Slizniční a kožní imunita Slizniční povrchy •Oddělení vnějšího prostředí od vnitřního prostředí člověka •Slizniční povrchy jsou zodpovědné za resorbci živin, výměnu plynů x obrovské množství podnětů (složky potravy, fyziologická mikroflóra, indiferentní mikroflóra, enviromentální podněty) – nesmí dojít ke vzniku imunitní odpovědi •X patogenní mikroby – nutná imunitní reakce – eliminaci patogenů – reparace poškození SPOLEČNÝ IMUNITNÍ SYSTÉM SLIZNIC Mukózní imunitní systém – MALT (Mucosa- Associated Lymphoid Tissue •GALT – Gut- Associated Lymphoid Tissue – slizniční imunitní systém trávicího traktu •BALT – Bronchus-Associated Lymphoid Tissue-slizniční imunitní systém dýchacího traktu •NALT- Nassal – Associated Lymphoid Tissue – nasální imunití systém •Močopohlavní slizniční imunitní systém •Oko, slinné žlázy, střední ucho • • • Regionalizace imunitního systému • Regionalizace imunitního systému • Každý regionální imunní systém má – –Vlastní unikátní anatomii zahrnující sekundární lymfoidní tkáně –Zahrnuje speciální typy buněk a molekul, které se zřídka vyskytují v jiných místech (Langerhansovy buňky v kůži, M buňky ve střevě, Tg,d v epitelu, B lymfocyty produkující IgA v mukóze) –Vlastní imunoregulační mechanismy SLIZNICE A KŮŽE (EPITELEM KRYTÉ POVRCHY) •Povrch sliznic zažívacího traktu..……. 200 m2 • •Povrch dýchacího traktu……………… 80 m2 • •Povrch kůže …………………………… 2 m2 • •Podněty: potrava …………………….. ~ tuny • mikrobiota ………………….. 1014 bakterií • antigeny ve vzduchu • •Obměna epitel. buněk střeva ………. 1011/den • •Produkce IgA (převyšuje ostatní isotypy)... 5-9g/den • •90% infekčních agens vstupuje sliznicemi • •80% imunologicky aktivních buněk organismu je ve • sliznicích Slizniční imunitní systém gastrointestinálního traktu GALT •Difúzně rozptýlené lymfoidní buňky střevní sliznice •Agregáty lymfoidních buněk v mukózní vrstvě •Peyerovy pláty •Apendix •Mezenterické lymfatické uzliny •Játra Imunita gastrointestinálního systému –2 základní chrakteristiky: – Mukóza tenkého a tlustého střeva – větší než 200m2 (velikost tenisového kurtu) – 500 různých druhů bakterií – dohromady 1014 buněk – 10x více než buněk člověka – –Soustředěno okolo 80% imunokompetentních buněk těla – největší lymfytický orgán ) spolu s kůží – - Buňky střevního epitelu •Vznikají dieferenciací multipotentní kmenové buňky: •4 typy buněk: • •Enterocyty, kolonocyty v tlustém střevě •rychlá obměna - 18 h • •Pohárkové buňky - granula mucinu produkují hlen • •Panethovy buňky - na dně krypt tenkého střeva, •sekreční granula - defensiny, žijí 20 dní • •M- buňky - v epitelu kryjícím lymfatické folikuly • • Buňky střevního epitelu •Epitelové buňky •Součást fyziologických barier: pevné spojení epitel. buněk, tvorba hlenu, rychlá obnova slizniční vrstvy •Krátce žijící, 3-5 dní, rychlá obměna •Mikrob, který pronikl do epitelové buňky, nemůže invadovat do podslizniční vrstvy díky rychlému odlučování buněk •Udržování střevní homeostázy regulací absorpce vody, elektrolytů a živin •Povrch buněk chráněn a muciny - tvorba hlenu a glykosaminoglykany – glykokalyx ) obojí produkováno každých 6 -12 hodin •Schopny diskriminace mezi patogenní a nepatogenními mikroorganismy – zajištěno intracelulární lokalizací PAMP receptorů (TLR2,4,5,6,7,9; NLR receptory pro flagelin) – - Buňky střevního epitelu •Obměna je regulována mírou expozice potravním faktorům •Podvýživa či absence potravinových podnětů vede k atrofii epitelové vrstvy •Stimulace proliferace epitelových buněk působením mikrobiálních podnětů – výrazně omezena u bezmikrobních zvířat • Úloha epitelových buněk •Přímá ochrana před vniknutím mikroorganismů •Kooperace s intraepitelovými T-lymfocyty pomocí adhezivních interakcí •Produkce humorálních složek regulujících aktivitu epitelových buněk • Epitelové buňky •Bez aktivace nízká exprese TLR2 a TLR4 •Po aktivaci produkce prozánětlivých cytokinů: TNF alfa, GM-CSF, IL-8, zvyšování exprese TLR4 •Přítomny receptory pro IL-2 a další cytokiny •Po aktivaci zvýšení exprese HLA-II, působením IFN-γ – produkován intraepitelovými T-lymfocyty, zvyšuje se schopnost ep. buněk prezentovat Ag •Konstitutivně přítomna molekula CD1d – předkládání antigenů ne-proteinové povahy – např. lipopolysacharidů • Epitelové buňky střeva •Na svém povrchu mají Fc receptory: FcγRII a FcγRIII a dál neonatální FcRn •neonatální FcRn – přenos mateřských IgG in utero •U dospělých přenos imunokomplexů IgG a ciz. Ag do podslizniční vrstvy – pro zpracování dendritickými bb. Pohárkové buňky •Vytváří ve velkém množství muciny - hydratované gely skládající se z různých glykoproteinů •Funkce mucinů: lubrikace a ochrana střevních klků •Interakce s lysozymem a sekrečními imunoglobuliny •Hlen chrání epitelové buňky před přichycením mikroorganismů Panethovy buňky •Sekreční epitelové buňky •Produkce lysozymu, fosfolipázy A •Produkce defenzínů – vazba na mikrobiální membrány s velkým obsahem záporně nabitých fosolipidů a působí mikrobicidně (Listeria, Esherichia, Salmonella, Candida Albicans) •Lokalizovány v blízkosti proliferujících kmenových buněk, které chrání před mikrobiálním poškozením Intraepteliální T lymfocyty •Lokalizovány zejména v klcích tenkého střeva •Tc lymfocyty (CD3+8+), působí cytotoxicky – granzym nebo vazbou přes Fas-FasL na infikované nebo nádorově změněné epiteliální bb. •75% exprimuje receptor αβ oligoklonálního charakteru •Regulace nežádoucích reakcí proti potravinovým Ag •25% exprimuje receptor γδ – sekrece cytokinů důležitých při hojení epitelií Epiteliální T-lymfocyty a lamina propria T-lymfocyty Homing tkáňově specifických T-lymfocytů M - BUŇKY V EPITELU KRYJÍCÍM LYMFATICKÉ FOLIKULY •Epitelové buňky s nízkým nebo chybějícím kartáčkovým lemem, minimální glykokalyx, bez lysozomálních struktur, basolaterálně výběžky •Funkce: transport antigenů do lymfatického folikulu •Počet: 1/100 - 1/1000 konvenčních enterocytů Epteliální M buňky – transport Ag přes slizniční povrch Lymfoidní folikuly •Organizovaný lymfoidní systém •V epiteliální vrstvě sliznic nebo těsně pod touto vrstvou •Peyerovy plaky – tvořeny více než 100 folikulů s centrální zónou složenou z lymfocytů B a menším počtem lymfocytů T •Uprostřed jsou folikulární dendritické buňky, dendritické buňky a makrofágy •V interfolikulární oblasti se nacházejí venuly s vysokým epitelem – exprese adhezivních molekul – zachycení lymfocytů z oběhu • Gastrointestinální imunitní systém Střevní klk „Homing“ lymfocytů •Řízená migrace a usazování se lymfocytů u určitých tkáních imunitního systému. •Je závislá na expresi adhezívních molekul označovaných jako homingové receptory na lymfocytech. •Na endoteliích cílových tkání jsou exprimovány příslušné ligandy pro tyto receptory, označované jako adresiny. Venuly s vysokým endotelem (High endotelial venules) •Specializované venuly, 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. Cesty T-lymfocytů α4:β7 integrin se váže na mukózní vaskulární adresin MAdCAM-1 na endoteliálních buňkách CCR9 se váže na CCL25 na střevní epitelové buňky Gastrointestinální imunitní systém Střevní klk Indukce imunitní odpovědi na střevní sliznici •M-buňky lokalizovány v tenkém střevě, v oblasti zvané Peyerovy plaky •Před M- buňky prostupují, makromolekuly částice, mikroorganismy •Pod nimi se nachází lymfoidní folikul tvořený velkými lymfocyty a APC •Dále velký počet paměťových B-lymfocytů stimulovaných Ag Indukce imunitní odpovědi na střevní sliznici •Mino folikuly jsou v lamina propria rozptýleny: •CD4+T-lymfocyty, které sousedí s venulemi tvořenými vysokým endotelem •Fibroblasty – podílejí se na diferenciaci epitel. buněk •Makrofágy a dendritické buňky – zdroj cytokinů •Den. bb. nejsou plně vyzrálé, po stimulaci dozrávání a přenos Ag do příslušných lymfatických uzlin Dendritické buňky sliznic •Rozdělení do dvou subsetů DC-1 a DC-2 •DC-1 -stimulace infekčním Ag ve vysoké koncentraci – aktivace T-lymfocytů do Th1 (IFN-γ a cytotoxické mechanismy) •DC-2 –stimulace nízkými dávkami Ag – za fyziologických podmínek – aktivace lymfocytů do Th2 (IL-2,4 a 13 ) a Tr – produkce cytokinů IL-10 a TGFβ •Výsledek aktivace B-lymfocytů k produkci IgA Humorální mechanismy slizničního imunitního systému – role IgA •Produkován B-lymfocyty a plazmatickými buňkami v submokózních vrstvách •Transport přes epteliální buňku na slizniční povrch - transcytóza •Váže se na transportní Fc-receptor → endocytóza a přenesení na luminární stranu buňky, tam fúzuje s membránou a část receptorové molekuly ( tzv. sekreční komponenta) spolu s navázaným IgA se odštěpí •Přenos IgA do mateřského mléka a do zažívacího traktu novorozence • • ObrHelena Struktura molekuly sekrečního IgA Transcytóza Vlastnosti a funkce sekrečního IgA •Produkováno v největším množství -3-5g denně •Odolnost vůči proteolytickým enzymům • Neutralizace toxinů, virů a enzymů • Inhibice adherence mikroorganismů k epiteliím • Zábrana průniku antigenu a mikrobů • Opsonizační efekt • Protilátkami mediovaná cytotoxicita • Intracelulární neutralizace virů v epitelových buňkách při transportu sIgA (fúze vesiklů obsahujících sIgA s endosomy obsahujícími antigen) •Protizánětlivá aktivita kompetitivní vazbou na antigen (blokace IgG a IgE mediovaných reakcí) Sekreční imunoglobuliny •IgA – největší strukturní heterogenita •Monomer, polymer a sekreční •V zažívacím traktu IgA2, v dýchacích cestách IgA1 •U sekrečních výhoda polyvalence – 4 -8 vazebných míst pro Ag – vysoká avidita x nízká afinita •Kromě IgA také IgM •Význam v raném dětství a u selektivního deficitu IgA •Náchylnější k proteolytickému rozkladu v lumen střeva • Antimikrobní mechanismy na sliznicích Faktor Mechanismus komensální bakterie kompetice s exogenními mikroby, produkce protizánětlivých látek těsné spoje epitelu brání průniku bakterií řasinky zachytávají mikroby mucin zachytává bakterie lysozym zabíjí G+ bakterie (stěny) laktoferin váže železo (inhibice růstu mikrobů) laktoperoxidasa usmrcuje bakterie (volné radikály) antibiot. peptidy usmrcují bakterie sekreční Ig blokují adherenci bakterií k epitelu • •Cathelicidiny - kationické peptidy neutrofilní leukocyty, některé epitelové buňky, mastocyty, účinkují jako přirozená mikrobicidní antibiotika •Defensiny - kationické peptidy •α-defensiny – neutrofily, Panethovy buňky tenkého střeva,mají významnou roli při zánětu, hojení ran a zasahují i do imunity získané •β-defensiny - epitelové buňky ústní sliznice bronchů, urogenitálního traktu, epidermis, •jejich vazba na fosfolipidové membrány mikrobů vede k porušení její integrity a k zabití mikroba Antimikrobní peptidy Funkce defensinů Komensální (normální) mikroflora mikrobiota •~ 1014 bakterií, ~ 1000 druhů • ~ 50% nekultivovatelných •složitý ekosystém •součást přirozené imunity sliznic a kůže •vzájemné interakce mikroorganismů • kompetice-kolonizační resistence, “quorum sensing”, produkce bakteriocinů … •interakce s makroorganismem: symbiosa, komensalismus, pathogenita, účast v metabolismu hostitele (fysiologické funkce) •modulace imunity • Lidský mikrobiom •We are a “super-organsim” •The human gastrointestinal tract hosts a vast microbiome – >1000 different species; >majority non-culturable •Establishes during the first week and stabilizes within the first 3-5 years of life •Cooperative relationships have established through co-evolution to maintain homeostasis Lidský mikrobiom •Bacteria (~1000 species) • Firmicutes (Ruminococcus, Clostridium, Eubacteria) • Bacteroidetes (Bacteroides) • Actinobacteria (Bifidobacteria) • Proteobacteria (Enterobacteraceae) •Fusobacteria •Viruses •Fungi http://player.slideplayer.com/35/10280747/data/images/img9.jpg Immune tissue development requires normal gut colonization http://player.slideplayer.com/35/10280747/data/images/img10.jpg Reprinted from Nature Review Immunology Volume 4, Macpherson, AJ and Harris, NL. Interactions between commensal intestinal bacteria and the immune system, p478-485, Figure 2. Copyright (2004) with permission from Nature Publishing Group. Navození tolerance Na začátku infekce nejsou dendritické bb. plně aktivovány, záleží na koncentraci IL-6. Při nízké koncentraci IL-6 vznikají regulační T-lymfocyty, které inhibují Th1, Th2 odpověď. Innate leukocyte cells http://www.frontiersin.org/files/Articles/40120/fimmu-04-00022-HTML/image_m/fimmu-04-00022-g001.jpg ORÁLNÍ TOLERANCE Inhibice systémové imunity následující po perorálním podání antigenu (proteinu) Ustavení tolerance: 5 až 7 dní po orální aplikaci Trvání: několik měsíců Fyziologický význam: tolerance k antigenům potravy Oral tolerance •Induction of mucosal and systemic non- responsiveness to dietary antigens •Active immune response that depends upon –– tolerogenic dendritic cells (make IL-10), – – CD4 + CD25 + T regulatory cells (make TGFβ & IL-10) • Mechanisms of tolerance: –– Ignorance (no/low costimulatory signals) – – Inhibition/Anergy (inhibitory signals) Využití indukce „orální“ (slizniční) tolerance v prevenci a léčbě • perorální, intranasální nebo inhalační aplikace antigenů • §Autoimunitní choroby (autoantigeny) • - exp. modely, klin. studie (RA, RS, diabetes) §Transplantace (aloantigeny) • - exp. modely § Alergie (čištěné alergeny např. roztočový Derp. 111-139) • - exp. modely • Kůže jako imunologický orgán •Kůže má funkci primárního lymfoidního orgánu • ( Fichtelius KE et al.: Int Arch Allergy 1970;37:607 ) • •SALT (skin associated lymphoid tissues) • (Streilein JW: J Invest Dermatol 1978;71:167-171) • •SIS (skin immune system) • (Bos JD et al.: J Invest Dermatol 1987;88:569-573) • • Fyziologické obranné bariéry kůže •Epidermis – vícevrstevnost •Odumírání •Přítomnost látek tukové povahy a jejich cidní působení na mikroorganismy •pH – nízké •Fyziologická mikrobiální flóra kůže •G pozit.(corynebacterium, stafylokoky, mikrokoky • Fyziologické obranné bariéry kůže •Prostup infekcí – nejčastěji kožní žlázy a vlasové váčky, nebo mechanickým narušením struktury •Cizorodé organismy zachycovány pomocí Langerhansových buněk v epidermis i dermis Buňky v kožním imunitním systému •Keratinocyty – produkce cytokinů: (IL-1,6,10, TGF-β, TNF), exprese MHC II.třídy – možnost prezentace Ag •Melanocyty •Langerhansovy buňky v epidermis - APC •Dendritické buňky v dermis •Fibroblasty – produkce kolagenu, odstaňování apoptotických bb. •Monocyty a makrofágy •Granulocyty (neutrofilní, ojediněle basofilní a eosinofilní)-dermis •Mastocyty •Endotelové buňky lymfatických a krevních cév •Buňky NK (ojedinělé) •Buňky NKT- dermis •Lymfocyty T (cca 90% a/b a 10% g/d) • v dermis CD3+,CD4+, CD8+; DR+, CD25+ • v epidermis CD3+,CD8+ Dendritické buňky v kůži •Langerhansovy buňky •Kožní dendritické buňky – vyzrávají z myeloidních dendritických buněk –Nacházejí se v dermis –Funkce – prezentace Ag T- lymfocytům Funkce Langerhansových buněk •Exprese CD1a •Antigeny pronikající epidermální vrstvou jsou vychytávány Langerhansovými buňkami, které poté cíleně migrují do spádové regionální uzliny. Přitom dozrávají a zpracovávají antigenní materiál. Dendritické buňky stimulují primární imunitní reakci s klonální expanzí specifických T a B lymfocytů. • Kůže - poškození nebo průnik infekce •Dendritické bb – zachycují Ag, •prezentace T-lymfocytům v lymfatické uzlině •Vznik efektorových a paměťových T-lymfocytů •Putování do místa zánětu • Keratinocyty •Hlavní složka epidermis •Diferenciace z kmenových buněk pod vlivem cytokinů •Zdroj regulačních a efektorových cytokinů •Regulace procesu krvetvorby • Humorální faktory v kožním imunitním systému •Antimikrobiální peptidy -defensiny, cathelicidiny,dermcidiny •Lysozym •Složky komplementového systému (C3,fB,fH; CD59 /DAF/, CD46 /MCP/, CD59; CR1, CR2) •Cytokiny (IL-1, TNF-a , … interferony, chemokiny…) •Imunoglobuliny (IgG, IgA vč. SIgA) •Fibrinolysiny •Produkty koagulační kaskády •Eikosanoidy a prostaglandiny •Neuropeptidy Klinické imunopatologické stavy spojené s poruchou imunitní funkce kůže •Puchýřnatá onemocnění kůže – pemphigus vulgaris, pemphigoid •Psoriasis •Atopická dermatitida •UV světlo