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 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 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 TNFaindukované 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 prostorech- Salmonella 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 Definice sepse (2016 Third International Concensus for Sepsis and Septic Shock) SEPSE:  život ohrožující dysfunkce orgánů, která je způsobena dysregulací reakce hostitele na infekci SEPTICKÝ ŠOK:  sepse, kdy základní cirkulační a buněčné nebo metabolické abnormality výrazně zvyšují mortalitu  klinicky definován jako sepse s přetrvávající hypotenzí, která vyžaduje vasopresory udržující arteriální tlak na 65 a více mmHg, a koncentrací laktátu v séru nad 2mmol/L. Sepse  Ústředním patofyziologickým mechanismem je silná aktivace systému vrozené imunity a nadměrná zánětlivá reakce, uvolnění cytokinů, chemokinů, aktivace fagocytů, komplementového systému, koagulačního systému a současně výrazná imunosuprese na úrovni fagocytů, buněk předkládajících antigenů i lymfocytů CD4+ a CD8+.  Celosvětově velmi závažný zdravotnický problém (odhaduje se, že je ve světě ročně 31,5 milionů pacientů se sepsí, 19,4 milionů s těžkou sepsí a že v důsledku sepse zemře 5,3 milionů osob (Fleischmann C. et al. 2016).   Výzkumné projekty k terapii sepse jsou zaměřeny jak na protizánětlivé tak na imunostimulační preparáty. Možnosti ovlivnění imunitní reaktivity Základní imunomodulační přístupy  Imunosuprese: antigen-nespecifické snížení imunitní reaktivity  Imunopotenciace, imunostimulace: antigen-nespecifické zvýšení imunitní reaktivity  Indukce imunitní tolerance: vyvolání antigen- specifické neodpovídavosti  Vakcinace (umělá aktivní imunizace): indukce antigenspecifické 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 responsePrimary 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 Železné plíce Vliv očkování na výskyt infekčních onemocnění v USA Ten Great Public Health Achievements in the 20th Century (CDC) •Vaccination to reduce epidemic diseases •Improved motor vehicle safety. •Safer workplaces •Control of infectious diseases •Decline in death from cardiovascular disease •Food Safety •Improvements in maternal and child health •Family planning •Fluoridation of drinking water •Reductions in prevalence of tobacco use WHO: top 10 threats to global health in 20191. Air pollution and climate change 2. Noncommunicable diseases (NCDs) 3. Global influenza pandemic 4. Fragile and vulnerable settings 5. Antimicrobial resistance 6. Ebola and other high-threat pathogens 7. Weak primary healthcare 8. Vaccine hesitancy 9. Dengue 10. HIV Vakcíny první generace  Atenuované mikroby: spalničky, zarděnky, příušnice, rotaviry, varicella, BCG (proti TBC), poliomyelitis, cholera, žlutá zimnice  Obvykle výborná imunogenicita, nebezpečí reverze patogenicity  Inaktivované mikroorganismy: poliomyelitis, vzteklina, hepatitis A, klíšťová encefalitida, cholera, mor, dříve pertusse, pokusy o vakcinaci proti SAR-Cov2  Vzhledem k horší imunogenicitě jsou nutné opakovaná očkování. Vakcíny druhé generace Využívají imunogenní části mikrooganismů získané přímo z mikrobů nebo rekombinantními mechanismy  Toxoidy: tetanus, záškrt  Podjednotkové :chřipkové vakcíny, pertusse, Novavax (anti SARS-Cov_2)  Polysacharidové – buď „nativní“ – špatná imunogennost, hlavně v prvních 2 letech života, nebo konjugované na proteinobé nosiče (např. tetanický nebo difterický toxoid): Heamophilus influenzae B (konjugovaná), Meningococcus (konjugované i nekonjugované ), Pneumococcus (konjugovaná)  Rekombinantní: hepatitis B  Virus-like particles (neobsahují DNA): papilomaviry  Vektorové vakcíny – genet. informace o antigenech je vnesena rekombinantní technologií do virů (neschopných se v lidském těle množit) – vakcíny firem Astra-Zeneca, Johnson & Johnson Virové vektorové vakcíny Nepatogenní virus přenáší genetickou informaci pro tvorbu protektivních antigenů do buňky, ta následně uvedené antigeny syntetizuje a uvolňuje. Schválené EMA: vakcíny firem Astra-Zeneca, Johnson & Johnson, Další: Sputnik V (Gamalejův institut epidemiologie a mikrobiologie) Science for Society 2021 34 Virový vektor DNA Uvolněný protein Golgiho aparát Jádro Adenovirová vektorová vakcína RNA vakcíny  RNA pro syntézu protektivních virových antigenů je vnesena do buněk, ty krátkodobě produkují virové proteiny.  Schválené EMA: Comirnaty (Pfizer-BioNTech), Moderna, Science for Society 2021 36 RNA vakcína Golgiho aparát Jádro mRNA vakcína Lipidový obal mRNA Protein Protein Ribosom CD8+ T-lymfocyt HLA-I komplex CD4+ T lymfocyt HLA-II antigen DNA vakcína DNA vakcína Lipidový obal Secernovaný protein Syntéza proteinu Golgiho aparát Jádro DNA 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 Nejčastěji používané typy vakcín proti SARS-CoV-2 RNA-vakcína DNA-vakcína Inaktivovaný virus Atenuovaný virus Virový vektor Subjednotková vakcína Virus-like particles 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 angiotensinrenin-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) Monoklonální protilátky používané k pasivní antimikrobiální imunizaci  Řada preparátů namířených proti viru SAR-Cov-2 – terapie i profylaxe  Monoklonální protilátka namířená proti RS viru (palivizumab) je podávána výrazně nedonošeným (a dalším ohroženým) dětem jako profylaxe. Terapeutický efekt nemá. 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 check-pointů – 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  Dialyzát lidských leukocytů („transfer faktor“)  Syntetické imunomodulátory: inosiplex  Mnoho dalších „potravinových doplňků“, kterým ale chybí klinický průkaz účinnosti (stejně jako některým látkám výše uvedeným)