INFEKČNÉ OCHORENIA

ENGLISH

 

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE JESSENIOVA LEKÁRSKA FAKULTA V MARTINE Ústav mikrobiológie a imunológie Sklabinská 26 , 036 01 Martin

 

IMMUNOLÓGIA – KAPITOLA PRVÁ

VRODENÁ (NEŠPECIFICKÁ) IMUNITA
 

Gene Mayer, Ph.D
Emertius Professor of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina

Překlad:

Elena Novakova, MD, PhD
a
MUDr. Martina Neuschlová, PhD.

Institute of Microbiology and Immunology
Jessenius Faculty of Medicine in Martin
Comenius University in Bratislava

 

VIETNAMESE

FRENCH

SPANISH

PORTUGUESE

ALBANIAN

TURKISH

Let us know what you think
SPÄTNÁ VÄZBA

VYHĽADÁVANIE

Logo image © Jeffrey Nelson, Rush University, Chicago, Illinois  and The MicrobeLibrary

 CIELE VÝUČBY
Rozpoznať význam imunitného systému v boji proti infekciám a chorobám

Rozlíšiť medzi nešpecifickým (vrodeným) a špecifickým (získaným) imunitným systémom

Objasniť mechanizmy bojújúce proti infekcii / chorobe (zabíjanie patogénov)

Poznať humorálne a bunkové zložky nešpecifickej imunity
 

oznámiť sa s mechanizmom účinku humorálnych a bunkových zložiek nešpecifickej imunity
 

Obrázok 1
Prehľad imunitného systému
 

Obrázok 2
Bunky imunitného systému
 

Obrázok 3
Vznik a vývoj buniek imunity
 

VRODENÁ (NEŠPECIFICKÁ) IMUNITA

Prvky vrodeného (nešpecifického) imunitného systému (tabuľka 2) zahŕňajú anatomické bariéry, sekrečné molekuly a bunkové zložky. Medzi mechanické anatomické bariéry patria koža a vnútorné epitelové vrstvy, pohyb čriev a bronchopulmonálnych cílií. S tým súvisia aj chemické a biologické bariéry.

Anatomické bariéry proti infekciám

Mechanické faktory
Epitely tvoria mechanickú bariéru, ktorá je pre väčšinu infekčných vyvolávateľov málo priepustná. Koža teda pôsobí ako naša prvá obranná línia proti útočiacim mikroorganizmom. Odlupovanie odumretých zrohovatených buniek jej najvrchnejšej vrstvy tiež pomáha odstraňovať baktérie a iné infekčné vyvolávatele prichytené na povrch týchto vrstiev. Pohyb vykonávaný cíliami alebo peristaltikou pomáha udržiavať respiračný trakt a gastrointestinálny trakt bez nebezpečných mikroorganizmov. Slzy a sliny pomáhajú predchádzať infekciám očí a úst. Hlien, ktorý pokrýva sliznice respiračného a gastrointestinálneho traktu pomáha chrániť pľúca a zažívací trakt pred infekciami.

Chemické faktory
Mastné kyseliny v pote inhibujú rast baktérií. Lyzozým a fosfolipáza nachádzajúce sa v slzách, slinách a nosovom sekréte môžu rozkladať bunkovú stenu baktérií a narušovať membrány baktérií. Nízke pH potu a žalúdočných sekrétov bráni rastu baktérií. Defenzíny (proteíny s nízkou molekulovou hmotnosťou) nachádzajúce sa v pľúcach a gastrointestinálnom trakte majú antimikrobiálnu aktivitu. Pot tiež obsahuje antimikrobiálne peptidy s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré pôsobia na bunkové membrány baktérií (vrátane MRSA), v ktorých vytvárajú kanály umožňujúce prechod vody a iónov, čo narušuje transmembránový potenciál, a to vedie k smrti bunky. Surfaktant v pľúcach pôsobí ako opsonín (látka, ktora podporuje fagocytózu častíc fagocytujúcimi bunkami).


Biologické faktory
Normálna flóra kože a gastrointestinálneho traktu môže zabrániť kolonizácii patogénnymi baktériami konkurenciou s patogénnymi baktériami o živiny, vylučovaním toxických látok, adherovaním na bunkové povrchy.

 

Humorálne bariéry proti infekciám

Anatomické bariéry sú veľmi účinné pri prevencii kolonizácie tkanív mikroorganizmami. Avšak, ak dôjde k poškodeniu tkanív, narušia sa anatomické bariéry a infekcia sa môže vzniknúť. Akonáhle infekční vyvolávatelia preniknú do tkanív, vstupuje do hry ďalší vrodený imunitný mechanizmus, a to akútny zápal. Humorálne faktory hrajú dôležitú úlohu v zápale, ktorý je charakterizovaný edémom a priťahovaním fagocytujúcich buniek. Tieto humorálne faktory sa nachádzajú v sére alebo sa tvoria v mieste infekcie.
Komplementový systém
Komplement je hlavný humorálny nešpecifický obranný mechanizmus (viď kapitola komplement). Po aktivácii komplementu môže dôjsť k zvýšenej cievnej permeabilite, pritiahnutiu fagocytov a k lýze a opsonizáci baktérií.

Koagulačný systém
V závislosti od závažnosti poškodenia tkaniva môže alebo nemusí byť aktivovaný koagulačný systém. Niektoré produkty koagulačného systému môžu prispievať k nešpecifickej obrane kvôli svojej schopnosti zvyšovať cievnu permeabilitu a pôsobiť ako chemotaktické látky pre fagocyty. Navyše niektoré produkty koagulačného systému sú priamo antimikrobiálne. Napríklad betalyzín, proteín produkovaný krvnými doštičkami počas koagulácie, môže lyzovať mnoho grampozitívnych baktérií pôsobením ako katiónový detergent.

Laktoferín a transferín
Tieto proteíny obmedzujú rast baktérií tým, že viažu železo, čo je základný nutričný faktor pre baktérie.

Interferóny
Interferóny sú proteíny, ktoré môžu obmedzovať replikáciu vírusov v bunkách.

Lyzozým
Lyzozým štiepi bunkovú stenu baktérií.

Interleukín-1
Il-1 vyvoláva horúčku a produkciu proteínov akútnej fázy, z ktorých niektoré pôsobia antimikrobiálne, pretože opsonizujú baktérie.

 

  Obrázok 4A Dva neutrofily v krvnom nátere
© Bristol Biomedical Image Archive (použité so súhlasom)

Obrázok 4B Histopatológia lymfadenopatie pri infekcii HIV-1. Subkapsulárny sínus. Sínus obsahuje zvýšený počet neutrofilov.
CDC/Dr. Edwin P. Ewing, Jr.

Obrázok 4C
Neutrofil – electrónová mikroskopia. Dva segmenty jadra a azurofilné granuly
© Dr Louise Odor, University of South Carolina School of Medicine


  Obrázok 4D Krvný náter a monocyt (vľavo) a dva neutrofily
© Bristol Biomedical Image Archive (použité so súhlasom)

Obrázok 5
Makrofág útočiaci na E.coli (SEM x8,800)
© Dr Dennis Kunkel (použité so súhlasom)
 

Obrázok 6
Alveolárny (pľúcny) makrofág útočiaci na E. coli (SEM x10,000)
© Dr Dennis Kunkel (použité so súhlasom)
 

  Obrázok 6A Eozinofil v krvnom nátere
© Bristol Biomedical Image Archive (použité so súhlasom)

  Obrázok 6B
Histopatológia močového mechúra ukazuje vajíčka Schistosoma haematobium obklopené infiltrátmi eozinofilov
CDC/Dr. Edwin P. Ewing, Jr.
 

  Obrázok 7
Histiocyty – dlho prežívajúce makrofágy nájdené v tkanivách.
© Bristol Biomedical Image Archive (použité so súhlasom)
 

Obrázok 8 Monocyty s pohlteným parazitom malárie.
CDC/Dr. Melvin

  Obrázok 9 Chemotaktická odpoveď na zápalový podnet

Bunkové bariéry proti infekciám

Časťou zápalovej odpovede je priťahovanie polymorfonukleárnych neutrofilov, eozinofilov a makrofágov do miesta infekcie. Tieto bunky sú hlavnou líniou obrany v nešpecifickej imunitnej odpovedi.

Neutrofily
Polymorfonukleárne bunky (PMNL, obrázok 4) sú priťahované do miesta infekcie, kde fagocytujú mikróby a usmrcujú ich intracelulárne. Zároveň však PMNL súčasne prispievajú k poškodeniu tkaniva počas prebiehajúceho zápalu.

Makrofagy
Tkanivové makrofágy (obrázok 5, 6, 7) a ďalšie priťahované monocyty (obrázok 4 a 8), z ktorých sa diferencujú makrofágy, zohrávajú významnú úlohu vo fagocytóze a intracelulárnom zabíjaní mikróbov. Makrofágy sú schopné aj extracelulárneho zabíjania infikovaných alebo poškodených vlastných cieľových buniek. Okrem toho, makrofágy prispievajú k reparačným procesom v tkanivách a fungujú ako antigén prezentujúce bunky, ktoré sú potrebné na vyvolanie špecifických imunitných odpovedí.

Prirodzené zabíjače (NK bunky) a lymfokínom aktivované zabíjače (LAK bunky)
NK a LAK bunky môžu nešpecificky zabíjať vírusom infikované a nádorové bunky. Tieto bunky nie sú časťou zápalovej odpovede, ale sú dôležité v nešpecifickej imunite proti vírusovým infekciám a pri surveillance nádorov.

Eozinofily
Eozinofily (obrázok 6a a 6b) majú v granulách proteíny, ktoré účinne zabíjajú niektoré parazity.

FAGOCYTÓZA A INTRACELULÁRNE ZABÍJANIE

Fagocytujúce bunky

Neutrofily/Polymorfonukleárne bunky
PMNL sú pohyblivé bunky, ktoré majú laločnaté jadro. Môžu byť identifikované na základe charakteristického jadra alebo podľa povrchového diferenciačného antigénu označovaného CD66. Obsahujú dva typy granúl, ktorých obsah je dôležitý pre antimikrobiálne vlastnosti týchto buniek. Primárne alebo azurofilné granuly, ktoré sa nachádzajú najmä v mladších PMNL, obsahujú kationické proteíny a defenziny, ktoré môžu zabíjať baktérie; proteolytické enzýmy ako elastáza, katepsín G, ktoré štiepia proteíny; lyzozým, ktorý rozkladá peptidoglykán bunkovej steny a myeloperoxidázu, ktorá sa podieľa na tvorbe baktericídnych zložiek. Druhý typ granúl sa nachádza najmä v zrelých PMNL a sú to sekundárne alebo špecifické granuly. Obsahujú lyzozým; NADPH oxidázu, ktorá sa podieľa na tvorbe toxických kyslíkových produktov; laktoferín, ktorý vychytáva ióny železa a proteín viažúci B12.

Monocyty/Makrofágy
Makrofágy sú fagocytujúce bunky, ktoré majú charakteristické obličkovité jadro. Môžu byť identifikované morfologicky alebo podľa prítomnosti povrchového markera CD14. Narozdiel od PMNL neobsahuje granuly, ale má veľké množstvo lyzozómov, ktoré majú obsah podobný granulám PMNL.

Odpoveď fagocytov na infekciu

Cirkulujúce PMNL a monocyty reagujú na signály nebezpečenstva (SOS signály) vytvárané v mieste infekcie. SOS signály zahŕňajú N-formyl-metionín obsahujúci peptidy uvoľňované baktériami, peptidy koagulačného systému, produkty komplementu a cytokíny uvoľňované z tkanivových makrofágov, ktoré sa stretli s baktériami v tkanive. Niektoré signály SOS stimulujú endotelové bunky v blízkosti miesta infekcie, aby exprimovali bunkové adhézne molekuly, ako je ICAM-1 a selektíny, ktoré sa viažu na zložky na povrchu fagocytov a spôsobujú, že fagocyty adherujú k endotelu. Vazodilatačné látky produkované v mieste infekcie spôsobujú uvoľnenie spojov medzi endotelovými bunkami a fagocyty potom prechádzajú cez endotelovú bariéru „vtláčením sa“ pomedzi endotelové bunky v procese, ktorý sa nazýva diapedéza (obr. 9). Akonáhle sa v tkanivových priestoroch objavia niektoré signály SOS, pritiahnu fagocyty do miesta infekcie chemotaxiou (pohyb smerom k zvyšujúcemu sa chemickému gradientu). Signály SOS tiež aktivujú fagocyty, čo vedie k zvýšenej fagocytóze a intracelulárnemu zabíjaniu invadujúcich (útočiacich) organizmov.
 

 

Začiatok fagocytózy (Obr. 10)

Fagocytujúce bunky majú na svojich bunkkových membránach celý rad receptorov, prostredníctvom ktorých sa na bunky viažu infekčné agensy. Tie obsahujú:

Fc receptory
Baktérie s IgG protilátkou majú na svojom povrchu exponovanú oblasť Fc a táto časť molekuly Ig sa môže viazať na receptor na fagocytoch. Väzba na Fc receptor si vyžaduje predchádzajúcu interakciu protilátky s antigénom. Väzba baktérií označených IgG na Fc receptor má za následok zvýšenie fagocytózy a aktiváciu metabolických procesov fagocytov (respiračné vzplanutie).

Receptory pre komplement
Fagocytujúce bunky majú receptor pre tretiu zložku komplementu C3b. Väzba baktérií viazaných s C3b na receptor na fagocytoch vedie k zvýšeniu fagocytózy a k stimulácii respiračného vzplanutia.

Scavenger receptory
Scavenger receptory viažu široké spektrum bakteriálnych povrchov, čo vedie k fagocytóze baktérií.

Toll-like receptory
Fagocyty majú rôzne receptory typu Toll-like receptorov (vzor rozpoznávajúcich receptorov alebo PRR), ktoré rozpoznávajú široké spektrum molekulárnych vzorov nachádzajúcich sa na mikroorganizmoch, nazývaných PAMP (molekulárne vzory patogénov) na infekčných vyvolávateľoch. Väzba infekčných vyvolávateľov prostredníctvom Toll-like receptorov vedie k fagocytóze a uvoľneniu zápalových cytokínov (IL-1, TNF-alfa a IL-6) z fagocytov.
 

Fagocytóza

Po adherencii baktérie začne fagocyt vysúvať pseudopódie okolo baktérie. Pseudopódiami nakoniec obklopí baktériu, pohltí ju a uzavrie do fagozómu. Počas fagocytózy sa granuly alebo lyzozómy fagocytu spájajú s fagozómom a vyprázdňujú do nich svoj obsah. Výsledkom je baktéria pohltená vo fagolyzozóme, ktorý obsahuje materiál z granúl alebo lyzozómov

 

Obrázok 11
A. Respiračné vzplanutie: od kyslíka závislé, od myeloperoxidázy nezávislé reakcie
 

B. Respiračné vzplanutie: od kyslíka závislé, od myeloperoxidázy závislé reakcie

Respiračné vzplanutie a intracelulárne zabíjanie

Počas fagocytózy dochádza k zvýšenej spotrebe glukózy a kyslíka, čo sa označuje ako respiračné vzplanutie. Dôsledkom respiračného vzplanutia je, že fagocyt produkuje množstvo zlúčenín obsahujúcich kyslík, ktoré následne zabíjajú sfagocytované baktérie. Toto sa označuje ako vnútrobunkové (intracelulárne) zabíjanie závislé od kyslíka. Okrem toho môžu byť baktérie usmrtené vopred vytvorenými látkami uvoľnenými z granúl alebo lyzozómov po fúzii s fagozómami. Toto sa označuje ako zabíjanie nezávislé od kyslíka.

Intracelulárne zabíjanie závislé od kyslíka a nezávislé od myeloperoxidázy (Obr.11A)
Počas fagocytózy sa glukóza metabolizuje cez
Počas fagocytózy sa glukóza metabolizuje cez pentóza monofosfátový skrat (shunt) a vzniká NADPH. Cytochróm B, ktorý bol súčasťou špecifických granúl, sa spája s NADPH oxidázou a aktivuje ju. Aktivovaná NADPH oxidáza používa kyslík na oxidáciu NADPH. Výsledkom je tvorba superoxidového anionu. Časť superoxidového anionu sa premení na H2O2 a singletový kyslík superoxid dizmutázou. Navyše superoxidový anion môže reagovať s H2O2, čo vedie k tvorbe hydroxylových radikálov a ešte ďalších singletových kyslíkov. Výsledkom všetkých týchto reakcií je výroba superoxidového anionu (O2-), H2O2, singletového kyslíka (1O2) a hydroxylového zvyšku (OH•).

Intracelulárne zabíjanie závislé od kyslíka a závislé od myeloperoxidázy (Obr. 11B)
Po fúzii azurofilných granúl s fagozómom sa myeloperoxidáza uvoľňuje do fagolyzozómu. Myeloperoxidáza využíva H2O2 a halogenidové ióny (najmä Cl-ň na produkciu chlórnanu, vysoko toxickej látky. Niektoré chlórnany sa môžu spontánne rozkladať a pritom vzniká singletový kyslík. Výsledkom týchto reakcií je tvorba toxického chlórnanu (OCl-) a singletového kyslíka (1O2).


Detoxikačné reakcie (Tab. 3)
PMNL a makrofágy majú prostriedky na ochranu pred toxickými medziproduktami kyslíka. Tieto reakcie zahŕňajú dizmutáciu superoxidového anionu na peroxid vodíka superoxid dizmutázou a premenu peroxidu vodíka na vodu katalázou.
 

Intracelulárne zabíjanie nezávislé od kyslíka (tab. 4)
Okrem mechanizmov zabíjania závislých od kyslíka, existujú vo fagocytoch aj mechanizmy nezávislé od kyslíka: kationové proteíny (katepsín) uvoľnené do fagolyzozómu môžu poškodiť bakteriálne membrány; lyzozým rozkladá bunkové steny baktérií; laktoferín viaže železo, čím ochudobňuje baktérie o túto dôležitú živinu; hydrolytické enzýmy rozkladajú bakteriálne proteíny. Preto dokonca aj pacienti, ktorí majú defekt v mechanizmoch zabíjania baktérií závislých od kyslíka, sú schopní zabiť baktérie. Avšak mechanizmy zabíjania závislé od kyslíka sú oveľa účinnejšie pri likvidácii baktérií, preto pacienti s poruchami v týchto mechanizmoch sú oveľa náchylnejší na závažnejší priebeh infekcií.

 

Tabuľka 4 Mechanizmy intracelulárneho zabíjania nezávislého od kyslíka
Efector Molecule	Function
Kationové proteíny (vrátane katepsínu) Lyzozým Laktoferín Proteolytické a hydrolytické enzýmy	Poškodenie mikrobiálnych membrán Štiepi peptidoglykán bakteriálnej steny Viaže železo a potláča tak proliferáciu baktérií Rozkladajú usmrtené mikroorganizmy

 

 Obrázok 12 Zabíjanie závislé od oxidu dusnatého

ZABÍJANIE ZÁVISLÉ NA OXIDE DUSNATOM

Väzbou baktérií na makrofágy, konkrétne naviazanie prostredníctvom Toll-like receptorov, vedie k tvorbe TNF-alfa, ktorý pôsobí autokrinne a indukuje syntázu oxidu dusnatého (i-nos), a to vedie k tvorbe oxidu dusnatého (NO) (obr. 12). Ak je bunka vystavená aj interferónu gama (IFN-gama), bude produkovať ešte viac oxidu dusnatého (obr. 12). Oxid dusnatý uvoľnený bunkou je toxický a môže zabíjať mikroorganizmy v blízkosti makrofágov.


 

Obrázok 14
Zabíjanie opsonizovaných cieľových buniek K bunkami
 

NK a LAK bunky

Prirodzené zabíjače (Natural Killer – NK cells) sú tiež známe ako veľké granulárne lymfocyty (LGL), pretože sa morfologicky podobajú na lymfocyty, s výnimkou, že sú o niečo väčšie a majú početné granuly. NK bunky môžu byť identifikované na základe prítomnosti CD56 a CD16 a nedostatku CD3 povrchových markerov. NK bunky sú schopné zabíjať vírusom infikované a nádorové cieľové bunky, ale sú relatívne málo efektívne. Avšak, po expozícii IL-2 a IFN-gama sa NK bunky stávajú aktivované (lymfokínom aktivované zabíjačské bunky – LAK), ktoré sú schopné zabíjať malígne bunky. Ak expozícia IL-2 a IFN-gama pretrváva, potom to umožňuje LAK bunkám zabíjať transformované aj malígne bunky. LAK bunková terapia je jedným z prístupov v liečbe zhubných nádorov.

Akým spôsobom rozlišujú NK a LAK bunky normálne bunky od vírusom infikovaných alebo malígnych buniek? NK a LAK bunky majú dva druhy receptorov na svojom povrchu – aktivačné receptory KAR a inhibičné receptory KIR. Keď KAR nájde svoj ligand – aktivačný ligand na cieľovej bunke (KAL – killer activating ligand), NK alebo LAK bunky sú schopné takúto bunku zabiť. Avšak receptory KIR sa tiež viažu na svoje ligandy na cieľovej bunke a za určitých splnených podmienok inhibujú zabíjanie. Ligandami pre KIR sú molekuly MHC I. triedy. Takže, ak cieľová bunka exprimuje normálne množstvo MHC I. triedy, nie je takáto bunka usmrtená NK alebo LAK bunkami, hoci je označená receptormi KAR. Normálne bunky exprimujú na svojom povrchu molekuly MHC I. triedy, ale vírusom infikované a nádorové bunky majú zníženú expresiu MHC I. triedy alebo ich vôbec neexprimujú. NK bunky a LAK bunky teda selektívne zabíjajú vírusom infikované a malígne bunky, pričom normálne bunky nezabijú.


K bunky (Obrázok 14)

Killer (K) bunky sú skôr funkčným druhom lymfocytov. K bunky dokážu sprostredkovať ADCC reakcie (bunkami sprostredkovaná cytotoxicita závislá od protilátky) a zničiť bunku v spolupráci s protilátkami, ktoré sú na cieľovú bunku naviazané. Pri ADCC reakciách pôsobí protilátka ako prepojenie medzi K bunkou a cieľovou bunkou, aby bolo možné usmrtenie cieľovej bunky. K bunky majú na svojom povrchu Fc receptory pre protilátky a tak môžu rozpoznať, naviazať a usmrtiť cieľovú bunku označenú protilátkami. K bunky, ktoré majú Fc receptory zahŕňajú NK a LAK bunky, makrofágy, ktoré majú receptory pre IgG protilátky, a eozinofily, ktoré majú Fc receptory pre IgE protilátky.
 

Naučili ste sa
1. rozdiely medzi nešpecifickými a špecifickými imunitnými reakciami

2. humorálne zložky nešpecifického imunitného systému a ich pôsobenie

3. bunkové zložky nešpecifického imunitného systému a ich pôsobenie

4. cesty intracelulárneho zabíjania baktérií fagocytmi a ich charakteristické vlastnosti

5. účinok humorálnych zložiek ako interferón, TNF, IL-2, komplement atď. na bunkové zložky nešpecifickej imunity
 

Návrat do sekcie Imunológia on-line v oblasti Mikrobiológie a Imunológie on-line

Page maintained by Richard Hunt

Please report any problems to richard.hunt@uscmed.sc.edu