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) • Postižení organismu způsobené imunitní reakcí na viry •Autoimunitní fenomény: hemolytická anémie indukovaná EBV, autoimunitní hepatitis po infekci HBV. •Imunokomplexové postižení: HBV, některé vaskulitidy. •Tc - mediované postižení: spalničky (exantém), coxackie viry (myokarditida). 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 Poškození organismu způsobené imunitní reakcí proti baktériím •Indukce autoimunity –Zkřížená reaktivita bakteriálních a tělových antigenů - revmatická horečka –II. typ přecitlivělosti - autoimunitní hemolytická anémie při mykoplasmové infekci –HSP - indukce RA mykobaktériemi? –Superantigeny (Streptokoky, Stafylokoky) •Imunokomplexové postižení •IV. typ přecitlivělosti - kavitace při TBC schema_2_1-01.png Aktivace TCR antigenem a superantigenem MHC-II Aktivační signál Superantigen T cell APC TRC Aktivační signál α β α β α β α β Antigen 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 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… • Vliv očkování na výskyt infekčních onemocnění v USA „Klasické“ vakcíny •Atenuované mikroby: spalničky, zarděnky, příušnice, rotaviry, varicella, BCG (proti TBC), poliomyelitis (Sabinova), cholera, žlutá zimnice •Inaktivované mikroorganismy: poliomyelitis (Salkova), vzteklina, hepatitis A, klíšťová encefalitida, cholera, mor, dříve pertusse, •Toxoidy: tetanus, záškrt „Moderní“ vakcíny •Podjednotkové :chřipková, pertusse •Polysacharidové: Heamophilus influenzae B (konjugovaná), Meningococcus (konjugované i nekonjugované ), Pneumococcus (konjugovaná i nekonjugovaná) •Rekombinantní: hepatitis B •Virus-like particles (neobsahují DNA): papilomaviry „Budoucí (?)“ vakcíny •Syntetické polypeptidy (chemicky definované, event. konjugované s proteinovým nosičem) •DNA vakcíny (gen, kódující antigen umístěn do bakteriálního plasmidu) •Vektorové vakcíny (vektorem jsou především poxviry, ptačí poxviry, adenovirus, S. typhi a další, kromě antigenů mohou kódovat i cytokiny, např. IL-2) •Antigeny vnesené do potravin (banány, brambory) •Antiidiotypové protilátky • DNA-vakcíny • Úsek DNA 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 • • • • 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. Pasívní přirozená imunizace •Transplacentární IgG protilátek z matky na dítě. •Zajišťuje na protilátkách závislou ochranu před infekcemi v prvních (cca 6) měsících po narození. •Tato ochrana ale také znemožňuje použití živých virových vakcín, u kterých je nutné pomožení viru v těle (MMR – vakcína – spalničky, příušnice, zarděnky). 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 z plazmy získat imunoglobulinou frakci – 16% roztok je označován jako „normální imunoglobulin“. •Obsahuje zejména IgG, stopy dalších tříd jsou terapeuticky zanedbatelné. •Další manipulací (odstranění polymerů IgG) je možno získat deriváty k intravenóznímu podání. •Nově jsou používány i imunoglobuliny pro subkutánní léčbu. •V současné době jsou téměř výhradně používány preparáty intravenózní a subkutánní. Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - I •Substituce defektní tvorby protilátek u nemocných s primárními nebo sekundárními hypogamaglobulinémiemi. •Vždy se jedná o substituci IgG! Ostatní třídy imunoglobulinů nejsou v používaných preparátech v terapeuticky významných koncentracích přítomny. •Vždy se jedná o dlouhodobou léčbu, u nemocných s primárními hypogamaglobulinémiemi o léčbu celoživotní. Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - II •Vysoké dávky intravenózních preparátů se používají jako protizánětlivá a imunosupresívní léčba u závažných autoimunitních zánětlivých chorob. •Mechanismus je komplexní (inhibice fagocytózy, tlumení fukce B-lymfocytů, zásah do regulačních funkcí T-lymfocytů). •Účinnost je variabilní, a ne vždy přesně predikovatelná. •Jednoznačnou indikací je Kawasakiho choroba. U imunitní trombocytopenické purpura (ITP), pokud není možno použít jiné přístupy. • Využití nespecifických imunoglobulinových derivátů - III •Nespecifické imunoglobulinové preparáty se někdy využívají jako profylaxe infekčních chorob, pokud nejsou k dispozici specifické imunoglobulinové deriváty (hepatitis A). • Imunosupresivní léčba •Antigen-nespecifické snížení imunitní odpovídavosti. •Indikována především u autoimunitních chorob, vaskulitid a u pacientů po transplantacích. •Výjimečně používána u těžkých alergických chorob nebo u onemocnění způsobených nadměrnou aktivací T-lymfocytů (psoriáza). •Léčba vždy vede k sekundárnímu imunodeficitu - náchylnosti k infekcím a častějšímu výskytu malignit, zejména lymfatického systému. •Ke snížení výskytu vedlejších reakcí se obvykle používá kombinovaná léčba. Antiproliferativní imunosupresiva •Antagonisté kyseliny listové - metotrexat •Alkylační látky - cyklofosfamid •Purinové analogy- azathioprin •Inhibitory inosinmonofosfát dehydrogenázy - mykofenolát mofetil Imunusupresiva zasahující do metabolismu IL-2 •Kalcineurinové inhibitory: Blokují funkci Ca 2+-dependentního kalcineurinu, tím blokují aktivaci NF-AT. Nedojde k derepresi genu pro IL-2. –Cyklosporin A- vazba na cyklofilin –Tacrolimus vazba na FK 506 BF •Sirolimus (Rapamycin) - blokuje přenos signálu z IL-2, též se váže na FK 506 BF. Glukokortikoidy jako imunosupresiva •Imunosupresivně působí především vysoké dávky (0,5-1 mg Prednisonu/kg/den). Nižší dávky mají pouze protizánětlivý efekt. •Mechanismy účinky: –Snížená produkce cytokinů (IL-1, TNF-a, IL-2) –Snížení exprese adhezivních molekul –Inhibice exprese HLA-II –Inhibice fosfolipázy A2 v granulocytech - blok tvorby metabolitů kyseliny arachidonové. •Vedlejší činky: redistribuce tuku, vznik vředové choroby, steroidní diabetes, hypertenze, poruchy růstu dětí, hypokalémie, osteoporóza, katarakta, psychózy.... 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 • Imunopotenciační léky •Onkologická léčba: •Imunostimulací cytokiny – hlavně IL-2, IFN-a,g •Blokáda imunosupresivně působících T-lymfocytárních check-pointů – nyní zejména blokáda PD-1 a CTLA-4 . • •Léčba pacientů s různými klinickými příznaky imunodeficitu(časté, závažné infekce), obvykle u pacientů bez průkazu jasného laboratorního imunodeficitu •Syntetické imunomodulátory: inosiplex •Thymové hormony •Dialyzát lidských leukocytů („transfer faktor“) •Bakteriální „imunomodulátory“:,Broncho-vaxom… •Mnoho dalších „potravinových doplňků“, kterým ale chybí klinický průkaz účinnosti