Imunologické mechanismy obrany proti infekcím Jiří Litzman Faktory ovlivňující tíží klinických příznaků infekce •Faktory mikroorganismu –Dávka –Virulence –Cesta vstupu •Faktory pacienta –Integrita nespecifických bariér –Kompetence specifického imunitního systému –Genetické vlivy –Primární nebo sekundární reakce –Současná jiná infekce • • • Imunitní reakce protektivní a neprotektivní •Protektivní imunitní reakce - vyvolá imunitní reakci vedoucí k eliminaci antigenu. •Protektivní antigen – vyvolává protektivní imunitní reakci. •Neprotektivní antigen – sice vyvolá imunitní reakci, ale ta nevede k eliminaci antigenu (např. protilátky při HIV infekci). Imunitní mechanismy obrany proti virovým infekcím –Nespecifická imunita •Interferony ( a a b) •Přirození zabíječi (NK buňky) •Receptorům podobné struktury v sekretech • V některých případech též: •Aktivace komplementového systému (EBV) •Fagocytóza • –Specifická imunita •Protilátky - neutralizace extracelulárních virů •Tc lymfocyty - eliminace virem infikovaných buněk Mechanismy protivirové imunity Mechanismus účinku interferonu Virus Virová nukleová kyselina Nové viriony Protivirové proteiny blokují pomnožení viru v buňce Produkce interferonu Po vazbě na receptor interferon indukuje tvorbu protivirových proteinů Mechanismy obrany virů proti imunitnímu systému –Antigenní varianty •antigenní drift - malé změny •antigenní shift - výrazná změna antigenního složení –Dlouhodobé přežívání v hostiteli •Persistence viru (např. virus hepatitidy B) •Virová latence - virový genom přežívá uvnitř buňky, nedochází však k expresi virových částic (např. virus herpes simplex) •Transformace buňky –Imunosupresivní působení viru Imunosupresivní působení virů –Postižení funkce T-lymfocytů: HIV, spalničky, CMV, HHV-6 –Porucha prezentace antigenů: CMV (váže se na b-2 mikroglobulin), RSV - snížení exprese HLA-I antigenů –Zásah do cytokinové sítě: EBV ( IL-10 - like faktor), Poxviry ( IL-1R, IFNgR- like proteiny, CMV ( IL-8R - like proteiny) –Modulace apoptózy:- Adenoviry (inhibice TNFa-indukované apoptózy), CMV- (aktivuje inhibitory apoptózy), EBV (exprese bcl-2 - prevence apoptózy) • Mechanismy obrany proti bakteriálním infekcím –Nespecifická imunita •mechanické bariéry •fagocytující buňky •komplementový systém, klasická i alternativní cesta –Specifická imunita •protilátky - opsonizují, aktivují komplementový systém, neutralizují toxiny •T-lymfocyty - zejména proti nitrobuněčným baktériím Mechanismy ochrany baktérií proti imunitnímu systému –Antifagocytární mechanismy: produkce toxinů, antifagocytární pouzdra –Inhibice komplementového systému: M-protein Str. pyogenes, E. coli, N. meningitidis –Antigenní varianty - Borrelia recurrentis –Proteázy hydrolyzující IgA - Neisserie, Haemophilus spp. –Sekvestrace v avaskulárních prostorech- Salmonella typhi ve žlučníku –Intracelulární parazitismus –L-formy baktérií Imunita proti mykotickým infekcím •Většinou se jedná pouze o oportunní patogeny, hluboké mykózy se objevují pouze u výrazně imunodeficitních pacientů. U imunokompeteních osob nacházíme pouze povrchové mykózy. • •Uplatňuje se zejména správná funkce fagocytujících buněk a T-lymfocytů. • •Protilátky jsou tvořeny, jejich průkaz může mít diagnostický význam. Nemají ale větší protektivní význam. Imunita proti parazitárním infekcím •Mechanismy se obvykle výrazně liší podle typu parazita. • •Často nevedou k úplné eliminaci parazita ale ke vzniku premunity – stavu, kdy parazit perzistuje, ale je zabráněno progresi a nové infekci. • •Důležitou roli hraje IgE a eozinofilní granulocyty. •Možnosti ovlivnění imunitní reaktivity Základní imunomodulační přístupy •Imunosuprese: antigen-nespecifické snížení imunitní reaktivity •Imunopotenciace, imunostimulace: antigen-nespecifické zvýšení imunitní reaktivity •Indukce imunitní tolerance: vyvolání antigen- specifické neodpovídavosti •Vakcinace (umělá aktivní imunizace): indukce antigen-specifické imunitní odpovědi a paměti •(Umělá) pasívní imunizace: přenesení chybějících protektivních protilátek Imunizace •Aktivní nebo pasivní Přirozená nebo arteficiální (umělá) Umělá imunizace Aktivní umělá imunizace = vakcinace Aktivní umělá imunizace = vakcinace Edward Jenner Discovery of small pox vaccine In 1798, Jenner introduced 1^st vaccination (vacca: cow) following his experimentation with isolates of cow pox virus from ‘Blossom’. Protilátková odpověď po první a opakované imunizaci Secondary antibody response Primary antibody response IgM IgG Weeks Autran B., et al.: Science 2004; 305: 205-208 File111 Adjuvania •Pokud jsou podány s antigenem nespecificky zvyšují odpověď na podaný antigen. •Freundovo adjuvans: mrtvé Mycobacterium tuberculosis + emulze vody v oleji. Používá se u zvířat. •AL(OH)3 (alum) – je používám v lidské medicíně, při přípravě některých vakcín. •Mechanismy účinku – zabránění rychlému rozkladu, zlepšení prezentace antigenu… • Vakcinace chrání proti závažným infekcím Následky dětské poliomyelitidy Novorozenecký tetanus Vliv očkování na výskyt infekčních onemocnění v USA Vakcíny první generace •Atenuované mikroby: spalničky, zarděnky, příušnice, rotaviry, varicella, BCG (proti TBC), poliomyelitis (Sabinova), cholera, žlutá zimnice •Obvykle výborná imunogenicita, nebezpečí reverze patogenicity • •Inaktivované mikroorganismy: poliomyelitis (Salkova), vzteklina, hepatitis A, klíšťová encefalitida, cholera, mor, dříve pertusse, •Vzhledem k horší imunogenicitě jsou nutné opakovaná očkování. Vakcíny druhé generace Využívají imunogenní části mikrooganismů získané přímo z mikrobů nebo rekombinantními mechanismy •Toxoidy: tetanus, záškrt •Podjednotkové :chřipkové vakcíny, pertusse •Polysacharidové – buď „nativní“ – špatná imunogennost, hlavně v prvních 2 letech života, nebo konjugované na proteinobé nosiče (např. tetanický nebo difterický toxoid): Heamophilus influenzae B (konjugovaná), Meningococcus (konjugované i nekonjugované ), Pneumococcus (konjugovaná) •Rekombinantní: hepatitis B •Virus-like particles (neobsahují DNA): papilomaviry •Vektorové vakcíny – genet. informace o antigenech je vnesena rekombinantní technologií do virů (neschopných se v lidském těle množit) –zatím ve vývoji Podjednotkové vakcíny • •Obsahují jeden nebo více antigenů patogenu ( SARS-CoV-2) • •Autorizováno EMA: Novavax (NVX-CoV2373). • •Autorizované: EpiVacCorona (Vector, Rusko), BRD-Dimer (Ústav mikrobiologie Čínská akademie věd) • •Další: SOBERANA 02 (Kuba) a vakcína Sanofi Pasteur – GSK Science for Society 2021 27 Virové vektorové vakcíny •Nepatogenní virus přenáší genetickou informaci pro tvorbu protektivních antigenů do buňky, ta následně uvedené antigeny syntetizuje a uvolňuje. • •Schválené EMA: Vaxzevria (Oxford- Astra-Zeneca), Johnson & Johnson, • •Další používané: •Sputnik V (Gamalejův institut epidemiologie a mikrobiologie) •Convidecia (Čína), Science for Society 2021 28 Virový vektor DNA Uvolněný protein Golgiho aparát Jádro Adenovirová vektorová vakcína 29 Vakcíny třetí generace – DNA nebo RNA vakcíny • Úsek DNA/RNA kódující příslušný antigen je vpraven s vhodným promotorem do bakteriálního plasmidu. • • Aplikace intramuskulární, • intraepidermální -„gene gun“ • slizniční • • Antigen se vytváří in vivo a indukuje jak protilátkovou, tak celulární imunitní reakci • • • • RNA vakcíny •RNA pro syntézu protektivních virových antigenů je vnesena do buněk, ty krátkodobě produkují virové proteiny. • •Schválené EMA: Comirnaty (Pfizer-BioNTech), Moderna, •Na schválení EMA čeká CVnCoV (CureVac) Science for Society 2021 31 RNA vakcína Golgiho aparát Jádro mRNA vakcína Lipidový obal mRNA Protein Protein Ribosom CD8+ T-lymfocyt HLA-I komplex CD4+ T lymfocyt HLA-II antigen 32 DNA vakcína DNA vakcína Lipidový obal Secernovaný protein Syntéza proteinu Golgiho aparát Jádro DNA 33 Inaktivované virové vakcíny Science for Society 2021 34 •Virus je pěstován na tkáňových mediích a následně inaktivován • •BBIBP-CorV (Sinopharm, Čína), CoronaVac (Čína), WIBP-CorV (Čína); Covaxin (Indie); CoviVac(Rusko) – všechny autorizovány v zemích svého vzniku •VLA2001 – je vyvíjena firmou Valnea SE (GB). Další možnosti vývoje vakcín •Antigeny vnesené do potravin (banány, brambory) • •Antiidiotypové protilátky • • Další potenciální využití vakcinačního přístupu •Protinádorová vakcinace – již požívána, řada přístupů preventivních (očkování proti onkogenním virům) i terapeutických •Prevence a léčba Alzheimerovy choroby – reakce proti b-amyloidu příp. t-proteinu •Antikoncepce – nejčastěji anti-HCG •Léčba vysokého tlaku - Vakcinace proti enzymům angiotensin-renin-aldosteronového systému •Očkování proti autoimunitním chorobám – např. autoimunitnímu specifickému TCR. •Očkování proti drogám (kokain), nikotinismu.. • • Pasivní umělá imunizace •Principem je dodání specifických protilátek chránících proti rozvoji onemocnění nebo léčících onemocnění. •Je používána zejména u infekčních chorob nebo onemocnění způsobených toxiny. •Účinek je „okamžitý“ ale krátkodobý. •Nedochází ke vzniku specifické imunitní paměti. Antiséra používaná v lidské medicíně •Antibakteriální: tetanus (liské), botulismus (koňské), antigangrenózní (koňské), záškrt (koňské) •Protivirová: hepatitida B (lidské), vzteklina (koňské), varicella-zoster (lidské), CMV (lidské), klíšťová encefalitida (lidské), hepatitida A, spalničky a jiné virózy (nespecifický lidský imunoglobulin) •Proti hadím a pavoučím jedům (koňská) •Anti Rh (lidské) Nespecifické imunoglobulinové preparáty •Extrakcí etanolem je možno ze u plazmy získat imunoglobulinou frakci •Obsahuje zejména IgG. •V současné době jsou téměř výhradně používány preparáty intravenózní a subkutánní. •Používají se k substituci u osob s poruchou tvorby protilátek. •Mají i významné imunoregulační vlastnosti, používají s u některých autoimunitních chorob. Polyklonální a monoklonální protilátky •polyklonální (séra) –směs imunoglobulinových molekul s různou specificitou (zpravidla proti různým epitopům 1 antigenu) –příprava imunizací zvířat – •monoklonální –produkt 1 klonu B lymfocytů s jedinečnou specificitou –produkce nádorem z plazmatickým buněk (myelom) –příprava hybridomovou technologií Příprava MP-I Příprava monoklonálních protilátek - I MAb Využití monoklonálních protilátek •v diagnostice ke klasifikaci lymfocytů a jiných leukocytů (CD markery, průtoková cytometrie) •v diagnostice infekčních či systémových onemocnění nebo nádorů, pokud jsou známy specifické antigeny (protilátky) vyskytující se u těchto onemocnění (bez ohledu na příčinnou souvislost; imunoanalýzy, průtoková cytometrie) •v terapii, k zacílení buněk a molekul důležitých v patogenezi nemocí •ve výzkumu Příklady klinického využití monoklonálních protilátek v léčbě imunopatologických chorob •Imunosuprese: anti-CD3 (OKT3), –anti CD25 (basiliximab, daclizumab), –anti CD20 (rituximab) •Blokára prozánětlivých cytokinů: –Anti –TNF-a (infliximab, adalimumab) – revmatoidní artitida, Crohnova choroba, •Blokáda adhezivních molekul: –anti integrin a4b1 (natalizumab) – roztroušená mozkomíšní skleróza –Anti-CD11a (efalizumab) - psoriáza •Protialergická léčba –anti-IgE (omalizumab): těžké formy astmatu Další příklady využití monoklonálních protilátek v medicíně •Antiagregační léčba: –trombocytární receptor gpIIb/IIIa (abciximab) •Antivirová léčba: –RS virus (palivizumab) Využití monoklonálních protilátek v léčbě autoimunitních a zánětlivých chorob •Imnosupresivní léčba: –Anti-CD3 (dnes už vyjímečně) –Anti-CD20 –Anti-CD52 •Protizánětlivá léčba –Blokáda prozánětlivých cytokinů: •Anti –TNF-a, IL-6, IL-1 –Blokáda adhezivních molekul: •Anti-integrin a4b1 (léčba roztroušené mozkomíšní sklerózy) •Anti-CD11a (léčba psoriázy) •Protialergická léčba –anti-IgE • Příklady využití monoklonálních protilátek v léčbě zhoubných nádorů •Protilátky proti anigenům bílých krvinek: –anti CD-20 (rituximab) léčba lymfomů, –anti-CD52 (Alemtuzumab) – léčba lymfomů •Anti-receptorové protilátky: –anti-epidermal growth factor (receptor HER-2) (trastuzumab) – mamární karcinom –anti-epidermal growth factor (receptor EGFR) (cetuximab) – kolorektální karcinom • Další příklady využití monoklonálních protilátek v medicíně •Antiagregační léčba: –trombocytární receptor gpIIb/IIIa (abciximab) •Antivirová léčba: –RS virus (palivizumab) Neuro-bottom Neuro-top NCPNEURO-logo Typy monoklonálních protilátek používaných k terapii Hohlfeld R et al. (2005) Drug Insight: using monoclonal antibodies to treat multiple sclerosis; Nat Clin Pract Neurol 1 34-44 [doi: 10.1038/ncpneuro0016] ncpneuro0016-F1