IMUNITNÍ SYSTÉM OBRATLOVCŮ - SROVNÁVACÍ IMUNOLOGIE IMUNOLOGICKÉ VZTAHY MATKA PLOD / MLÁDĚ (FYLOGENEZE A ONTOGENEZE IMUNITNÍHO SYSTÉMU)

Transkript

1 IMUNITNÍ SYSTÉM OBRATLOVCŮ - SROVNÁVACÍ IMUNOLOGIE IMUNOLOGICKÉ VZTAHY MATKA PLOD / MLÁDĚ (FYLOGENEZE A ONTOGENEZE IMUNITNÍHO SYSTÉMU) CHARAKTERISTUIKA IMUNITNÍHO SYSTÉMU OBRATLOVCU Imunitní systém obratlovců charakterizuje především: organizace lymfoidní tkáně mezenchymálního původu existence molekul imunoglobulinové superrodiny mechanismy rekombinace genů pro diverzitu Lymfatické orgány primární sekundární Soubor buněk imunitního systému Charakteristické molekuly nespecifické specifické - imunoglobuliny VÝVOJ IMUNITNÍHO SYSTÉMU OBRATLOVCŮ SPOLEČNÉ RYSY primární a sekundární lymfatické orgány specifická imunita, MHC, receptory pro antigen, protilátky slizniční imunitní systém ODLIŠNÉ (VÝVOJOVÉ) RYSY charakter a lokalizace primárních lymfatických orgánů zastoupení sekundárních lymfatických orgánů rozvoj imunitního systému sliznic subpopulace lymfocytů míra variability vazebného místa pro antigen izotypová charakteristika protilátek další zvláštnosti (schopnost odpovídat za snížené teploty) Lymfatické orgány u obratlovců kruhoústí ryby plazi ptáci savci thymus kostní dřeň ledviny slezina mízní uzliny ± ± + GALT ±

2 Izotypy imunoglobulinů u obratlovců kruhoústí ryby plazi ptáci savci IgM ± IgY ± + IgG + + IgA ± + IgE + IMUNITNÍ SYSTÉM RYB ORGÁNY thymus - primární i sekundární orgán pronefros a opistonefros (místo kostní dřeně) slezina (melanomakrofágová centra), GALT BUNĚČNÉ MECHANISMY hlavní obranou linií je fagocytóza T a B lymfocyty MHC s velkou homologií k savcům cytokiny (interferony, interleukiny) HUMORÁLNÍ FAKTORY lektiny, lytické enzymy, C-reaktivní protein komplementová kaskáda protilátky typu IgM - tetramer, chybí J řetězec Imunitní odezva závislá na teplotě ORGÁNY IMUNITNÍHO SYSTÉMU RYB IMUNITNÍ SYSTÉM PLAZŮ GALT slezina tělní ledvina (opistonefros) hlavová ledvina (pronefros) thymus Rozdílné poměry u jednotlivých skupin ORGÁNY primární - thymus, kostní dřeň, lymfatická tkáň střeva sekundární - (ledviny), slezina, (mízní uzliny), tonzily GALT BUNĚČNÉ MECHANISMY fagocytóza - makrofágy, heterofilní granulocyty T a B lymfocyty, procentuální zastoupení kolísá přirozená i specifická cytotoxicita HUMORÁLNÍ FAKTORY humorální fakory nespecifické imunity protilátky typu IgM, u některých druhů IgY (IgG) Imunitní odezva závislá na teplotě, vlhkosti, fotoperiodě, pohlavní aktivitě

3 IMUNITNÍ SYSTÉM PTÁKŮ ORGÁNY primární - thymus, Fabriciova burza sekundární - slezina, (mízní uzliny), tonzily GALT a další slizniční systémy BUNĚČNÉ MECHANISMY fagocytóza - makrofágy, heterofilní granulocyty T γδ, αβ lymfocyty, značná homologie povrchových znaků se savci dobře definovaný MHC u kura (systém B) HUMORÁLNÍ FAKTORY komplement (aktivace alternativní cestou) primární protilátkový repertoár vzniká intrachromozomální genovou konverzí protilátky typu IgM, IgY (IgG) v. jugularis slezina Harderova žláza thymus lymfatická tkáň bronchů ileocekální tonzila Fabriciova bursa ROZDÍLY IMUNITNÍHO SYSTÉMU SAVCŮ ORGÁNY Primární orgány Různé orgány diferenciace B lymfocytů Dvě varianty vzniku variability vazebného místa kombinatorní spojování více subgenů člověk, myš genová konverze jednoho funkčního genu králík, skot, prase Sekundární orgány Obrácená struktura mízní uzliny prasete Odlišné orgány bakteriálního clearance plíce - přežvýkavci, prase, kočka játra, slezina - pes, králík, myš Odlišné šokové orgány Hlavní orgány bakteriálního clearance u různých druhů

4 ROZDÍLY IMUNITNÍHO SYSTÉMU SAVCŮ POČTY A FUNKCE BUNĚK Počty leukocytů Celkový počet leukocytů Procentuální zastoupení typů leukocytů (diferenciální rozpočet) Morfologická a funkční charakteristika buněk Subpopulace lymfocytů Charakteristika a funkce subpopulací lymfocytů Procentuální zastoupení jednotlivých subpopulací POČTY LEUKOCYTŮ U SAVCŮ druh Leu Ne Ly Mo Eos Skot 4,0 12,0 0,6 4,0 2,5 7,5 0,1 0,8 0 2,4 Kůň 5,4 14,3 2,3 8,6 1,5 7,7 0 1,0 0 1,0 Prase 11,0 22,0 3,2-10,0 4,5 13,0 0,3 2,0 0,5 2,0 Pes 6,0 17,0 3,0 11,5 1,0 4,8 0,2 1,3 0,1 1,2 Kočka 5,5 19,5 2,5 12,5 1,5 7,0 0 0,8 0 1,5 Králík 6,0 13,0 2,0 6,0 2,0-5,0 0,1 1,0 0 0,5 POČTY LEUKOCYTŮ U SAVCŮ ZASTOUPENÍ JEDNOTLIVÝCH SUBPOPULACÍ LYMFOCYTŮ V PERIFERRNÍ KRVI Nejvyšší počty leukocytů jsou u prasete (kočky) Nejnižší počty leukocytů jsou u skotu (králíka) U skotu je výrazná převaha lymfocytů (60 70 %) U koně a prasete je počet lymfocytů nad 50 % U psa a kočky převažují výrazně neutrofily (30 40% Ly) T lymfocyty tvoří většinu Ly periferní krve (70 85 %) Poměr Th : Tc > 1 (Th %, Tc 20-35%) γδ T lymfocyty jsou v periferní krvi více zastoupeny u skotu a prasat, a to zejména u mláďat (do 10 %) NK buňky jsou zastoupeny kolem 2 % (max. do 5 %) Nejvíce CD4 + CD8 + bylo prokázáno u prasete B lymfocytů je %

5 DIAGRAM HLAVNÍCH SUBPOPULACÍ LYMFOCYTŮ SKOTU ROZDÍLY IMUNITNÍHO SYSTÉMU SAVCŮ CD4 CD2 CD8 CD3 TCR CD5 slgm HUMORÁLNÍ FAKTORY Charakteristika protilátek Izotypová charakteristika protilátek Rozdílné koncentrace imunoglobulinů v krvi Charakteristika humorálních faktorů Rozdíly koncentrace a funkce komplementu (konglutinin) Rozdíly proteinů akutní fáze Rozdílné mediátory zánětu a anafylaxe Cytokiny Izotypové třídy imunoglobulinů různých druhů druh třídy IgG IgA IgM IgE IgD skot G1, G2 (G2a), G3 (G2b) A M E - prase G1, G2a, G2b, G3, G4 A1, A2 M E - kůň Ga, Gb, Gc, G(T) A M E? pes, kočka G1, G2, (G3, G4) A M E? myš G1, G2a, G2b, G3 A1, A2 M E D Izotypové rozdíly imunoglubulinů u různých druhů praktický význam u většiny druhů mají izotypy IgM, IgG1, IgG2, IgA, IgE IgM - protilátky akutní infekce v séru IgG - protilátky sekundární odpovědi v séru IgA - protilátky na sliznicích IgE - protilátky hypersenzitivity I. typu IgG1/IgA u skotu, IgG1/IgG2 u skotu IgT u koně člověk G1, G2, G3, G4 A1, A2 M1, M2 E D

6 Hladiny imunoglobulinů v séru zvířat IMUNOGLOBULINY U SAVCŮ Druh zvířat IgG IgM IgA pes 9,25 20,0 1,30 2,00 0,44 1,77 kočka 11,7 22,6 0,06 0,39 0,10 0,58 kůň 13,34 24,6 1,2 1,8 1,53 3,05 skot 17,6 22,9 2,39 3,48 0,25 0,5 prase 18,31 28,2 3,15 4,8 1,44 2,68 ovce 20,95 30,52 1,51 6,8 0,07 0,35 Nejvyšší koncentrace v séru je IgG, cca 10x méně IgM, cca 10 x méně IgA IgA je hlavním imunoglobulinem na sliznicích a v mléku, u skotu tuto funkci má IgG1 Vyšší hladiny imunoglobulinů v séru jsou u prasete a malých přežvýkavců, nižší hladiny jsou naopak u psa a kočky kur domácí 3,4 6,9 0,71 2,64 0,22-0,67 ROZDÍLY IMUNITNÍHO SYSTÉMU SAVCŮ PROTEINY AKUTNÍ FÁZE C-reaktivní protein člověk, králík, morče, prase, pes sérový amyloid P (SAP) myš sérový amyloid A (SAA) člověk, pes haptoglobin skot HLAVNÍ MEDIÁTOR ZÁNĚTU Histamin Serotonin člověk, pes, kočka, prase? skot, kůň IMUNITNÍ VZTAHY MATKA - PLOD VZNIK IMUNOKOMPETENCE MLÁĎAT

7 IMUNITNÍ VZTAHY MATKA - PLOD Plod je pro matku semialogenní = imunogenní Mechanismy snižující reaktivitu matky vůči plodu absence klasických molekul MHC na trofoblastu přítomnost α-fetoproteinu v plodové vodě Hofbauerovy makrofágy v choriu účinek embryoprotektivních cytokinů (M-CSF, TGF-β) nezralost fetálního imunitního systému Reakce mezi matkou a plodem ovlivňuje typ placenty OVLIVNĚNÍ IMUNITNÍCH REAKCÍ PLACENTOU HEMOCHORIÁLNÍ PLACENTA (primáti, hlodavci) trofoblast má invazivní charakter buňky trofoblastu odolávají rozpoznání imunitním systémem odolávají lýze komplementem i NK buňkami Th2 typ odpovědi (snad) příznivě ovlivňuje graviditu SYNEPITELIOCHORIÁLNÍ PLACENTA (přežvýkavci) trofoblast má méně invazivní charakter dvoujaderné buňky - interakce mezi matkou a plodem produkce glykoproteinů PAG (pregnancy associated protein) IFN-τ produkován trofoblastem, inhibuje luteolýzu EPITELIOCHORIÁLNÍ PLACENTA (kůň) trofoblast málo invazivní invazivní je choriový prstenec trofoblastu - buňky exprimují MHC I, pronikají epitelem endometria - tvoří endometriální pohárky VÝVOJ IMUNITNÍHO SYSTÉMU U PLODU VÝVOJ IMUNITNÍHO SYSTÉMU SKOTU Vývoj je závislý na délce gravidity druhu u druhů s delší graviditou je více času na rozvoj orgánů, diferenciaci buněk a vyzrávání imunitních reakcí primární hemopoéza ve žloutkovém vaku, později v plodu - paraaortální oblasti, játra, kostní dřeň Kmenové a prekurzorové buňky vstupují do oběhu a osidlují primární lymfatické orgány Obranu plodu zajišťuje nespecifická imunita, na konci fetálního období i schopnost specifické imunitní odpovědi Typ placentace má vliv na pasivní ochranu plodu transplacentární přenos protilátek (IgG) je u člověka, hlodavců, králíka částečný, ale nedostatečný přenos je u psa a kočky k transplacentárnímu přenosu protilátek nedochází u skotu, prasete, koně Vývoj buněk a orgánů 40. den základ brzlíku 45. den lymfocyty v periferní krvi den kostní dřeň, slezina, mízní uzliny 60. den zralé B lymfocyty (sigm) 110. den granulocyty v periferní krvi 175. den GALT, osidlování lymfocyty Zjednodušeně lze rozlišit funkční aktivitu plodu během gravidity první třetina - žádná imunitní odezva druhá třetina - slabá imunitní odezva třetí třetina - plnohodnotnná imunitní odezva Pokud není plod antigenně stimulován, k imunitní odezvě nedochází

8 CYTOPATOGENNÍ BVD NECYTOPATOGENNÍ BVD ABORTUS MALFORMACE IMUNOTOLERANCE persistentně infikované tele BVD SLIZNIČNÍ CHOROBA IMUNOKOMPETENCE NOVOROZENCŮ Imunokompetence novorozenců je různá, i dost vysoká, ale u žádného druhu není úplná imunitní systém dozrává po narození první týdny (měsíce) není imunitní systém zcela imunokompetentní Novorozená zvířata jsou bezprostředně závislá na příjmu kolostra Imunokompetence telat je poměrně vysoká, ale rodí se bez protilátek hladina komplementu je třetinová aktivita fagocytární je snížená aktivita lymfocytů je snížená imunitní systém střeva dozrává VÝZNAM KOLOSTRÁLNÍCH PROTILÁTEK Mláďata hospodářských zvířat se rodí agamaglobulinemická, štěňata, koťata hypogamaglobulinemická (zvýšená hladina svědčí pro intrauterinní infekci) Novorozená mláďata jsou závislá na příjmu kolostrálních protilátek Epitel střeva je v prvních hod prostupný pro imunoglobuliny bez ztráty jejich aktivity, přestup je aktivní děj Napití cca 2 l kvalitního kolostra do 2 hod po narození navodí u telete do 24 hod normoglobulinémii Kolostrální protilátky ochrání mláďata před neonatální sepsí a generalizovanými infekčními chorobami Kolostrální protilátky inhibují aktivní imunitní odezvu Pro ochranu proti střevním patogenům je třeba kontinuální přísun protilátek mlékem - laktogenní imunita VÝZNAM BUNĚK V KOLOSTRU EXISTUJE PŘENOS BUNĚČNÉ IMUNITY KOLOSTREM? Kolostrum obsahuje velké množství buněk Epitelie, ale i neutrofily a lymfocyty Lymfocyty z kolostra umí proniknout do tkání mláděte Lymfocyty z krve to neumí Byly prokázány antigen-specifické lymfocyty v kolostru reagovat na specifický antigen Jejich role v ochraně mláděte není jasná

9 Kolostrum a imunoglobuliny Interferuje kolostrální imunita s aktivní odpovědí na vakcinaci? Kolostrem získané protilátky interferují s aktivní odpovědí na vakc Roli hraje několik potenciálních mechanismů: neutralizace oslabených živých vakcín, maskování B-lymfocytárních epitopů, Niewiesk, Front. Immunol., 2014 Siegrist, Vaccine, Kolostrum a imunoglobuliny Kolostrem získané protilátky interferují s aktivní odpovědí na vakc Roli hraje několik potenciálních mechanismů: neutralizace oslabených živých vakcín, maskování B-lymfocytárních epitopů, inhibice aktivace B-lymfocytů přes signál zprostředkovaný Fc-re Kolostrum a imunoglobuliny Niewiesk, Front. Immunol., 2014 Siegrist, Vaccine, 2003.

10 Kolostrum a imunoglobuliny Mléko a imunoglobuliny Hlavní isotyp je IgA. Téměř všechny imunoglobuliny v mléce jsou produkovány lokálně v mléčné žláze. Tyto imunoglobuliny nejsou vstřebávány. Před účinkem enzymů jsou chráněny tzv. sekreční komponentou. Chrání střevo před adhezí patogenů. IgA produkující buňky v mléčné žláze jsou dvou původů: střevo a horní cesty dýchací prasnice. Bohl et al., Infect. Immun., Bohl and Saif, Infect. Immun., Bourne and Curtis, Immunology, Lanza et al., Am. J. Vet. Res., Mléko a imunoglobuliny Mléko a imunoglobuliny Migrace těchto buněk do mléčné žlázy je řízena CCL28 / CCR10. a umožněná interakci mezi MadCAM a α4β7 v případě původu ze střeva VCAM-1 a α4β1 v případě původu z respiračního traktu Hieshima et al., J. Immunol., Bourges et al., Mol. Immunol., Lazarus et al., J. Immunol., 2003.

11 Mléko a imunoglobuliny volný dimer IgA endocytóza transcytóza uvolnění EXPERIMENT DOKUMENTUJÍCÍ VÝZNAM LAKTOGENNÍ IMUNITY IMUNNÍ MATKA NEIMUNNÍ MATKA KOLOSTRUM KOLOSTRUM J-řetězec poly-igr se sekreční komponentou MLÉKO Z IMUNNÍ MATKY MLÉKO Z NEIMUNNÍ MATKY Postnatální vývoj Postnatální vývoj Mnoho různých faktorů může ovlivnit postnatální vývoj imunitního systému: Postnatální vývoj

12 Postnatální vývoj Mnoho různých faktorů může ovlivnit postnatální vývoj imunitního systému: Postnatální vývoj Mnoho různých faktorů může ovlivnit postnatální vývoj imunitního systému, ale obecně: hladina kolostrálních protilátek vymizení laktogenní imunity zvýšení počtu CD4/CD8 dvojitě-pozitivních lymf změny v distribuci subpopulací γδ-tcr lymfocy schopnost odpovědi na vakcinaci Markowska-Daniel et al., Vet. Immunol. Immunopathol, Pomorska-Mól et al., Vet. J., Sinkora et al., Vet. Immunol. Immunopathol., Stepanova et al., Cell. Immunol., 2007 Postnatální vývoj Postnatální vývoj

13 ODPOVĚĎ NA IMUNIZACI PARVOVIREM stáří 1 týden stáří 2 týdny stáří 4 týdny stáří 6 týdnů stáří 8 týdnů