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. • CTLA-4 se váže na své ligandy, vytrhává je z membrány APC a internalizuje je procesem zvaným transedocytóza, což vede ke snížené schopnosti aktivovat T- lymfocyty. • Ipilimumab – monoklonální protilátka blokující funkci CTLA-4 – je používání ke „stimulaci“ imunitní odpovědi při imunoterapii některých nádorů. • Abatacept – fúzní protein IgG+CTLA-4 – váže se na CD80/86, tím zabraňuje aktivaci T-lymfocytů, používá se jako imunosupresivum. 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 (např. nivolumab) 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 • Idiotyp-antiidiotypové interakce. • Negativní regulace po vazbě protilátky na FcgRII. • Vazba imunitního komplexu při prezentaci antigenů dendritickými folikulárními buňkami Blymfocytům v zárodečných centrech výrazně zvyšuje imunogenicitu. • C3dg (štěpný produkt C3) vázaný na antigen vazbou na receptor CD21 má pozitivní stimulační efekt na B-lymfocyty. Interakce idiotyp-antiidiotyp antigen Antiidiotyp idiotyp Antibody Ab 1 Antibody Ab 2 Antibody Ab 3 Paratop Epitop 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. Nejdůležitější 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 Chemokiny • Nízkomolekulární proteiny • Na základě koncentračního spádu řídí migraci do míst zánětu (zánětlivé chemokiny). • Řídí přísun buněk i za fyziologických okolností (homeostatické chemokiny). • Mohou ovlivňovat i další funkcí vlastnosti buněk imunitního systému. • Podle umístění cysteinů na N-terminálním konci se dělí do 4 rodin: CC, CXC, CX3C a C • Popsáno asi 45 chemokinů a 19 různých chemokinových receptorů. Klasifikace chemokinů Zdroj: Wikipedia Význam chemokinů v protinádorové odpovědi 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) Imunitní tolerance Imunitní tolerance • Centrální • Periferní Centrální imunitní tolerance = klonální delece – negativní selekce během thymové výchovy – delece autoreaktivních B-lymfocytů v kostní dřeni Thymová výchova T-lymfocytů • Pozitivní selekce thymocytů reagujících s nízkou afinitou s HLA antigeny na povrchu antigenprezentujích buněk. Probíhá v kortikální oblasti. Zajišťuje přežití jen těch T-lymfocytů, které později rozpoznají komplex antigen-HLA. • Negativní selekce – apoptózou hynou thymocyty reagující s vysokou afinitou s komplexy HLAautoantigeny. Probíhá zejména v subkortikální oblasti thymu. Zajišťuje odstranění autorektivních klonů. • V průběhu obou procesů hyne více než 90% thymocytů. Periferní imunitní tolerance – Klonální anergie - chybí kostimulační signály – Klonální delece – Klonální ignorance - koncentrace autoantigenu je podprahová, autoantigeny jsou skryty. – Suprese - autoreaktivita potlačena regulačními buňkami. Aktivace imunitního systému antigenem B-cell receptor Antigen Tvorba protilátek Interleukin 4,5,6 Aktivace B-buněk Interleukin 4 Antigen prezentující buňka B cell peptide DC80/86 MHCII CD28 Th0 T Cell Th2 T Cell Interleukin 4 Imunoregulační působení T-lymfocytů • Regulační T-lymfocyty (Treg) - jsou CD4+CD25+ zajišťují vrozenou neodpovídavost na autoantigeny. • Tr1, indukované Treg lymfocyty- zajišťují antigenem-indukovanou toleranci. • Vzájemná negativní regulace subpopulací Th1 a Th2. Experimentálně indukovaná imunitní tolerance • „Vysokozónová“ – podání vysoké dávky antigenu – vede k deleci antigen-specifického klonu. • „Nízkozónová“ – opakované podání nízkých dávek antigenu. Mechanismem je indukce imunoregulačních buněk. Snad je jedním z mechanismů alergenové imunoterapie. • Orální – podání antigenu orální cestou může vést ke vniku získané imunitní tolerance indukcí regulačních buněk. AUTOIMUNITNÍ CHOROBY • onemocnění, při kterém autoprotilátky nebo autoreaktivní T-lymfocyty vedou k poškození vlastních buněk nebo tkání • postihují 5-7% populace, především ženy • Autoreaktivita – fyziologické rozpoznání vlastních strukur imunitním systémem ( důležité při odstraňování starých, apoptotických buněk..) • Autoimunitní reakce – abnormální reakce imunitního systému proti vlastním strukturám ( např. asymptomatiký výskyt autoprotilátek) • Autoimunitní choroba – má klinické příznaky Kombinace faktorů podmiňujících vznik autoimunitních chorob GENETIKA IMUNITA HORMONY PROSTŘEDÍ VÝŽIVA Faktory zapojené do rozvoje autoimunitního onemocnění Mechanismy vedoucí ke vzniku autoimunitních chorob • Vizualizace skrytých antigenů • Zkřížená reaktivita exo- a endoantigenů (molekulární mimikry) • Abnormální exprese HLA-II antigenů • Polyklonální stimulace • Porucha funkce regulačních T-lymfocytů • Vznik neoantigenů (např. vliv léků, infekcí) Molekulární mimikry Streptococcus pyogenes A- protein M -antigeny srdečních chlopní, poškození srdce u revmatické horečky Možné: Coxsackie-virus, cytomegalovirus – glutamát-dekarboxyláza v pankreatu, diabetes mellitus 1 Klebsiella – HLA B27 – ankylosující spondylitida, Poliovirus – receptor pro acetylcholin –myasthenia gravis Genetické aspekty autoimunitních onemocnění • Nahromadění autoimunitních onemocnění v rodinách. • Inbrední kmeny zvířat u nichž se vyvíjejí definovaná autoimunitní onemocnění. • Vazba na HLA antigeny. • Význam polymorfismu cytokinů/ cytokinových receptorů. • Poruchy apoptózy vedou k autoimunitním syndromům. • Většina autoimunitních onemocnění je častějších u žen. Vnější vlivy účastnící se rozvoje autoimunitních chorob • Infekce – „Bystander“ efekt při probíhajícím zánětu – Molekulární mimikry – Polyklonální stimulace • Vliv UV světla na rozvoj a exacerbace SLE • Rozvoj sklerodermie po aplikaci prsních implantátů Výskyt autoimunitních chorob (Mackay IR, BMJ 2000; 321: 93-96) • Odhaduje se, že asi 5% populace trpí některou atoimunitní chorobou. • Autoimunitní postižení štítné žlázy: asi 3% žen. • Revmatoidní artritida: 1% populace. • Primární Sjögrenův syndrom: 0.6-3% žen. • SLE: 0,12% populace. • Roztroušená mozkomíšní skleróza: 0,1% populace. Autoimunitní choroby: vliv pohlaví (Ahmed SA et al: Am J Pathol 1985, 121:531) choroba ženy / muži . Hashimotova thyreoditis 25 - 50 : 1 Thyreotoxikóza 4 - 8 : 1 Systémový lupus erythematosus 9 : 1 Revmatická arthritida 2 - 4 : 1 Sjögrenův syndrom 9 : 1 Myasthenia gravis 2 : 1 Diabetes mellitus I. Typu 5 : 1 Patogeneze autoimunitních chorob • Autoprotilátky působí opsonizačně, aktivují komplementový systém, blokují/stimulují receptory, může se uplatnit i fenomén ADCC. Komplexy s autoantigeny mohou vytvářet imunokomplexová onemocnění. • Autoreaktivní T-lymfocyty: uplatňují se cytotoxické ale i Th lymfocyty. Nejznámějším příkladem je roztroušená mozkomíšní skleróza, DM-I. • Nespecifické mechanismy: chemotaxe leukocytů do místa zánětu. Léčba autoimunitních chorob • Nahrazení funkce postiženého orgánu – substituce inzulinem, thyreoidálními hormony, parenterální aplikace vit B12 • Protizánětlivá léčba - v lehkých případech u chorob asociovaných s výrazným zánětem („kolagenózy“) je možné podávat „klasické“ protizánětlivé léky – nesteroidní antiflogistika, antimalarika, protizánětlivé dávky steroidů. Výrazně účinnější je hlavně blokáda prozánětlivých cytokinů monoklonálními protilátkami. • Imunosupresivní léčba – je základem léčby závažných autoimunitních chorob. • Indukce imunitní tolerance – zatím všechny klinické pokusy selhaly. Autoprotilátky v diagnostice autoimunitních chorob • Poměrně často se setkáváme se stavem, kdy diagnosticky využívané autoprotilátky jsou odlišné od autoprotilátek patogenních. • Přítomnost řady autoprotilátek v nízkých titrech nacházíme poměrně běžně. • Autoimunitní choroba musí mít klinické příznaky, samotná přítomnost autoprotilátek nikdy nestanoví diagnózu!