Regulace v imunitním systému Regulace imunitní odpovědi • Uskutečňuje se: – Interakcí složek imunitního systému. – Vlastnostmi a kvantitou antigenu a dalších vnějších aktivačních signálů (PAMP). – Prostřednictvím neuroendokrinních vlivů: inervace orgánů imunitního systému, vlivem hormonů na funkci imunitního systému. Regulace uvnitř imunitního systému • Uskutečňuje se především – Fyzikálními mezibuněčnými interakcemi – účastní se řada aktivačních povrchových molekul přenášejících pozitivní nebo negativní signál. – Prostřednictvím produkce řady cytokinů. Kostimulační molekuly při aktivaci a inhibici T-lymfocytů APC T-lymphocyte Regulace T-lymfocyty • Antagonistický vztah Th1 a Th2 lymfocytů • Různé typy regulačních T-lymfocytů inhibují imunitní reakci, jsou zodpovědné za vrozenou i získanou toleranci. Funkce Th1 and Th2 lymfocytů Žírné buňky Makrofágy Inhibitce Th1 lymfocyt Th2 lymfocyt B lymfocyt Eosinofilní granulocyt T-lymphocyte checkpoints • Stimulační – CD27 (ligand CD70 na APC), – CD28 (Ligand CD80, 86 na APC), – CD40 – exprese na APC, B-ly (ligand CD154 = CD40L na T-ly) , – OX40 – aktivované a pamětové T-ly (ligand OX49L), – GITR - Treg (ligand GITRL – především na APC) • Inhibiční – CTLA-4 exprese na aktivovaných T-ly (ligand CD80,86) , – PD-1 exprese na aktivovaných T-ly (ligand PDL1, PDL2, aktivované makrofágy, granulocyty ) CTLA-4 • Exprimován hlavně na povrchu aktivovaných Th buněk. • Přenáší inhibiční signál na Th buňky. • Obdobně jako ko-stimulační molekula CD28 se váže na CD80 and CD86, (B7-1 and B7-2) • CTLA-4 je možno nalézt i na Treg lymfocytech, může být důležitý pro jejich funkci. • Monoklonální protilátka blokující funkci CTLA-4 – je používání ke „stimulaci“ imunitní odpovědi při imunoterapii některých nádorů. Vazba CTLA-4 na CD80/86 vede k inhibici funkce T-lymfocytů PD-1 (Programmed cell death protein-1) • Exprimován na aktivovaných T-lymfocytech ( též B-lymfocytech, makrofázích) • Vazba na ligandy (PD-L1, PD-L2, exprimovány např. na aktivovaných makrofázích, granulocytech, dendritických buňkách) vede k apoptóze antigen-specifických T-lymfocytů. • Jedná se důležitý check-point v regulaci funkce T-lymfocytů • PD-L1 je exprimován na řadě nádorových buněk. • Monoklonální protilátky proti PD-1 jsou využívány v imunoterapii nádorů. Za výzkum check-pointů imunitní odpovědi a a jejich využití v protinádorové imunoterapii James p Allison – výzkum CTLA4, příprava ipilimumabu, Tasaku Honjo – objev a výzkum PD-1 Regulace protilátkami • Negativní regulace po vazbě protilátky na FcgRII. • C3dg (štěpný produkt C3) vázaný na antigen vazbou na receptor CD21 má pozitivní stimulační efekt na B-lymfocyty. Inhibice B-lymfocytů komplexy antigen-protilátka Antige n Antige n IgG IgG Fc-receptor CD32B(FcR-II) BCR Asociované proteinkinázy Protein fosfatáza AKTIVACE BUNĚČNÁ MEMBRÁNA Cytokiny Cytokiny • Působky, „tkáňové hormony“, hlavní regulátory buněk imunitního systému. • Produkty buněk imunitního systému působící hlavně opět v imunitním systému. • Působí prostřednictvím specifických receptorů. • Účinek autokrinní, parakrinní, endokrinní. • Obvykle krátký biologický poločas • Názvosloví: – IL-1 - IL-38 (?) – Historické názvy: interferony, TNF, CSF.. Schéma typů působení cytokinů na druhé buňky Autokrinní Recepto r Parakrinní Endokrinní Signál Sekrece cytokinu Céva, krevní oběh Cytokiny • Obvykle produkovány různými skupinami buněk, ale často je určitá skupina „hlavním producentem“. • Pleiotropní efekt. • Vytvářejí funkční cytokinovou síť. • Jeden cytokin má často jak stimulační, tak tlumivý efekt. Funkce cytokinů • Prozánětlivé cytokiny: IL-1, IL-6, TNF-a, IL-18 • Stimulace makrofágů: IFN-g • Stimulace granulocytů: chemokiny (včetně IL-8) • Stimulace T-lymfocytů: IL-2 • Stimulace B- lymfocytů, produkce protilátek: IL-4, IL-5, IL-10, BAFF • Proliferace progenitorových buněk: IL-3, GM-CSF, M-CFS • Negativní regulátory: IL-10, TGFb Interferony (IFN) • Typ I: IFN a, IFN b : jsou produkovány některými buňkami infikovanými viry (hlavně fibroblasty, makrofágy). V cílové buňce inhibují virovou replikaci. • Typ II „Imunní“: IFN g: produkován aktivovanými TH1 buňkami, způsobuje aktivaci makrofágů. Cytokiny v patogenezi chorob • Atopické choroby: tvorbu IgE stimuluje IL-4, IL-13; tvorbu eozinofilů IL-5. • Zánětlivé choroby (revmatické, Crohnova choroba), systémová zánětlivá odpověď při sepsi – patogeneticky nejvýznamnějším prozánětlivým cytokinem je zřejmě TNF-a. • Jsou známy primární imunodeficity v jejichž patogenezi hraje důležitou roli defekt produkce některých cytokinů (IFNg, IL-12). Terapeutické využití cytokinů • IFN-a: protinádorová léčba (malignity lymfatického systému, ca ledvin), léčba hepatitidy B a C • IL-2- protinádorová léčba • GM-CSF- léčba granulocytopenií • IFN-b: léčba sclerosis multiplex • IFN-g: léčba některých imunodeficitů Anticytokinová léčba • Blokáda funkce cytokinů různými mechanismy: – Přímá vazba a blokáda funkce cytokinů. – Látky blokující receptory pro cytokiny. – Solubilní arteficiální receptory vážící cytokiny. • Nejčastěji se jedná o monoklonální protilátky, dále fúzní proteiny, ale může se jednat i o jiné metody přípravy. • Využití: protizánětlivá léčba: namířená proti TNF-a, dále i IL-1, IL-6, IL-17, IL-23.. • Protinádorová léčba – například blokáda receptorů růstových faktorů (např. EGF) Regionalizace imunitního systému Slizniční imunita Regionalizace imunitního systému • Periferní oblasti imunitního systému je možno rozdělit do několika funkčních oblastí jejichž imunitní odpověď má určité odlišné charakteristiky. • Nejtypičtějšími kompartmenty imunitního systému jsou: – Lymfatické uzliny a slezina – Imunitní systém sliznic (MALT) – Kožní imunitní systém Homing lymfocytů • Řízená migrace a usazování se lymfocytů u určitých tkáních imunitního systému. • Je závislá na expresi adhezívních molekul označovaných jako homingové receptory na lymfocytech. • Na endoteliích cílových tkání jsou exprimovány příslušné ligandy pro tyto receptory, označované jako adresiny. High endotelial venules • Specializované venuly, jsou místem kde lymfocyty pronikají z krevního oběhu do stromatu lymfatických uzlin nebo do slizničního imunitního systému. • Jsou na nich adhezivní molekuly umožňující vazbu zejména „naivních“ (panenských) T- lymfocytů. Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier Cirkulace lymfocytů MALT (Mucous Associated Lymphoid Tissue) • GALT (Gut Associated Lymphod tissue) • BALT (Bronchi Associated Lymphoid Tissue) • Imunitní tkáně systému močového, genitálního, spojivky, středního ucha…. • Prsní žláza SPOLEČNÝ IMUNITNÍ SYSTÉM SLIZNIC Nasopharynx Plíce Prsní žláza Zažívací trakt Genitourinární trakt Vena cava Ductus thoracicus Střevo Mléčná žláza jako součást společného imunitního systému sliznic Lymfatické uzliny Mízovod Krevní oběh Sliznice a žlázy Mléčná žláza Peyerovy plaky Střevo dítěte Střevo matky EXPRESE • enzymy • transplantační antigeny • adhezivní molekuly • receptory pro: mikroby cytokiny polymerní Ig PRODUKCE • cytokiny prozánětlivé růstové faktory chemotaktické • antibiotické peptidy • mediátory INTERAKCE SE SLOŽKAMI ADAPTIVNÍ IMUNITY Epitelové buňky jako integrální součást vrozené imunity na sliznicích Epitelové buňky regulují pohyb a funkční zapojení imunitních buněk Antimikrobní mechanismy na sliznicích Faktor Mechanismus komensální bakterie kompetice s exogenními mikroby, produkce protizánětlivých látek těsné spoje epitelu brání průniku bakterií řasinky zachytávají mikroby mucin zachytává bakterie lysozym zabíjí G+ bakterie (stěny) laktoferin váže železo (inhibice růstu mikrobů) antibiot. peptidy usmrcují bakterie (hlavně b defensiny) sekreční Ig blokují adherenci bakterií k epitelu STŘEVNÍ LYMFATICKÁ TKÁŇ (GALT - Gut Associated Lymphatic Tissue) Organizovaná - Peyerské pláty izolované lymfatické folikuly Dispersní - intraepitelové lymfocyty (IEL) lymfocyty v lamina propria (LPL) Charakteristické rysy GALT • Hlavním imunoglobulinem imunitní odpovědi je IgA. • Existence zvláštních forem lymfocytů, zejména tzv. intraepiteliálních lymfocytů. • Podání antigenu orální cestou vede často k indukci imunitní tolerance. Downloaded from: StudentConsult (on 20 July 2006 11:29 AM) © 2005 Elsevier Tvorba sekrečního IgA Vlastnosti a funkce sekrečního IgA • 1. Odolnost vůči proteolytickým enzymům • 2. Neutralizace toxinů, virů a enzymů • 3. Inhibice adherence mikroorganismů k epiteliím • 4. Zábrana průniku antigenu a mikrobů • 5. Protizánětlivá aktivita kompetitivní vazbou • na antigen (blokace IgG a IgE mediovaných • reakcí) • 6. Intracelulární neutralizace virů v epitelových • buňkách při transportu sIgA (fúze vesiklů • obsahujících sIgA s endosomy obsahujícími • antigen) Buněčné složky specifické imunity v MALT • T-a B- lymfocyty tonsil, Payerských plaků, appendixu. • Plazmatické buňky, zejména v submukóze, jsou zodpovědné za tvorbu IgA. • T-lymfocyty v lamina propria – obvykle CD4+. Jedná se zřejmě o lymfocyty původně aktivované v Payerských plátech které recirkulovaly do lamina propria sliznic. • Intraepiteliální lymfocyty ORÁLNÍ TOLERANCE inhibice systémové imunity následující po perorálním podání antigenu (proteinu) Ustavení tolerance: 5-7 dní po orální aplikaci Trvání: několik měsíců Fyziologicky: tolerance k antigenům potravy Komensální (normální) mikroflora • ~ 1014 bakterií, ~ 1000 druhů ~ 50% nekultivovatelných • složitý ekosystém • součást přirozené imunity sliznic a kůže • vzájemné interakce mikroorganismů kompetice-kolonizační resistence, produkce bakteriocinů … • interakce s makroorganismem: symbiosa, komensalismus, pathogenita, účast v metabolismu hostitele (fysiologické funkce) • modulace imunity Rozmanitost mikroorganismů v lidském těle OTU, operational taxonomic unit. Význam střevní mikrobioty • Zábrana usídlování patogenních mikrobů. • Lokální produkce antimikrobiálních působků. • Stimulace tvorby Treg (Bacteroides fragilis) • Tvorba vitaminů B12, K • Degradace komplexních polysacharidů ( Bacteroides • thetaiotaomicron) • Tvorba a sekrece imunoglobulinů • Regulace hematopoézy • Rozvoj „MALT“ • Maturace imunitního systému • Regulace hematopoézy • Ovlivňování neurohormonálních procesů IMUNITA V ÚSTNÍ DUTINĚ Ústní dutina jako součást slizničního imunitního systému Indukční (imunizace , tolerance) i efektorové schopnosti Sliny: obsahují produkty lokální i systémové imunitní reakce slinné žlázy štěrbinová tekutina Etiopatogenéze chorob ústní dutiny je vázána na lokální systémovou imunitu, na lokální i systémové choroby, na vrozenou i adaptivní imunitu, na buněčné i humorální faktory. SLINY • 750 – 1000 ml/den: parotická žláza 40%, submandibulární 40%, sublinguální 10%, malé slinné žlázy 10%. • Většina IgA dimer, 5-10% monomer. IgA1 : IgA2 = 55: 45 • sIgA : IgG : IgM: = 200 : 2 : 1 • Řada dalších antimikrobiálních složek: lysozym, laktoferin, defensiny a jiné antimikrobiální peptidy, inhibitory proteáz, muciny. • Štěrbinová tekutina (gingival crevicular fluid) se dostává do slin v množství cca 1-2 ml/den, v nichž je naředěna 1:500 – 1:1000. Protilátky zde obsažené pocházejí především z krve. • Proud slin má významný mechanický efekt v odstraňování mikrobů z povrchu sliznice dutiny ústní. • Sliny mohou obsahovat některé viry – EBV, CMV. • Přítomnost specifických protilátek ve slinách je možno použít k diagnostickým účelům – nejznámější je detekce protilátek proti viru HIV. Imunologicky aktivní buňky v ústní dutině • Epitelové buňky(exprese PRR, produkce cytokinů, produkce defensinů). Jsou významnou mechanickou bariérou. Odlučování epitel buněk brání uchycení mikrobů na sliznicích. Podílejí se na transdukci IgA na sliznici. • Lymfocyty T, B, diferencované plasmocyty, • Dendritické buňky (důležité jsou Langerhansovy buňky), makrofágy, neutrofilní, eosinofilní, basofilní leukocyty, mastocyty, buňky NK Downloaded from: StudentConsult (on 18 July 2006 08:13 AM) © 2005 Elsevier Funkce Langerhansových buněk • Sublinguální imunizace indukuje tvorbu protilátek, které jsou prokazatelné ve slinách i v genitálním traktu (orgány MALT) stejně jako k systémové tvorbě protilátek. Imunologie suclus gingivalis • Štěrbinová tekutina (gingival crevicular fluid) se dostává do slin v množství cca 1-2 ml/den, v nichž je naředěna 1:500 – 1:1000. Protilátky zde obsažené pocházejí především z krve. • Důležitou složkou jsou leukocyty přestupující z krve, tyto buňky mají zachovalou schopnost fagocytózy – deficity v počtu a funkci granulocytů vedou k poruše parodontu a těžkým parodontitidám. Waldeyerův okruh • Složen z tonsilla pharyngea, tonsilly tubariae (Gerlachi),tonsilly palatinae, tonsilla lingualis, lymfatická tkáň ve stěně faryngu. • Jsou místem intenzívní imunitní reakce. • Při infekcích se vyvíjí výrazná zánětlivá aktivita. • V dětství často tendence k hypertrofii. ZUBNÍ KAZ • Je považován za nejrozšířenější (infekční) chorobu • Lokalizovaná destrukce zubní tkáně bakteriemi • Etiologie: především Streptococcus mutans (glucosyl transferasa (GTF), surface protein streptococcalantigen I/II (SAI/II) • Možnosti aktivní i pasivní imunizace 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. • AL(OH)3 (alum) – je nejčastěji používaným adjuvans 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 Typy očkování • Pravidelné očkování – celá populace, pokud není kontraindiulkíkace; • Zvláštní očkování – pro osoby se zvýšeným rizikem infekce, např. hepatitida B (zdravotníci !), vzteklina. • Mimořádné očkování – v mimořádných situacích, jakými jsou např. epidemie, pandemie, • Očkování při úrazech a poraněních, při cestách do zahraničí nebo na žádost pacienta (rodiče pacienta) Pravidelné očkování v ČR povinné plošné očkování proti záškrtu, tetanu, černému kašli, hemofilové invazivní infekci, virové hepatitidě B, dětské obrně, spalničkám, zarděnkám, Příušnicím doporučená očkování u rizikových dětí proti tbc (BCG) proti pneumokokovým a meningokokovým onemocněním, klíšťové encefalitidě, virové hepatitidě A, planým neštovicím, rotavirům infekci lidskými papilomaviry, chřipce Hexavakcína Záškrt, tetanus, pertuse, virová hepatitida B, dětská obrna, infekce způsobené H. influenzae b. Od 9 týdne, přeočkování za 2 měsíce , třetí dávka do 13 měsíců. Virová trojvakcína (MMR) Spalničky, zarděnky, příušnice Od 15. měsíce, přeočkování za v 5-6 letch „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 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. 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) Aktivní a pasivní imunizace proti zubnímu kazu • Pokusy již od konce 60-let XX století • Řada přístupů, aktivní imunizace zejména proti Streptococcus mutans, jednotlivým složkám baktérie. • Snahy i o využití pasivní imunizace, zejména monoklonálních protilátek. • Pokusy s využitím bakteriofágů. • Přes mnoho „nadějných výsledků“ není doposud dostatečně účinná vakcína k dispozici. 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)