Struktura a funkce imunitního systému

Transkript

1 Struktura a funkce imunitního systému Igor Hochel část III

2 Slizniční imunitní systém slizniční imunitní system tvoří sliznice dutiny ústní, a nosní, dýchacího, trávicího a urogenitálního traktu, sliznice oka, vnitřního ucha, vývody exokrinních žláz včetně mléčné žlázy povrch kůže a sliznic kontakt organismu s obrovským množstvím antigenních, toxických a mitogenních látek imunitní adaptace organismu na antigenní složení zevního prostředí základní rysy slizničního imunitního systému převaha imunoglobulinů třídy A transport polymerních imunoglobulinů do sekretů epiteliálními buňkami přítomnost charakteristických subpopulací T lymfocytů vzájemné funkční propojení jednotlivých sliznic

3 Přirozené ochranné bariery sliznic neimunitní povahy mechanické - pohyb řasinek, longitudiální tok vzduchu a tekutin, peristaltika střeva, vypuzovací pohyby dělohy, zvracení chemické - lysozym v slzách a slinách, pepsin v žaludku, kyselé ph žaludečních šťáv a moči, defenziny, mastné kyseliny na povrchu kůže mikrobiologické - nepathogenní mikroflora, která soutěží s pathogenními mikroorganismy o živiny, adhesivní receptory epitheálních buněk hostitelského organismu, popř. produkuje antibakteriální látky

4 Normální mikroflora sliznic a kůže člověka kůže G + bakterie (Staphylococcus, Micrococcus, Corynebaterium, Brevibacterium, Propionibacterium), malé zastoupení kvasinek a plísní (Toluropsis, Pityrosporum) ústní sliznice G + bakterie (Streptococcus mutans, S. sanguis, Lactobacillus, Bacteroides, Fusobacterium, Peptostreptococcus), G - bakterie (Veillonella) gastrointestinální trakt obligátní i fakultativní anaeroby (bifidobakterie, Bacteroides, Fusobacterium, Escherichia, Lactobacillus, Eubacteria, Enterococcus, Clostridium, Veillonella, Proteus, Klebsiella, Enterobacter, Salmonella) horní cesty dýchací Streptococcus, Staphylococcus, Moraxella, Neisseria, Haemophillus, Bacteroides, Fusobacterium urogenitální trakt G - tyčinky, Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Bacteroides, Clostridium, spirochety, Candida

5 Struktura slizničního imunitního systému (MALT) organisovaný slizniční lymfatický systém lymfoidní folikuly mandle, apendix, Peyerovy pláty Peyerovy pláty cca 100 folikulů; folikulární dendritické buňky, B lymfocyty, T lymfocyty indukce imunitní odpovědi difusní slizniční imunitní systém B a T lymfocyty, makrofágy, neutrofily, mastocyty efektorová část MALT buňky transportující antigen (M buňky) venuly s vysokým endotelem intraepiteliální T lymfocyty výskyt epiteliální vrstva (klky tenkého střeva) TCR αβ (75 % populace buněk) CD8 (80 % buněk) regulační funkce, potlačování imunitní odpovědi proti potravinovým antigenům TCR γδ integrita sliznic regulace růstu a regenerace epiteliálních buněk

6 Humorální mechanismy MALT Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 173.

7 Humorální mechanismy MALT imunitní exkluse neutralisace antigenu na slizničním povrchu molekulami siga, IgM popř. IgG IgA neaktivuje komplement ve spolupráci s obecnými obrannými mechanismy (hlen, pohyb řasinek, peristaltika) jsou komplexy IgA, IgM, IgG s mikroorganismy a dalšími potenciálně toxickými antigeny vyloučeny z organismu imunitní eliminace vazba komplexů s IgA na Fc α -receptory na různých efektorových buňkách fagocytosa v Peyerových placích mohou být komplexy antigenu s IgA zachyceny APC indukce imunitní reakce proti antigenům, které pronikly do sliznice

8 Transport antigenů přes slizniční povrch Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 175.

9 Kolostrální a laktogenní imunita mateřské mléko: obsahuje řadu důležitých živin je zdrojem IgA, CD59 je zdrojem imunokompetentních buněk (makrofágy, neutrofily, B a T lymfocyty, NK buňky) obsahuje faktory lokální ochrany sliznic (lysozym, laktoferin, složky komplementu, interferony a další cytokiny) imunita novorozence je založena na nespecifických mechanismech imunity a částečně na pasivně difundovaném IgG IgA v trávicím traktu novorozence neutralisuje infekční mikroorganismy, jejich toxické produkty, alergeny až do maturace imunitního systému dítěte u některých druhů se z mléka vstřebávají další protilátky (IgG přes neonatální Fc receptor) CD59 po inkorporaci do buněčné membrány chrání epitel před účinky komplementu kojení se nedoporučuje u HIV positivních matek (vysoké riziko přenosu infekce)

10 Struktura imunitního systému kůže epidermis keratinocyty s rozptýlenými intraepiteliálními T lymfocyty, dendritickými buňkami (Langerhansovy buňky) a melanocyty keranocyty sekretují cytokiny (IL-1, IL-6, IL-10, TGF-β, TNF) a mohou exprimovat MHC gp II (presentace antigenu) IL-1, IL-6, TNF mají proznětlivý účinek, indukují imunitní odpověď při infekci a poranění, IL-10 a TGF-β přispívají k fibroplastickým pochodům při hojení Langerhansovy buňky po pohlcení antigenu migrují do periferních uzlin kde stimulují T lymfocyty dermis fibroplasty (produkce kolagenu, odstraňování apoptických buněk) vlasové folikuly, mazové a potní žlázy vaskulární řečiště malé množství T lymfocytů (pamětová T buňky), mastocyty

11 Struktura imunitního systému kůže hojení povrchových ran krevní destičky (regulace tvorby mezibuněčné hmoty z fibrinogenu, fibronektinu a trombosponginu, produkce TGF-β a PDGF plateletderived growing factor) + poškozené keratinocyty neutrofily granulační tkáň + makrofágy (po 4 dnech; modelování nově vznikající tkáně) fibroblasty (sythesa kolagenu)

12 Rozdělení mikroorganismů podle pathogenity komensální a saprofytické mikroorganismy adaptace v organismu hostitele symbiosa zabezpečení různých funkcí (výživa, kompetice s pathogenními organismy) potenciální (oportunní) pathogeny vyvolávají onemocnění u jedinců s defektním nebo oslabeným imunitním systémem pathogenní mikroorganismy vyvolávají infekci u imunokompetentních jedinců aktivují nespecifické přirozené imunitní mechanismy, později antigenně specifické imunitní mechanismy omezit šíření infekce, eliminovat pathogen, neutralizovat produkty metabolismu

13 Antiinfekční imunita druhy infekcí: asymptomatické benigní těžké akutní lokalisované difusní chronické faktory ovlivňující interakce mezi pathogenem a hostitelem: virulence organismu schopnost organismu uniknout obranným mechanismům imunitního systému genová výbava hostitele produkty genů za regulaci imunitní odpovědi a aktuální stav při setkání s pathogenem fysiologický stav hostitele

14 Obrana proti virům NK buňky, interferon-α a β interferony brání replikaci viru v napadených buňkách navozují antivirový stav u zdravých buněk infikované makrofágy produkují IL-12 (silný aktivátor NK buněk) protilátky brání infekci dalších buněk siga blokují adhesi virů na mukosní epitel (respirační viry a enteroviry) IgG a IgM neutralisace virů v krevním oběhu, aktivace komplementu klasickou cestou lyzace citlivých virů komplementem protilátková odpověď spolupráce Th2 s B lymfocyty cytotoxické T lymfocyty rozpoznávají komplexy virových antigenů s MHC gp I na povrchu infikovaných buněk eliminace napadených buněk a produkce cytokinů, které necytotoxicky inhibují replikaci viru

15 Obrana proti virům únik před obrannými mechanismy imunitního systému integrace virové DNA do genomu hostitelské buňky při oslabení imunity dojde k reaktivaci viru papilomavirus po ozáření se spolupodílí na melanomu kůže, při pohlavních infekcích (lokální snížení imunity) se podílí na rozvoji karcinomu děložního čípku varicella reaktivace nervových gangliích vede ke vzniku pásového oparu ohrožení virovými infekcemi: jedinci s protilátkovou deficiencí, deficiencí T lymfocytů, nebo s disfunkcí NK buněk

16 Obrana proti extracelulárním bakteriím extracelulární bakterie - G + a G - koky a tyčinky Streptococcus pyogenes, S. pneumonie, Staphylococcus, Neiserria, Haemophilus, Salmonella, Shigella, Helicobacter, Pseudomonas eliminace: opsonisace složkami komplementu, lektiny, protilátkami pohlcení neutrofily (chemotaktické složky komplementu, N-formylované peptidy bakterií) antibakteriální složky granul, reaktivní kyslíkové radikály respiračního vzplanutí s vyjímkou neisserií jsou bakterie málo citlivé k membranolytickému komplexu komplementu (ochrana buněčnou stěnou) pozdější fáze stimulace antigenně specifických složek imunity stimulace B lymfocytů a produkce IgM pomoc Th2 B lymfocytům isotypový přesmyk a afinitní maturace vysoce afinitní IgG1 siga opsonisace a ochrana před adhezí mikroorganismů na epithelie (proti střevním a respiračním bakteriím) polysacharidová pouzdra bakterií indukce T independentní produkce IgM po navázání na antigen aktivují komplement klasickou cestou proteinové toxiny (Clostridium tetanii, C. botulinum, Corynebacterium diphteriae) neutralisační protilátky LPS septický šok

17 Obrana proti extracelulárním bakteriím polysacharidové antigeny: odpověď na polysacharidové antigeny (pneumokoky, meningokoky) je u člověka fysiologicky nedostatečná až do věku asi 2 let jedinci s nefunkční slezinou nebo po splenektomii slezinné B lymfocyty vážou polysacharidové antigeny a transformují se na plasmocyty produkující IgM očkování komplexy polysacharidů s proteinovým nosičem změna T-independentní odpovědi na T-dependetní a tvorba IgG ohrožení extracelulárními bakteriemi: jedinci s poruchami funkce fagocytů, komplementu a tvorby protilátek, děti do 2 let věku, pacienti s poruchami funkci sleziny nebo po spenektonomii

18 Obrana proti intracelulárním bakteriím intracelulární parasitismus únik před fagocytujícími buňkami hostitele Brucella, Listeria, Yersinia, mykobakterie, kvasinky (Candida), plísně (Aspergillus) eliminace: pohlcení makrofágy vede k produkci IL-12 transformace T prekurzorů na Th1 lymfocyty, které produkují INF-γ INF-γ aktivuje makrofágy (produkce NO) INF-γ stimuluje isotypový přesmyk na IgG2 vazba na povrchové Fc receptory a stimulace makrofágů cytotoxické T lymfocyty eliminují buňky infikované intracelulárními pathogeny, unikající z fagosomů do cytoplasmy (Listeria) ohrožení intracelulárními bakteriemi: jedinci s různými poruchami přirozené i antigenně specifické imunity

19 Obrana proti jednobuněčným parazitům extracelulární parasitické organismy Entamoeba histolytica, Giardia intestinalis obranné mechanismy: protilátky intracelulární parasitické organismy Trypanosoma rhodensiense, T. gambiense, T. cruzi, Leishmania, Toxoplasma gondii, Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae, Babesia sp., Cryptosporidium sp. obrané mechanismy: indukce Th1 a vznik aktivovaných makrofágů

20 Obrana proti mnohobuněčným parazitům dominantním rysem imunitních reakcí proti mnohobuněčným parasitům je produkce IgE po kontaktu s parasitálními antigeny (mastocyty, basofily, eosinofily) se stimuluje proliferace Th2 (produkce IL-4 mastocyty a APC) Th2 lymfocyty stimulují proliferaci a diferenciaci B lymfocytů na plasmocyty vlivem IL-4 dochází k isotypovém přesmyku a produkci IgE IgE se vážou na Fc ε RI mastocytů a basofilů po kontaktu s antigenem stimulují IgE degranulaci a uvolnění cytotoxických mediátorů eosinofily (stimulace IL-5, uvolňovaný Th2 buňkami) Vliv basických proteinů granul eosinofilů na larvu motolice rodu Schistosoma, zleva: intaktní larva počáteční stádium poškození obalu a povrchu larvy úplná destrukce červa

21 Mechanismy poškození tkání infekčním agens přímé produkce toxinů přímý cytotoxický efekt nepřímé iniciace imunitních reakcí poškozující vlastní tkáně hostitele (autoimunitní onemocnění)

22 Receptory hostitele využívané pathogenními organismy k infekci povrchová molekula ligand pathogen CD4 MHC gp II, IL-16 HIV, herpesvirus 7 CD21 (CR2) ic3b, C3dg, CD23 (C-lektin) Epstein-Barr virus CD46 regulace komplementu virus spalniček, herpesvirus 6 CD54 (ICAM-1) LFA-1 rhinoviry, Plasmodium malariae CD66 Neisseria CD71 transferin virus hepatitidy B CD81 virus hepatitidy C CD150 (SLAM) CD150 virus spalniček CD155 poliovirus-r β1-integriny proteiny mezibuněčné hmoty Yersinia, Escherichia coli CR3 (αmβ2 integrin) ic3b, C3b, C3d, CD23, LPS Bordetella, Legionella, mykobacterie, Leischmania β3-integriny (αiiβ3) fibronektin Borrelia

23 Mechanismy úniku pathogenů před obrannými reakcemi organismu hostitele ukrytí v buňce, integrace do genomu hostitele (herpesviry, retroviry) variabilita povrchových molekul proti novým variantám povrchových antigenů musí imunitní systém vytvářet novou antigenně specifickou odpověď (viry chřipky, HIV, Trypanosoma, Plasmodium malariae, pneumokoky, Neisseria gonorhoeae) potlačení exprese MHC gp v napadené buňce chrání pathogenní organismus před účinky T lymfocytů (adenoviry, herpesviry) potlačení presentace antigenů ochranná povrchová vrstva blokuje štěpení pohlceného antigenního materiálu (mykobakteie) potlačení zánětlivé reakce produkce inhibitorů nebo analogů cytokinů (EBV analog IL-10, poxviry a adenoviry inhibitor TNF) inhibice komplementu produkce ochranných proteinů podobných hostitelským ochranným proteinům (herpesviry, vakcinie); ochrana buněčnou stěnou před účinky membranolytickému účinku komplementu; sekrece proteas inaktivující C3a a C5a (Pseudomonas) štěpení siga (Neisseria, Haemophilus)

24 Mechanismy úniku pathogenů před obrannými reakcemi organismu hostitele využití cytokinů hostitele vytvoření životního prostředí pathogena (TNF stimuluje replikaci HIV) integrace molekul vlastních hostiteli do buněčné stěny pathogenu (Borrelia burgdorferi, Treponema pallidum, viry) antigenní mimikry nebo povrchové struktury mikroorganismu napodobující struktury hostitelských buněk (protein M streptokoků napodobuje antigenní struktury myokardiálních buněk) inhibice fagocytosy - zamezení adherence fagocytu, překrývání antigenů buněčné stěny - přítomnost povrchového pouzdra, protein M (Streptococcus pneumoniae, S. pyogenes), produkce exotoxinů cíleně ničící leukocyty (Actinobacillus pleuropneumoniae) inhibice fuse fagosomu s lysosomy (mykobakterie) únik s fagosomu do cytoplasmy (Listeria monocytogenes, Lawsonia intracelularis) inhibice vzniku kyselého ph uvnitř fagolysozomu (Mycobacterium, Chlamydia) produkce antagonistických peptidů po vazbě na TCR inhibují T lymfocyty (HIV, viry hepatitidy typu B)

25 Imunoprofylaxe imunoprofylaxe postupy cíleného zvyšování specifické imunity proti infekčnímu agens specifická antiinfekční imunita aktivní imunisace virulentní vakcína živá avirulentní vakcína inaktivovaná vakcína infekce pasivní imunisace transplacentární (člověk) a kolostrální imunita aplikace specifických imunoglobulinů

26 Aktivní imunisace (vakcinace) předpoklady úspěšné imunisace: imunokompetentní jedinec vyzrálý imunitní systémimunitu je možné navodit u imunokompetentního jedince genetické předpoklady pro odpověď na daný antigen primární předpoklad genetické odpovídavosti je prezentace antigenu některou ze dvou tříd molekul MHC bez imunosuprese a imunodeficience bez interference přijatých protilátek bez léčby (kortikosteroidy, antibiotika) dobře konstruovaná a připravená vakcína účinnost a neškodnost vybraný antigen musí mít imunogenní vlastnosti (navození buněčně zprostředkované imunity, nebo produkce protilátek) vhodné imunisační schéma vhodná doba zahájení imunisace (primární odezva) způsob aplikace vhodný interval revakcinace (sekundární odezva)

27 Typy vakcín živá atenuovaná vakcína obsahuje virus dlouhodobě pasážovaný na tkáňových kulturách avirulentní, s omezenou replikovatelný výhody: vyvolává výraznou buňkami zprostředkovanou a protilátkovou imunitu nevýhody: potenciální možnost zvratu na virulentní kmen, šíření viru v populaci znepřehlednění epidemiologické situace spalničky, příušnice, zarděnky, poliomyelitis Sabinova vakcína, tuberkulosa, žlutá zimnice inaktivovaná vakcína vzniká usmrcením mikroorganismu (ztráta schopnosti vyvolat infekci), používají se celé bakterie (bakterin) nebo chemicky modifikované bakteriální produkty zbavené toxického účinku (toxoid např. tetanus, difterie) slabé imunogeny adjuvans (Freundovo adjuvans), Alum (hydroxid hlinitý) bezpečnější než vakcíny s živým antigenem, revakcinace bakterie (difterie, tyfus), viry (chřipka, klíšťová encefalitida, vzteklina, poliomyelitis Salkova vakcína)

28 Typy vakcín subjednotková vakcína obsahuje jeden nebo více klíčových antigenů isolovaných z infekčního agens nebo připravených synteticky výhody: navození imunitní opovědi proti klíčovému antigenu, eliminace balastních komponent nevýhody: nízká imunogennost, antigen musí být navázán na nosič (liposom, mikrosférické částice) a kombinován s imunostimulačními látkami (lipid A, muramyl dipeptid, cytokiny) hepatitida B, polysacharidová pouzdra hemofilů a meningokoků rekombinantní subjednotková vakcína do bakteriálního producenta (E. coli) je vnesen gen požadovaného antigenu výsledný produkt je isolován a purifikován inaktivovaná vakcína výhody: snadná produkce

29 Typy vakcín vakcína s deletovaným genem virus (bakterie) s upraveným genomem upravený organismus neprodukuje kompletní sadu proteinů rozmnožuje se pouze in vitro, nebo má omezenou replikační schopnost in vivo upravený organismus je avirulentní atenuovaná vakcína vektorová vakcína vektor nepatogenní virus (Vaccinia, ptačí poxviry, adenoviry), prokaryotická nebo eukaryotická buňka je geneticky modifikována rekombinantními technikami vektor produkuje jeden nebo více kritických antigenů DNA vakcíny intramuskulární aplikace plazmidové DNA transfekce 1-5 % myocytů

30 Aplikace vakcín intramuskulární a subkutální aplikace intravenosní aplikace pouze v případě hyperimunisačních postupech pro dosažení systémové odpovědi nebezpečí anafylaktických reakcí intradermální aplikace porovnatelné výsledky jako při intramuskulární a subkutální aplikaci výhody: nutná podstatně menší dávka perorální aplikace intensivní IgA odpověď i v sekretech ostatních sliznic intranasální aplikace lokální imunita zprostředkovaná IgA rychlost nástupu imunity 2-3 dny intraperitoneální aplikace imunita zprostředkovaná IgA na střevní i dalších sliznicích nebezpečí peritonitid

31 Očkovací kalendář termín očkování od 4. dne do 6. týdne typ očkování očkování proti tuberkulose (pouze u rizikových dětí s indikací) od 9. týdne (2. měsíc) očkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně, Haemophylus influenzae typu B, virové hepatitdě typu B, pneumokokům* 3. měsíc očkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně, Haemophylus influenzae typu B, virové hepatitdě typu B, pneumokokům* 4. měsíc očkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně, Haemophylus influenzae typu B, virové hepatitdě typu B, pneumokokům* měsíc očkování proti pneumokokům* 15. měsíc očkování proti spalničkám, příušnicím, zarděnkám do 18 měsíce věku očkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně, Haemophylus influenzae typu B, virové hepatitdě typu B měsíc očkování proti spalničkám, příušnicím, zarděnkám rok přeočkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli rok přeočkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně 13. rok (jen divky) očkování proti karcinomu děložního čípku (lidský papilomavirus)* každých let přeočkování proti tetanu podle vyhlášky 537/2006 Sb, a novely zákona č. 48/2009 Sb., platný od ; * nepovinné očkování hrazené ze zdravotního pojištění

32 Pasivní imunisace pasivní imunisace podávání hotových protilátek (intramuskulárně, intravenosně) výhody: stav specifické chráněnosti je dosažen krátce po aplikaci nevýhody: trvání ochrany je velmi krátké, intravenosní aplikace není bezpečná (anafylaktické reakce) přirozená pasivní imunisace transplacentální přenos IgG kolostrální a laktogenní imunita terapeutická pasivní imunisace zvířecí protilátky proti toxinům (hadí jedy, tetanický toxin, botulotoxin) nevýhody: nebezpečí anafylaktických reakcí profylaktická pasivní imunisace lidské IgG imunisovaných jedinců na ochranu pacientů ohrožených infekcemi (vzteklina, tetanus) imunosuprimovaní jedinci ochrana před planými neštovicemi doplnění hladiny Ig u jedinců s imunoglobulinovými deficiencemi

33 Doporučená literatura Toman M., et al. (2009): Veterinární imunochemie, 2. vydání, Grada Publishing, a.s., Praha, Česká republika, 392 stran. Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunochemie, 4. vydání, Triton Praha, Česká republika, 316 stran. Delves P., Martin S., Burton D., Roitt I. (2006): Roitt s Essential Immunology, 11. vydání, Wiley-Blackwell Publishing, Ltd., Malden, MA, U.S.A., 456 stran.