6 – Porucha prezentace antigenů: CMV (váže se na b-2 mikroglobulin), RSV - snížení exprese HLA-I antigenů – Zásah do cytokinové sítě: EBV ( IL-10 - like faktor), Poxviry ( IL-1R, IFNgR- like proteiny, CMV ( IL-8R - like proteiny) – Modulace apoptózy:- Adenoviry (inhibice TNFa-indukované apoptózy), CMV- (aktivuje inhibitory apoptózy), EBV (exprese bcl-2 prevence apoptózy) Postižení organismu způsobené imunitní reakcí na viry • Autoimunitní fenomény: hemolytická anémie indukovaná EBV, autoimunitní hepatitis po infekci HBV. • Imunokomplexové postižení: HBV, některé vaskulitidy. • Tc - mediované postižení: spalničky (exantém), coxackie viry (myokarditida). Mechanismy obrany proti bakteriálním infekcím – Nespecifická imunita • mechanické bariéry • fagocytující buňky • komplementový systém, klasická i alternativní cesta – Specifická imunita • protilátky - opsonizují, aktivují komplementový systém, neutralizují toxiny • T-lymfocyty - zejména proti nitrobuněčným baktériím Mechanismy ochrany baktérií proti imunitnímu systému – Antifagocytární mechanismy: produkce toxinů, antifagocytární pouzdra – Inhibice komplementového systému: M-protein Str. pyogenes, E. coli, N. meningitidis – Antigenní varianty - Borrelia recurrentis – Proteázy hydrolyzující IgA - Neisserie, Haemophilus spp. – Sekvestrace v avaskulárních prostorechSalmonella typhi ve žlučníku – Intracelulární parazitismus – L-formy baktérií Poškození organismu způsobené imunitní reakcí proti baktériím • Indukce autoimunity – Zkřížená reaktivita bakteriálních a tělových antigenů - revmatická horečka – II. typ přecitlivělosti - autoimunitní hemolytická anémie při mykoplasmové infekci – HSP - indukce RA mykobaktériemi? – Superantigeny (Streptokoky, Stafylokoky) • Imunokomplexové postižení (postreptoková glomerulonefritida) • IV. typ přecitlivělosti - kavitace při TBC Aktivace TCR antigenem a superantigenem MHC-II Aktivační signál Superantigen T cell APC TRC Aktivační signál αβ α β αβ α β Antigen Imunita proti mykotickým infekcím • Většinou se jedná pouze o oportunní patogeny, hluboké mykózy se objevují pouze u výrazně imunodeficitních pacientů. U imunokompeteních osob nacházíme pouze povrchové mykózy. • Uplatňuje se zejména správná funkce fagocytujících buněk a T-lymfocytů. • Protilátky jsou tvořeny, jejich průkaz může mít diagnostický význam. Nemají ale větší protektivní význam. Imunita proti parazitárním infekcím • Mechanismy se obvykle výrazně liší podle typu parazita. • Často nevedou k úplné eliminaci parazita ale ke vzniku premunity – stavu, kdy parazit perzistuje, ale je zabráněno progresi a nové infekci. • Důležitou roli hraje IgE a eozinofilní granulocyty. Downloaded from: StudentConsult (on 4 August 2013 10:32 AM) © 2005 Elsevier Role IgE a mastocytů v obraně proti mnohobuněčným parazitům Možnosti ovlivnění imunitní reaktivity Základní imunomodulační přístupy • Imunosuprese: antigen-nespecifické snížení imunitní reaktivity • Imunopotenciace, imunostimulace: antigennespecifické zvýšení imunitní reaktivity • Indukce imunitní tolerance: vyvolání antigenspecifické neodpovídavosti • Vakcinace (umělá aktivní imunizace): indukce antigen-specifické imunitní odpovědi a paměti • (Umělá) pasívní imunizace: přenesení chybějících protektivních protilátek Imunizace Aktivní nebo pasivní Přirozená nebo arteficiální (umělá) Aktivní imunizace = vakcinace Pasivní imunizace Rychlost nástupu Opožděná Okamžitá Délka účinnosti Dlouhodobá Krátkodobá (maximálně týdny) Použití Dlouhodobá profylaxe Terapie, krátkodová profylaxe Umělá imunizace Aktivní umělá imunizace = vakcinace Edward Jenner Discovery of small pox vaccine Protilátková odpověď po první a opakované imunizaci Secondary antibody response Primary antibody response IgM IgG Firstexporsure Serumantibodytiters Weeks Secondexposureto antigen Autran B., et al.: Science 2004; 305: 205-208 Adjuvania • Pokud jsou podány s antigenem nespecificky zvyšují odpověď na podaný antigen. • Freundovo adjuvans: mrtvé Mycobacterium tuberculosis + emulze vody v oleji. Používá se u zvířat. • AL(OH)3 (alum) – je používám v lidské medicíně, při přípravě některých vakcín. • Mechanismy účinku – zabránění rychlému rozkladu, zlepšení prezentace antigenu… Následky dětské poliomyelitidy Novorozenecký tetanus Vliv očkování na výskyt infekčních onemocnění v USA „Klasické“ vakcíny • Atenuované mikroby: spalničky, zarděnky, příušnice, rotaviry, varicella, BCG (proti TBC), poliomyelitis (Sabinova), cholera, žlutá zimnice • Inaktivované mikroorganismy: poliomyelitis (Salkova), vzteklina, hepatitis A, klíšťová encefalitida, cholera, mor, dříve pertusse, • Toxoidy: tetanus, záškrt „Moderní“ vakcíny • Podjednotkové :chřipková, pertusse • Polysacharidové: Heamophilus influenzae B (konjugovaná), Meningococcus (konjugované i nekonjugované ), Pneumococcus (konjugovaná) • Rekombinantní: hepatitis B • Virus-like particles (neobsahují DNA): papilomaviry „Budoucí (?)“ vakcíny • Syntetické polypeptidy (chemicky definované, event. konjugované s proteinovým nosičem) • DNA vakcíny (gen, kódující antigen umístěn do bakteriálního plasmidu) • Vektorové vakcíny (vektorem jsou především poxviry, ptačí poxviry, adenovirus, S. typhi a další, kromě antigenů mohou kódovat i cytokiny, např. IL-2) • Antigeny vnesené do potravin (banány, brambory) • Antiidiotypové protilátky DNA-vakcíny Úsek DNA kódující příslušný antigen je vpraven s vhodným promotorem do bakteriálního plasmidu. Aplikace intramuskulární, intraepidermální -„gene gun“ slizniční Antigen se vytváří in vivo a indukuje jak protilátkovou, tak celulární imunitní reakci Další potenciální využití vakcinačního přístupu • Protinádorová vakcinace – již požívána, řada přístupů preventivních (očkování proti onkogenním virům) i terapeutických • Prevence a léčba Alzheimerovy choroby – reakce proti b-amyloidu příp. t-proteinu • Antikoncepce – nejčastěji anti-HCG • Léčba vysokého tlaku - Vakcinace proti enzymům angiotensin-renin-aldosteronového systému • Očkování proti autoimunitním chorobám – např. autoimunitnímu specifickému TCR. • Očkování proti drogám (kokain), nikotinismu.. Pasivní umělá imunizace • Principem je dodání specifických protilátek chránících proti rozvoji onemocnění nebo léčících onemocnění. • Je používána zejména u infekčních chorob nebo onemocnění způsobených toxiny. • Účinek je „okamžitý“ ale krátkodobý. • Nedochází ke vzniku specifické imunitní paměti. Pasívní přirozená imunizace • Transplacentární IgG protilátek z matky na dítě. • Zajišťuje na protilátkách závislou ochranu před infekcemi v prvních (cca 6) měsících po narození. • Tato ochrana ale také znemožňuje použití živých virových vakcín, u kterých je nutné pomožení viru v těle (MMR – vakcína – spalničky, příušnice, zarděnky). Antiséra používaná v lidské medicíně • Antibakteriální: tetanus (liské), botulismus (koňské), antigangrenózní (koňské), záškrt (koňské) • Protivirová: hepatitida B (lidské), vzteklina (koňské), varicella-zoster (lidské), CMV (lidské), klíšťová encefalitida (lidské), hepatitida A, spalničky a jiné virózy (nespecifický lidský imunoglobulin) • Proti hadím a pavoučím jedům (koňská) • Anti Rh (lidské) Nespecifické imunoglobulinové preparáty • Extrakcí etanolem je možno ze u plazmy získat imunoglobulinou frakci – jako 16% roztok je označován jako „normální imunoglobulin“. • Obsahuje zejména IgG, stopy dalších tříd jsou terapeuticky zanedbatelné. • Další manipulací (odstranění polymerů IgG) je možno získat deriváty k intravenóznímu podání. • Nově jsou používány i imunoglobuliny pro subkutánní léčbu. • V současné době jsou téměř výhradně používány preparáty intravenózní a subkutánní. Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - I • Substituce defektní tvorby protilátek u nemocných s primárními nebo sekundárními hypogamaglobulinémiemi. • Vždy se jedná o substituci IgG! Ostatní třídy imunoglobulinů nejsou v používaných preparátech v terapeuticky významných koncentracích přítomny. • Vždy se jedná o dlouhodobou léčbu, u nemocných s primárními hypogamaglobulinémiemi o léčbu celoživotní. Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - II • Vysoké dávky intravenózních preparátů se používají jako protizánětlivá a imunosupresívní léčba u závažných autoimunitních zánětlivých chorob. • Mechanismus je komplexní (inhibice fagocytózy, tlumení fukce B-lymfocytů, zásah do regulačních funkcí T-lymfocytů). • Účinnost je variabilní a ne vždy přesně predikovatelná. • Jednoznačnou indikací je Kawasakiho choroba. U imunitní trombocytopenické purpura (ITP), pokud není možno použít jiné přístupy. Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - III • Nespecifické imunoglobulinové preparáty se někdy využívají jako profylaxe infekčních chorob, pokud nejsou k dispozici specifické imunoglobulinové deriváty (hepatitis A). Imunosupresivní léčba • Antigen-nespecifické snížení imunitní odpovídavosti. • Indikována především u autoimunitních chorob, vaskulitid a u pacientů po transplantacích. • Výjimečně používána u těžkých alergických chorob nebo u onemocnění způsobených nadměrnou aktivací T-lymfocytů (psoriáza). • Léčba vždy vede k sekundárnímu imunodeficitu náchylnosti k infekcím a častějšímu výskytu malignit, zejména lymfatického systému. • Ke snížení výskytu vedlejších reakcí se obvykle používá kombinovaná léčba. Antiproliferativní imunosupresiva • Antagonisté kyseliny listové - metotrexat • Alkylační látky - cyklofosfamid • Purinové analogy- azathioprin • Inhibitory inosinmonofosfát dehydrogenázy - mykofenolát mofetil Imunusupresiva zasahující do metabolismu IL-2 • Kalcineurinové inhibitory: Blokují funkci Ca 2+-dependentního kalcineurinu, tím blokují aktivaci NF-AT. Nedojde k derepresi genu pro IL-2. – Cyklosporin A- vazba na cyklofilin – Tacrolimus vazba na FK 506 BF • Sirolimus (Rapamycin) - blokuje přenos signálu z IL-2, též se váže na FK 506 BF. Glukokortikoidy jako imunosupresiva • Imunosupresivně působí především vysoké dávky (0,5-1 mg Prednisonu/kg/den). Nižší dávky mají pouze protizánětlivý efekt. • Mechanismy účinky: – Snížená produkce cytokinů (IL-1, TNF-a, IL-2) – Snížení exprese adhezivních molekul – Inhibice exprese HLA-II – Inhibice fosfolipázy A2 v granulocytech - blok tvorby metabolitů kyseliny arachidonové. • Vedlejší činky: redistribuce tuku, vznik vředové choroby, steroidní diabetes, hypertenze, poruchy růstu dětí, hypokalémie, osteoporóza, katarakta, psychózy.... Využití monoklonálních protilátek v léčbě autoimunitních a zánětlivých chorob • Imnosupresivní léčba: – Anti-CD3 (dnes už vyjímečně) – Anti-CD20 – Anti-CD52 • Protizánětlivá léčba – Blokáda prozánětlivých cytokinů: • Anti –TNF-a, IL-6, IL-1 – Blokáda adhezivních molekul: • Anti-integrin a4b1 (léčba roztroušené mozkomíšní sklerózy) • Anti-CD11a (léčba psoriázy) • Protialergická léčba – anti-IgE Imunopotenciační léky Onkologická léčba: • Imunostimulací cytokiny – hlavně IL-2, IFN-a,g • Blokáda imunosupresivně působících T-lymfocytárních checkpointů – nyní zejména blokáda PD-1 a CTLA-4 . Léčba pacientů s různými klinickými příznaky imunodeficitu(časté, závažné infekce), obvykle u pacientů bez průkazu jasného laboratorního imunodeficitu • Bakteriální „imunomodulátory“: Broncho-vaxom, Luivac • Thymové hormony • Dialyzát lidských leukocytů („transfer faktor“) • Syntetické imunomodulátory: inosiplex • Mnoho dalších „potravinových doplňků“, kterým ale chybí klinický průkaz účinnosti (stejně jako některým látkám výše uvedeným)