Imunodeficience Lukáš Kubala kubalal@ibp.cz Autoimunitní onemocnění Imunodeficience Selhání imunitního systému spojená s poškozením funkcí jedné nebo více jeho složek. Patologické stavy charakterizovány zvýšenou náchylností k infekcím. Pacienti obvykle zachyceni na základě opakujících se infekcí stejným nebo podobným patogenem. Typ infekce může napovědět, která složka imunitního systému je zasažena. Imunodeficience (ID) Dělení imunodeficiencí Podle původu rozlišujeme imunodeficience: I. Primární (dědičné, vrozené) • spíše vzácné • nejčastější příčinou je mutace v genu kódujícím protein důležitý pro imunitní systém => absence nebo dysfunkce určité molekuly (např. receptoru, signál. proteinu, enzymu) => porucha funkce určité složky imunitního systému => studium funkce proteinu II. Sekundární (získané) • velmi časté => závažný medicínský problém • vyvolány v průběhu života nepříznivými faktory fyzikálními, chemickými, biologickými a psychosociálními, příp. nesprávnou výživou • pokud působení faktoru ustane, mohou se normalizovat Primární imunodeficience Sekundární imunodefience 10 % < 90 % Podle postižené složky se dají primární i sekundární imunodeficience rozdělit na: A. Poruchy specifické imunity B. Poruchy nespecifické imunity I. Primární imunodeficience • popsáno téměř 200 primarních imunodeficiencí • rozsah od 1:300 (sIgA deficit) až 1:100 000 (SCID) • 80% postižených osob je mladších 20 let • 70% muži (5:1 u dětí; 1:1 u dospělých) => vazba na chromozom X I. A. Primární deficience specifické imunity • Imunodeficience protilátkové • Poruchy buněčně zprostředkované imunity • Další protilátkové a buněčné imunodeficience I. B. Primární deficience nespecifické imunity • Poruchy fagocytózy • Poruchy komplementu • Poruchy rezistence ke specifickým infekcím • Imunodeficience jak následek autoinflamatorních onemocnění (nová kategorie) I. A. Primární deficience specifické imunity > imunodeficience protilátkové Patří sem poruchy B lymfocytů a tvorby protilátek; funkce T lymfocytů obvykle zachovány. Agamaglobulinémie vázaná na chromozom X (XLA) • projevy – žádné B lymfocyty v periferii; chybí protilátky všech tříd • příčina – mutace genu na chromozomu X kódujícího protein kinázu zapojenou do signalizace přes BCR => zásadní význam při diferenciace pre-B lymfocytů v kostní dřeni Selektivní imunoglobulinové defekty • projevy – částečná nebo úplná absence některého izotypu Ig; u nás nejrozšířenější deficit IgA => zvýšená náchylnost k respiračním infekcím • příčina – zatím nezjištěna; pravděpodobně mutace genů v MHC Přechodná hypogamaglobulinémie v dětství (u kojenců) • fyziologie – po narození novorozenec chráněn transplacentárně přeneseným IgG od matky • projevy – opožděný nástupu tvorby IgG; obvykle však spontánní úprava • příčina – neznámá Závislost hladiny imunoglobulinů na věku novorozence Hořejší V. a kol., Základy imunologie, Triton, 2013 I. A. Primární deficience specifické imunity > imunodeficience protilátkové Běžná variabilní imunodeficience („Common variable ID“, CVID) • projevy – porucha tvorby zejména IgG a IgA => v periferní krvi většinou zcela chybí (koncentrace IgM je variabilní) • k manifestaci obvykle dochází až v dospělosti • počet B lymfocytů většinou normální, ale prokázány funkční poruchy T lymfocytů => primární porucha někdy spočívá v neschopnosti T lymfocytů poskytnou signál k diferenciaci B lymfocytů na plazmatické buňky • příčina – genetický základ zřejmě v MHC I. A. Primární deficience specifické imunity > imunodeficience protilátkové I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity Těžké kombinované imunodeficience a další kvantitativní poruchy T lymfocytů • nejzávažnější primární deficience; počet definovaných SCID narůstá • příčina – molekulární podstata různorodá • projevy – porucha T lymfocytů a následně i B lymfocytů => absence nebo významná redukce T lymfocytů v periferní krvi • hned po narození těžké infekce způsobení viry, intracelulárními nebo oportunními mikroorganismy => bez léčby úmrtí do jednoho roku • řadí se sem: Porucha adenosin deaminázy (ADA) SCID T-BSCID T-B+ Retikulární dysgeneze DiGeorgeův syndrom + syndrom „holých myší“ (tzv. nu/nu myši) Dělí se na: Těžké kombinované imunodeficience („Severe Combined ID“, SCID) Funkční poruchy T lymfocytů Porucha adenosin deaminázy (ADA) • příčina – deficience nebo dysfunkce enzymu • projevy – akumulace produktů metabolismu purinů toxických pro časné thymocyty => těžká lymfopenie T SCID T-B• projevy – absence T i B lymfocytů; z periferních lymfocytů zachovány jen NK buňky • příčina – heterogenní (př. deficit RAG-2 rekombinázy zodpovědné za přeskupování genů kódujících TCR a BCR; porucha exprese IL-7 receptoru) SCID T-B+ • 60% všech SCID • projevy – absence T lymfocytů a NK buněk; B lymfocyty zachovány • příčina – v 70% vazba na chromozom X (X-L-SCID) – mutace genu kódujícího γ řetězec receptorů společný pro několik interleukinů (IL-2, 4, 7, 9, 15) => funkční porucha mnoha cytokinů – v 30% autozomálně recesivní dědičnost – často porucha kinázy Jak 3 I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity Retikulární dysgeneze • příčina – postižena kmenová buňka; vzácné onemocnění • projevy – blokace vývoje myeloidních buněk i lymfocytů DiGeorgeův syndrom • příčina – delece v genech na 22. a 10. chromozomu defekty transkripčních faktorů (TF) kontrolujících migraci buněk v časném embryu absence nebo výrazná redukce thymu (dále srdeční vady, absence příštítných tělísek) • projevy – různě snížené množství T lymfocytů Syndrom holých myší („Nude mice“) • příčina – defekt genu kódujícího TF exprimovaný v kůži a thymu • projevy – nepřítomnost thymu a ochlupení ~ modelová imunodeficience u myší I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity http://www.velaz.cz/en/product/athymic-nude-mice-2/ Funkční poruchy T lymfocytů • příčina – molekulární podstata různorodá • projevy – normální nebo snížený počet T lymfocytů v periferní krvi vykazujících různé funkční anomálie • společným znakem nemocí je zvýšená náchylnost k infekcím, maligní onemocnění (především lymfoproliferativní) • řadí se sem: Poruchy v prezentaci antigenů Aktivační poruchy T lymfocytů I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity Poruchy v prezentaci antigenů (Syndrom holých lymfocytů) I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity Defekty exprese MHC I (HLA I. Třídy) • projevy – nedostatek CD8+ T lymfocytů (nedochází k jejich pozitivní selekci); následováno poruchou tvorby protilátek B lymfocyty Defekty exprese MHC II (HLA II. Třídy) • defekt v transportu peptidů do endoplazmatického retikula => narušena tvorba stabilních komplexů MHC II • projevy – málo CD4+ T lymfocytů (nedochází k jejich pozitivní selekci) Aktivační poruchy T lymfocytů • příčina – poruchy molekul zodpovědných za aktivaci zralých T lymfocytů nebo jejich prekurzorů (např. CD40L, rekombináza RAG, Fas receptor) • řadí se sem: Syndrom hyper IgM (defektní exprese CD40L na T lymfocytech) Wiskott-Aldrichův syndrom (kromě T lymfocytů porucha tvorby destiček) Chédiakův-Higashiho syndrom (defekt cytotox. lymfocytů a NK buněk; obří lysozomální granula) Lymfoproliferativní syndrom vázaný na chromozom X I. A. Primární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity I. B. Primární deficience nespecifické imunity > poruchy fagocytózy Klinicky se projevují infekcemi způsobenými stafylokoky, enterobakteriemi, plísněmi a mykobakteriemi. Dělí se na:Poruchy v tvorbě neutrofilů Kostmannův syndrom (vrozená agranulocytóza – porucha vývojové řady) Cyklická neutropenie (cyklický pokles granulocytů obvykle v intervalu tří týdnů) Poruchy ve funkcích fagocytů Chronická granulomatózní choroba (defekt NADPH oxidázy) LAD syndromy („Leukocyte Adhesion Deficiency“; poruchy adhezivity) LAD I (defektní exprese β2 podjednotky integrinů) LAD II (defektní exprese ligandu pro selektiny) I. B. Primární deficience nespecifické imunity > poruchy komplementu Popsány poruchy všech jednotlivých složek komplementu, některých inhibitorů i receptorů pro komplementové složky. Jde o velmi vzácné poruchy. Z funkce defektní složky vyplývají důsledky poruch: Defektní složka Projevy defektu C3, alternativní složky, C6-C9 Náchylnost k bakteriálním infekcím C3 receptor LAD I syndrom Faktor D, I Citlivost k opouzdřeným bakteriím Mannózu vážící lektin (MBL) Projevuje se především děti – recidivující bakteriální a plísňové infekce I. B. Primární deficience nespecifické imunity > poruchy rezistence ke specifickým infekcím Jedná se o deficity postihující receptory a signální dráhy spouštějící vrozenou imunitní reakci. Důsledkem je zvýšená náchylnost k infekcím. Řadí se sem: Herpetická encefalitida (deficity TLR3) Pneumokokové infekce (mutace kinázy IRAK4 a signalizačního proteinu MyD88) Zvýšená vnímavost k mykobakteriálním infekcím (poškození drah IFNR, IL-12, IL-12R, STAT1 aj. => poruchy diferenciace lymfocytů a následné funkční poruchy Mo/Mf) Primární deficience Přehled primárních imunodeficiencí (část 1) Přehled primárních imunodeficiencí (část 2) Fig. 13.1 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. Sekundární imunodeficience • vyvolány v průběhu života nepříznivými vnějšími či vnitřními faktory • příčiny: rozvojové země – podvýživa naše podmínky – metabolické choroby, poruchy výživy, dlouhodobé redukční diety imunosupresivní a cytostatická léčba, ozařování závažná poranění (polytrauma, popáleniny) chronické infekce, chronické expozice chemikáliím alkoholismus, chronické stresové situace věk (nedonošené děti, novorozenci, staré osoby) II. A. Sekundární deficience specifické imunity • Imunodeficience protilátkové • Poruchy buněčně zprostředkované imunity • Kombinované imunodeficience II. B. Sekundární deficience nespecifické imunity • Poruchy fagocytózy • Poruchy komplementu často kombinace kategorií II. A. Sekundární deficience specifické imunity > imunodeficience protilátkové Sekundární snížení koncentrace protilátek v krvi. Důvod: ztráta protilátek rozsáhlé střevní záněty => snížení všech tříd Ig; často dochází i k lymfopenii nefrotický syndrom (únik bílkovin do moči); dlouhodobé průjmy => snížení IgG potlačení/porucha jejich syntézy dlouhodobá imunosupresivní či cytostatická léčba => potlačení syntézy Ig malignity postihující B lymfocyty => porucha syntézy; celková koncentrace může být normální nebo zvýšená, ale funkční Ab nahrazeny monoklonálním Ig produkovaným nádorově změněnými plazmatickými buňkami II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity K přechodnému snížení buněčně zprostředkované imunity dochází po prodělání virových infekcí, především spalničkách, rubeole a jiných lymfocytotropních virózách. Nejzávažnější: Syndrom získané imunodeficience („Acquired Immunodeficiency syndrom“, AIDS) • AIDS způsoben infekcí retrovirem HIV-1 nebo HIV-2 • virem infikováno již 50 miliónů lidí • přenos – krví, pre-ejakulátem, spermatem, vaginálními tekutinami, mateřským mlékem, transplacentárně • virus napadá CD4+ T lymfocyty, makrofágy a buňky CNS • struktura genomu viru kompletně známa (9 genů); důkladně prostudována i biologie viru Fig. 13.29 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Životní cyklus HIV Virová částice se pomocí gp120 váže na CD4 a koreceptor na T lymfocytech. gp41 způsobuje fúzi virového obalu s buněčnou membránou a průnik genomu viru do buňky. Reverzní transkriptáza kopíruje virovou RNA do dvouvláknové cDNA. Virová cDNA vstupuje do jádra a je začleněna do hostitelské DNA. Fig. 13.30 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Životní cyklus HIV T lymfocyty aktivované přes NF-κB indukují nízkou transkripci proviru. RNA transkripty jsou několikrát sestříhány, což umožnuje translaci raných genů tat a rev. Tat amplifikuje transkripci virové RNA; Rev zvyšuje transport virové RNA do cytoplazmy. Pozdní proteiny Gag, Pol a Env jsou začleněny do virové částice, která se pučením uvolňuje z buňky. Fig. 13.30 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) => Velké množství částic zřejmě buňku zabije II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Iniciace infekce Dendritické buňky mohou iniciovat infekci transportem HIV z mukózních povrchů do lymfatické tkáně: Fig. 13.32 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) HIV adheruje na intraepiteliální DC pomocí vazby virového proteinu gp120 na protein DC-SIGN. DC internalizují viriony do raných endozómů a migrují do lymfatické tkáně. Viriony HIV jsou opět vystaveny na povrchu DC a jsou přeneseny na povrch CD4+ T lymfocytů. Fig. 13.33 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Průběh infekce 1. Akutní fáze • chřipkové příznaky (50-80% případů) nebo asymptomatické • v krvi: ↑↑ virových částic => silná imunitní reakce (protilátková i cytotoxická) přechodné ↓ CD4+ lymfocytů • během pár týdnů: ↑ T lymfocytů ↓↓ virových částic ↑↑ anti-HIV Ab a virově specifických klonů T lymfocytů Fig. 13.33 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Průběh infekce 2. Asymptomatická fáze (latentní) • několik let; žádné příznaky nemoci, ale intenzivní reakce virus vs. imunitní systém • denně infikováno a zničeno velké množství CD4+ T lymfocytů (zatím nahrazovány z thymu) • replikace viru v aktiv. T lymf. => progrese nemoci; vznik HIV mutantů neznámých pro IS • časem vyčerpání thymu v produkci CD4+ T lymfocytů; destrukce a funkční inaktivace makrofágů a dalších antigen prezentujících buněk infikovaných virem Fig. 13.33 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Průběh infekce 3. Symptomatická fáze • začínají se projevovat poruchy imunity => výskyt různých infekcí • v krvi: ↑ virových částic ↓ CD4+ T lymfocytů, ↓ anti-HIV Ab, ↓ antivirových T lymfocytů • postupné selhání většiny složek imunitního systému => ↓ rezistence k infekcím, ↑ výskyt nádorových chorob, autoimunit a alergií, postižení CNS (demence) • dále hubnutí, průjmy, noční pocení… Fig. 13.33 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Průběh infekce 4. AIDS • ↓ CD4+ T lymfocytů téměř na nulu • postižení jedinci umírají nejčastěji na oportunní infekce = infekce podmíněnými i primárně nepatogenními mikroorganismy (plísně, viry, atypické mykobakterie) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Diagnostika AIDS • detekce protilátek proti HIV antigenu • přímá detekce virové RNA (první týdny však negativní) II. A. Sekundární deficience specifické imunity > poruchy buněčně zprostředkované imunity > AIDS Léčba AIDS • možnosti terapie: antiretrovirové léky (inhibitory virové proteázy a reverzní transkriptázy) antibiotika, antimykotika, virostatika • ve výzkumu: inhibitory interakce HIV s koreceptory imunoterapie zaměřená na obnovu imunitní reaktivity II. A. Sekundární deficience specifické imunity > kombinované imunodeficience • projevy – deficity protilátkové, buněčné, případně i fagocytární imunity • příčina – celkové metabolické choroby pokročilá stádia diabetu – porucha funkce imunitních buněk v důsledku nedostatku glukózy pro buněčný metabolismus selhání ledvin nutriční faktory těžká podvýživa – dlouhodobá proteinová malnutrice a deficit stopových prvků a vitaminů = v našich podmínkách jde o anorektiky, alkoholiky, osoby s chorobami zažívacího traktu či dlouhodobě držící nevyvážené diety II. B. Sekundární deficience nespecifické imunity > poruchy fagocytózy Nedostatečné počty fagocytů v periferní cirkulaci (sekundární neutropenie) • centrálně – imunosupresivní či cytostatická léčba, ozařování, účinek toxických chemikálií => porucha produkce myeloidních buněk v kostní dřeni • periferně – destruktivní působení auto-protilátky vychytávání ve zvětšené slezině Získané funkční poruchy fagocytů • časté u metabolických chorob a myeloidní leukemie II. B. Sekundární deficience nespecifické imunity > poruchy komplementu Snížení přítomnosti složek komplementu • příčiny – vyčerpání komplementu imunokomplexové choroby septické stavy poruchy syntézy závažné postižení jater Autoimunitní onemocnění Imunitní reakce na antigeny vlastních tkání => dochází k autoagresivnímu poškození vlastních buněk a tkání. Autoimunitním onemocněním postiženo 5-7% populace; obtížná vyléčitelnost => závažný medicínský problém. Onemocnění charakterizována chronickým zánětem. Postihuje jeden nebo více orgánů => orgánové/systémové onemocnění. Autoimunitní onemocnění Autotolerance Příčinou vzniku autoimmunity je prolomení autotolerance Autotolerance = udržování imunitních reakcí vůči vlastním tkáním ve fyziologických mezích. Autotolerance zabezpečena na úrovni: A. Centrální • pro T lymfocyty se ustavuje v thymu (pozitivní a negativní selekce) • pro B lymfocyty se ustavuje v kostní dřeni (eliminování B lymfocytů rozpoznávajících vlastní antigeny nacházející se v kostní dřeni) B. Periferní udržována několika způsoby • klonální delece – autoreaktivní lymfocyty po rozpoznání autoantigenu jsou odstraňovány apoptózou • klonální anergie – autoreaktivní lymfocyt sice rozpozná autoantigen, ale chybí kostimulační signál; důsledkem je jeho dlouhodobý funkční útlum • klonální ignorance – neschopnost lymfocytů rozpoznat autoantigenu; v případě že je autoantigen produkován v podprahovém množství, které nezajistí stimulaci dostatečného množství receptorů • suprese – potlačení autoreaktivních lymfocytů jinými imunokompetentními buňkami a jejich cytokiny Pro vznik autoimunitních onemocnění je nejčastější selhání periferních mechanismů. Příčiny vzniku autoimunity Vzhledem k redundanci mechanismů udržujících autotoleranci je však obvykle nutné spolupůsobení několika faktorů. Mezi hlavní faktory patří: Faktory vnitřní • Genetické změny • Hormonální nerovnováha – autoimunitní onemocnění několikanásobně častější u žen Faktory vnější • infekce – infekce odkryje pro imunitní systém jinak dosud nedostupný autoantigen (kryptický antigen); může také docházet ke zvýšené expresi MHC molekul II. třídy a molekul kostimulačních; strukturní podobnost mezi antigenem patogenu a autoantigenem – molekulární mimikry • léky, chemikálie, UV záření – mohou modifikovat vlastní antigen tak, že vznikne autoatigen, nebo mohou ovlivňovat regulační mechanismy imunity Infekce Fig. 15.42 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Humorálního typu • tvorba autoAb (většinou izotypu IgG) – působí buď cytotoxicky nebo vyvolávají poškození nadměrným ukládáním imunokomplexů. • autoAb může někdy způsobit i funkční změnu buňky nebo proteinu, na který se váže. Buněčného typu • charakterizováno poškozujícím zánětem vyvolaným cytotoxickými T lymfocyty nebo Th1 lymfocyty – nadměrnou tvorbou cytokinů a následnou aktivací makrofágů. Autoimunitní reakce Diagnostika autoimunitních onemocnění Autoprotilátky • Detekce v séru ve vysokém titru Histologické vyšetření Klinické příznaky • systémová onemocnění – zvýšená teplota, únava, nechutenství, bolest kloubů a svalů • orgánová onemocnění – symptomatologie souvisí s poruchou postiženého orgánu • většinou probíhají cyklicky v atakách (relapsech) a remisích • Projevy chronického zánětu - zvýšená sedimentace, leukocytóza nebo naopak leukopenie, anémie, snížení C3 a C4 složky komplementu… Terapie autoimunitních onemocnění Imunosupresivní terapie Imunomodulace Systémová autoimunitní onemocnění • Autoimunitní hemolýza (erytrocyty) • Revmatoidní artritida (revmatoidní faktor) • Revmatická endokarditida (Revmatická horečka) • Systémový lupus erythematodes (SLE) • Sjogrenova choroba • Systémová sklerodermie • Dermatopolymyozitida • Vaskulitidy (ANCA, Anti-neutrophil cytoplasmatic antibodies) Autoimunitní hemolýza Fig. 15.20 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Revmatoidní artritida Fig. 15.29 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Revmatická endokarditida (Revmatická horečka) Fig. 15.44 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Orgánově specifická autoimunitní onemocnění • Myasthenia gravis (nervosvalový přenos, receptory pro acetylcholin) • Diabetes mellitus 1. typu (β buňky pankreatu) • Roztroušená skleróza (myelinový obalu neuronů) • Crohnova choroba (střevní stěna) • Graves-Basedowova choroba (TSH receptor) • Hashimotova thyreoiditida (tyreoglobulin) • Adisonova choroba (buňky nadledvin) • Primární biliární cirhóza (interlobulární žlučovody) • Goodpastureův syndrom (bazální membrána alveolů a glomerulů) Myasthenia gravis Fig. 15.22 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Diabetes mellitus 1. typu Fig. 15.27 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Roztroušená skleróza Fig. 15.28 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Crohnova choroba Fig. 15.41 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016) Graves-Basedowova choroba Fig. 15.21 Immunobiology, 9/e. (© Garland science 2016)