Imunotoxikologie • Disciplina toxikologie, která usiluje o poznání účinků toxických látek na I.S. • Chemikálie (průmyslové, denní, léky, exhalace) • Záření (UV) • Důsledky imunotoxického působení - Snížení obranyschopnosti před patogeny, snížení obranyschopnosti před nádory, snížení citlivosti na vakcíny … různé patologie až smrt Imunitní systém Nespecifická immunita (vrozená, inátní) • Anatomické bariéry (kůže, mukózní membrány) • Fyziologické bariéry (teplota, pH) • Fagocytární bariéry • Z buněk zahrnuje hlavně granulocyty a makrofágy • Zánětlivé bariéry Specifická immunita (adaptivní, získaná) • Specificita antigenu • Diverzita receptorů • Imunologická paměť • Rozpoznání vlastní/cizí • Z buněk zahrnuje hlavně lymfocyty Základní pojmy Antigen (Ag) : látka, která stimuluje imunitní odpověď (např. komponenta bateriální buněčné stěny, metabolit, chemická látka) Protilátka (antibody - Ab) : rodina obranných proteinů, které jsou vyráběny buňkami imunitního systému po stimulaci antigenem Molekuly imunitního systému • Antigenně specifické receptory na povrchu T a B lymfocytů • MHC glykoproteiny I. a II. třídy • Adhezivní molekuly • Cytokiny a jejich receptory • Receptory složek mikrobiálních povrchů • Receptory komplementového systému • Imunoglobuliny (protilátky) • FC receptory Buňky imunitního systému B-buňky • Efektorové B buňky (plasmatické buňky) sekretují protilátky T-buňky • Cytotoxické: zabíjí vlastní infikované buňky • Pomocné • Th1 - aktivují makrofágy • Th2 - aktivují B buňky Přirození zabíječi (natural killers – NK) Bílé krvinky Fagocyty (monocyty/makrofágy) Buňky prezentující antigen Orgány imunitního systému Primární (centrální) • Vývoj a zrání lymfocytů • Kostní dřeň (B-buňky) a thymus (T-buňky) Sekundární (periferní) • Zralé lymfocyty se zde setkávají s patogenem • Imunitní systém bezobratlých • Vnější bariéry - exoskelet, ulita, sliz • Buněčná imunita – hemocyty regulace výdeje vody, obrana organismu před vstupem cizorodých látek, hojení ran, enkapsulace, nodulace, FAGOCYTÓZA • Humorální - enzymy (lysiny ,aglutiny) • Imunitní systém ryb k-ledvina (opistonefros) p-hlavová ledvina (pronefros) s-slezina t-thymus • Imunitní systém obojživelníků • Brzlík (T- lymfocyty), slezina (B-lymfocyty, u některých bezocasých v dospělosti i kostní dřeň). • Sekundární lymfatické orgány : slezina, GALT a četné lymfopoeticky aktivní oblasti v ledvinách, játrech, mezenteriu, žábrech a kůži Imunotoxicita • narušení rovnováhy fungování IS pomocí imunotoxinů • Imunotoxin syntetická nebo přírodní látka, která je do vod vyplavována nebo je vyloučená z živých organismů při metabolických pochodech • Příčiny: genetická fixace - dědičné deficity B-buněk a produkce protilátek, či funkční poruchy T-buněk prostředí - dáno řadou faktorů (metabolismus a výživa, záření, věk, poranění a chronické infekce, chemické látky a stres spojený s modulací hormonálního řízení. „Každá látka je toxická - o toxicitě rozhoduje jen dávka“ Toxikokinetika - příjem, distribuce, metabolismus, vylučování látky v organismu, závisí na povaze látek Toxikodynamika - mechanismy interakce látek s cílovými místy (receptor, protein, NK nebo fosfolipid v buněčných membránách) Působení Zpravidla více různých procesů, kterými chemické látky působí na I.S. • Prostorové změny molekul-proteinů (změna povrchu buněk s receptory a vystavenými antigeny → ovlivnění funkcí APC a lymfocytů → autoimunitní reakce) • Modulace na molekulární a enzymové úrovni (narušení výkonných funkcí enzymů,narušení syntézy DNA, proteinů, ovlivnění signálních drah, narušení membránové signalizace a celkové homeostázy organismu) • Nepřímé modulace systémů, které řídí a souvisí s neurohormonální regulací • Stresové hormony: adrenalin, steroidy, kortizol Imunitní systém je pod kontrolou neuroendokrinního sytému, proto mají na jeho modulaci význam zejména hormony a jejich strukturně blízké toxikanty,nebo látky schopné konjugace s příslušným endokrinním proteinem -léčiva a hypersenzitivita, autoimunity a některé průmyslové chemické látky -formaldehyd, chloramin, diazoniové soli, rozpouštědla thiomočoviny a další... Imunotoxické látky vodního prostředí Persistentní organochlorové látky (POPs) • Heterogenní skupina látek • Odolávají degradaci, persistentní, bioakumulace • Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a polychlorované dibenzofurany • Vedlejší produkty spalování, průmyslové chemikálie • Vazba na AhR - transkripční faktor (příbuzný s ostatními jadernými receptory pro nízkomolekulární hormony - ER, AR, ThR, RAR/RXR) • Cross-talk mezi receptory (AhR vs. ER) • Stimulace Th17 → autoimunita • Jeho přirozenou funkci v organismu je reakce na toxické látky syntézou detoxikačních enzymů (CYP450) • Nadměrnou stimulací AhR → karcinogenita a imunotoxicita • Exprimován ve vysokých koncentracích v játrech • Prenatální atrofie thymu (inhibice vývoje brzlíku, nemožnost dozrání T-lymfocytů) Xenoestrogeny • Aktivace estrogenního receptoru (ER) • Syntetické látky (antikoncepce, ale také látky syntetizované za jiným účelem jako jsou pesticidy, či detergenty) • Atrofie brzlíku a kostní dřeně • Inhibice odstraňování autoreaktivních buněk ve slezině a játrech →autoimunitní reakce → zánět Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) • Hoření a spalování • Podobná planární struktura s PCBs a PCDD/Fs • Méně persistentní a degradovatelné • Toxicita vázaná na AhR • Selektivní toxicita pro makrofágy • Po fagocytóze → vzplanutí → aktivace, oxidace → vytvoření toxických derivátů → cyklická oxidace • Karcinogenita po metabolické aktivaci (reaktivní epoxidy) Těžké kovy • Olovo • Nefrotoxicita, CNS, negativní vliv na hematopoézu • Snížení celkové hladiny protilátek, snížení aktivity komplementu → neschopnost lyzovat imunokomplexy → poškození ledvin • Inhibice degradaci starých MHCII receptorů na B-buňkách → silná imunitní odpověď → zánět • Ovlivňuje signální transdukci (Ca2+ / cAMP / proteinkináza C) • Arsen • Kationty (As3+ i As5+ ) schopné interkalace do DNA → genotoxicita • Přímá inhibice NK a cytotoxických leukocytů • Ovlivnění signálování kortikoidů a narušení hormonální rovnováhy organismu • Rtuť • Akutně: poškození DC • Chronicky: poškození CNS, poškození ledvin (ukládání imunokomplexů → autoimunita) • Silná indukce B-buněk → klonální proliferace → zvýšení Ig (IgE a IgG) • Zvýšené hladiny Anticellular-Ab, anti-lamin-Ab: – autoimunitní reakce • Berylium • Karcinogenita • Pneumonie, tracheitidy = chronická berylioza • Hypersensitivita • Proliferace T-buněk v reakci na BeSO4 Organická rozpouštědla • Nefrotoxicita • Vyšší riziko infekcí • Zvýšené ukládání imunokomplexů → hypersenzitivita • Benzen - hemopoetická toxicita • Vzrůst plicních a ledvinových infekcí • Pokles poměru CD4/CD8 Pesticidy • Nejvýznamnější imunotoxické účinky • Organochlorové pesticidy (OCPs) • Persistence a akumulace • Patří mezi POPs • Celosvětově zakázána výroba • Hepatotoxicita / neurotoxicita – anemie, vzrůst dětských nádorů • Nejvýznamnější efekty na makrofágy – inhibice fagocytozy a produkce NO, chemotaxe • Endokrinní změny → efekty na I.S. Retinoidy • Stimulace I.S. • → T-buňky → humorální odpověď → produkce stimulačních cytokinů • Farmakologie keratinozy kůže, akne, psoriazy • Prevence rakoviny kůže Metody • Test chronické toxicity → sledování vlivu na obecné a základní vlastnosti IS • Specifická imunotoxicita → sledování funkční odpovědi na specifické antigeny • Hematologie a buněčnost - celkové počty krevních buněk/ml, počty leukocytů, lymfocytů • Mikroskopie: počítací komůrka - jednoduché počítače - „cell counter“ • Množství a třídy protilátek - ELISA proti Fc fragmentům IgG, IgM, IgE • Hodnocení histologie • Stanovení produkce protilátek • Stanovení proliferační odpovědi B-lymfocytů • Hodnocení „oxidativního vzplanutí“ MF • In vitro fagocytoza (a likvidace patogena) • Sledování funkce NK buněk