Struktura a funkce imunitního systému

Struktura a funkce imunitního systému Igor Hochel část III

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

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

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

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

Humorální mechanismy MALT

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

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 Fcα-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

Transport antigenů přes slizniční povrch

Hořejší V., Bartůňková J. (2009): Základy imunologie, 4. vydání, Triton Praha, 175.

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)



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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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 FcεRI 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

Mechanismy poškození tkání infekčním agens 

přímé  produkce toxinů  přímý cytotoxický efekt



nepřímé  iniciace imunitních reakcí poškozující vlastní tkáně hostitele (autoimunitní onemocnění)

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 CD71

Neisseria transferin

CD81 CD150 (SLAM)

virus hepatitidy B virus hepatitidy C

CD150

CD155

virus spalniček 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

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)

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)

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

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)

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)

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

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

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

Očkovací kalendář termín očkování

typ očkování

od 4. dne do 6. týdne

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*

11.-15. 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

21.-28. měsíc

očkování proti spalničkám, příušnicím, zarděnkám

5.-6. rok

přeočkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli

10.-11. rok

přeočkování proti záškrtu, tetanu, dávivému kašli, dětské obrně

13. rok (jen divky)

očkování proti karcinomu děložního čípku (lidský papilomavirus)*

každých 15-20 let

přeočkování proti tetanu

podle vyhlášky 537/2006 Sb, a novely zákona č. 48/2009 Sb., platný od 1.1.2013; * nepovinné očkování hrazené ze zdravotního pojištění

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

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.