Osnove imunologije. antigene imunskim celicam, to je limfocitom.

Transcript

1 Osnove imunologije Govorimo o vedi, ki raziskuje odpornost organizma pred vdorom tujkov, različnih tujih proteinov oziroma antigenov. Antigeni so snovi, ki v našem organizmu sprožijo verižno reakcijo t.i. imunski odziv. Med pogoste antigene uvrščamo bakterije, viruse, glive in parazite. Pod pojem antigen uvrščamo tudi druge snovi, npr. zdravila, pelod, različne kemikalije tudi v določenih primerih lastne telesne celice. Imunski sistem sestavljajo limfatični organi, celice, imunoglobulini in citokini. Imunski sistem ne deluje povsem avtonomno, njegovo delovanje dopolnjuje še nevrološki in endokrini sistem. Izsleditev tujka v našem organizmu ne sproži samo nastanek imunskega odziva, temveč verižno reakcije, kjer sodelujejo tudi drugi organski sistemi. Tipični primer imunskega odziva je vnetna reakcija. V določnih primerih pa je lahko imunski odziv prekomerno odziven (npr. alergijske in avtoimune bolezni) ali pomanjkljivo odziven npr. (bolezni pomanjkljive imunske odzivnosti). Fagocitoza Je proces na mikro nivoju pri katerem nekatere celice požirajo tujke. Fagocitoza spada med pomembnejše vidike naravne odpornosti. Bolniki pri katerih je okvarjen proces fagocitoze, pogosto zbolevajo za gnojne okužbe. Za fagocitozo so zadolžene t.i. fagocitne celice. V resnici so fagocitozo zmožne mnoge celice, če ne kar vse. Pri fagocitih pa je ta lastnost posebno izražena in takšne celice požirajo tujke v mnogo večjem obsegu kot druge. Med fagocite sodijo nevtrofilni granulociti in monociti, ki so zapustili krvni obtok in se naselili med drugimi celicami. Monociti iz tkiva se imenujejo tudi makrofagi. Makrofagi so najpomembnejše fagocitne celice, saj je njihova glavna naloga, da predstavljajo antigene imunskim celicam, to je limfocitom. Nevtrofilni granulociti Izvirajo iz krvnih matičnih celic 1. Človeški organizem vsebuje okoli nevtrofilcev/kg telesne mase in večina se jih nahaja v kosten mozgu. Spremembe v številu nevtrofilcih granulocitov so tudi diagnostično značilne in pomembne. Povečanje njihovega števila in pojav mladih oblik v kostne mozgu, to je iz celic z nesegmentiranimi ali pomanjkljivo segmentiranimi jedri, kaže na akutno okužbo. Paradoksno pa lahko pri otrocih, ki so se rodili prezgodaj opazimo ob hudih okužbah pomanjkanje nevtrofilecv nevtropenijo. Omenjena nevtropenija je posledica neučinkovitega praznjenja kostnega mozga. Nevtrofilni granulociti imajo veliko sposobnost fagocitiranja in t.i. znotrajceličnega uničevanja. Tujke po vdoru v organizem zajamejo v nekaj minutah in občutljive bakterije ubijejo prej kot v eni uri (Slika 25). Pri fagocitozi morajo fagociti predhodno tujke tudi prepoznati, kar jim omogočajo ustrezni receptorji. Receptorji na fagocitih so splošni, nespecifični in prepoznavajo neznačilne antigenske strukture. Fagocitne celice lahko torej antigene neposredno prepoznajo in jih neposredno tudi ubijejo. S specializacijo so fagocitne celice pridobile določene molekulske skupine na molekulah protiteles ali sestavin komplementarnega sistema. Oblepljanje antigenov s protitelesi ali s sestavinami komplementarnega sistema imenujemo opsonizacija. 1 Krvne matične celice se lahko v ustreznih okoliščinah preoblikujejo v katerokoli krvno celico.

2 Slika 25. Proces fagocitoze Kotnik V., Košnik M., Mivšek Mušič E. Klinična imunologija. V Kocijančič A. (ur.), Mrevlje F. (ur.), Štajer D. (ur.): Interna medicina, Ljubljana: Littera Picta d.o.o: 2005 Znotrajcelično ubijanje v glavnem poteka na dva načina: z nastankom kisikovih in z nastankom dušikovih reaktivnih radikalov. Prvo imenujemo oksidativni izbruh, kjer je zaslediti značilno povečanje presnove glukoze in povečano porabo kisika. Drugi ubijalski način ki ga uporabljajo predvsem makrofagi je izdelava dušikovih reaktivnih proizvodov. Med njimi je najbolj znan: dušikov oksid (NO), dušikov dioksid (NO 2 ), dušična kislina (HNO 2 ) in monokloramin (H 2 NCl). Zdi se, da je od dušikovega oksida odvisen ubijalski način nepogrešljiv za uspešno ubijanje bakterij, gliv, parazitov in protozojev. Pomembno pa je tudi pri antitumorskem delovanju makrofagov. Obstajajo tudi manj običajni načini ubijanja mikroorganizmov. Pri tem so pomembni lizocim in hidrolaze, ki uspešno razgrajujejo tujke. Citotoksični peptidi defenzini, ki so bogati s cisteinskimi aminokislinskimi ostanki, le ti oblikujejo krožne molekulske tvorbe in se podobno kot terminalni kompleksi komplementarnega sistema ali perforini celic ubijalk vgradijo v celično membrano. V celični membrano naredijo cevasto strukturo, ki omogoča neovirano in nekontrolirano izmenjavo ionov iz intra in ekstracelularnega prostora. Tako učinkovito ubijajo stafilokoke, streptokok, E. coli, Pseudomonas aeruginosa in Heamophilus influenze. Pomembna ubijalska molekula iz tega sistema je tumorje nekrotizirajoči faktor alfa (TNFα), ki je citokin in ima pomembno vlogo pri ubijanju nekaterih tumorskih celic. Ob fagocitozi se pomembno spremeni membrana fagocitne celice. Pojavljajo se adhezijske molekule, ki naredijo celice bolj lepljive za žilne stene. Istočasno se spremenijo tudi stene krvnih žil. Eozinofilni granulociti Po številu so na drugem mestu med granuliranimi levkociti. V nasprotju s nevtrofilci niso zmožni fagocitoze (vsaj obilne ne). Menijo, da so pomembni pri infestacijah s paraziti, posebno črvi. Eozilni granulociti so tudi pomembni dejavniki pri takojšnji preobčutljivosti. Eozinofilni granulociti nosijo v membrani šibko afinitetne receptorje za molekule IgE. Bazofilni granulociti in mastociti Bazofilni granulociti predstavljajo številčno skromno vrsto granulocitov. Po obliki so bazofilcem podobni mastociti, ki

3 jih najdemo v tkivu in so povezani s takojšnjo preobčutljivostjo. Odnos med bazofilci in mastociti je še nejasen, za mastocite pa velja, da obstajata vsaj dve podskupini. Za bazofilce je značilno, da vsebujejo veliko bazoflnih zrnic, ki so polna histamina, poleg tega pa sproščajo bazofilci ob degranulaciji levkotriene, dejavnik, ki aktivira trombocite. Do degranulacije pride, če so na celico vezana protitelesa razreda IgE, uperjene proti določenemu alergenu. Posledica degranulacije je sproščanje histamina. Histamin se veže s hitstaminskimi receptorji na mišicah v žilni steni ali steni dihalnih poti. Pride do širjenja žil ali krčenja bronhov. Posledica tega je zmanjšanje razpoložljivega volumna krvi in dihalna stiska, značilna za astmo. Degranulacijo bazofilcev lahko povzročijo tudi druge snovi. Med njimi so praktično pomembni anafilatoksini. Komplement Komplementni sistem sodi v sistem naravne odpornosti organizma. Filogentestko je to stara oblika obrambe, posebno s svojima podvrstama, aktivacijo po alterantivni in lektinski poti. Aktivacija komplementarnega sistema po klasični metodi zahteva navzočnost protiteles, torej imunskega sistema, ki pa je filogenetsko mlajša oblika. Proces aktivacije kolpementarnega sistem pa nima samo ugodnih posledic. Kadar je aktivacija obsežna (npr. bolezen imunskih kompleksov) lahko nenamensko proženje komplementa in nastajanje terminalnih kompleksov na neprimernih tarčnih celicah povzroči veliko škodo. Da do tega ne prihaja, je proces ustrezno uravnavan. Pomemben regulacijski mehanizem je navzočnost molekule inhibitorja. Ta molekula inhibira aktivacijo drugih molekul. Alternativna pot aktivacije komplementarnega sistema se enako kot klasična konča z nastankom litičnega kompleksa. V nasprotju s klasično potjo, alternativna pot ne aktivirajo protitelesa, ki so vezana na imunski koleks. Pomembni aktivatorji alternativne poti so Gram negativne in pozitivne bakterije, glive, paraziti, nekateri virusi, z virusi okužene celice in celice drugih organov. Poleg tega pa še nekatere agregirane molekule (IgG, IgA, IgE). Tretji način aktivacije komplementarnega sistema je lektinska pot. Glavna tarča te poti so mananski ostanki v ogljikohidratnih molekulah mikroorganizmov (np. Salmonele, listerij, neisserij, Candida albicans)pomanjkljiva aktivacija po mananski poti se klinično lahko kaže z zmanjšano odpornostjo pred okužbo. Posebno izpostavljeni so nezreli novorojenčki, bolniki s težko obliko sistemskega lupusa, bolniki, ki prejemajo imunosupresivno zdravljenje ali jih zdravijo s citostatiki. Citokini So skupina polipeptidov, ki imajo velik vpliv na celice imunskega sistema. Delujejo kot medcelični glasniki ali avtokrini, parakrini in endokrini poti. Posebnost citokinov, da so izredno pleiotropni. Pleiotropnost se kaže v tem, da se morajo vezati na več različnih receptorjev na različnih celicah. Navadno se vežejo z značilnimi receptorji, lahko pa se vežejo s sorodnimi receptorji. Njihovo delovanje se razlikuje glede na tip celic. Sintetizirajo in izločajo jih limfociti, monociti, makrofagi, pa tudi druge hemopoetske in nehemopoetske celice. Med citokine uvrščamo interlevkine, hemopoetske rastne faktorje, tumorje nekrotizirajoči faktor ter interferone. Nekateri citokini so si pri delovanju zelo podobni. Delovanje citokinov je lahko omejeno samo na eno dejavnost, navadno pa teče tako, da eni citokini spodbujajo izločanje in delovanje drugih in ti spet tretjih. Citokini lahko delujejo v določenih razmerah sinergično, v drugih pa anatagonistično.

4 Imunske celice Limfociti B V kosten mozgu iz prolimfocita B nastane prelimfocit B, ki se po vmesnih fazah spremeni v nezreli limfocit B, ta pa nato v zreli limfocit B, ki se naseli v sekundarnih limfatičnih organih (tonzile, pljučno limfoidno tkivo, vranica, limfatični folikli v črevesju Payerjevi poloji, mezenterično limfatično tkivo, limfatično tkivo v okolici rodil in sečil). To obdobje v zorenju limfocitov imenujemo limfopoeza. Dokončno dozorijo limfociti B v sekundarnih linfatičnih organih. Med zorenjem limfocitov B se v njihovi membrani pojavijo molekule membranskega imunoglobulina razreda M (IgM). V naslednji zoritveni fazi se v membrani pojavijo molekule membranskega IgD, ki ima diferenciacijsko vlogo in je pomemben pri t.i. imunoglobulinskemu preklopu, ko izginejo membranske molekule IgM in se pojavijo najprej molekule IgG in nato molekule IgA. Limfociti B, ki niso postali plazmateke, se spremenijo v spominske celice, ki imajo pomembno vlogo ob ponovnem stiku z enakim antigenom. Podobno se zgodi tudi z limfocitom T. Za limfocite B je značilna navzočnost membranskih imunoglobulinskih molekul. Na enem limfocitu so glede na lastnost vezišča le ene vrste imunoglobulinov. Ti so sočasno tudi receptorji, ki prepoznavajo antigen. Ker je antigenov mnogo, ki z njimi reagirajo je tudi limfocitov B prav toliko. Beljakovinskih antigenov limfociti B ne prepoznavajo neposredno, to je lastnost limfocitov T. posebna lastnost limfocitov B je, da poleg prepoznavanja antigenov opravljajo tudi predstavitve antigenov limfocitom T celicam pomagalkam Limfociti T Obstaja več vrst limfocitov T, ki se med seboj morfološko ne ločijo. Tudi oni tvorijo množico podvrst limfocitov, ki so zmožni prepoznavati različne antigene. Po delovanju jih delimo na nekaj pomembnih pubpopulacij, ki imajo posebne naloge. Najpomembnejši limfociti T so celice pomagalke, celice zaviralke, celice ubijalke, celice, ki sodelujejo pri reakciji pomešanih limfocitov in celice pozne preobčutljivosti. Najpomembnejša metoda za odkrivanje limfocitov T je imunofluorescenčna metoda z uporabo monoklonskih preles. Predhodniki limfocitov T pridejo iz kostnega mozga v priželjc (thymus) kot trojno negativne celice Protitelesa imunoglobulini Sodijo v družino serumskih proteinov z lastnostjo, da se specifično vežejo z antigenom (Slika 26). Kadar jih imenujemo s kemijskim imenom, so to imunoglobulini, ko govorimo o njihovi zmožnosti vezave z antigeni pa protitelesa.

5 Slika 26. Elektroforeza človeškega seruma. Kotnik, Vladimir, Košnik, Mitja, Mivšek Mušič, Ema (2005): Klinična imunologija. V Kocijančič, Andreja, Mrevlje, Franc, Štajer, Dušan (ur.): Interna medicina, Ljubljana: Littera Picta d.o.o. Imunoglobulini so zgrajeni iz dveh lahkih in dveh težkih polipeptidnih verig. Lahke verige so tipa κ (kapa) ali λ (lambda). Težke verige so tipov: λ (alfa), β (beta), ε (epsilon), γ (gama) in μ (mikro). Po težkih verigah ločimo imunoglobuline v pet razredov: IgA, IgD, IgE, IgG in IgM. (Slika 27). Lahke in težke verige so med seboj povezane z eno ali več disulfidnimi vezmi. Težki verigi sta povezani na področju, ki ga imenujemo gibljivo mesto. Molekula je zgrajena zelo raznovrstno hipervariabilno in sta z mesti za vezavo z antigensko determianto Fab (Fragment antigen binding), spodnji del molekule pa je odlomek Fc (Fragment crystalizable) pomemben za vezavo protiteles s celično membrano, aktivira komplement, lahko ga kristaliziramo, polipeptidna moledkula se na tem koncu končuje s končno karboksilno skupino. Različna protitelesa imajo do antigenov tudi različne afinitete.

6 Slika 27. Značilnosti protitelesnih molekul različnih imunoglobulinskih razredov Kotnik, Vladimir, Košnik, Mitja, Mivšek Mušič, Ema (2005): Klinična imunologija. V Kocijančič, Andreja, Mrevlje, Franc, Štajer, Dušan (ur.): Interna medicina, Ljubljana: Littera Picta d.o.o. Načini delovanja protiteles in njihove biološke lastnosti Protitelesa in antigeni tvorijo t.i. imunske komplekse. Nastanek in lastnosti imunskih kompleksov so odvisno odvisne od njihovih lastnosti. V preteklosti je sledilo poimenovanje protiteles le po njihovih bioloških lastnosti, neodvisno od kemijske pripadnosti imunoglobulinskim razredom. - preciptini: so protitelesa, ki se vežejo z antigeni v molekularni obliki (npr. albumin). Proizvod takšne vezave je precipitat. To so predvsem imunoglobilni razredaigg (lahko pa tudi IgA, kadar je ta v monomerni obliki). - Aglutinini: so protitelesa, ki se z antigenom vežejo v obliki delcev (npr. eritrociti, bakterije). Rezultat takšne vezave je aglutinat. Aglutiuni so razreda IgM. - Opsonini: so protitelesa razreda IgG, ki se z antigenom vežejo in jih pripravijo na fagocitiranje. Opsonizacija je pojav, ko protitelesa (IgG) prekrijejo antigenske determinante na povzročitelju bolezni, fagociti pa se vežejo z receptorji Fc za fragmente. Takšna vezava je bolj trdna in bolj aktivira makrofage. - Lizini: so protitelesa razreda IgM, IgG in IgA, ki aktivirajo komplement na membrani celice, posledica je liza razpad celice. - Imobilizini: posebna vrsta protiteles, ki nastanejo pri okužbi s Trponema palludum in preprečijo gibanje povzročitelja sifilisa.

7 - Antitoksini: so protitelesa, ki se vežejo s toksini in nevtralizirajo njihovo strupenost. - Nevtralizirajoča protitelesa: so iz razreda IgA in IgG in imajo pomembno vlogo pri nevtralizaciji virusne infektivnosti. Primarni in sekundarni protitelesni imunski odziv Prisotnost določenih antigenov spodbudijo specifične limfocite T in B k razmnoževanju in diferenciaciji. V latentnem obdobju bolezni (latentno obdobje traja po prvem stiku z antigenom od 7 do 14 dni), prepoznavajo limfociti antigenske determinante na povzročitelju bolezni, medsebojno sodelujejo in se preobrazijo v efektorske celice. Plazmatke prično sintetizirati protitelesa razreda IgM in IgG v latentnem obdobju (povprečno 8 dan lahko v serumu dokažemo porast specifičnih protiteles). Kadar gre za primarni imunski odziv, se poveča le množina protiteles razreda IgM, manjše pa je povečanje protiteles razreda IgG. Protitelesa reagirajo z antigenom in če so dovolj uspešna tudi nevtralizirajo njihovo delovanje. S tem se preneha antigenska spodbuda in imunski odziv. Protitelesa, ki so nastala vztrajajo v serumu in medceličnini še nekaj časa, potem pa zaradi katabolizma začno izginjati. Izginjanje običajno traja mesec do dva (odvisno od razpolovne dobe) nato s njihova raven ustali, vendar jih lahko še dokažemo v nizkem titru. Ob ponovnem stiku z enakim antigenom se sproži sekundarni imunski odziv. Zanj je značilno, da je doba latence krajša (3 do 7 dni), poveča se predvsem množina protiteles razreda IgG. Količina protiteles razreda IgM navadne ne presega vrednosti, kot smo jo zabeležili pri primarnem imunskem odzivu. Upadanje ravni se prične po odstranitvi antigena in navadni traja dlje, nekaj mesec ali let (Slika 28). Slika 28. Značilnosti primarnega in sekundarnega protitelesnega imunskega odziva Kotnik, Vladimir, Košnik, Mitja, Mivšek Mušič, Ema (2005): Klinična imunologija. V Kocijančič, Andreja, Mrevlje, Franc, Štajer, Dušan (ur.): Interna medicina, Ljubljana: Littera Picta d.o.o. Celični imunski odziv Celični imunski odziv je posledica delovanja limfoctov T. celični imunski odziv se je razvil zaradi obrambe pred okužbami z znotrajceličnimi paraziti (mikobakterije, glivice, virusi), poglaviten je tudi pri kontaktnem dermatitisu,

8 transplantaciji organov in pri pojavih avtoimunosti in obrambi pred tumorji Limfociti T celice pomagalke Med limfocite T razlikujemo limfocite CD4 celice pomagalke in limfocite CD8 celice ubijalke. Limfociti T celice pomagalke nastopijo v več oblikah kot celice pomagalke tipa Th0, Th1 in Th2. Celice Th1 aktivirajo makrofage in citotoksične limfocite T, zato jih imenujemo tudi vnetni limfociti T, celice pomagalke tipa Th2 pa so celice pomagalke, ki aktivirajo limfocite B. limfociti T Th1 in Th2 se razlikujejo po limfokinih, ki jih sintetizirajo in izločajo. Celce pomagalke Th1 ob stiku z antigenom predstavitveno celico prepoznajo in znotraj nje še antigen. Pride do aktivacije makrofagov in pride do fagocitoze Citotoksični limfociti T Citotoksične celice drugače prepoznajo antigene kot celice pomagalke. Bistvena razlika je v tem, da prepoznavajo citotoksični limfocitni antigene. Ko celice prepoznajo antigen začnejo proliferirati in dozorijo v ubijalske limfocite T. citotoksični limfociti se prilepijo ob tarčno celico in jo ubijejo z neposrednim stikom ali pa se aktivirajo in izločijo topni citoksin. V razrahljani celični membrani nastanejo pore, ki povzročijo smrt celice. Liza celice je ireverzibilen proces. Citotoksični limfociti lahko tudi drugače ubijejo. Pritrdijo se ob tarčno celico in celico zaznamujejo za smrt, pride do apoptoze.