ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Παθοφυσιολογία Ι Ανοσολογία - Ρευματολογία Υπεύθυνος μαθήματος: Καθηγητής Παθολογίας/Ρευματολογίας, Αλέξανδρος Α. Δρόσος
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.
Φλεγμονή Αλέξανδρος Α. Δρόσος Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Ιωαννίνων
Φλεγμονή (Ι) Η φλεγμονή αντιπροσωπεύει την πρωτογενή διεργασία με την οποία ο οργανισμός αμύνεται έναντι των λοιμώξεων ή αντιδρά σε ιστική βλάβη και επιτυγχάνει την ανατομική και λειτουργική αποκατάσταση των βλαβών Πυροδοτείται από: Φυσικά αίτια (τραύμα, ακτινοβολία, έγκαυμα, χημικές ουσίες) Λοιμώξεις: απελευθέρωση προϊόντων αποδόμησης των βακτηρίων ή των κατεστραμμένων κυττάρων Άλλα αίτια
Φλεγμονή (ΙΙ) Φλεγμονή είναι η απάντηση σε ανοσιακά και μη ερεθίσματα η οποία φέρνει λευκοκύτταρα και μόρια του πλάσματος στα σημεία της λοίμωξης ή ιστικής βλάβης Φλεγμονή Οξεία Χρόνια
Οξεία φλεγμονή Χαρακτηρίζεται από: αιματικής ροής, αγγειακής διαπερατότητας για μεγάλα μόρια του ορού μετανάστευσης των λευκοκυττάρων διαμέσου του ενδοθηλίου Αποτέλεσμα είναι: απελευθέρωση πλάσματος (οίδημα) και κυτταρικών στοιχείων στον εξωκυττάριο ιστό αραίωση τοξικών ουσιών και λεμφικής ροής διήθηση ιστών με φαγοκύτταρα που συνεπάγεται την καταστροφή λοιμογόνων παραγόντων, την κάθαρση ιστών από τα νεκρωτικά υπολείμματα και την απελευθέρωση κυτταροκινών για κινητοποίηση μηχανισμών επούλωσης
Κλινικά χαρακτηριστικά οξείας φλεγμονής Ερυθρότητα Θερμότητα Οίδημα Γαληνός Πόνος Απώλεια λειτουργικότητας Virchow
Gout: podagra
Χρόνια φλεγμονή Η χρόνια φλεγμονή αποσκοπεί στην επούλωση των αλλοιώσεων που προκλήθηκαν στη διάρκεια της οξείας φλεγμονής Επιτυγχάνεται με την κάθαρση της περιοχής της φλεγμονής από τα προϊόντα της οξείας φλεγμονής και με την αποκατάσταση των ιστών που υπέστησαν βλάβη Ενδέχεται να αναπτυχθεί ίνωση για περιχαράκωση της λοίμωξης ή των νεκρωμένων περιοχών
Innate immunity, Adaptive immunity infection day (immediate) Complement Mast cell Resident macrophage (within hours) Neutrophils Monocytes Macrophage Innate immunity 0 1 2 3 4 5 6 7 Present before infection Limited and fixed specificity Does not improve No memory Memory B and T cells Secondary immune response Adaptive immunity (after 5-7 days) B and T cells Primary immune response Develop in response to infection Diverse and specific Improve in specificity Immunological memory
Neutrophil Hematopoietic stem cell (HSC) Bone marrow Myeloid pregenitor Multilobed nucleus Granulocyte-monocyte progenitor Blood Monocyte 1-6% Neutrophil 50-70% Granules (granulocytes) Short lived (only a few days) and non-dividing
Neutrophil granule components Components of the primary granules are released into the infection site by degranulation. Lysozyme (primary and secondary granules): Hydrolyze peptidoglycan of bacteria cell wall. Phospholipase A2 (primary granule): Hybrolyze phospholipids in bacteria membrane. BPI (bactericidal permeability-increasing protein, primary granule): Disrupt bacterial membrane. Defensins (primary granule): Disrupt bacterial membrane. Serprocedins (primary granule, a family of serine proteaes): Disrupt membrane and proteolysis. Myeloperoxidase (primary granule). Generates hypochlorous acid and chloramines. Lactoferrin (Secondary granule): Chelate iron.
Regulation of neutrophil homeostasis
Macrophage Localisation From Gordon 2002
Macrophages initiate inflammation Macrophages release cytokines that affect other cells (e.g., endothelial cells). Cytokines from non-macrophages may activate macrophages, dendritic cells and cause inflammation Macrophages may release toxic molecules including reactive oxygen species, nitric oxide and other
(IL-8) Cytokines are proteins or peptides. They might act on the cell that made them, on neighbors or on distant cells
The role of mast cell-dependent inflammatory process
Acute inflammation Immediate and early response to tissue injury (physical, chemical, microbiologic, etc.) Vasodilatation Vasodilation Vascular leakage and edema Leukocyte emigration (mostly PMNs)
Leukocyte cellular events Leukocytes leave the vasculature routinely through the following sequence of events: Margination and rolling Adhesion and transmigration Chemotaxis and activation They are then free to participate in: Phagocytosis and degranulation Leukocyte-induced tissue injury
Neutrophils are recruited to sites of inflammation Induction of cell adhesion molecules Complement Mast cell M Inflammatory mediators Inflammation Activated or inflamed endothelium
Προσκολλητικά μόρια Είναι πρωτεΐνες που είναι συνδεδεμένες στην κυτταρική μεμβράνη και επιτρέπουν το ένα κύτταρο να αλληλεπιδρά με κάποιο άλλο Συχνά διαθέτουν διαμεμβρανικό τμήμα και συνδέονται με τον κυτταροσκελετό διευκολύνοντας την έλξη προς άλλα κύτταρα ή εξωκυττάρια ουσία καθώς κινούνται Βρίσκονται είτε σε κυστίδια-αποθήκες ή παράγονται εκ νέου
Σελεκτίνες Είναι προσκολλητικά μόρια και περιλαμβάνουν την Ε-σελεκτίνη, Ρ-σελεκτίνη (ενδοθήλιο, ΑΜΠ) και την L-σελεκτίνη (λευκοκύτταρα) Συνδέτες των σελεκτινών είναι μόρια υδατανθράκων π.χ. Ε, Ρ σελεκτίνες ενεργοποιμένου ενδοθηλίου συνδέονται στον παράγοντα σιαλυλ-lewis-x που σχετίζεται με το μόριο CD15. P-selectin glycoprotein ligand εκφράζεται στα Th1 Η προσωρινή πρόσδεση των λευκοκυττάρων στο ενδοθήλιο γίνεται με βοήθεια χυμοκινών και χημειοτακτικών παραγόντων
Ιντεγκρίνες Οι ιντεγκρίνες είναι ομάδα προσκολλητικών μορίων που υπάρχουν σε πολλά κύτταρα π.χ. λευκοκύτταρα Μόριο ιντεγκρινών: α, β αλυσίδες που διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη Κατατάσσονται σε 3 οικογένειες ανάλογα τη β αλυσίδα β1 ιντεγκρίνες: σύνδεση κυττάρων σε εξωκυττάριο υλικό β2 ιντεγκρίνες: προσκόλληση λευκοκυττάρων στο ενδοθήλιο ή άλλα κύτταρα β3 ιντεγκρίνες: αλληλεπίδραση ΑΜΠ και ουδετεροφίλων σε περιοχές φλεγμονής ή αγγειακής βλάβης Πολλές ιντεγκρίνες μπορεί να συνδεθούν σε περισσότερους συνδέτες π.χ. LFA-1 συνδέεται με ICAM-1 και ICAM-2
Ιντεγκρίνες γενική δομή ιντεγκρίνης α β λευκοκύτταρο Ιντεγκρίνη συνδέτες έκφραση VLA-1 α 1 β 1? Τ κύτταρα, ινοβλάστες VLA-2 α 2 β 1 κολλαγόνο ενεργοποιημένα Τ κύτταρα, αιμοπετάλια VLA-3 α 3 β 1 λαμινίνη, κολλαγόνο, ινονεκτίνη νεφρός, θυρεοειδής VLA-4 α 4 β 1 VCAM-1, ινονεκτίνη λεμφοκύτταρα, μερικά φαγοκύτταρα VLA-5 α 5 β 1 ινονεκτίνη μερικά λευκοκύτταρα, αιμοπετάλια VLA-6 α 6 β 1 λαμινίνη ευρεία κατανομή LPAM-1 α 4 β 7 MAdCAM-1 (VCAM-1) μερικά Τ κύτταρα LFA-1 α L β 2 ICAM-1, ICAM-2 (ICAM-3) τα περισσότερα λευκοκύτταρα CR3 α M β 2 C3b, C4b, ICAM-1 μονοπύρηνα φαγοκύτταρα, ουδετερόφιλα CR4 α Χ β 2 C3b, C4b, ICAM-1? μακροφάγα
Κυτταρικά προσκολλητικά μόρια Τα προσκολλητικά μόρια των ενδοθηλιακών κυττάρων που αλληλεπιδρούν με ιντεγκρίνες και ανήκουν στην υπεροικογένεια των ανοσοσφαιρινών περιλαμβάνουν: ICAM-1 ICAM2 VCAM-1 MAd-CAM-1
Leukocyte-endothelial cell adhesion receptors
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Inflammation induces the expression of E or P-selectin in endothelial cells. E, P-selectin bind to mucins on leukocytes (PSGL-1 on neutrophil). Ser, thr-rich protein Leukocyte membrane cell adhesion molecules (CAM). mucins E or P-selectin Carbohydrate chains Sialyl-lewis x Lectin domain Endothelial cell membrane
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Activated integrins interact with immunoglobulin superfamily CAMs (ICAMs) integrin leukocyte Neutrophil integrin LFA-1 (leukocyte function associated antigen-1; CD11a/CD18) CR3 (Mac-1; CD11b/CD18) CR4 (p150,95; CD11c/CD18) Ig domain ICAM Endothelial cell
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Interaction between E,P-selectin and PSGL-1 slows down neutrophils Blood flow Rolling Blood vessel PSGL-1 (mucin-like CAM) E-selectin Inflammation Tissue
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Activated integrins interact with Ig -superfamily CAM (ICAMs) on endothelial cells to form tight adhesion and arrest of neutrophils Integrin (LFA-1) ICAM Activated integrin ICAM Loose attachment tight adhesion, and arrest
Information transfers in innate immune responses
Leukocyte recruitment to sites of inflammation New Science Press Ltd. 2004
Transmigration (diapedesis) Occurs after firm adhesion within the systemic venules and pulmonary capillaries via PECAM 1 (CD31) PMN should then cross the basement membrane
Neutrophil activating factors
Chemotaxis Leukocytes follow chemical gradient to the site of injury (chemotaxis) Soluble bacterial products Complement components (C5a) Cytokines (chemokine family e.g., IL-8) LTB4 (AA metabolite) Chemotactic agents bind surface receptors, inducing calcium mobilization and assembly of cytoskeletal contractile elements
Χυμοκίνες (Ι) Είναι ομάδα από τουλάχιστον 40 μικρές κυτταροκίνες που εμπλέκονται στην κυτταρική μετανάστευση, ενεργοποίηση και χημειοταξία. Καθορίζουν ποια κύτταρα και πότε θα περάσουν το ενδοθήλιο κατευθυνόμενα στους ιστούς Δύο σημεία σύνδεσης: ένα για υποδοχέα και ένα δεύτερο για υδατανθρακικές ομάδες πρωτεογλυκανών (π.χ. θειική ηπαράνη) μέσω των οποίων συνδέονται στο ενδοθήλιο Παράγονται είτε από ενδοθηλιακά κύτταρα (σωμάτια Weibel Palade) είτε από κύτταρα των ιστών και μεταφέρονται στο ενδοθήλιο
Χυμοκίνες (ΙΙ) Κατατάσσονται σε 4 οικογένειες ανάλογα τη θέση ριζών κυστεΐνης: CXC (α-χυμοκίνες), CC (β-χυμοκίνες), C, CXXXC Υποδοχείς χυμοκινών: 7 διαμεμβρανικά τμήματα και συνδέονται σε G-πρωτεΐνες Χυμοκίνες δρουν συνήθως σε περισσότερους από ένα υποδοχείς και αντίστροφα Ονομασία υποδοχέων γίνεται από τις αντίστοιχες χυμοκίνες π.χ. CXCR1 κλπ.
Υποδοχείς χυμοκινών ΜØ Τ Η 1 Τ Η 2 ηωσινόφιλο ουδετερόφιλο (CCR1) CCR1 (CCR1) CCR1 (CCRI) CCR2 CCR2 CCR2 CCR2 CCR2 CCR5 CCR5 CCR3 CCR3 CCR3 CXCR1 CXCR3 CXCR2 MIP-1α + + + + + MIP-1β + + RANTES + + + + + + MCP-1 + + + + + MCP-2,3 + + + + + + MCP-4 + + + + + Ηωταξίνη + + + IL-8 + GrO + IP-10,Mig + βασεόφιλο
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation IL8 activates integrins. C-C subgroup CC C C Chemokines C-X-C subgroup e.g. IL8 (CXCL8) CXC C C Chemokine Receptors (CXCR2, CXCR1) membrane 7 transmembrane domains G protein Signal transduction Cell adhesion Activation of Integrins
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Chemokine (IL-8) Activation of neutrophils by chemoattractants C5a N-formyl-peptides, etc IL-8, Endothelial cell C5a IL8 Complement Inflammation Macrophage N-formyl-peptides (from dead bacteria)
Recruitment of neutrophils to sites of inflammation Neutrophils migrate through endothelial cells. IL8 (or other chemoattractants) gradient guides neutrophil toward the site of infection. diapedesis Proteoglycans of extracellular matrix IL8 gradient chemotaxis Infection
Extravasations of monocytes
Platelet-derived soluble immune mediators Von Hundelshausen, P. et al. Circ Res 2007;100:27-40
Platelet-endothelium adhesion
Platelet-derived mediators stimulate inflammation
Activated platelets participate in crucial cell-cell interactions and provide signals in the immune continuum
Phagocytosis 1. Phagocytosis is initiated by Opsonin receptors Immunoglobulin Fc receptors Complement receptors Phagocytic receptors 2. Phagosomes fuse with granules (lysosome) Primary (azurophil) granule Secondary granule 3. Bacteria is destroyed in the phagolysosome Oxygen-dependent Oxygen-independent Toxic oxygen products Toxic nitrogen products Acidification Antimicrobial peptides hydrolases Nutrient competitors
Neutrophils destroy bacteria by phagocytosis and degranulation degranulation phagocytosis phagosome phagolysosome
Phagocytes make superoxide
Leukocyte-induced tissue injury Destructive enzymes may enter extra-cellular space in event of: Premature degranulation Frustrated phagocytosis (large, flat) Membranolytic substances (urate crystals) Persistent leukocyte activation (RA, emphysema)
Leukocyte-induced tissue injury
Μεταβολίτες αραχιδονικού οξέος Φωσφολιπίδια μεμβράνης Φωσφολιπάσες Αραχιδονικό οξύ κυκλοξυγενάση λιποξυγενάση Θρομβοξάνη Α 2 (ΑΜΠ) Προσταγλανδίνη Προστακυκλίνη Ι 2 (ενδοθήλιο) Λευκοτριένα
Ο μεταβολισμός του αραχιδονικού οξέος σιτευτικό κύτταρο Άμεση απάντηση ΙΣΤΑΜΙΝΗ μεμβρανικά φωσφολιπίδια Παρατεταμένη απάντηση φωσφολιπάση Α (ή C) COOH μακροφάγο αραχιδονικό οξύ κυκλοξυγονάση λιποξυγονάση PGG 2 και PGH 2 LTA 4 PGE 2 PGI 2 TxA 2 PGD 2 PGF 2α LTB 4 LTC 4 LTD 4
Membrane phospholipids Diverse physical, chemical, inflammatory, and mitogenic stimuli Arachidonic acid Phospholipase A 2 Prostaglandin G/H synthase 1 (cyclooxygenase 1) Prostaglandin G 2 Prostaglandin H 2 COX HOX Prostaglandin G 2 Prostaglandin H 2 Prostaglandin G/H synthase 2 (cyclooxygenase 2) Tissue-specific isomerases Prostanoids Prostacyclin Thromboxane A 2 Prostaglandin D 2 Prostaglandin E 2 Prostaglandin F 2α Receptors IP TP α, ΤΡ β DP 1, DP 2 EP 1, EP 2, EP 2, EP 4 FP α, FP β Endothelium, kidney, platelets, brain Platelets vascular smoothmuscle cells, macrophages, kidney Mast cells, brain, airways Brain, kidney, vascular smoothmuscle cells, platelets Uterus, airways, vascular smoothmuscle cells eye N Engl J Med 345: 433-442, 2001
With the progression of the inflammatory response, the alteration of the endothelial cell adhesion molecule expression activates other populations of leukocytes to adhere (monocytes, lymphocytes, etc)
Apoptosis regulates inflammation
Neutrophils are short-lived and die by apoptosis (programmed cell death) Neutrophil apoptosis prevents excessive tissue damage during inflammation. Apoptosis avoids the release of potentially inflammatory material.! Macrophage phagocytose dead neutrophils.
Anti-inflammatory effects of apoptotic cells
Onset and resolution of inflammation
Failure of resolution.. Inflammation!
Η έναρξη της αντίδρασης οξείας φάσης ΑΙΜΑ Περιθωριοποίηση Χημειοταξία Ενδοθήλιο Αιμοπετάλια TGF-β IL-1 TNF IL-6 Μονοπύρηνα Φαγοκύτταρα ΚΝΣ Πυρετός ΙΣΤΟΙ IL-8 IL-1 TNF MCP Στρώμα Κορτιζόλη Μονοκύτταρο ICAM-1 IL-1 IL-1 TNF IL-6 Ουδετερόφιλο ELAM-1 Ηπατοκύτταρο Πρωτεΐνες οξείας φάσης
Τέλος Ενότητας
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σημειώματα
Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ. http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1059.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκοντες: Βούλγαρη Παρασκευή, Γουδέβενος Ιωάννης, Δαλαβάγκα Γιοβάννα, Δρόσος Αλέξανδρος, Ελισάφ Μωυσής, Καράσσα Φωτεινή, Κατσούρας Χρήστος, Κοραντζόπουλος Παναγιώτης, Κουλούρας Βασίλειος, Κωλέττης Θεόφιλος, Κωνσταντινίδης Αθανάσιος, Λιάμης Γεώργιος, Λυμπερόπουλος Ευάγγελος, Μηλιώνης Χαράλαμπος, Μιχάλης Λάμπρος, Νάκα Αικατερίνη, Νάκος Γεώργιος, Τσιμιχόδημος Βασίλης. Υπεύθυνος μαθήματος: Αλέξανδρος Α. Δρόσος, Καθηγητής Παθολογίας/Ρευματολογίας «Παθοφυσιολογία Ι. Ανοσολογία - Ρευματολογία». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1059.
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.