Úvod do imunologie Jiří Litzman Ústav klinické imunologie a alergologie LF MU Brno Imunitní systém •Jeden ze základních homeostatických mechanismů organismů. •Jeho funkcí je udržení integrity organismu rozpoznáním cizorodého /škodlivého pro vlastní organismus. •Imunitní systém má schopnost rozpoznané cizorodé/nebezpečné látky eliminovat. • Imunitní systém •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. Základní projevy imunitního systému •Obranyschopnost • •Autotolerance • •Imunitní dohled Antigen •Látka rozpoznaná imunitním systémem vyvolávající imunitní reakci – imunogennost (imunogen) • •Produkty imunitní reakce (protilátky, T-lymfocyty) mají schopnost s antigenem specificky reagovat. Antigen – základní složení •Nosičská část molekuly • •Antigenní determinanty (epitopy) (cca 5-7 aminokyselin!) Vztah antigenu a epitopu, nosičská část Zkřížená reaktiva antigenů •Produkty imunitní reakce mohou někdy reagovat se substancemi odlišnými než byly spouštěče vlastní reakce. •Imunologická „podobnost“ nemusí vyjadřovat „podobnost“ chemickou. •Stupeň zkřížené reaktivity může být různý. •Zkřížená reaktivita se uplatňuje při patogenezi některých autoimunitních chorob (např. revmatická horečka). • schema1.png Zkřížená reaktivita antigenů Vysoká afinita Nízká afinita Ab1 Ag2 Ab1 Ag1 Genom Imunitní systém Endokrinní systém Nervový systém SEBEUDRŽOVÁNÍ Faktory prostředí a životní styl Mikroorganismy Vztahy imunitního systému k nervové soustavě •Ovlivnění nervového systému – například vliv IL-1, IL-6, TNF-a na hypotalamická termoregulační centra. •Ovlivnění funkcí imunitního systému nervovou soustavou: inervace lymfatických tkání, receptory neurohormonů na buňkách imunitního systému. Je možné vypěstovat podmíněné reflexní reakce. • Vztahy imunitního systému k endokrinní soustavě •Na buňkách imunitního systému jsou receptory pro řadu hormonů. Nejvýrazněji imunitní systém ovlivňují glukokortikoidy. •Buňky imunitního systému produkují řadu endokrinně aktivních působků (endorfiny, TSH…). Některé cytokiny přímo nebo nepřímo působí na endokrinní systém. Buňky imunitního systému •Hlavní buňky imunitního systému –Lymfocyty (T a B) •Vedlejší buňky imunitního systému –Granulocyty –Monocyty –Tkáňové makrogágy –Mastocyty –Dendritické buňky –NK buňky –Endotelie –Trombocyty, erytrocyty, fibroblasty, epiteliální buňky – anatomie9 Roitt/Broskoff/Male: IMMUNOLOGy, 4th ed, 1996 Kostní dřeň jako místo vzniku buněk imunitního systému Dendritické buňky •Hlavní funkcí je zpracování antigenu a jeho prezentace T-lymfocytům. •Jsou i důležitým zdrojem kostimulačních signálů. •Langerhansovy dendritické buňky se významně uplatňují v přenosu antigenů z epidermis kůže. •Neaktivované dendtritické buňky mají i výraznou fagocytární schopnost. • 9C - TLR_Adapt_nri1101-135a-f5 Orgány imunitního systému 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 High endotelial venules •Specializované venuly, jsou 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. S0241X-001-f017 Downloaded from: StudentConsult (on 15 July 2006 09:09 AM) © 2005 Elsevier top_logo Řízená migrace lymfocytů do lymfatické uzliny a do tkání anatomie4 Cirkulace lymfocytů v těle, role High Endotelial Venules Roitt/Broskoff/Male: IMMUNOLOGy, 4th ed SYSTÉM VROZENÉ IMUNITY SYSTÉM ADAPTIVNÍ IMUNITY Imunitní systém člověka • Imunitní mechanismy zajišťující vrozenou a adaptivní imunitu • tvoří funkční celek • • jsou integrovány, • doplňují se a jsou na sobě závislé Paul Ehrlich Adaptivní imunita Eli Metchnikoff Vrozená imunita Nobelova cena 1908 Základní hnací silou imunitního systému není odlišování vlastního od cizího, ale vnímání nebezpečí a obrana proti němu. Polly Matzinger: Tolerance, Danger, and the Extended Family (Annu Rev Immunol 1994; 12: 991-1045) PAMPs - Pathogen-associated molecular patterns tj. molekulární motivy (vzory) asociované s patogenitou PRRs - Pattern recognition receptors tj. Receptory na buňkách hostitele, rozeznávající PAMPs Vrozená (nespecifická) imunita •Stále připravena rozpoznat eliminovat mikroby. Nerozpoznává nemikrobiální antigeny. •Většinou eliminuje mikroby dříve než se rozvinou mechanismy specifické imunity. •Receptory jsou přímo geneticky determinovány, nejsou produkty rekombinace genů. • Význam vrozené imunity • • • „... za přežití obratlovců při infekcích jsou převážně - tj. více než z 90% - odpovědny vrozené, elementární, mechanismy rezistence, mezi něž patří interferonem aktivované makrofágy, polymorfonukleární fagocyty a četné jiné faktory hostitele…“ • • (Rolf M. Zinkernagel: On differences between immunity • and immunological memory, 2002) • SIGNÁLY NEBEZPEČÍ: - EXOGENNÍ (PAMPs) - ENDOGENNÍ (např. STRESOVÉ PROTEINY UVOLNĚNÉ Z NEKROTICKÝCH BUNĚK) Receptory vrozené imunity („PRR“) •V cirkulaci, rozpustné, sekretované: • lektin vázající manózu ( MBL) •Na buňkách, membránové: • zprostředkovávající endocytózu ( např. pro manan na makrofázích) • signalizační „Toll-like receptory“, TLR •Intracytoplazmatické: • „Nucleotide-binding oligomerization domain proteins“, NOD • „Retinoic acid inducible gene I“, RIG • PAMPs: lipopolysacharid (LPS) peptidoglykany lipoproteiny manany glukany bakteriální DNA S0241X-002-f008 Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Aktivace buněk cestou TLR a cytokinových receptorů TOLL-LIKE RECEPTORY 3 -TLR_nri1101-135a-f3 Systém vrozené imunity •Celulární složky •Epitelové buňky (antimikrobiální peptidy, cytokiny) •Mastocyty (farmakologicky aktivní) •Profesionální fagocyty (neutrofilní • leukocyty, mononukleární fagocyty) •NK buňky (natural killer) •Dendritické buňky (prezentace antigenů) •Innate lymphoid cells Systém vrozené imunity •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) • Komplementový systém Všeobecná chakteristika aktivace komplementového systému •Jednotlivé složky jsou v plazmě přítomny v inaktivní formě, jsou aktivovány svým proteolytickým štěpením. •Štěpí se na menší část (označovaná jako a) a větší část (označovaná jako b). •Obvykle část b má také proteolytickou aktivitu, část a zajišťuje další funkce C-systém (chemotaxi, prozánětlivý efekt). •Složky C6-C9 nejsou štěpeny, pouze se vzájemně váží na sebe. anaphylatoxin inflammation, phagocyte recruitment C4a, C3a, C5a lytic pathway formation of membrane-attack comlex, lysis of pathogens C5b, C6, C7, C8, C9 opsonization phagocytosis C3b Alternative pathway spontaneous activation C3 C3b Bf Factor D Bb Lectin pathway mannose binding MBL MASP-1 MASP-2 C4/C2 C4b/C2b Classical pathway antibody binding C1q/r2/s2 C4/C2 C4b/C2b C3 convertase C3 C3a + C3b C3b/Bb C4b/C2b C4b/C2b C5 convertase C5 C5b Komplementový systém Aktivace komplementového systému •Klasická cesta: –Komplexy IgG-antigen, IgM-antigen, –C-reaktivní protein •Alternativní cesta –Lipopolysacharid G- bacterií –Buněčná stěna některých bakterií –Buněčná stěna kvasinek (zymozan) –Agregovaný IgA •Lektinová cesta –Manóza a další sacharidy Aktivace komplementu membranolytický komplex klasická cesta C1-INH C1 C4 C2 lektinová cesta MBL MASP 1, 2 C4 C2 alternativní cesta C3b B D P C3 konvertáza C3 C3b C5 C5b C5b C6 C7 C8 C9 C1 C2 C4 C2aC4b C3 C3a C3b C5 C5a C5b C5b, C6, C7, C8 IgG C9 Aktivace klasické cesty komplemntového systému Účinek C9 na buněčnou membránu Alternativní cesta aktivace komplementového systému •Iniciována spontánní aktivací C3 na povrchu některých bakterií (např vlivem LPS) nebo kvasinek (např vlivem zymozanu) •Aktivována složka B •Stabilizace komplexu se účastní složky D a P (properdin) •Vzniká alternativní C3 konvertáza (C3bBb) • Aktivace alternativní dráhy komplementového systému C3 C3 C3a C3a B Ba Activating surfaces + proteolysis D, P C3b C3 Convertase C5 Convertase C3b, Bb, C3b C3b, Bb Biologické funkce aktivovaných složek komplementového systému · lýza buněk (mikroorganismů) (MAC) · opsonizace (C3b) · chemotaxe (C5a, C3a) · prozánětlivá aktivita (C3a, C5a) · přenos imunokomplexů (C3b, C4b) · regulace paměťové odpovědi (C3b, C3d) Biologické efekty aktivovaného komplementového systému •C9 - cytolytický effect •C3b - opsonizace •C3a, C5a – anafylotoxiny, histaminoliberace •C5a - chemotaxin Patogenetický význam komplementového systému •Deficity složek klasické a alternativní cesty – náchylnost k bakteriálním infekcím, sklon k systémovým autoimunitním chorobám. •Deficit C1-INH: hereditární angioedém. •Mutace regulačního faktoru H – některé formy atypického hemolyticko-uremického syndromu. •Některé polymorfismy faktoru H jsou vázány s makulární degenerací retiny. •Paroxysmální noční hemoglobimurie – je způsobena mutací genu PIG-A (tento gen kóduje protein potřebný k vytvoření membránové struktury vážící CD 55 a CD 59 - ty chrání chránící membránu před lytickým účinkem komplementu. • Fagocytóza S0241X-002-f003 Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Polymorfonukleární granulocyt Profesionální fagocyty imunitního systému •Granulocyty – neutrofilní, částečně i eozinofilní •Monocyty makrofágy: –Kupfferovy buňky, –Mikroglie –Osteoklasty –Makrofágy sleziny, alveolů, vazivové tkáně, sinusů.. •Dendritické buňky (neaktivované) • S0241X-002-f004 Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Vývoj makrofágů z monocytů S0241X-002-f005 Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Interakce leukocytů s endoteliemi při přechodu leukocytu z cévy do extravaskulárního prostoru Chemotaxiny •Produkty rozpadu buněk •C5a •IL-8, IL-1 •Leukotrieny •Destičky aktivující faktor (PAF) Opsoniny •Látky zlepšují adhesi fagocytující buňky k fagocytované částici. •Specifické: IgG, (IgM pouze nepřímo aktivací komplementového systému) •Nespecifické: C3b, fibronektin, CRP, MBL…. S0241X-002-f007 Downloaded from: StudentConsult (on 19 July 2006 06:34 AM) © 2005 Elsevier top_logo Jednotlivá stadia fagocytózy Adherence fagocytované čáetice k membráně fagocytující buňky Tvorba psudopodií, které postupně obalují fagocytovanou částici Tvorba fagosomu Splynutím fagosomu a lysozomu vzniká fagolysosom Uvnitř fagolysosomu dochází k usmrcení a degradaci fagocytovaného materiálu Nedegradovatelný materiál je uvolněn z buňky Lysosom Zabíjecí mechanismy fagocytujících buněk •Reaktivní metabolity kyslíku (H2O2, hydroxylový radikál (.OH), superoxidový aniont (O2-), singletovaný kyslík(.O2) •Reaktivní dusíkové metabolity (NO, NO2) •Hydrolázy: proteázy, lipázy, DNAsy •Nízké pH •Lysozym •Lactoferin •Defenziny – antimikrobiální polypeptidy • Přirození zabíječi (NK buňky) •Morfologicky se jedná o velké granulované lymfocyty (LGL). •Vznikají v odlišné linii než T a B- lymfocyty. •Nově jsou řazeny mezi innate lymphoid cells ( ILC). •Rozpoznání cílové buňky je antigen nespecifické. Záleží na vzájemném poměru aktivačních a inhibičních signálů na povrchu cílové buňky. •Nejdůležitějším negativním signálem stimulace KIR – killer inhibitory receptors. •Nejdůležitějším ligandem KIR je exprese (nepozměněných) HLA-I antigenů na povrchu cílové buňky. •Aktivační stimuly: například adhezívní (např. lektiny), receptor FcγIII receptor (CD16). Přirození zabíječi (NK buňky) • • aktivační receptory poznávají proteinové a • sacharidové struktury patogenů na povrchu • terčových buněk a neklasické molekuly MHC • • inhibiční receptory poznávají klasické molekuly • MHC I bez ohledu na identitu peptidů, které • jsou na ně vázány • • geny, které ovlivňují funkci NK, jsou • shluknuty na chromosomu 12 („natural killer • gene complex – NKC“) • • Přirození zabíječi (NK buňky) •NK buňky jsou namířeny zejména proti nádorovým a viry infikovaným buňkám. •Vrchol odpovědi NK-buněk je již během několika hodin po primární infekci jako součást indukované vrozené imunitní reakce •Mechanismy cytotoxicity jsou stejné jako u Tc lymfocytů. •Důležitým stimulačním cytokinem je IL-12 (jako produkt aktivovaných makrofágů) IFN-a,b, IL-2, IL-18 •Jsou důležitým zdrojem prozánětlivých cytokinů – IFNg, IL-3, TNF-a • Antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC) Fc receptor Buňka infikovaná virem NK Cell perforin granzyne IgG Fab Fc Cizorodý epitop Fc receptor Usmrcení virem infikované buňky NK buňka II Large granulated lymphocyte Interferony (IFN) •Typ 1: IFN a, IFN b - jsou produkována některými buňkami infikovanými viry (hlavně fibroblasty, granulocyty). V cílové buňce inhibují virovou replikaci. •Typ 2 - „Imunní“: IFN g: produkován aktivovanými TH1 buňkami, NK buňkami, způsobuje především aktivaci makrofágů. •Interferony 3. typu - IFN l - IL28A,B, IL-29 – podobné IFN-I 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 Antivirový efekt interferonů 1 •Vazba na specifický receptor (heterodimer) infikovaných i dosud zdravých buněk. •Aktivace řady protivirvých mechanismů: –IF-2 proteinkináza – fosforyluje (tím deaktivuje) iniciační faktor IF-2 – nutný pro proteosyntézu. –2´5´oligoadenylát syntetáza – aktivace ribonukleáz štěpících virovou RNA. Defensiny •Malé (18-45 aminokyselin) kationické proteiny, bohaté na cystein. •Polypepticy účinné proti řadě bakterií, plísní ale i některým virům. •Jsou produkovány především neutrofilními granulocyty a epiteliálními buňkami. Producenty mohou být ale i in buněky, T-lymfocyty. •Nacházejí se v řadě extracelulárních tekutin, včetně např. mateřského mléka. •Hlavním mechanisme je porušení integrity buněčné membrány, včetně tvorby pórů v membráně. •Dělí se na skupiny defensinů a a b. Lysozym •Enzym katalyzující rozklad polysacharidových řetězců v buněčných stěnách G+ baktérií. •Přítomen v granulích granulocytů, plazmě, sekretech Zánět ZÁNĚT •Základní obranná reakce organismu na infekční i neinfekční podněty, vedoucí k poškození buněk, tkání, orgánů. • •Součást efektorových mechanismů adaptivní imunity. • •Zánětlivá reakce je primárně prospěšná. Pokud je dysregulována, způsobuje poškození lokálně i celkově. • •Zánětlivá dráha: • induktory – sensory – mediátory • • • • • • • • • • • ZÁNĚT • Fyziologický účel: • • Obrana hostitele proti infekci • Reparace poškozené tkáně • Adaptace na stres, obnovení homeostázy Zánět •Jedná se o rychlou odpověď organismu na poškození tkání nebo infekci •Hlavní roli hrají složky nespecifické imunity •Hlavní události v místě zánětu –Vznik vasoaktivních a chemotaktických látek, často produktů aktivace komplementového systému. –Zvýšený přítok krve do místa zánětu. –Příliv zánětotvorných buněk, zejména granulocytů a makrofágů. –Zvýšená cévní permeabilita vede k přechodu bílkovin do extravaskulárních prostorů. ZÁNĚT •Induktory: • exogenní: • mikrobiální (PAMP, faktory virulence) • nemikrobiální (alergeny, iritancia, cizí • materiály,toxické sloučeniny) • endogenní: • signály ze stresovaných, malfunkčních, • poškozených tkání, produkty rozkladu • extracelulární matrix (DAMP) Iniciace zánětlivé odpovědi Poškozené buňky Bakterie 1. 2. 3. Fagocyty Poškození buněk a aktivce komplementu vede k uvolnění chemotaktických a vasoaktivních substancí a přílivu krve do místa poškození Histamin způsobuje zvýšenou permeabiliotu kapilár a následný průnik fagocytujíích buněk Fagocytující buňky ničí bakterie, mrtvé buňky a buněčnou drť, což postupně vede k tkáňové reparaci C3a C5a Lokální mediátory zánětu •Vasoaktivní aminy – histamin, serotonin - uvolněné z poškozených buněk, stimulovaných mastocytů. •Produkty kininového systému, komplementového systému, koagulačního systému. •Metabolity kyseliny arachidonové leukotrieny, prostaglandiny 5-HETE •Platelet activating factor •Produkty mononocytů, neutrofilů: IL-1, TNF-a, IL-6, IL-18, chemokiny, NO, •Produkty aktivovaných lymfocytů - TNF-a, IL-6, IFN-g, chemokiny Celkové příznaky zánětu •Vznikají zejména pod působením IL-1, IL-6, TNF-a •Teplota •Únava, ospalost, ztráta chuti k jídlu •Laboratorní známky: leukocytóza, zvýšená FW, zvýšené hladiny reaktantů akutní fáze, snížené hladiny železa a zinku v plazmě. Proteiny akutní fáze •Jejich hladina se zvyšuje v dob akutního zánětu •Jsou produkovány hlavně játry pod vlivem IL-1, IL-6, TNF-a •Nejznámější a diagnosticky nejčastěji využívaný: C-reaktivní protein (CRP) •Další: součásti komplementového systému, alfa-1-antitrypsin, sérový amyloid A, fibrinogen…