HLA systém, transfúze krve, reprodukční imunologie Tomáš Freiberger Ústav klinické imunologie a alergologie FN u sv. Anny v Brně • • •NOBELOVY CENY ZA IMUNOLOGII •1901 - E.A. Von Behring (Germany) for the work on serum therapy especially its application against diphtheria. •1905 - R. Koch (Germany) for the investigations concerning tuberculosis. •1908 - E. Metchnikoff (Russia) and P. Ehrlich (Germany) for their work on immunity (respectively, phagocytosis/cellular theory and humoral theory). •1913 - C.R. Richet (France) for the work on anaphylaxis. •1919 - J. Bordet (Belgium) for the discoveries relating to immunity (complement). •1930 - K. Landsteiner (Austria/USA) for the discovery of human blood groups. •1951 - M. Theiler (South Africa) for the discoveries and developments concerning yellow fever. •1957 - D. Bovet (Italy/Switzerland) for the discoveries related to histamine and compounds, which inhibit action of histamine and other substances on the vascular system and the skeleton muscles. •1960 - Sir F.McFarlane Burnet (Australia) and Sir P.B. Medawar (Great Britain) for the discovery of acquired immunological tolerance. •1972 - G.M. Edelman (USA) and R.R. Porter (Great Britain) for their discovery concerning the chemical structure of antibodies. •1977 - R. Yalow (USA) for the development of radioimmunoassays of peptide hormones. •1980 - B. Benacerraf (USA), J. Dausset (France) and G.D. Snell (USA) for their discoveries concerning genetically determined structures on the cell surface (major histocompatibility complex) that regulate immunological reactions. •1982 - S. K. Bergstrom (Sweden), B. I. Samuelsson (Sweden) and J. R. Vane (UK) for their discoveries concerning prostaglandins and related biologically active substances. •1984 - N.K. Jerne (Denmark/Switzerland) for theories concerning the specificity in development (lymphocyte clonality) and control of the immune system; + G.J.F. Köhler (Germany/Switzerland) and C. Milstein (Argentina/Great Britain) for the discovery of the principle for production of monoclonal antibodies. •1987 - S. Tonegawa (Japan/USA) for the discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity. •1990 - J.E. Murray and E.D. Thomas (USA) for their discovery concerning organ and cell transplantation in the treatment of human diseases. •1996 - P.C. Doherty (Australia/USA) and R.M. Zinkernagel (Switzerland) for their discoveries concerning the specificity of the cell mediated immune defense ("dual recognition"). •1997 - S.B. Prusiner (USA) for the discovery of prions as a new biological principle of infection. •1999 - G. Blobel (USA) for discoveries concerning signal transduction. •2011 – J. Hoffmann, B. Beutler – mechanisms of innate immunity; R. Steinman – discovery of dendritic cells •Krevní skupiny, HLA, transplantace • • • • • •MHC (major histocompatibility complex) –soubor molekul zodpovědných za odvržení transplantované tkáně nebo orgánu (odtud název) –hlavní úloha MHC spočívá v prezentaci antigenů T lymfocytům • •MHC u člověka = HLA (human leukocyte antigen) systém MHC (HLA) •MHC I. a II. třídy - dvě základní třídy MHC molekul lišící se –strukturou –expresí –prezentovanými antigeny –cílovými T lymfocyty (funkcí) • •Genetika HLA •Typizace HLA •Klinické využití typizace HLA –asociace HLA s nemocemi –transplantace – – Struktura molekul MHC •Prostorová struktura MHC I. a II. třídy je podobná • •MHC I. třídy –těžký řetězec α nekovalentně spojen s ß2-mikroglobulinem (kódovaným mimo MHC oblast) –řetězec α tvořen doménami pro vazbu peptidu (α1, α2), doménou podobnou imunoglobulinové doméně (α3), tansmembránovou a cytoplazmatickou částí •MHC II. třídy –heterodimery 2 těžkých řetězců α a ß spojených nekovalentní vazbou –řetězce tvořeny doménami pro vazbu peptidu (α1, ß1), doménami podobnými imunoglobulinové doméně (α2, ß2), transmembránovými a cytoplazmatickými částmi • Schéma MHC I D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-006-f010.jpg Schéma MHC II D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-006-f012.jpg •lokus B kóduje řetězec ß •lokus A kóduje řetězec α •Geny: Charakteristika interakcí mezi MHC a peptidy •MHC molekuly neodlišují peptidy vlastní a cizí •Imunogennost proteinových antigenů je určena schopností buněk předkládajích antigen vytvořit peptidy, které se budou vázat na vlastní molekuly MHC •MHC molekuly vážou v 1 chvíli jeden peptid, ale celkově mohou vázat řadu strukturálně podobných peptidů (x TCR-epitop) •Vazba je nekovalentní, ligand je lineární a sestává z 8-11 aminokyselin (MHC I), resp. z 10-30 aminokyselin (MHC II) • •T-lymfocyty jsou schopny poznávat i lipidové a glykolipidové struktury: je to populace NK-T, která poznává tyto antigeny „neklasickými molekulami MHC“ – CD1 • • Schéma komplexu HLA – antigen -T lymfocyt D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-006-f001.jpg Vazba peptidu do vazebné oblasti MHC D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-006-f013.jpg Exprese molekul MHC na buňkách •MHC I třídy jsou přítomny na všech jaderných buňkách (tedy ne na erytrocytech!) –Exprese MHC I je na většině buněk zvýšena působením IFN, TNF, LT (tedy při vrozených imunitních reakcích) • •MHC II třídy jsou konstitučně přítomny na buňkách imunitního systému (buňky předkládající antigen – dendritické buňky, makrofágy, B-lymfocyty), dále na buňkách endotelových a na epitelu thymu –Expresi MHC II na buňkách prezentujících antigen (ne však na neuronech) zvyšuje IFNg Původ a zpracování antigenů •HLA I. třídy –prezentuje cytoplazmatické antigeny (peptidové fragmenty proteinů kódovaných infikujícími viry či intracelulárními parazity, peptidy aberovaných buněk, např. nádorových, extracelulární antigeny uvolněné do cytoplazmy apod.) –proteolytická degradace antigenů v proteasomech –transport peptidů do ER, kde vazba na molekulu HLA I –komplex HLA I s antigenem přes Golgiho systém exocytózou na povrch buňky – Původ a zpracování antigenů •HLA II. třídy –prezentuje pohlcené extracelulární peptidy (mikrobiální antigeny) –proteolytická degradace proteinů v endosomech a lysosomech –molekula HLA II v ER zablokována pro vazbu peptidu, transportována přes Golgiho systém do endosomu/lysosomu –vazebná část HLA II molekuly v endosomu/lysosomu uvolněna, navázání peptidu a transport exocytózou na povrch buňky – Prezentace antigenů lymfocytům T •T-lymfocyty poznávají antigeny pouze ve formě peptidových fragmentů vázaných na MHC I. nebo II. třídy - fenomen MHC-restrikce • •MHC I. třídy –Prezentace antigenů cytotoxickým T lymfocytům CD8+ – •MHC II. třídy –Prezentace antigenů pomocným T lymfocytům CD4+ • • Genetika HLA •HLA systém je na krátkém raménku 6. chromozomu (3,5 Mb) –Soubor MHC genů na 1 chromosomu se nazývá haplotyp –Nízká míra rekombinace mezi geny na jednotlivých lokusech – určité kombinace se vyskytují častěji než by odpovídalo volné kombinovatelnosti alel = vazebná nerovnováha – •Kodominantní exprese: –Každý jedinec má dvě alely (2 haplotypy), jeden od každého z rodičů – •Vysoká míra polymorfizmu: –Geny MHC jsou nejpolymorfnějšími geny v genomu –Je obtížné najít 2 jedince s plnou shodou MHC genů Lokalizace genů HLA D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-006-f008.jpg •HLA II. třídy: •DR, DQ, DP •HLA I. třídy: •A, B, C •HLA III. třídy: •C4, C2, LT, TNF… HLA typizace •stanovení HLA výbavy konkrétního jedince – •serologické techniky – stanovení antigenu (HLA-A2) –mikrolymfocytotoxický test –HLA I. třídy (na ústupu) –cross-match test –screening anti-HLA protilátek –relativně rychlá a levná •molekulárně genetické metody – určení alely (HLA-A*0201) –sekvenčně specifická PCR, hybridizace specifických sond, sekvenace –vyšší přesnost a spolehlivost typizace •nízké (HLA-DR*03) nebo vysoké (HLA-DR*0302) rozlišení –vyšší náklady – Klinické využití HLA typizace •Asociace molekul HLA systému s chorobami •Transplantologie Asociace molekul HLA systému s chorobami •Choroby s imunologickou patogenezí (např. autoimunitní, jako revmatoidní arthritida, juvenilní diabetes, celiakie..) •Choroby s etiopatogenezí nejasnou (m. Bechtěrev, psoriasis vulgaris) •Choroby, u nichž se imunopatogenetický mechanismus neuplatňuje (narkolepsie, idiopatická hemochromatóza, adrenogenitální syndrom) • •Možné příčiny: –- HLA antigen je znakem přítomnosti defektního genu, který se nachází v blízkosti HLA (vazebná nerovnováha) –- selhání mechanizmu negativní selekce autoreaktivních T lymfocytů –- selhání funkce regulačních T lymfocytů –- HLA antigeny jsou receptory pro mikroby - fenomén molekulárního mimikry a zkřížená reaktivita Vztah antigenů HLA k chorobám •relativní riziko je poměr pravděpodobnosti vzniku onemocnění u nositele specifické alely HLA a u jedince bez této alely HLA Relativní riziko m. Bechtěrev B27 90-100 Celiakie DR3 12 IDDM DR3/DR4 20 Revmatoidní arthritis DR4 6 •Přítomnost specifických alel HLA systému může zvýšit dispozici daného jedince ke vzniku autoimunitní choroby, ale není dostačující podmínkou, aby onemocnění vzniklo. Ankylozující spondylartritis (M. Bechtěrev) •Postiženi především muži •Začíná obvykle sakroileitidou, postupně postižena celá páteř •Dochází k fibrotizaci až osifikaci intervertebrálních kloubů a ligament •Mohou být postiženy i kyčelní a ramenní klouby •Mimokloubní příznaky: iridocyklitida, aortitida •Většina pacientů (90%) je HLA-B27 pozitivních (x 3-10% zdravých; vysoká negativní prediktivní hodnota vyšetření!) •Jen u 2% HLA-B27 pozitivních se vyvine AS •Obvykle je přítomna hypergamaglobulinémie, zánětlivé příznaky Celiakie (glutenová enteropatie) •Klasické příznaky – dítě ve věku 4 – 24 měsíců: zvracení, steatorhea, stolice objemné 1 – 3x denně, neprospívání, malá postava •V současnosti stále větší počet pacientů diagnostikován ve vyšším věku s nevýraznými nespecifickými příznaky – průjmy, úbytek na váze, abdominální dyskomfort, únava, periferní neuropatie, nutriční deficience, anemie, osteoporóza, psychické poruchy, infertilita •Neléčená celiakie je asociována se vznikem střevního lymfomu! •95% pacientů jsou nositelé HLA-DQ2 a/nebo HLA-DQ8 (také 20% zdravé populace; vysoká negativní prediktivní hodnota vyšetření HLA) • Faktory důležité v patogenezi celiakie • •expozice glutenu (prolaminům, zejm. gliadinu) •genetická dispozice k reaktivitě na gluten –- výskyt v rodinách: u 10-20% příbuzných 1. stupně, 40% HLA identických sourozenců, 75% jednovaječných dvojčat –- 95% pacientů jsou nositelé HLA-DQ2 a/nebo HLA-DQ8 (také 20% zdravé populace; vysoká negativní prediktivní hodnota vyšetření HLA) • •Prolaminy - směs polypeptidů (30-70kD) s vysokým obsahem prolinu a glutaminu (získá se alkoholickou extrakcí glutenu) –pšenice – gliadiny; žito – sekaliny; ječmen – hordeiny; (oves – aveniny - je nejméně toxický) Celiakie – výskyt autoprotilátek •Lze prokázat protilátky proti řadě antigenů: gliadinu, endomysiu hladkého svalstva, tkáňové transglutamináze…. •Za nejspecifičtější je v současné době považováno vyšetření protilátek proti tkáňové transglutamináze (TTG) ve třídě IgA Transplantace •přenosy tkání nebo orgánů •nahrazují nefunkční tkáň nebo orgán příjemce zdravým ekvivalentem • •zásadní úloha imunitních pochodů •Dle vztahu a dárce a příjemce •- autologní •- alogenní •- syngenní •- xenogenní • • Dle charakteru transplantátu (štěpu) •- orgánové - ledvina, srdce, plíce, pankreas, játra, - rohovka •- tkáňové - kostní dřeň (kmenové buňky krvetvorby), kožní štěpy •Typy transplantací •Shoda mezi dárcem a příjemcem štěpu v HLA znacích •- snížení výskytu komplikací •- vyšší úspěšnost transplantací •- delší přežívání pacientů i transplantátů •- zvýšení kvality života pacientů po transplantaci • •Imunitně zprostředkované komplikace transplantace -rejekce štěpu -reakce štěpu proti hostiteli (GvHD) •HLA a transplantace Transplantace – vyšetření příjemce štěpu •Určení krevní skupiny AB0 –transplantace orgánů •Typizace HLA I (A, B, C), HLA II (DR,DQ) –Tx ledvin (A, B, DR – nízké rozlišení) –HSCT (A, B, C, DR, DQ – vysoké rozlišení) •Přítomnost autoprotilátek •Preformované aloprotilátky (panel reactive antibody) •„Crossmatching“ – přítomnost preformovaných protilátek specifických pro potenciálního donora •Kultivace směsi lymfocytů (mixed lymphocyte culture assay) – shoda v oblasti D. • Mixed lymphocyte culture D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-016-f007.jpg Transplantace – rejekce štěpu •Rejekce hyperakutní - během minut- protilátky proti AB0 nebo preformované protilátky proti HLA antigenům • •Rejekce akutní – po prvním týdnu - je způsobena efektorovými lymfocyty T příjemce, odpovídajícími na HLA dárce, a protilátkami • •Rejekce chronická – asi po půl roce- reakce pozdní přecitlivělosti, vedoucí k fibróze, poškození cév a ztrátě funkce štěpu • •Imunosupresivní léčba Mechanizmy rejekce štěpu D:\SCContent\9781437715286\graphics\fullsize\S9781437715286-016-f008.jpg Transplantace hematopoetických buněk •Užívá se buď kostní dřeň nebo izolované periferní CD34+ kmenové buňky •Indikace: –Maligní nádory (leukémie,lymfomy neuroblastom…) –Selhání kostní dřeně –Primární imunodeficity • Reakce štěpu proti hostiteli (graft versus host reaction, GvHR) •Makulopapulární exantém, generalizovaná erytrodermie, puchýře, deskvamace • •Hepatopatie, zvýšení koncentrace bilirubinu v séru • •Průjem, velké bolesti břicha, ileus • •Imunosupresivní léčba • Transfúze krve = transplantace krve •Transfúze krve – nejčastější druh transplantace v klinické praxi • •Krevní skupiny –polysacharidové a peptidové antigeny –protilátky •Inkompatibilita krve v těhotenství •Komplikace transfúze Polysacharidové antigeny krevních skupin •Nejdůležitější je systém ABO •Antigeny mohou být přítomny i v sekretech a na mnoha epiteliálních a endoteliálních buňkách •„Základní strukturou“ ABO antigenů je substance H; velmi řídce se vyskytuje „bombajský fenotyp“, tj. nepřítomnost H-substance •Protilátky jsou IgM isotypu, vyskytují se přirozeně • • 0: ceramid-Glu - Gal - GluNAc - Gal • l • Fuc • • A: ceramid-Glu - Gal - GluNAc - Gal - GalNAc • l • Fuc • • B: ceramid-Glu - Gal - GluNAc - Gal - Gal • l • Fuc • • • • Polysacharidové antigeny systému ABO Přirozené isohemaglutininy (IgM) •Krevní skupina A: isohemaglutininy anti-B • •Krevní skupina B: isohemaglutininy anti-A, • •Krevní skupina 0: isohemaglutininy anti-A, anti-B • •Krevní skupina AB: isohemaglutininy anti-A ani anti-B nejsou přítomny • • • • •Křížová zkouška (cross-match test): sérum příjemce + erytrocyty dárce Bílkovinné antigeny krevních skupin •Nejdůležitější je systém Rh •Protilátky jsou IgG isotypu, objevují se pouze po antigenním stimulu • Malé krevní skupiny •Systém MNS –silně glykosylované proteiny (glycophoriny) nesou antigeny M, N, S, s –protilátky IgG i IgM (podle cílového antigenu) •Systém Duffy –glykoprotein, nejvýznamnější antigeny jsou Fya a Fyb –protilátky IgG –Systém Kell –glykoprotein, nejvýznamnější je K antigen –protilátky IgG –třetí nejčastější příčina hemolytické reakce novorozenců •Systém Lewis –antigeny Lea a Leb jsou součástí antigenů ABO systému –protilátky IgM • Inkompatibilita v Rh systému mezi matkou a plodem •sensitizace Rh- matek plodem Rh+ •v následné graviditě protilátky proti Rh (IgG), přestupují přes placentu •hemolytický účinek (+ C-systém, fagocyty, buňky K): erythroblastosis fetalis • •Dg: Coombsův antiglobulinový test (přímý, nepřímý) • •Profylaxe: anti Rh sérum do 72 hod. po porodu (abortu...) Transfúze krve - komplikace •Po převodu krve neslučitelné v systému AB0 dochází k hemolytické reakci, která je způsobena intravaskulární destrukcí červených krvinek protilátkami příjemce • •Příznaky: Bolesti na hrudi, v zádech, dušnost, neklid, horečka s třesavkou, zvracení, hypotenze, šokový stav. Přežije-li nemocný šokový stav, objeví se do 24 hod. žloutenka, selhání ledvin, krvácení z diseminované intravaskulární koagulace, trombocytopenie a fibrinolýzy Transfúze krve - komplikace •Reakce vyvolané protilátkami proti leukocytům a trombocytům - asi u 1/3 nemocných s těmito protilátkami po opakovaných transfuzích – do 3 hod. po převodu –Příznaky: horečka, třesavka, zimnice, bolesti hlavy, zrudnutí, tlak na hrudi, kašel) • •Alergické reakce - kopřivka, larygospasmus • •Anafylaktoidní reakce – IgA-anti IgA • •Aloimunizace • •Reakce z přetížení oběhu - u zdravého lze převést 1l/za 2-3 hod., přetížení vede k akutnímu srdečnímu selhání • •Vzduchová embolie (při přetlakové transfusi) Transfúzí indukovaná GvHR •Může být způsobena podáním neozářené krve imunodeficitnímu pacientovi (T-buněčný primární imunodeficity, leukémie….) •Je terapeuticky prakticky nezvládnutelná •zabývá se studiem funkce imunitní soustavy •v reprodukčních orgánech. • • •Imunologie / imunopatologie: • •- mužského (uro)genitálního traktu •- ženského genitálního traktu •- fertilizace •- nidace •- těhotenství REPRODUKČNÍ IMUNOLOGIE •Imunitní soustava dozrává perinatálně, tehdy je také •uzavírána "inventura" vlastních antigenů • •ALE !! • •zralé gamety, jejich přídatné tkáně •a endokrinně aktivní buňky •se objevují až v období puberty. • •Jejich orgánově specifické znaky jsou proto •imunitou vnímány jako cizí. • •vrozená primární porucha imunitní soustavy (např. defekt tlumivých buněk, autoimunitní nebo alergická dispozice) • •získaná porucha regulace imunity v urogenitálním traktu (záněty infekční, úrazové, poruchy prokrvení, punkce a biopsie varlat, anální sex bisexuálů aj.) •Sterilita v důsledku patologické autoimunitní reakce proti spermiím •Imunologické příčiny ženské sterility •Autoimunitní poškození ovaria • •vrozený defekt imunity vede k poškození oocytu a přídatných tkání již během zrání ovaria (buněčná imunita, ale i tvorba autoprotilátek) – výsledkem může být primární sterilita • •navozená tvorba protilátek nebo buněčná imunita •v důsledku •- opakovaných zánětů adnex, okolního peritonea (stav po apendicitidě) apod. -opakovaných odběrů oocytů pro IVF -endometriózy Oplozené vejce, pak embryo a další přídatné tkáně představují pro matku cizorodý, semialogenní" štěp. Imunologie těhotenství • pasivní: velmi nízká exprese klasických HLA znaků skup. A,B,C na buňkách cytotrofoblastu • (chybějí antigeny HLA-DR a DQ, které jsou nutné pro aktivaci imunitní odpovědi) • •aktivní: produkce nespecifických tlumivých působků (alfa-fetoprotein, hCG) a indukce Th2 buněk v mateřské deciduální tkáni; klíčovou funkci má produkt embryonálního HLA-G genu Embryonální ochranné mechanismy •Imunosupresívní působení hCG, vysokých hladin progesteronu •snížení koncentrace "toxických" Tc lymfocytů v periimplantační zóně i v oběhu •převaha Th 2 nad Th1, CD8 nad CD4 •deciduální makrofágy a monocyty mají sníženou fagocytární schopnost, navíc produkují embryoprotektivní faktory; •snižuje se produkce IL-2 i exprese rIL-2 na lymfocytech v periimplantační zóně i v oběhu Mateřské ochranné mechanismy