Úvod do imunologie
Vrozená (nespecifická)
inmunita
Jiří Litzman
Ústav klinické imunologie a alergologie LF MU
Brno
Imunitní systém
• Jeden ze základních homeostatických
mechanismů organismů.
• Jeho funkcí je udržení integrity organismu
rozpoznáním cizorodého /škodlivého pro
vlastní organismus.
• Imunitní systém má schopnost
rozpoznané cizorodé/nebezpečné látky
eliminovat.
Imunitní systém
• Reaguje s cizorodými/nebezpečnými
substancemi z vnějšího prostředí
(zejména antimikrobiální ochrana).
• Účastní se odstraňování starých
a poškozených buněk vlastního těla.
• Napadá nádorové a viry infikované buňky
vlastního těla.
Antigen
• Látka rozpoznaná imunitním systémem
vyvolávající imunitní reakci – imunogennost
(imunogen)
• Produkty imunitní reakce (protilátky, Tlymfocyty)
mají schopnost s antigenem
specificky reagovat.
Podmínky imunogenicity
• Cizorodost
• Dostatečná molekulová hmotnost (> 6 kDa)
• Komplexní struktura
Antigen – základní složení
• Nosičská část molekuly
• Antigenní determinanty (epitopy)
(cca 5-7 aminokyselin!)
Vztah antigenu a epitopu, nosičská
část
Chemické složení antigenů
• Proteiny – obvykle výborné imunogeny.
• Polysacharidy- jsou dobrými imunogeny
zejména jako součást glykoproteinů.
• Nukleové kyseliny- špatná imunogenicita,
vázána zejména na komplexy nukleových
kyselin a proteinů.
• Tuky – velmi zřídka se uplatňují jako
imunogeny. Nejznámější jsou sfingolipidy.
Protektivní a neprotektivní
antigen
• Protektivní antigen – vyvolává protektivní
imunitní reakci.
• Neprotektivní antigen – sice vyvolá
imunitní reakci, ale ta nevede k eliminaci
antigenu (např. protilátky při HIV infekci).
Hapten
• Nízkomolekulární látky které vyvolávají
imunitní reakci po vazbě na jiné
vysokomolekulární látky.
• Mají schopnost s produkty imunitní reakce
reagovat.
• Typickými hapteny jsou některé kovy,
vyvolávají IV. (buněčný) typ přecitlivělosti,
nebo léky způsobující I. (atopický) typ
přecitlivělosti.
Imunogenicita haptenu
Zkřížená reaktiva antigenů
• Produkty imunitní reakce mohou někdy reagovat se
substancemi odlišnými než byly spouštěče vlastní
reakce.
• Imunologická „podobnost“ nemusí vyjadřovat
„podobnost“ chemickou.
• Stupeň zkřížené reaktivity může být různý.
• Zkřížená reaktivita se uplatňuje při patogenezi některých
autoimunitních chorob (např. revmatická horečka).
• Významně se uplatňuje zkřížená reaktivita alergenů.
• Jedná se o obecný biologický fenomén, ne pouze o
„vysvětlení revmatické horečky“!
Buňky imunitního systému
• Hlavní buňky imunitního systému
– Lymfocyty (T a B)
• Vedlejší buňky imunitního systému
– Granulocyty
– Monocyty
– Tkáňové makrogágy
– Mastocyty
– Dendritické buňky
– NK buňky
– Endotelie
– Trombocyty, erytrocyty, fibroblasty, epiteliální buňky
Roitt/Broskoff/Male: IMMUNOLOGy, 4th ed, 1996
Kostní dřeň jako místo vzniku buněk imunitního systému
Polymorfonukleární (neutrofilní)
granulocyty
• U dospělých tvoří asi 60%-70%
leukocytů periferní krve.
• Vykytují se v krvi ale především v tkáních
( asi 90%).
• Poločas v krvi je pouze několik hodin.
• Jsou důležitými fagocytujícímu buňkami
objevujícími se v prvních fázích zánětu
• Jsou i důležitými producenty
prozánětlivých cytokinů.
• Odumřelé neutrofily jsou nejpodstatnější
součástí hnisu.
• Nepatří mezi antigen prezentující
buňky.
Eozinofilní granulocyty
• U zdravých jedinců tvoří asi 1-3% leukocytů.
• Hrají důležitou roli v obraně proti mnohobuněčným parazitům.
• Tvoří řadu toxických produktů poškozujících eukaryontní buňky např:
MBP (major basic protein), eosinofilní peroxidáza, ECP (eosinophil
cationic protein)…
• Nejdůležitějším cytokinem stimulujícím jejich tvorbu je IL-5
• Jsou fagocytujícími ale ne antigen-prezentujícími buňkami
• Jejich počet je zvýšen u pacientů s parazitózami a u alergiků.
• Významně se patogeneticky uplatňují při alergickém zánětu jak
tvorbou cytokinů, tak ničením buněk vlastního organismu.
•
Lymfocyty
• U dospělých tvoří asi 20-40% leukocytů.
• T- a B- lymfocyty jsou hlavními buňkami
imunitní odpovědi.
• Jako lymfocyty morfologicky vypadají i NK
buňky ( velké granulované lymfocyty.
• Nemají schopnost fagocytózy ale B-lymfocyty
patří mezi antigen-prezentující buňky.
Monocyty
• Tvoří 3-8% leukocytů.
• Jedná se o cirkulující prekurzory tkáňových
makrofágů, případně i některých forem
dendritických buněk.
• Ve své cirkulující formě se jedná o velmi
málo aktivní buňky.
Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM)
© 2005 Elsevier
Vývoj makrofágů z monocytů
Dendritické buňky
• Důležitá složka vrozené imunity účastnící se
aktivace buněk imunity získané.
• Hlavní funkcí je zpracování antigenu
a jeho prezentace T-lymfocytům.
• Jsou i důležitým zdrojem kostimulačních signálů.
• Langerhansovy dendritické buňky se významně
uplatňují v přenosu antigenů
z epidermis kůže.
• Neaktivované dendritické buňky mají
i výraznou fagocytární schopnost.
Orgány imunitního systému
Thymus
Primární lymfatické orkány Sekundární lymfatické orgány
Kostní dřeň
Waldeyerův okruh
BALT
Lymfatické uzliny
Kostní dřeň
Slezina
Payerovy pláty
Mesenterické
lymfatické uzliny
Lamina propria
Urogenitální MALT
Lymfatické uzliny
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
Řízená migrace lymfocytů do lymfatické uzliny a do tkání
Mechanismy nespecifické
imunity
SYSTÉM VROZENÉ IMUNITY
SYSTÉM ADAPTIVNÍ IMUNITY
Imunitní systém člověka
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.
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)
SIGNÁLY NEBEZPEČÍ:
- EXOGENNÍ (PAMPs)
-ENDOGENNÍ (např. STRESOVÉ PROTEINY
UVOLNĚNÉ Z NEKROTICKÝCH BUNĚK)
Vrozená imunita – poznávané struktury
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..
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
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
TOLL-LIKE RECEPTORY
Nespecifické ochranné bariéry
lidského těla
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.
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
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 cukry na povrchu buněk (např.
manózu).
• Aktivovaný MBL aktivuje C2 a C4 za
tvorby C2aC4b – tj aktivovaný MBL působí
jako aktivovaná C1 klasické cesty aktivace
komplementu.
(pozn. lektin = protein s vysokou vazebnou
silou k sacharidům)
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, CD55,CD46 různým způsobem, brání
aktivaci komplementového systému.
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)
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
Vývoj makrofágů z monocytů
Dvě fáze interakce mezi fagocyty
a cévní stěnou
• Rolling – reverzibilní interakce daná vazbou
mezi endoteliálními selektiny a jejich
ligandy na povrchu leukocytů (např sialylLewisX
)
• stabilní vazba – vytváří se po aktivaci
prozánětlivými faktory. Je dána interakcí
mezi leukocytárními integriny a jejich
ligandami na endoteliích – např. ICAM-1.
Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM)
© 2005 Elsevier
Interakce leukocytů s endoteliemi při přechodu leukocytu
z cévy do extravaskulárního prostoru
“Klasické“ fáze fagocytárního
procesu
• Chemotaxe cílený pohyb buněk proti
směru koncentrace chemotaktických
faktorů (chemotaxinů)
• Adheze
• Ingesce –pohlcení, vytváření fagosomu.
Ten poté splývá s lysosomem za vzniku
fagolysosom.
• Intracelulární degradace – po zabití
následuje destrukce fagocytovaného
materiálu
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….
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.
• 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)
• 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
GFa
b
Fc
Cizorodý
epitop
Fc receptor
Usmrcení virem
infikované buňky
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 - IL28A,B, IL-29
– podobné IFN-I
Mechanismus účinku
interferonu (IFN)
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
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 mechanisme je porušení integrity buněčné
membrány, včetně tvorby pórů v membráně.
• Dělí se na skupiny defensinů a a b.
Lysozym
• Enzym katalyzující rozklad
polysacharidových řetězců v
buněčných stěnách G+ baktérií.
• Přítomen v granulích granulocytů,
plazmě, sekretech (významný ve
slinách!)
Zánět
Zánět
• 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
• Vasoaktivní aminy – histamin, serotonin - uvolněné z poškozených
buněk, stimulovaných mastocytů.
• Produkty kininového systému, komplementového systému,
koagulačního systému.
• Metabolity kyseliny arachidonové leukotrieny, prostaglandiny 5-
HETE
• 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
Patologické následky:
Zánětlivé poškození tkání, autoimunisace,
systémová zánětlivá reakce.
Fibrosa, metaplasie, růst tumoru.
Změna homeostatického nastavení,
autoinflamace
Nejdůležitější léky využívané k tlumení
zánětlivých procesů
• Nesteroidní antiflogistika (antirevmatika):
kyselina acetylosalicylová, paracetamol…
• Glukokortikoidy
• Antimalarika
• Monoklonální protilátky proti
prozánětlivým cytokinům a adhezivním
molekulám.
• JAK inhibitory