Imunitní systém ve zdraví a nemoci Hrazeno z projektu MUNI 3.2.1, realizovaném v rámci Národního programu obnovy pro oblast vysokých škol pro roky 2022-2024, reg. číslo NPO_MUNI_MSMT-16606/2022. Imunitní systém ve zdraví a nemoci2 Úvod (principy, buňky, tkáně) Mgr. Pavel Dobeš, Ph.D. Imunitní systém ve zdraví a nemoci3 Imunologie Imunologie (někdy též imunobiologie) je vědní disciplína zabývající se zkoumáním imunitního systému. • není pouze součástí medicíny, ale zasahuje do mnoha dalších oblastí (molekulární biologie, imunologie nádorů, protiinfekční biologie a další) • od teorie, přes její experimentální průkaz až po praktické využití Imunitní systém ve zdraví a nemoci4 Imunitní systém a jeho funkce • patří mezi základní regulační systémy v organismu spolu s nervovým a endokrinním systémem • zajišťuje udržování celistvosti a homeostázy v organismu • chrání organismus před vnějšími i vnitřními škodlivými faktory • je jím zajištěna: Obranyschopnost • rozpoznání a ochrana proti vnějším škodlivinám (parazité, bakterie, produkty patogenů a další) Autotolerance • rozpoznávání vlastních tkání a udržování tolerance vůči nim Imunitní dohled • rozpoznání poškození vlastních tkání (vnitřní škodlivé faktory) a jejich odstranění (např. staré nebo infikované buňky) Imunitní systém ve zdraví a nemoci5 Rozdělení imunitního systému Nespecifická imunita (inátní, vrozená) • rychlá • funguje od narození • není závislá na předchozím styku s antigenem • bariéry anatomické (kutikula, kůže), fyziologické (teplota, pH), fagocytární a zánětlivé Specifická imunita (adaptivní, získaná) • k její aktivaci dochází později • objevuje se až po prvním styku s antigenem • specifické rozpoznání a reakce na antigen (protilátky, receptory), imunitní paměť (lymfocyty) Imunitní systém ve zdraví a nemoci6 Rozdělení imunitního systému Humorální imunita (látková) • zprostředkovávána rozpustnými molekulami • nespecifické složky (antimikrobiální peptidy, komplement) • specifické složky (protilátky) Buněčná imunita • zprostředkovávána imunitními buňkami (hemocyty, leukocyty) • nespecifické složky (makrofágy) • specifické složky (lymfocyty) 7 Buňky imunitního systému • vznikají v procesu hematopoézy 8 Buňky imunitního systému • vznikají v procesu hematopoézy • faktory kmenových buněk (SCF) • kolonie stimulující faktory (CSF) • interleukiny (IL) • erytropoetin, trombopoetin Imunitní systém ve zdraví a nemoci9 Buňky imunitního systému • v krvi nazývány jako bílé krvinky neboli leukocyty (WBC = white blood cells) • u průměrného dospělého člověka najdeme 4 - 9 x 103 leukocytů na μl krve (nezávislé na pohlaví) • podle ne/přítomnosti specificky barvitelných granul je dělíme na granulocyty a agranulocyty • krevní obraz hodnotí jejich množství • krevní diferenciál určuje procentuální zastoupení jednotlivých typů leukocytů • rozlišení jednotlivých buněk podle velikosti, tvaru a segmentace jádra, granularity cytoplazmy na krevním roztěru • rozlišení pomocí využití povrchových markerů (antigenní znaky, CD systém = Cluster of Differentiation) > identifikace pomocí protilátek (imunofenotypizace) 10 Buňky imunitního systému • CD systém (Cluster of Differentiation) Imunitní systém ve zdraví a nemoci11 Neutrofily • jinak označované jako polymorfonukleární leukocyty nebo mikrofágy • 10 - 12 µm, lidský krevní diferenciál 60 - 70 % (myš 5 - 34 %) • charakteristické segmentované jádro (tyčka > segmentace během stárnutí; Hynkovo číslo) • třetina granul azurofilních (primární lyzozomy) a dvě třetiny granula specifická • obrana proti extracelulárním bakteriím prostřednictvím fagocytózy (oxidativní vzplanutí) a NETózy • nízká úroveň proteosyntézy, glykogen v cytoplazmě > přežívají i v anaerobním prostředí • 6 - 7 hodin v oběhu, v tkáních je poločas života 1 - 4 dny • receptory pro Fc fragment IgG (FcγR), složky komplementu C3b, C5a a C3a, Toll-like receptor (TLR), receptory pro hematopoetické stimulační faktory (např. GM-CSF nebo G-CSF) • nepatří mezi antigen prezentující buňky (APC) 12 Eosinofily • 12 - 14 µm, lidský krevní diferenciál 2 - 4 % • jádro ze dvou segmentů (brýlovité) • cihlově červená až tmavě růžová granula v cytoplazmě, větší než u neutrofilů • účast při alergických reakcích (fagocytují komplex alergen-protilátka) a při ochraně proti parazitům (aktivní látky uložené v granulech) • granula obsahují hlavní bazický protein (bílkovina s výrazným zastoupením argininu) • málo vyvinutý proteosyntetický aparát • 6 - 12 hodin v krvi, v tkáních několik dní • receptory pro imunoglobuliny IgE a IgG (FcεR pro různě afinní IgE a FcγR), hematopoetické stimulační faktory 13 Bazofily • 9 - 10 µm, lidský krevní diferenciál 0 - 1 % • esovité, někdy laločnaté jádro obvykle překryté granulami • podobností s žírnými buňkami (jiný prekurzor v kostní dřeni) • účastní se alergických reakcí • hlavními komponentami specifických granul jsou histamin (vazodilatace) a heparin (koagulace) • v oběhu žijí asi jeden den, maximálně týden • vysokoafinní FcεR 14 Monocyty / Makrofágy • 12 - 20 µm, lidský krevní diferenciál 3 - 8 % • jádro oválného až ledvinovitého tvaru (oproti lymfocytům méně kondenzovaný chromatin) • cytoplazma obsahuje jemná azurofilní granula (lyzozomy), specifická granula zde nejsou (agranulocyty) • zodpovědné za fagocytózu a prezentaci antigenu (antigen prezentující buňky, APC) • poločas setrvání monocytů v krvi je 12 - 100 hodin > přechod do tkání > makrofágy (Kupfferovy buňky, alveolární makrofágy, osteoklasty, mikroglie a další) doba života i několik měsíců • FcγR, složky komplementu C3b, na povrchu také komplexy MHCII třídy 15 Lymfocyty • 6 - 8 µm, lidský krevní diferenciál 24 - 40 % (myš 60 - 95 %) • jádro kulaté prakticky vyplňující celou buňku, cytoplazma se v krevních nátěrech jen jako světle modrý úzký lem okolo jádra • žijí několik měsíců, paměťové buňky diferencované z T- nebo B-ly roky • T- a B-ly nejsou ve světelném mikroskopu rozlišitelné, je potřeba specifické značení • vznik v kostní dřeni > diferenciace v primární lymfatických orgánech (optimální afinita k vlastním MHC a jimi prezentovaným peptidům) > sekundární lymfatické orgány • T-ly buněčná imunita – pomocné (CD4+, podporují aktivitu makrofágů a B-ly), cytotoxické (CD8+) • B-ly látková imunita – konečným stádiem jsou plazmatické buňky produkující protilátky a paměťové B-ly 16 NK buňky (Natural killers, přirození zabíječi) • 12 - 14 µm (subpopulace lymfocytů, 15 - 20 % lymfocytů), převážně v periferní krvi • velké granulární lymfocyty • jsou součástí přirozené imunity • zajišťují hlavní část cytotoxické buněčné imunity • schopny rychle zabíjet některé nádorové buňky a buňky infikované virem • granula obsahující perforin a jiné granzymy, produkují cytokiny IFN-γ, IL-3 a další • nemají antigenně specifické receptory a rozpoznávají buňky mající na povrchu málo MHC I • důležité také v regulaci adaptivní imunity (ovlivnění aktivity cytotoxických T-ly a dendritických buněk) 17 Dendritické buňky • v cirkulaci tvoří cca 1 % všech mononukleárních buněk (lymfocyty, monocyty, progenitorové buňky) • nepravidelné jádro, charakteristické membránové výběžky • přítomné ve všech tkáních organismu, nejvíce v kůži • fagocytující buňky patřící mezi antigen prezentující buňky (APC) > po pohlcení antigenu přechází do sekundárních lymfatických orgánů > stimulují naivní T- a B-ly (propojují nespecifickou a specifickou imunitu) • Toll-like receptory (TLR), manózové receptory, FcγR, FcεR a receptory pro C3b 18 Trombocyty (krevní destičky) • 2 - 4 µm, 250 000 - 400 000 na µl krve • lidské trombocyty jsou bezjaderné okrsky cytoplazmy vznikající odškrcením z megakaryocytu v kostní dřeni • nemají funkční proteosyntetický aparát, žijí krátce cca 10 dní > pohlceny endotelem cév • obsahují velké množství granul s glykogenem a fibrinogenem • produkty trombocytů se uplatňují při vazokonstrikci v místě poranění, hemokoagulaci a následné reparaci poraněné cévy lidské erytrocyty a trombocyty kapří erytrocyty a trombocyty 19 Endotelové buňky • vrstva buněk vystýlající vnitřek cév • bariérová funkce • interakce s krevními destičkami a role ve srážení krve • významně se podílejí na regulaci imunitní odpovědi • aktivace prozánětlivými cytokiny a regulátory zánětu (tromboxany, leukotrieny) > zvýšení exprese adhezivních molekul > nasměrování a zlepšení přístupu imunitních buněk do tkání • kromě adhezivních molekul produkují množství cytokinů ovlivňujících hematopoézu a aktivitu buněk 20 Spolupráce buněk imunitního systému Imunitní systém ve zdraví a nemoci21 Imunitní orgány • dochází v nich ke zrání a vzniku konečné fáze imunokompetentních buněk nebo k imunitní odpovědi • propojeny krevním a lymfatickým systémem Primární (centrální): • kostní dřeň (produkce B lymfocytů), brzlík (produkce T lymfocytů), Fabriciova burza (ptáci) • vznik, diferenciace a zrání buněk Sekundární (periferní): • lymfatické uzliny, slezina, mandle, Peyerovy pláty a další části slizničního lymfatického systému • průběh imunitní reakce 22 Lymfatický systém • udržování optimálních podmínek v mezibuněčném prostoru • tkáňové prostory > krevní systém • dospělý člověk cca 2,5 l / 24 h • složení lymfy podobné krevní plazmě • chlopně v cévách a kontrakce svaloviny cév • lymfatické kapiláry: endoteliální buňky, fenestrace, mikrofibrily • lymfatické cévy: intima, media a adventicia • lymfatické kmeny: vlastní cévní zásobení (vasa vasorum) a nervová inervace 23 Struktura imunitních orgánů • orgány solidní (obalené vazivovým pouzdrem) nebo ostrůvky imunitních buněk v okolní tkáni • lymforetikulární pojivo mezenchymového původu (vyjma brzlíku a mandlí) • síť retikulárních fixních buněk s četnými plazmatickými výběžky a makrofágy • volné imunokompetentní buňky (vývojová stádia lymfocytů, dendritické buňky, volné makrofágy, plazmatické buňky a granulocyty) • amorfní hmota s retikulárními vlákny (kolagen III) 24 Kostní dřeň (medulla ossium) • primárný lymfatický orgán; hlavní krvetvorná tkáň • její uplatnění se mění během ontogeneze • embryonální vývoj - žloutkový vak, fetální játra, fetální slezina, kostní dřeň • dospělost - červená kostní dřeň (obratle a ploché kosti jako např. pánevní a hrudní kost, klíční kost a další) • prostup retikulárního pojiva tukovými buňkami > žlutá kostní dřeň > ztráta tuku v pozdním věku (šedá kostní dřeň) 25 Kostní dřeň (medulla ossium) • primárný lymfatický orgán; hlavní krvetvorná tkáň • erytroidní, myeloidní a lymfoidní linie buněk • diferenciace a zrání B lymfocytů 26 Brzlík (thymus) • primární lymfatický orgán entodermálního (retikulární epitel) a mezenchymálního (lymfocyty a dendritické buňky) původu • lokalizace za sternem • s věkem proměnlivá velikost (zhruba od puberty involuce a nahrazení tukovou tkání) • tkáň rozdělena do lalůčků obklopených vazivovými septy a s rozlišitelnou kůrou a dření • v dřeni se nacházejí Hassalova tělíska (produkce thymových hormonů) • diferenciace lymfocytů v imunokompetentní T lymfocyty • během ontogeneze látková stimulace vývoje sekundárních lymfatických orgánů • kontrola proliferace, zrání, diferenciace a získávání imunokompetence lymfocytů v thymu i v dalších lymfatických orgánech • hematothymická bariéra v kůře > vytvoření prostředí bez vnějších antigenů • cévy s vysokým endotelem (high endothelial venules) ve dřeni Brzlík (thymus) Imunitní systém ve zdraví a nemoci28 Lymfatická uzlina • sekundární lymfatický orgán • vazivovým pouzdrem obalené kulovité až oválné orgány (1 – 25 mm) na lymfatických cévách • filtr lymfy • přívodní lymfatické cévy přicházejí přes pouzdro a odcházejí z místa hilu • rozlišitelná kůra a dřeň • ve dřeni lymfatické uzlíky (primární a sekundární folikuly) s B lymfocyty a folikulárními dendritickými buňkami • T lymfocyty přicestovalé z thymu přes HEV • v dřeni siny a hojné makrofágy 29 Lymfatická uzlina 30 • sekundární lymfatický orgán (u člověka největší z lymfatických orgánů ~150 g) • na povrchu vazivové pouzdro vysílající dovnitř trámce • vnitřní parenchym označován jako bílá (lymfatické uzlíky) a červená pulpa (krevní siny, Billrothovy provazce) Slezina (lien) 31 • filtr krve • a. lienalis přichází v místě hilu > průchod trámci > větvení > vstup do bílé pulpy - periarteriální lymfatické pochvy (PALS; T lymfocyty) a lymfatické uzlíky (B lymfocyty) > průchod přes marginální zónu (makrofágy a dendritické buňky) > krevní siny > postkapilární a dřeňové žíly > v. lienalis • produkce protilátek a imunokompetentních buněk • vychytávání a destrukci opotřebovaných erytrocytů • zásobárna krve Slezina (lien) 32 • sekundární lymfatické orgány • imunitní dozor (kontrola přijímané potravy a vdechovaného vzduchu) • Waldeyerův okruh: nosohltanové (nosní – klenba nosohltanu), patrové mandle (krční), jazykové (pod sliznicí kořene jazyka) a tubulární mandle (pod sliznicí hltanu okolo ústí Eustachovy trubice) • vrstevnatým dlaždicovým epitelem • mohou mít vytvořeny krypty (tonsilla palatina) Mandle (tonsillae) 33 • MALT – mucosa-associated lymphoid tissue • GALT – gut-associated lymphoid tissue (Peyerovy pláty, apendix) • BALT – bronchi-associated lymphoid tissue (mandle) • VALT – vulvovaginal-associated lymphoid tissue • neopouzdřená difúzní lymfatická tkáň ve slizničním nebo podslizničním vazivu (lamina propria mucosae) • lymfatické uzlíky s T a B lymfocyty, dendritickými buňkami • fyziologické bariéry, řasinkové epitely, specializované epitelové buňky (pinocytóza), intraepitelové lymfocyty Slizniční imunitní systém