Mechanismy nespecifické imunity Vrozená (nespecifická) imunita • Stále připravena rozpoznat eliminovat mikroby (PAMPs). • Většinou eliminuje mikroby dříve než se rozvinou mechanismy specifické imunity. • Receptory jsou přímo geneticky determinovány, nejsou produkty rekombinace genů. • Za určitých okolností mohou i vlastní antigenní signály (DAMPs) vyvolat zánětlivou reakci. Vrozená (přirozená, nespecifická) imunita • Přetrvává ve fylogenéze • Poznávací receptory jsou fixovány v genomu • Dokonale odlišuje vlastní od cizího • Reakce na cizorodý materiál je bezprostřední • Nevzniká (klasická) imunitní paměť • Propojení s adaptivní imunitou • První linie obrany proti patogenům • Je možná reakce (indukce zánětu) i na některé autologní signály • Účast v normálních fyziologických procesech “Trained immunity“ • Nově se ukazuje, že některé mechanismy nespecifické imunity mají schopnost po opakované stimulaci některými (nespecifickými) podněty reagovat intenzívněji, efektivněji. • Lze prokázat u NK buněk, dendritických buněk, buněk myeloidní řady ale i některých buněk kmenových. • Uplatňují se epigenetické mechanismy. • Kromě obrany organismu se uvažuje i o účasti v patogenezi řady chorob doprovázených chronickým zánětem. Význam vrozené imunity „... za přežití obratlovců při infekcích jsou převážně - tj. více než z 90% - odpovědny vrozené, elementární, mechanismy rezistence, mezi něž patří interferonem aktivované makrofágy, polymorfonukleární fagocyty a četné jiné faktory hostitele…“ (Rolf M. Zinkernagel: On differences between immunity and immunological memory, 2002) Průběh infekcí u poruch na úrovni vrozené a získané imunity Deficience vrozené imunity Deficience získané imunity Imunokompetentní organismus SIGNÁLY NEBEZPEČÍ: - EXOGENNÍ (PAMPs) -ENDOGENNÍ (DAMPs) např. STRESOVÉ PROTEINY UVOLNĚNÉ Z NEKROTICKÝCH BUNĚK) PAMPs - Pathogen-associated molecular patterns tj. molekulární motivy (vzory) asociované s patogenitou DAMPs- Damage (Danger) associated molecular patterns – molekulární vzory asociované s postižením buněk těla PRRs - Pattern recognition receptors tj. Receptory na buňkách hostitele, rozeznávající PAMPs, DAMPs Vrozená imunita – poznávané struktury (alarminy) Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMP) (C. A. Jeneway,Jr, 1989) stejné pro skupiny mikroorganismů, konservované, nevariabilní molekulární „motivy“, „signatury“, „vzorce“, nezbytné pro životnost a patogenitu mikroorganismů, odlišné od molekulárních struktur hostitele např. lipopolysacharidy, lipopeptidy, peptidoglykany, manosa povrchových struktur bakterií a hub, nemetylované motivy CpG charakteristické pro bakteriální DNA, dsRNA representující strukturální signaturu RNA-virů Danger, Damage-Associated Molecular atterns (DAMP) (Polly Celine Eveline Matzinger,1994) molekulární struktury hostitele např. HSP60, HSP70, fragmenty fibrinogenu, fibronektin, hyaluronan.. Receptory vrozené imunity („PRR“) V cirkulaci, rozpustné, sekretované: lektin vázající manózu ( MBL), C-reaktivní protein Na buňkách, membránové: zprostředkovávající endocytózu ( např. pro manan na makrofázích) signalizační „Toll-like receptory“, TLR Intracytoplazmatické: „Nucleotide-binding oligomerization domain proteins“, NOD „Retinoic acid inducible gene I“, RIG PAMPs: lipopolysacharid (LPS) peptidoglykany lipoproteiny manany glukany bakteriální DNA Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier Aktivace buněk cestou TLR a cytokinových receptorů Signalizace receptory PAMPS • TLR (stejně jako signalizace cestou IL-1R ) vede k aktivaci signalizační dráhy → aktivace transkripčního faktoru NFkB → transkripce několika desítek genů asociovaných s aktivací imunitního sytému, především se zánětem. • NOD receptory – aktivace inflamasomu → aktivace kaspázy 1 → proteolytické štěpení inaktivní formy IL-1b a IL-18, tvorba IFNg. TOLL-LIKE RECEPTORY PAMP jsou důležité v aktivaci dendritických buněk Nespecifické ochranné bariéry lidského těla Epitelové buňky – první linie imunity • Mechanická a chemická bariéra • Pohyb řasinek • Hlen –muciny • Lysozym, fosfolipáza A, • Defensiny (a,b) • Surfaktantové proteiny (A,D) Poznávání nebezpečí, poškození (PRR),uvolnění cytokinů, chemokinů, zánětlivých mediátorůovlivnění imunitních reakcí Systém vrozené imunity Celulární složky Epitelové buňky (antimikrobiální peptidy, cytokiny) Mastocyty (farmakologicky aktivní) Profesionální fagocyty (neutrofilní leukocyty, mononukleární fagocyty) NK buňky (natural killer) Dendritické buňky (prezentace antigenů) Innate lymphoid cells Systém vrozené imunity Humorální složky Mikrobicidní faktory (lysozym, defensiny, kathelicidiny a další) Histamin, eikosanoidy Komplementový systém Pentraxiny (CRP, SAP, PTX3) Kollektiny (MBL, SP-A, SP-B), Fikoliny Cytokiny (Interferony a,b, g, TNFa, IL-1, IL-6, chemokiny) Komplementový systém Všeobecná chakteristika aktivace komplementového systému • Jednotlivé složky jsou v plazmě přítomny v inaktivní formě, jsou aktivovány svým proteolytickým štěpením. • Štěpí se na menší část (označovaná jako a) a větší část (označovaná jako b). • Obvykle část b má také proteolytickou aktivitu, část a zajišťuje další funkce C-systém (chemotaxi, prozánětlivý efekt). • Složky C6-C9 nejsou štěpeny, pouze se vzájemně váží na sebe. anaphylatoxin inflammation, phagocyte recruitment C4a, C3a, C5a lytic pathway formation of membrane-attack comlex, lysis of pathogens C5b, C6, C7, C8, C9 opsonization phagocytosis C3b Alternative pathway spontaneous activation C3 C3b Bf Factor D Bb Lectin pathway mannose binding MBL MASP-1 MASP-2 C4/C2 C4b/C2b Classical pathway antibody binding C1q/r2/s2 C4/C2 C4b/C2b C3 convertase C3 C3a + C3b C3b/Bb C4b/C2b C4b/C2b C5 convertase C5 C5b Komplementový systém Aktivace komplementového systému • Klasická cesta: – Komplexy IgG-antigen, IgM-antigen, – C-reaktivní protein • Alternativní cesta – Lipopolysacharid G- bacterií – Buněčná stěna některých bakterií – Buněčná stěna kvasinek (zymozan) – Agregovaný IgA • Lektinová cesta – Manóza a další sacharidy Aktivace komplementu membranolytický komplex klasická cesta C1-INH C1 C4 C2 lektinová cesta MBL MASP 1, 2 C4 C2 alternativní cesta C3b B D P C3 konvertáza C3 C3b C5 C5b C5b C6 C7 C8 C9 C1 C2 C4 C2aC4b C3 C3a C3b C5 C5a C5b C5b, C6, C7, C8 IgG C9 Aktivace klasické cesty komplemntového systému Účinek C9 na buněčnou membránu Alternativní cesta aktivace komplementového systému • Iniciována spontánní aktivací C3 na povrchu některých bakterií (např vlivem LPS) nebo kvasinek (např vlivem zymozanu) • Aktivována složka B • Stabilizace komplexu se účastní složky D a P (properdin) • Vzniká alternativní C3 konvertáza (C3bBb) Aktivace alternativní dráhy komplementového systému C3 C3 C3aC3a B Ba Activating surfaces + proteolysis D, P C3b C3 Convertase C5 Convertase C3b, Bb, C3bC3b, Bb Lektinová (třetí) cesta aktivace komplementového systému. • Manózu vážící lektin ( MBL) se váže na některé polysacharidy buněčných povrchů. • Navázaný MBL aktivuje C2 a C4. • MBL je polymer skládající se ze tří podjednotek. • Některé polymorfismy exonu i promotoru vedou k velmi nízké hladině („deficitu“) MBL (5-10% populace). • Většina osob s deficitem MBL nemá žádné imunodeficitní příznaky. Regulace aktivity komplementového systému • Plasmatické faktory – Klasická cesta – zejména C1-INH (deficit vede k hereditárnímu angioedému). – Alternativní cesta – faktor H (polymorfismy vázány na vznik makulární degenerace sítnice, mutace u části pacientů s hemolyticko-uremickým syndromem), faktor I • Faktory vázané na buňky: – CD59 (brání polymerizaci C9), CD55 (DAF - decay accelerating factor) - inaktivuje C4b a C3b, CD46 – zabraňuje vazbě C3 na buňky. Biologické funkce aktivovaných složek komplementového systému  lýza buněk (mikroorganismů) (MAC)  opsonizace (C3b)  chemotaxe (C5a, C3a)  prozánětlivá aktivita (C3a, C5a)  přenos imunokomplexů (C3b, C4b)  regulace paměťové odpovědi (C3b, C3d) Biologické efekty aktivovaného komplementového systému • C9 - cytolytický effect • C3b - opsonizace • C3a, C5a – anafylotoxiny, histaminoliberace • C5a - chemotaxin Patogenetický význam komplementového systému • Deficity složek klasické a alternativní cesty – náchylnost k bakteriálním infekcím, sklon k systémovým autoimunitním chorobám. • Deficit C1-INH: hereditární angioedém. • Mutace regulačního faktoru H – některé formy atypického hemolyticko-uremického syndromu. • Některé polymorfismy faktoru H jsou vázány s makulární degenerací retiny. • Paroxysmální noční hemoglobimurie – je způsobena mutací genu PIG-A - tento gen kóduje protein potřebný k vytvoření membránové struktury vážící CD 55 a CD 59 - ty chrání chránící membránu před lytickým účinkem komplementu. Komplementový systém a klinická medicína • Sledování hladiny složek C- systému ( C3 a C4) v rámci monitorace zánětlivého procesu, zejména u systémových imunokomplexových chorob ( třeba SLE). • Monoklonální protilátka proti C5 – eculizimab – je používána k léčbě atypického hemolyticko-uremického syndromu, paroxysmální noční hemoglobulinurie, je zkoušena u dalších stavů s aktivací komplementového systému. • Substituce C1 INH je využívána v terapii atak hereditárního angioedému. Lysozym • Enzym katalyzující rozklad polysacharidových řetězců v buněčných stěnách G+ baktérií. • Přítomen v granulích granulocytů, plazmě, sekretech Defensiny • Malé (18-45 aminokyselin) kationické proteiny, bohaté na cystein. • Polypeptidy účinné proti řadě bakterií, plísní ale i některým virům. • Jsou produkovány především neutrofilními granulocyty a epiteliálními buňkami. • Nacházejí se v řadě extracelulárních tekutin, včetně např. mateřského mléka. • Hlavním mechanismem je porušení integrity buněčné membrány, včetně tvorby pórů v membráně. • Dělí se na skupiny defensinů a a b. Fagocytóza Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier Polymorfonukleární granulocyt Profesionální fagocyty imunitního systému • Granulocyty – neutrofilní, částečně i eozinofilní • Monocyty makrofágy: – Kupfferovy buňky, – Mikroglie – Osteoklasty – Makrofágy sleziny, alveolů, vazivové tkáně, sinusů.. • Dendritické buňky (neaktivované) Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier Interakce leukocytů s endoteliemi při přechodu leukocytu z cévy do extravaskulárního prostoru Dvě fáze interakce mezi fagocyty a cévní stěnou • Rolling – reverzibilní interakce daná vazbou mezi endoteliálními selektiny a jejich ligandy na povrchu leukocytů (např sialyl-LewisX ) • stabilní vazba – vytváří se po aktivaci prozánětlivými faktory. Je dána interakcí mezi leukocytárními integriny a jejich ligandami na endoteliích – např. ICAM-1. Leukocyte adhesion deficiency (LAD) • Velmi vzácné primární poruchy fagocytózy (primární imunodeficience) • Příčinou je porucha interakce granulocyt-endotelie. • LAD-I je působen deficitem intergrinů (b-2 integriny) • LAI-II porucha sialyl-LewisX • Závažné nekrotizující flegmonosní záněty, poruchy hojení ran, porucha odhojování pupečníku • Granulocyty nejsou přítomny v exudátu, naopak v cirkulaci je výrazná granulocytóza. Natalizumab • Humanizovaná monoklonální protilátka vážící se na a4 integrin (ten se váže se na integrinový receptor VCAM-1). • Dochází k blokaci adheze a následného přestupu leukocytů (hlavně T-lymfocytů) do extravaskulárních prostor. • Využíváno v léčbě roztroušené mozkomíšní sklerózy, nově i Crohnovy choroby. Chemotaxiny • Produkty rozpadu buněk • C5a • IL-8, IL-1 • Leukotrieny • Destičky aktivující faktor (PAF) Opsoniny • Látky zlepšují adhesi fagocytující buňky k fagocytované částici. • Specifické: IgG, (IgM pouze nepřímo aktivací komplementového systému) • Nespecifické: C3b, fibronektin, CRP, MBL…. Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier Jednotlivá stadia fagocytózy Adherence fagocytované čáetice k membráně fagocytující buňky Tvorba psudopodií, které postupně obalují fagocytovanou částici Tvorba fagosomu Splynutím fagosomu a lysozomu vzniká fagolysosom Uvnitř fagolysosomu dochází k usmrcení a degradaci fagocytovaného materiálu Nedegradovatelný materiál je uvolněn z buňky Lysosom Zabíjecí mechanismy fagocytujících buněk • Reaktivní metabolity kyslíku (H2O2, hydroxylový radikál (.OH), superoxidový aniont (O2 -), singletovaný kyslík(.O2) • Reaktivní dusíkové metabolity (NO, NO2) • Hydrolázy: proteázy, lipázy, DNAsy • Nízké pH • Lysozym • Lactoferin • Defenziny – antimikrobiální polypeptidy Přirození zabíječi (NK buňky) • Morfologicky se jedná o velké granulované lymfocyty (LGL). • Vznikají v odlišné linii než T a B- lymfocyty. • Nově jsou řazeny mezi innate lymphoid cells ( ILC). • Rozpoznání cílové buňky je antigen nespecifické. Záleží na vzájemném poměru aktivačních a inhibičních signálů na povrchu cílové buňky. • Nejdůležitějším negativním signálem stimulace KIR – killer inhibitory receptors. • Nejdůležitějším ligandem KIR je exprese (nepozměněných) HLA-I antigenů na povrchu cílové buňky. • Aktivační stimuly: například adhezívní (např. lektiny), receptor FcγIII receptor (CD16). Přirození zabíječi (NK buňky) aktivační receptory poznávají proteinové a sacharidové struktury patogenů na povrchu terčových buněk a neklasické molekuly MHC inhibiční receptory poznávají klasické molekuly MHC I bez ohledu na identitu peptidů, které jsou na ně vázány geny, které ovlivňují funkci NK, jsou shluknuty na chromosomu 12 („natural killer gene complex – NKC“) Přirození zabíječi (NK buňky) • NK buňky jsou namířeny zejména proti nádorovým a viry infikovaným buňkám. • Vrchol odpovědi NK-buněk je již během několika hodin po primární infekci jako součást indukované vrozené imunitní reakce • Mechanismy cytotoxicity jsou stejné jako u Tc lymfocytů. • Důležitým stimulačním cytokinem je IL-12 (jako produkt aktivovaných makrofágů) IFN-a,b, IL-2, IL-18 • Jsou důležitým zdrojem prozánětlivých cytokinů – IFNg, IL-3, TNF-a Antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC) Fc receptor Buňka infikovaná virem NK Cell perforin granzyne Ig GFab Fc Cizorodý epitop Fc receptor Usmrcení virem infikované buňky Large granulated lymphocyte Interferony (IFN) • Typ 1: IFN a, IFN b - jsou produkována některými buňkami infikovanými viry (hlavně fibroblasty, granulocyty). V cílové buňce inhibují virovou replikaci. • Typ 2 - „Imunní“: IFN g: produkován aktivovanými TH1 buňkami, NK buňkami, způsobuje především aktivaci makrofágů. • Interferony 3. typu - IFN l – podobné IFN-I Mechanismus účinku interferonu Virus Viral nucleic acid New viruses Antiviral proteins block viral reproduction Interferon molecules produced Interferon binding simulates cell to turn on genes for antiviral proteins Host cell 1 • Infected by virus • Makes interferon • Is kiled by virus Host cell 2 • Entered by interferon from cell 1; • Interferon induces changes that protect it Antivirový efekt interferonů typu1 • Vazba na specifický receptor (heterodimer) infikovaných i dosud zdravých buněk. • Aktivace řady protivirvých mechanismů: – IF-2 proteinkináza – fosforyluje (tím deaktivuje) iniciační faktor IF-2 – nutný pro proteosyntézu. – 2´5´oligoadenylát syntetáza – aktivace ribonukleáz štěpících virovou RNA. Innate lymphoid cells (ILC) • Vznikají ze společného lymfoidního prekurzoru. • Nemají antigen-specifické receptory. • Nejsou aktivovány v lymfoidních orgánech ale přímo v tkáních ( kůže, sliznice…). • Po různých aktivačních stimulech produkují řadu cytokinů. • Odpověď je rychlá, nedochází ke klonální expanzi. Innate lymphoid cells (ILC) • NK buňky – tvorba IFN-g, TNF-a • ILC1 – transkripční faktor T-bet, produkce IFN-g, TNF-a (analog TH1) • ILC2 – transkripční faktor GATA3, produkce IL- 5, IL-13, IL-6 ( analog Th2) • ILC3 – transkripční faktor RORgC, tvorba IL-17, IL-22 (analog Th17) Zánět ZÁNĚT • Základní obranná reakce organismu na infekční i neinfekční podněty, vedoucí k poškození buněk, tkání, orgánů. • Součást efektorových mechanismů adaptivní imunity. • Zánětlivá reakce je primárně prospěšná. Pokud je dysregulována, způsobuje poškození lokálně i celkově. • Zánětlivá dráha: induktory – sensory – mediátory ZÁNĚT Fyziologický účel: Obrana hostitele proti infekci Reparace poškozené tkáně Adaptace na stres, obnovení homeostázy Zánět (akutní) • Jedná se o rychlou odpověď organismu na poškození tkání nebo infekci • Hlavní roli hrají složky nespecifické imunity • Hlavní události v místě zánětu – Vznik vasoaktivních a chemotaktických látek, často produktů aktivace komplementového systému. – Zvýšený přítok krve do místa zánětu. – Příliv zánětotvorných buněk, zejména granulocytů a makrofágů. – Zvýšená cévní permeabilita vede k přechodu bílkovin do extravaskulárních prostorů. ZÁNĚT Induktory: exogenní: mikrobiální (PAMP, faktory virulence) nemikrobiální (alergeny, iritancia, cizí materiály,toxické sloučeniny) endogenní: signály ze stresovaných, malfunkčních, poškozených tkání, produkty rozkladu extracelulární matrix (DAMP) Iniciace zánětlivé odpovědi Poškozené buňky Bakterie 1. 2. 3. Fagocyty Poškození buněk a aktivce komplementu vede k uvolnění chemotaktických a vasoaktivních substancí a přílivu krve do místa poškození Histamin způsobuje zvýšenou permeabiliotu kapilár a následný průnik fagocytujíích buněk Fagocytující buňky ničí bakterie, mrtvé buňky a buněčnou drť, což postupně vede k tkáňové reparaci C3a C5a Lokální mediátory zánětu • Produkty kininového systému, komplementového systému, koagulačního systému. Obvykle C3a a C5a hrají velmi důležitou roli. • Vasoaktivní aminy – histamin, serotonin - uvolněné z poškozených buněk, stimulovaných mastocytů. • Metabolity kyseliny arachidonové leukotrieny, prostaglandiny 5-HETE • Platelet activating factor • Produkty mononocytů, neutrofilů: IL-1, TNF-a, IL-6, IL-18, chemokiny, NO, • Produkty aktivovaných lymfocytů - TNF-a, IL-6, IFN-g, chemokiny Celkové příznaky zánětu • Vznikají zejména pod působením IL-1, IL-6, TNF-a • Teplota • Únava, ospalost, ztráta chuti k jídlu • Laboratorní známky: leukocytóza, zvýšená FW, zvýšené hladiny reaktantů akutní fáze, snížené hladiny železa a zinku v plazmě. Proteiny akutní fáze • Jejich hladina se zvyšuje v dob akutního zánětu • Jsou produkovány hlavně játry pod vlivem IL-1, IL-6, TNF-a • Nejznámější a diagnosticky nejčastěji využívaný: C-reaktivní protein (CRP) • Další: součásti komplementového systému, alfa- 1-antitrypsin, sérový amyloid A, fibrinogen… C-reaktivní protein • Váže se na fosfatidylcholin buněčných membrán. • Aktivuje klasickou cestu komplementu, působí opsonizačně. • Produkován po zánětlivém stimulu zejména játry. • Rychlý vzestup (1-2 dny), poločas kolem 24 hodin – je dobrým monitorem zánětlivého procesu. • Hladiny jsou zvýšeny při infekčních ( hlavně bakteriálních) ale i neinfekčních zánětech (operace, úraz, infarkt myokardu…!) ZÁNĚT (chronický) Patologické následky: Zánětlivé poškození tkání, autoimunisace, systémová zánětlivá reakce. Fibrosa, metaplasie, růst tumoru. Změna homeostatického nastavení, autoinflamace AUTOINFLAMACE patologický důsledek dysregulace zánětlivé reakce Skupina onemocnění, kdy dysregulace zánětlivé odpovědi vede nejčastěji ke vzniku periodických horeček a dalších příznaků asociovaných se zánětlivou odpovědí. Nejznámější je středozemní periodická horečka. V současné době jsou známy desítky dalších onemocnění způsobených poruchou regulace inflamasomu, receptorů pro zánětlivé cytokiny, tvorby zánětlivých cytokinů a dalších genů účastnících se zánětlivé rekce. Nejdůležitější léky využívané k tlumení zánětlivých procesů • Nesteroidní antiflogistika (antirevmatika): kyselina acetylosalicylová, paracetamol… • Glukokortikoidy • Antimalarika • Monoklonální protilátky proti prozánětlivým cytokinům a adhezivním molekulám.