Klinická imunologie 1. Marcela Vlková [USEMAP] Imunitní systém •Funkční charakteristika: • homeostáza, sebeudržování na úrovni • molekulární výstavby organismu • schopnost rozpoznání a eliminace cizorodých a škodlivých látek z organismu •Integrální součást organismu • propojení s metabolismem, endokrinním • a nervovým systémem • [USEMAP] Imunitní systém – složka celotělového informačního systému •Schopen přijímat podněty prostřednictvím receptorů •Podněty kvalitativně a kvantitativně vyhodnocuje •Na podněty reaguje efektorovou aktivitou •Shodné rysy s hormonální a nervovou soustavou •Vzájemně se funkčně i strukturně provazují •Mají schopnost odpovídat na všechny druhy přicházejících podnětů • • • • [USEMAP] IMUNITNÍ SYSTÉM JAKO SOUČÁST ORGANISMU nervový systém metabolismus endokrinní systém IMUNITNÍ SYSTÉM genom mikrobiom epigenetické vlivy [USEMAP] Úloha imunitního systému •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. [USEMAP] Přenos informací v imunitním systému •Prostřednictvím membránových interakcí: •Blízký kontakt buňka- buňka •Membránové receptory na buňkách IS reagují s odpovídajícími ligandy na jiných buňkách IS nebo jiných buňkách - přenos aktivačního signálu •Vzdálený kontakt: buňka – biologicky aktivní látka •Kontakt je opět veden přes buněčný receptor – přenos aktivačního signálu • • [USEMAP] Poruchy imunitního systému HYPO- FUNKCE DYS- FUNKCE NÁDORY IMUNITNÍHO SYSTÉMU IMMUNO- DEFICIENCE ALERGIE AUTOIMMUNITA HYPER- FUNKCE [USEMAP] Bach J-F: N Engl J Med 2002; 347: 911- 920 [USEMAP] Zvýšená vnímavost k infekčním agens Náchylnost k maligním procesům Autoimunitní projevy IMUNODEFICIENCE PRIMÁRNÍ (VROZENÉ) SEKUNDÁRNÍ (ZÍSKANÉ) [USEMAP] EUROPEAN ALLERGY WHITE PAPER Allergic Diseases as a Public Health Problem •Alergické choroby se vyskytují u 35% celkové populace a počet pacientů s alergickými chorobami v posledních desetiletích vzrůstá. •Alergická rhinitida •Asthma bronchiale •Atopická dermatitida •Potravinová přecitlivělost [USEMAP] Prevalence autoimunitních chorob Choroby štítné žlázy: > 3% dospělých žen Revmatoidní artritida: 1% celkové populace, převaha žen Primární Sjögrenův syndrom: 0,6-3% dospělých žen Systémový lupus erytematosus: 0,12% celkové populace, převaha žen Roztroušená skleróza: 0,1% celkové populace, převaha žen Diabetes I. typu: 0,1% dětí Primární biliární cirhóza: 0,05-0,1% žen středního a staršího věku Myasthenia gravis: 0,01% celkové populace, převaha žen [USEMAP] Kombinace faktorů podmiňujících vznik autoimunitních chorob GENETIKA IMUNITA HORMONY PROSTŘEDÍ VÝŽIVA [USEMAP] Imunitní systém a maligní nádory •Imunologická úprava nádoru (cancer immunoediting): • •Imunologická ostraha (immunological surveillance) – eliminace maligně transformovaných buněk. • •Vytvoření rovnováhy mezi imunitním systémem a nádorem, selekce rezistentních mutantů. • •Únik maligních buněk před imunitními reakcemi. [USEMAP] Transplantace orgánů, tkání, buněk •Dárce a příjemce: •Autologní transplantace (autograft) •Syngenní transplantace (isograft) •Alogenní transplantace (allograft) •Xenogenní transplantace (xenograft) • •Důsledky histoinkompatibility: •Rejekce (odvržení, odhojení) štěpu •Reakce štěpu proti hostiteli (graft versus host reaction –GvHR) • • [USEMAP] „Koexistence matky a plodu u placentárních savců je fyziologickým příkladem imunologické tolerance k semialogennímu štěpu“. Medawar, P.B.: Some immunological and endocrinological problems raised by the evolution of viviparity in vertebrates. (Symp.Soc. Exp.Biol. 7:320-328, 1953) [USEMAP] Imunitní systém - základní pojmy [USEMAP] Antigen •Látka, kterou rozezná imunitní systém a která vyvolává imunitní reakci •Základní složení: •nosičská část molekuly •Antigenní determinanty – epitopy, tvořené 5-7 aminokyselinami [USEMAP] Vztah antigenu a epitopu 17-03_Epitopes_1 [USEMAP] Imnunogennost •Schopnost vyvolat imunitní reakci – musí: •Být cizorodé •Mít dostatečnou molekulovou hmotnost (> 6 kDa) •Mít komplexní strukturu •Produkty imunitní reakce ( protilátky, T-lymfocyty) mají schopnost s Ag specificky reagovat [USEMAP] 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. • [USEMAP] Zkřížená reaktivita antigenů •Při imunitní reakci může někdy dojít k reakci s jinou látkou, než tou, která reakci původně způsobila. •Je to dáno imunologickou podobností obou látek, ale nemusí se jednat o podobnost chemickou •Zkřížená reaktivita se uplatňuje zejména v patogenezi imunitních chorob [USEMAP] schema1.png Zkřížená reaktivita antigenů Vysoká afinita Nízká afinita Ab1 Ag2 Ab1 Ag1 [USEMAP] Imunitní systém •Funkční charakteristika: • homeostáza, sebeudržování na úrovni • molekulární výstavby organismu • schopnost rozpoznání a eliminace cizorodých a škodlivých látek z organismu •Morfologická charakteristika: • lymfoidní, lymforetikulární systém • •Integrální součást organismu • propojení s metabolismem, endokrinním • a nervovým systémem • [USEMAP] Základ imunitního systému •Lymfatická tkáň a lymfatické orgány •Buňky imunitního systému [USEMAP] Složky imunitního sytému •Periferní oblasti imunitního systému je možno rozdělit do několika funkčních oblastí jejichž imunitní odpověď má určité odlišné charakteristiky. •Základní složky imunitního systému: • – Kostní dřeň, tymus •Lymfatické uzliny a slezina •Imunitní systém sliznic •Kožní imunitní systém •Lymfatický cévní systém [USEMAP] Lymfatické orgány •Primární: kostní dřeň, thymus •Vznik, diferenciace a zrání imunokompetentních buněk •Sekundární lymfatické orgány: slezina, lymfatické uzliny, MALT • místo, kde probíhají specifické imunitní reakce • [USEMAP] Primární a sekundární lymfatické orgány 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 [USEMAP] Kostní dřeň - hematopoeza © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com [USEMAP] Cirkulace lymfocytů S0241X-001-f017 [USEMAP] IMUNITA •Vrozená (přirozená, nespecifická, • innate immunity) • u všech mnohobuněčných organismů • •Adaptivní (získaná, specifická, • adaptive immunity) • až od obratlovců •…………………………………………………………………………………………. •Adaptivní = vzniklý adaptací • • [USEMAP] IMUNITA VROZENÁ [USEMAP] Vrozená imunita •Fyzikální bariéry • • Kůže • Sliznice • Respirační trakt • Močový trakt [USEMAP] Vrozená imunita •Chemické bariéry • • pH (kůže 5,5, žaludek 1-3, vagina 4,5) • mikrobicidní substance – antimikrobiální peptidy • (lysozym, defensiny, cathelicidiny…) [USEMAP] Vrozená imunita •Biologické bariéry • •Mikroorganismy fyziologické mikroflóry •(komensální mikroorganismy) [USEMAP] Nespecifická imunitní odpověď •Pokud Ag pronikne přes fyzikální, chemickou a mikrobiální bariéru – dochází k rozvoji nespecifické imunitní odpovědi •Nespecifická imunitní odpověď se rozvíjí v řádu minut v po vazbě Ag na tzv. pattern recognition receptory - PRR •PRR jsou přítomny na buňkách přirozené imunity, ale můžou být i humorální [USEMAP] Vrozená imunita: charakteristické rysy •PRR - Specifičnost: •Jsou rozeznávány struktury, které jsou stejné •u řady cizorodých agens (u mikroorganismů •jsou to tzv. „pathogen associated molecular •pattern“, PAMP, např. v lipopolysacharidech •nebo peptidoglykanech). • • [USEMAP] PAMP „ Pathogen Associated Molecular Pattern“ •Patogenem asociované molekulové vzory •Vysoce konzervované struktury přítomny na rozsáhlých skupinách mikroorganismů, jsou esenciální pro jejich životní funkce •Nevyskytují se na hostiteli •Peptidoglykany, kyselina lipoteichová, lipopolysacharid bakteriální manany, glukany, •Bakteriální sekvence DNA tvořené cytosinem a quaninem (CpG) a dvoušroubovicovou DNA [USEMAP] DAMP „Damage Associated Molecular Patterns“ •Vznikají při poškození infekcí, zánětem, chemickými toxiny, trauma, snížené krevní zásobování •Nesouvisí s buňkami v apoptóze [USEMAP] PAMPs and DAMPs © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com [USEMAP] PRR- Pattern Recognition Receptors •Váží PAMP a DAMP •Exprese PRR není klonální – receptory přítomné na stejném typu buněk mají stejnou identitu •Připraveny okamžitě reagovat - rychlá odpověď •Schopny diskriminace mezi patogenními a nepatogenními mikroorganismy •Při vazbě patogenu nevzniká imunologická paměť [USEMAP] Vrozená imunita: charakteristické rysy •Rozsah repertoáru: • •Poznávací schopnost PRR je omezená, •odhaduje se na cca 103 „molekulárních vzorců“, • •Kromě součástí mikroorganismů poznává •vrozený imunitní systém také alterované buňky •hostitele (prostřednictvím např. heat shock •proteinů, membránových fosfolipidů, MHC) [USEMAP] PRP buněk přirozené imunity •PRP fungují jako •Receptory pro fagocytózu, kde stimulují pohlcení Ag •Chemotaktické receptory zajišťující postup fagocytujících buněk do místa zánětu •STimulancia - stimulují produkci efektorových molekul a cytokinů, které pomáhají rozvoji přirozené imunitní odpovědi a následně i adaptivní imunitní odpovědi [USEMAP] Vrozená imunita •Humorální složky • •Mikrobicidní faktory (lysozym, defensiny, kathelicidiny a další) •Histamin, eikosanoidy •Komplementový systém •Pentraxiny (CRP, SAP, PTX3) •Kollektiny (MBL, SP-A, SP-B), Fikoliny •Cytokiny (Interferony a,b, g, TNFa, IL-1, IL-6, • chemokiny) • [USEMAP] Molekuly buněčných interakcí •Cytokiny • Interleukiny (IL-1 – IL-35), • IFN, TNF, TGF, CSF • •Chemokiny (C, CC, CXC,CX3C) • •Adhezivní molekuly:integriny, selektiny, adresiny [USEMAP] Cytokiny •Hlavní regulátory imunitního systému, působící na krátkou vzdálenost prostřednictvím vazby na specifické receptory na povrchu buněk •Jsou produkovány buňkami imunitního systému, mají krátký biologický poločas •Účinek – autokrinní, parakrinní, endokrynní • • [USEMAP] schemata7.png Schéma typů působení cytokinů na druhé buňky Autokrinní Receptor Parakrinní Endokrinní Signál Sekrece cytokinu Céva, krevní oběh [USEMAP] Cytokiny •Hlavním producentem je určitá skupina buněk x mohou však být produkovány různými buňkami •Vytvářejí funkční cytokinovou síť •Jeden cytokin má často stimulační i tlumivý efekt •Působí na více oblastí, vlastností – tzv. pleiotropní efekt [USEMAP] Funkce cytokinů •Stimulační: •Stimulace T- lymfocytů: IL-2 •Stimulace B-lymfocytů, produkce protilátek: IL-4, IL-5, IL-10, IL-21 •Stimulace makrofágů: IFN-g •Stimulace granulocytů: IL-8, chemokiny •Proliferace progenitorových buněk • •Prozánětlivé cytokiny: IL-1, IL-6, IL-18, TNF-a • •Regulační: IL-10, IL-13, TGF-b • • [USEMAP] Interferony •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. • [USEMAP] 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 [USEMAP] Cytokiny •Uplatňují se v patogenezi: •atopických chorob (IL-4, IL-13 – stimulace tvorby IgE) •Zánětlivé choroby (TNF-a) •Imunodeficity (defekt produkce IFNg, IL-12) •Ale lze je využít i terapeuticky • protinádorová léčba (IL-2, IFN-a) •Léčba sklerózy multiplex (IFN-b) •Léčba některých imunodeficitů (IFN-g) • • [USEMAP] Komplementový systém •Soustava 30 proteinů nacházejících se v tělních tekutinách nebo jsou vyjádřeny na povrchu buněk •Nejdůležitější humorální součást imunity •Podílí se na identifikaci nebezpečných vzorů mikroorganismů •Na některé z nich se vážou složky komplementu •Označené mikroby jsou pak identifikovány povrchovými receptory buněk imunitního systému, např. fagocyty •Plně aktivovaný komplement je schopen usmrcovat především Gram-negativní bakterie, neutralizovat viry a opsonizovat •Vztah k zánětu • [USEMAP] •Soustava asi 30 sérových a membránových proteinů, některé z nich jsou latentní enzymy •Po zakotvení některých složek na povrchu buňky dochází ke štěpení navázaných složek a získání enzymatické aktivity - konvertázy •Kaskádovitě štěpí další složky a posouvají reakci k vtvoření membranolytického komplexu •Odštěpené části složek, které nemají enzymatickou aktivitu, slouží především k opsonizaci •Hlavní složky 9 sérových proteinů C1-C9 •C3 ústřední složka, C3b vazba na mikrobiální povrch, •Terminální produkt komplementové kaskády C5b, C6, C7, C8 a C9 (MAC membrane attack complex) Komplementový systému [USEMAP] Komplementový systém - funkce •Proteolytickým štěpením dochází k aktivaci komplementové kaskády – vznik molekul s různými biologickými účinky: •Označení nebezpečných vzorů mikroorganismů - opsonizace (C3b, C4b) •Chemotaxe (C3a, C5a, komplex C567) •Tvorba anafylatoxinů (C3a, C4a, C5a •Osmotická lýza (komplex C5b-C9) • [USEMAP] Aktivace komplementového systému •Do úrovně složky C5b probíhá cestou enzymatické kaskády •Od aktivované složky C5b dochází k neenzymatickému sestavení komplexu napadajícího membránu - MAC = Membrane Attact Complex •Výsledkem je lýza buňky [USEMAP] F klasická - spouštěna vazbou C1q na Fc úsek molekuly IgG nebo IgM, nebo C-reaktivní protein F alternativní - spouštěna bakteriálními produkty nebo jako následek spontánní hydrolýzy C3 složky komplementu regulačními faktory I a H F lektinová - na C1q a na protilátce nezávislá, spouštěna vazbou MBL-mannan •Různorodost aktivačních drah je výsledkem evolučního procesu •Zajištění obranného potenciálu komplementového sytému na přítomnost biologicky rozmanitých mikroorganismů • Aktivace aneb cesty komplementového systému [USEMAP] Aktivace komplementového systému membranolytický komplex © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com [USEMAP] Membranolytický komplex [USEMAP] Aktivace komplementového systému © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com [USEMAP] Lektin vázající manózu (MBL) •Po vazbě na manózové zbytky na povrchu baktérií aktivuje C2 a C4. •Asi u 25% populace lze prokázat heterozygótní deficit. •Deficit MBP je asociován s vyšší frekvencí banálních infekcí a komplikací při cytostatické léčbě. [USEMAP] Imunochemické vyšetření jednotlivých složek komplementového systému •C3 (0,7 – 1,5 g/L) •C4 (0,1 – 0,4 g/L) •C1-INH (210-390 mg/L); + funkční test • •C1q (100-250 mg/L), C2 (10 – 30 mg/L), C5 (80 – 170 mg/L) • •MBL (0,3 – 3,5 mg/L) [USEMAP] Základní indikace vyšetření složek komplementového systému •Podezření na deficit některé složky aktivačních drah: •Funkční vyšetření klasické (CH 50) nebo alternativní (AH 50) dráhy •V případě patologického nálezu vyšetření hladiny jednotlivých složek komplementu. •Monitorování zánětlivého procesu: •Složky komplementu se chovají jako proteiny akutní fáze. •Při silné aktivaci komplementu při imunokomplexových chorobách ale dochází k výrazné konsumpci. •Podezření na poruchu regulačních složek komplementové kaskády (hereditární angioedém): •Vyšetření C1 INH a hladiny složek C3 a C4. • [USEMAP] Deficience komplementového systému •C1-C4 : častý vývoj systémových imunokoplexových chorob (SLE-like), náchylnost k pyogenním infekcím. •C3-C9: zejména náchylnost k pyogenním infekcím. U deficitu C9 jsou typické opakované meningokové meningitidy. •C1 INH: hereditární angioedém. [USEMAP] Funkce C1-INH © Elsevier 2012. Abbas & Lichtman: Cellular and Molecular Immunology 7e www.studentconsult.com [USEMAP] Hereditární angioedém •Způsoben deficitem C1 INH,dominantně dědičný •Při traumatech, stomatologických výkonech, infekcích, menstruaci dochází k nekontrolované aktivaci komplementového systému •Vazoaktivní peptidy způsobují zvýšenou vaskulární permeabilitu se vznikem edémem; terčem terapie může být bradykinin •Klinické příznaky- nesvědivé kožní otoky, dechové obtíže, průjmy, křeče v břiše [USEMAP] ledovec v moři Komplementový systém je pilířem imunity mikrobicidní účinky zánětotvorné působení regulace adaptivní imunity ovlivňování buněk, orgánů a systémů [USEMAP]