AUTORZY
prof. dr hab. n. med. Ewa Augustynowicz-Kopeć
Zakład Mikrobiologii, Krajowe Referencyjne Laboratorium Prątka,
Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie
dr hab. n. o zdr. Małgorzata Bała, prof. UJ
Katedra Epidemiologii i Medycyny Zapobiegawczej,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Anna Białecka
Centrum Badań Mikrobiologicznych i Autoszczepionek im. Jana Bobra w Krakowie
dr n. biol. Małgorzata Biernat-Sudolska
Zakład Wirusologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Monika Brzychczy-Włoch, prof. UJ
Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Agnieszka Chmielarczyk
Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii,
Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Marta Ciszek-Lenda
Zakład Immunologii, Katedra Immunologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Hanna Czajka
Kolegium Nauk Medycznych Uniwersytetu Rzeszowskiego,
Wojewódzki Specjalistyczny Szpital Dziecięcy im. Św. Ludwika w Krakowie
dr n. med. Artur Drzewiecki
Zakład Epidemiologii Zakażeń, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
prof. dr hab. n. med. Stefania Giedrys-Kalemba
Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie
dr hab. n. o zdr. Agnieszka Gniadek, prof. UJ
Zakład Zarządzania Pielęgniarstwem i Pielęgniarstwa Epidemiologicznego, Instytut Pielęgniarstwa i Położnictwa, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Tomasz Gosiewski, prof. UJ
Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Barbara Gryglewska, prof. UJ
Klinika Chorób Wewnętrznych i Geriatrii, Katedra Chorób Wewnętrznych
i Gerontologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Piotr Kochan
Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Paweł Krzyściak
Zakład Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
mgr Dorota Ochońska
Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. biol. Agata Pietrzyk
Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
mgr Monika Pomorska-Wesołowska
Pracownia Mikrobiologii i Parazytologii KORLAB Laboratoria Medyczne w Rudzie Śląskiej
dr n. med. Dorota Romaniszyn
Zakład Epidemiologii Zakażeń, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Anna Różańska
Zakład Epidemiologii Zakażeń, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Dominika Salamon
Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. med. Magdalena Skóra
Zakład Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
prof. dr hab. n. med. Magdalena Strus
Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Sława Szostek
Zakład Wirusologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr hab. n. med. Jadwiga Wójkowska-Mach
Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii,
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
prof. dr hab. n. med. Marta Wróblewska
Zakład Mikrobiologii Stomatologicznej, Warszawski Uniwersytet Medyczny;
Zakład Mikrobiologii, Centralny Szpital Kliniczny w Warszawie;
Uniwersyteckie Centrum Kliniczne Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
dr n. med. Anna Zabost
Zakład Mikrobiologii, Krajowe Referencyjne Laboratorium Prątka,
Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie
dr hab. n. med. Barbara Zawilińska
Zakład Wirusologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum
dr n. farm. Iwona Żak
Zakład Mikrobiologii Klinicznej, Uniwersytecki Szpital Dziecięcy w Krakowie
1.IMMUNOLOGIA
Marta Ciszek-Lenda
1.1. DEFINICJE
Antygen - substancja obca, która charakteryzuje się dwiema cechami: immunogennością, czyli zdolnością do wywołania swoistej odpowiedzi immunologicznej, oraz antygenowością, czyli wiązaniem się do przeciwciał, a także do receptorów antygenowych limfocytów B i T.
Alergia - inaczej nadwrażliwość, nadmierna reakcja organizmu na antygeny potencjalnie nieszkodliwe, zwykle niepatogenne (alergeny).
Anafilaksja - inaczej alergia natychmiastowa, po kolejnym kontakcie z alergenem, będąca wynikiem masowego uwolnienia z komórek tucznych substancji, takich jak na przykład histamina i serotonina. Gwałtowna, może prowadzić do wstrząsu anafilaktycznego i śmierci. Anafilaksją nazywa się też typ I nadwrażliwości.
Autoantygen - antygen, który jest składnikiem własnego organizmu.
Autoimmunizacja - stan przełamania tolerancji immunologicznej na własne antygeny (tkanki), w wyniku którego powstają autoreaktywne przeciwciała oraz limfocyty, co prowadzi do niszczenia tkanek i narządów, zaburzając ich funkcje. Przykładami chorób o podłożu autoimmunologicznym są: reumatoidalne zapalenie stawów, nużliwość mięśniowa, cukrzyca typu I czy choroba Gravesa-Basedowa.
Chemokiny - białka zaliczane do grupy cytokin mające wpływ na migrację (przemieszczanie się - chemotaksję) komórek układu immunologicznego. Kierują komórki w miejsca, w których są w danym czasie potrzebne.
Cytokiny - białka produkowane przez aktywowane komórki układu immunologicznego oraz niektóre tkanki mające charakter cząsteczek sygnałowych. Wpływają na aktywację, podziały, różnicowanie, a także przemieszczanie się oraz śmierć komórek, które mają receptory dla danych cytokin. Wpływają na siłę i typ odpowiedzi immunologicznej, ponieważ mogą mieć charakter prozapalny, aktywujący komórki immunologiczne lub przeciwzapalny, hamujący odpowiedź.
Determinanta antygenowa (epitop) - najmniejsza część antygenu, która łączy się bezpośrednio z wolnym przeciwciałem, receptorem limfocytów B lub receptorem limfocytów T wiążącym antygen. Pojedyncza bakteria (antygen) może zawierać wiele determinant i reagować z różnymi, swoistymi dla nich przeciwciałami.
Domena - to pętla w przebiegu liniowego łańcucha białkowego nadająca mu charakterystyczne swoiste własności. Domeny w łańcuchach białkowych przeciwciał spełniają określone funkcje, na przykład aktywacja dopełniacza.
Hapten - substancja drobnocząsteczkowa obcego pochodzenia mająca cechy antygenowości, ale niewywołująca odpowiedzi immunologicznej, przykładami haptenów mogą być: jony metali ciężkich, antybiotyki, lateks, akryl. Hapten po połączeniu z białkami organizmu może nabrać cech antygenu i wywołać reakcję immunologiczną (neoantygen).
Immunoglobuliny - białka o budowie domenowej, do których zaliczane są przeciwciała oraz receptory antygenowe limfocytów B.
Interleukiny - białka z grupy cytokin o funkcjach regulacyjnych, wytwarzane przez komórki układu immunologicznego, skrótowo oznaczane IL, na przykład IL-10, wykazują działanie wielokierunkowe.
Komórka efektorowa - rodzaj komórki, która w danym momencie jest aktywna (wykonawcza) i bierze udział w odpowiedzi na antygen, na przykład limfocyty T cytotoksyczne atakujące komórki zakażone wirusami lub limfocyty B produkujące przeciwciała.
Komórka prezentująca antygen (APC, antigen presenting cell) - komórki mające zdolność pochłaniania i przetwarzania antygenów, następnie łączenia ich z białkami MHC i prezentowania ich odpowiednim limfocytom T. Do komórek tego typu zalicza się: komórki dendrytyczne, makrofagi i limfocyty B.
Kompleks immunologiczny - inaczej kompleks antygen-przeciwciało, struktura złożona z połączonych ze sobą antygenu i przeciwciała, czasem mogąca dodatkowo zawierać białka dopełniacza.
Leukocyty - inaczej krwinki białe, do których zalicza się granulocyty, limfocyty, monocyty.
Lizozym (nazywany muramidazą) - enzym mający zdolność zabijania bakterii Gram-dodatnich dzięki trawieniu peptydoglikanu, składnika ich ściany komórkowej.
MHC - cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (major histocompatibility complex) obecne na każdej komórce organizmu ludzkiego. Ich rola polega na prezentacji antygenów limfocytom T. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych białek: MHC klasy I obecne na każdej somatycznej komórce organizmu oraz MHC klasy II obecne na komórkach prezentujących antygen. W połączeniu z cząsteczkami MHC klasy I prezentowane są antygeny wewnątrzkomórkowe (wirusowe), czego konsekwencją jest aktywacja limfocytów Tc CD8+, antygeny zewnątrzkomórkowe (bakteryjne) prezentowane są w kontekście MHC klasy II, co skutkuje aktywacją limfocytów Th CD4+ oraz limfocytów B.
Monoklonalne przeciwciała - przeciwciała produkowane przez jeden klon limfocytów B, a dokładniej hybrydomę (fuzjat) limfocytu B i komórki nowotworowej szpiczaka. Przeciwciała takie otrzymuje się laboratoryjnie i charakteryzują się one tym, że są tej samej klasy oraz wiążą się swoiście z tym samym powinowactwem (siłą) do jednej konkretnej determinanty antygenowej. Ze względu na dużą powtarzalność wyników są powszechnie stosowane w testach diagnostycznych i badaniach naukowych. Co więcej, przeciwciała monoklonalne stosowane są leczniczo w wielu chorobach o podłożu immunologicznym, na przykład w leczeniu nowotworów.
Odporność - zdolność organizmu do ochrony przed zachorowaniem wskutek zakażenia lub immunizacji.
Pamięć immunologiczna - wyjątkowa cecha układu immunologicznego określająca zdolność do szybkiej i bardziej efektywnej (swoistej) odpowiedzi w wyniku ponownego kontaktu z tym samym antygenem. W wyniku pierwszego kontaktu z patogenem (pierwotna odpowiedź na antygeny T-zależne) powstają komórki pamięci (limfocyt B i T), które zawierają w sobie informację o tym kontakcie. Przy drugim i kolejnym zetknięciu się z tym samym patogenem następuje aktywacja szybkiej i skutecznej odpowiedzi immunologicznej. Pamięć immunologiczna leży u podstaw działania szczepionek.
Powinowactwo - określa siłę wiązania pojedynczej determinanty antygenu z antydeterminantą przeciwciała. Im jest ono wyższe, tym lepiej przeciwciało jest dopasowane do antygenu i tym wyższa jest jego swoistość.
Przeciwciała - to białka (glikoproteiny) produkowane przez aktywowane limfocyty B i komórki plazmatyczne charakteryzujące się określoną swoistością.
Swoistość - selektywne łączenie się przeciwciał i receptorów limfocytów T z danym, określonym antygenem. Swoistą odpowiedzią immunologiczną nazywa się sytuację, w której w reakcji na antygen uczestniczą uczulone limfocyty T i specyficzne przeciwciała.
Układ odpornościowy (układ immunologiczny) - zbiór narządów oraz komórek zapewniający organizmowi zdolność do zwalczania infekcji, na przykład bakteryjnych, wirusowych. Z powodu zdolności rozróżniania antygenów własnych od obcych powoduje odrzucanie przeszczepów tkankowych. Uczestniczy także w rozpoznawaniu pasożytów i nowotworów oraz walce z nimi.
Wartościowość - ilość miejsc na cząsteczce przeciwciała, do których może się przyłączyć antygen.
Zakażenie - przełamanie przez patogeny, takie jak wirusy, bakterie i grzyby, barier ochronnych organizmu, a następnie ich namnażanie w tkankach. W przypadku wnikania pierwotniaków oraz pasożytów wielokomórkowych mówi się o zarażeniu.
Zapalenie (stan zapalny) - inaczej odczyn zapalny, reakcja organizmu na infekcję albo uszkodzenie tkanki. Objawia się miejscowym bólem, zaczerwienieniem, podniesioną temperaturą i obrzękiem. Reakcje te są wynikiem rozszerzenia naczyń krwionośnych z jednoczesnym wzrostem ich przepuszczalności, co skutkuje napływem komórek układu immunologicznego, szczególnie neutrofili i makrofagów, które zaczynają wydzielać czynniki zapalenia, na przykład cytokiny.
1.2. ODPOWIEDŹ IMMUNOLOGICZNA
Odpornością organizmu nazywa się jego zdolność do ochrony przed zakażaniem wywoływanym przez patogeny, ale także przed rozwojem nowotworów. Jest to możliwe dzięki współdziałaniu mechanizmów odpowiedzi wrodzonej i nabytej. Odpowiedź wrodzona, inaczej też określana nieswoistą, obejmuje między innymi bariery anatomiczne w postaci skóry i błon śluzowych (główne miejsca wnikania drobnoustrojów do organizmu), dopełniacz i białka ostrej fazy, lizozym, inne białka o działaniu bójczym (rozdz. 1.9), komórki mające zdolność fagocytozy, czyli komórki żerne (makrofagi i granulocyty) oraz limfocyty o spontanicznej cytotoksyczności (komórki NK). Mechanizmy te stanowią naszą pierwszą linię obrony, są mniej precyzyjne, ale szybko reagują na zagrożenie i za każdym razem reakcja ta jest identyczna, mechanizmy nie rozpoznają różnic pomiędzy patogenami (odpowiedź nieswoista).
Na odpowiedź nabytą, określaną jako swoista, składają się mechanizmy związane z aktywacją limfocytów B do produkcji przeciwciał oraz działalność limfocytów T. Mechanizmy te działają wolniej przy pierwszym kontakcie z antygenem (odpowiedź pierwotna), ale są wysoce swoiste, co oznacza, że komórki są zdolne do odróżniania niewielkich różnic między antygenami danych patogenów. Przy drugim kontakcie z tym samym typem antygenu (odpowiedź wtórna) odpowiedź jest szybsza i wysoce specyficzna, a co za tym idzie - bardziej skuteczna (ryc. 1.1).
Rycina 1.1. Przebieg pierwotnej i wtórnej odpowiedzi humoralnej. Przy pierwszym kontakcie z T-zależnym antygenem (po 3-5 dniach) powstają przeciwciała w niewielkim mianie i dochodzi do rozwoju pamięci immunologicznej. Dzięki obecności komórek B pamięci, kolejny kontakt z tym samym rodzajem antygenu powoduje szybką odpowiedź wtórną z produkcją wielokrotnie większej ilości swoistych przeciwciał.
Jest to związane z unikalną zdolnością układu immunologicznego do tworzenia pamięci immunologicznej wobec większości antygenów. Umownie wyróżniane są dwa typy odpowiedzi immunologicznej: humoralna - związana z produkcją przeciwciał przez limfocyty B oraz komórkowa, w której na antygen reagują limfocyty T i poprzez produkcję cytokin wpływają na inne komórki układu immunologicznego.
Należy jednak pamiętać, że w odpowiedzi immunologicznej zawsze biorą udział obie składowe, z tym że w różnym nasileniu. W uproszczeniu: odpowiedź humoralna chroni organizm przed drobnoustrojami zewnątrzkomórkowymi (np. większością bakterii), a komórkowa przed patogenami wewnątrzkomórkowymi (np. wirusami). Odpowiedź immunologiczną dzieli się na dwa główne etapy: fazę indukcji (uczulenia, rozpoznania antygenu) oraz fazę efektorową, w której obserwuje się eliminację antygenu z organizmu. Komórki efektorowe produkują przeciwciała i/lub cytokiny stymulujące, na przykład komórki żerne. Prowadzi to do zabicia danego patogenu lub komórek organizmu zakażonych patogenami.
Obecność niekorzystnych drobnoustrojów jest w organizmie rozpoznawana przy użyciu specjalnych receptorów typu Toll (TLR, toll-like receptors), które są obecne na komórkach immunologicznych, ale także na nabłonkach (skóra, jelita). Białka te rozpoznają tak zwane wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP, pathogen asscociated molecular patterns) stanowiące integralną i charakterystyczną część budowy danego patogenu (np. lipopolisacharydy ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych są rozpoznawane przez receptor TLR-4). Współdziałanie komórek układu immunologicznego w zwalczaniu drobnoustrojów jest uzależnione od pochłaniania, przetwarzania i prezentowania antygenów danego patogenu (w połączeniu z cząsteczkami MHC typu I lub II) limfocytom Th (patrz rozdz. 1.1 i 1.3.2).
Limfocyty B rozpoznają niezmienione, natywne antygeny poprzez swoje receptory powierzchniowe, ale by zareagować produkcją przeciwciał, muszą otrzymać dodatkowy sygnał od limfocytów Th2, którym antygen został zaprezentowany przez komórki prezentujące antygen w połączeniu z cząsteczkami MHC klasy II. Z kolei aktywacja limfocytów Tc CD8+ jest zależna od limfocytów Th1, którym antygen został zaprezentowany w połączeniu z cząsteczkami MHC klasy I. Uproszczony mechanizm aktywacji odpowiedzi immunologicznej od rozpoznania antygenu po jego eliminację z organizmu przedstawiono na rycinie 1.2 (patrz rozdz. 1.6 i 1.7).
Rycina 1.2. Mechanizm rozwoju odpowiedzi immunologicznej - opis w tekście.
1.3. BUDOWA UKŁADU IMMUNOLOGICZNEGO
Układ immunologiczny u człowieka składa się z narządów i naczyń limfatycznych oraz krążących leukocytów. Funkcjonalnie narządy limfatyczne można podzielić na: pierwotne (inaczej centralne) oraz wtórne (czyli obwodowe). W obrębie narządów limfatycznych centralnych wymienia się grasicę oraz szpik kostny. Obwodowe to węzły chłonne, migdałki, grudki limfatyczne oraz śledziona (ryc. 1.3).
Rycina 1.3. Pierwotne i wtórne narządy limfatyczne. Pierwotne narządy limfatyczne są miejscem powstawania komórek układu immunologicznego, skąd przechodzą do wtórnych narządów, gdzie następuje aktywacja odpowiedzi immunologicznej. Krążenie komórek pomiędzy narządami zapewnia system naczyń limfatycznych.
W narządach pierwotnych następuje, niezależne od kontaktu z antygenem, różnicowanie się leukocytów z ich komórek prekursorowych. Później komórki wędrują do obwodowych narządów limfatycznych, gdzie może nastąpić kontakt z antygenami i rozwój odpowiedzi immunologicznej.
1.3.1. Narządy układu immunologicznego
Szpik
W szpiku kostnym następuje hematopoeza, czyli wytwarzanie komórek krwi, w tym erytrocytów, wszystkich populacji leukocytów, przede wszystkim limfocytów B. Co więcej, powstałe z nich w wyniku kontaktu z antygenem komórki plazmatyczne produkujące przeciwciała zwrotnie też osiadają w szpiku.
Grasica
Grasica jest zlokalizowana w śródpiersiu i jest to organ, który z wiekiem ulega zanikowi (inwolucji). Główną rolą grasicy jest kontrola dojrzewania limfocytów T, które napływają tu ze szpiku kostnego, oraz eliminacja limfocytów T, które rozpoznają własne antygeny. Na komórkach nabłonka grasicy licznie występują cząsteczki zgodności tkankowej MHC, które odgrywają znaczącą rolę w czynnościowym dojrzewaniu limfocytów T. Dojrzałe komórki wędrują z grasicy do węzłów chłonnych oraz śledziony, obszarów grasiczozależnych, gdzie będą reagować na obce antygeny.
Węzły chłonne
Węzły chłonne leżą na przebiegu naczyń limfatycznych i mają za zadanie oczyszczać przepływającą przez nie chłonkę z obcych substancji i patogenów. Węzły chłonne biorą udział w odpowiedzi immunologicznej, to tu powstają efektorowe limfocyty B i T. Pochłonięte na obwodzie przez komórki prezentujące antygeny są tutaj pokazywane limfocytom T, co zapewnia ich aktywację. W węzłach można wyróżnić dwie strefy: korową, bogatą w limfocyty B, w której ulegają one podziałom i różnicowaniu, oraz rdzeń, w którym obecne są limfocyty T.
Śledziona
Śledziona jest narządem odpowiedzialnym za eliminację antygenów krążących we krwi. Tu także odbywa się usuwanie starych erytrocytów oraz płytek krwi. W śledzionie osiedlają się dojrzałe limfocyty B, dlatego jest ona miejscem interakcji między napływającymi z krwią antygenami i komórkami układu immunologicznego. Indukuje to rozwój swoistej odpowiedzi immunologicznej, czyli aktywację limfocytów B i produkcję przeciwciał.
Grudki limfatyczne
Grudki limfatyczne są skupiskami komórek immunologicznych mogącymi występować niezależnie lub jako część innych narządów limfatycznych, takich jak węzły chłonne lub śledziona. Grudki w postaci otorbionej występują między innymi w ścianie przewodu pokarmowego jako kępki Peyera (patrz rozdz. 1.10), w drogach oddechowych jako migdałki oraz w ścianie wyrostka robaczkowego. W momencie pobudzenia grudki antygenem, na przykład bakteryjnym, jej komórki zaczynają się dzielić i powstają tak zwane ośrodki/centra rozmnażania.
1.3.2. Komórki układu immunologicznego
Limfocyty
Limfocyty to główne komórki nabytej odpowiedzi immunologicznej. Ze względu na miejsce ich powstawania i dojrzewania można je podzielić na dwie duże grupy: limfocyty B pochodzenia szpikowego oraz limfocyty T dojrzewające w grasicy.
Limfocyty B
Komórki te są odpowiedzialne za odpowiedź humoralną polegającą na wytwarzaniu przeciwciał swoistych dla danego antygenu (patogenu). Antygeny te rozpoznawane są w formie niezmienionej przez immunoglobulinowe receptory powierzchniowe limfocytów B - BCR (B cell receptor).
W grupie limfocytów B można wyróżnić dwie osobne subpopulacje:
- Limfocyty B1 (CD5+) - występujące głównie w krążeniu wrotnym i reagujące na antygeny T-niezależne (do aktywacji odpowiedzi nie są niezbędne limfocyty Th). Komórki te wytwarzają przeciwciała klasy IgM w odpowiedzi pierwotnej. Nie powstają z nich komórki B pamięci. Są źródłem przeciwciał naturalnych, a ich liczba wzrasta w niektórych chorobach o podłożu autoimmunologicznym.
- Limfocyty B2 - to klasyczne limfocyty występujące w krążeniu centralnym, reagujące na antygeny T-zależne (do aktywacji odpowiedzi są niezbędne limfocyty Th), pod wpływem których przekształcają się w komórki B pamięci. W odpowiedzi pierwotnej wytwarzają przeciwciała klasy IgM, przy kolejnym kontakcie z tym samym antygenem generują wtórną odpowiedź immunologiczną ze zmianą klas przeciwciał (IgG, IgA, IgE).
Limfocyty T
Limfocyty T stanowią grupę komórek zróżnicowaną pod względem pełnionych funkcji. Podziału można dokonać, opierając się na pełnionych przez nie rolach, tradycyjnie na limfocyty: T pomocnicze (Th) wspomagające odpowiedź immunologiczną poprzez bezpośredni kontakt z komórką prezentującą antygeny oraz wydzielanie cytokin, T cytotoksyczne (Tc) mające za zadanie zabijanie nieprawidłowych lub zakażonych komórek i T regulacyjne (supresorowe, Treg) działające hamująco na odpowiedź immunologiczną.
Limfocyty T rozpoznają przetworzone przez komórki prezentujące antygeny poprzez swój powierzchniowy receptor antygenowy TCR (T cell receptor). Dzieli się je na limfocyty o receptorze TCR1 (??, stare filogenetycznie), występujące w skórze i błonach śluzowych, spełniające funkcje cytotoksyczne i regulacyjne, oraz limfocyty o receptorze TCR2 (??, w przewadze u ludzi), o charakterze pomocniczym i cytotoksycznym. Kolejny podział dotyczy obecności w błonach komórkowych markerów różnicowania CD (cluster of differentiation).
Wyróżnia się zatem grupę limfocytów CD4+ o charakterze pomocniczym oraz CD8+ o właściwościach cytotoksycznych. Wśród limfocytów T pomocniczych wyróżnia się dwie podstawowe populacje: komórki Th1 - wytwarzające IL-2 oraz IFN-?, wspomagające odpowiedź cytotoksyczną (Tc i makrofagów) oraz komórki Th2 - wspomagające odpowiedź humoralną limfocytów B poprzez produkcję IL-4, IL-5, IL-10, IL-13. Populacje te wywierają na siebie wpływ hamujący (dewiacja immunologiczna, antagonizm).
Makrofagi
Makrofagi (w tkankach) oraz ich komórki prekursorowe - monocyty (we krwi) należą do grupy jednojądrzastych, długo żyjących komórek żernych, nazywanych inaczej fagocytami. Są one komórkami odpowiedzi wrodzonej (nieswoistej). Ich głównym zadaniem jest pochłanianie, niszczenie i w konsekwencji usuwanie patogenów, ale także eliminacja pozostałości martwych własnych komórek organizmu. Procesy te odbywają się na drodze zjawiska fagocytozy (rozdz. 1.6). Patogeny wewnątrz makrofagów są zabijane w wyniku tlenowych (rodniki tlenowe) i nietlenowych (enzymy) mechanizmów. Makrofagi oraz monocyty pełnią także funkcje komórek prezentujących antygen (APC, antigen presenting cells). Różnice morfologiczne i funkcjonalne makrofagów tkankowych wynikają z ich odmiennej lokalizacji (np. mikroglej w ośrodkowym układzie nerwowym, komórki Kupffera w wątrobie, makrofagi pęcherzykowe w płucach, osteoklasty w kościach).
Granulocyty
Granulocyty są ziarnistymi komórkami pochodzenia szpikowego i podobnie jak makrofagi zaliczane są do komórek żernych. Wśród granulocytów wyróżnia się neutrofile (obojętnochłonne), eozynofile (kwasowochłonne) i bazofile (zasadochłonne). Podział ten wynika ze zdolności pochłaniania barwników o określonej kwasowości lub zasadowości przez ziarnistości znajdujące się w cytoplazmie komórek. Każda populacja komórek spełnia określone funkcje w odpowiedzi immunologicznej organizmu.
Neutrofile
Tworzą pierwszą linię obrony, pierwsze pojawiają się w miejscach zakażenia i uszkodzeniach tkanek, są to główne komórki stanu zapalnego. Ich liczba wzrasta w zakażeniach bakteryjnych, a spada podczas zakażeń wirusowych. Mogą stanowić do 70% wszystkich leukocytów krwi. Po opuszczeniu szpiku przedostają się do tkanek, gdzie żyją do 3 dni. Neutrofile mają segmentowe jądro połączone wąskimi mostkami chromatyny, które łatwo ulega odkształceniom, co ułatwia migrację przez tkanki. Główne zadania neutrofili to wychwytywanie drobnoustrojów za pomocą fagocytozy i/lub tworzenia zewnątrzkomórkowych pułapek NET (neutrophil extracellular trap) zbudowanych z DNA oraz białek o charakterze bakteriobójczym wyrzucanych z własnych ziarnistości (elastaza, mieloperoksydaza, lizozym i inne).
Eozynofile
Eozynofile powstają w szpiku kostnym głównie pod wypływem IL-5. We krwi obwodowej występują w ilości 1-5%, większość przechodzi do tkanek, zwykle osiedlając się w błonach śluzowych układu pokarmowego. Komórki te zawierają liczne ziarnistości w cytoplazmie, w których znajdują się silnie toksyczne białka (główne białko zasadowe, peroksydaza eozynofilowa, białko kationowe czy neurotoksyna). Eozynofile odgrywają zasadniczą rolę w zwalczaniu pasożytów wielokomórkowych (włośni, owsików, przywr i innych), aktywując reakcję ADCC (antibody-dependent cell cytotoxicity). W zwalczaniu pasożytów współdziałają z komórkami tucznymi. Biorą także udział w reakcjach alergicznych - początkowo mają za zadanie hamować proces zapalny wywołany alergenami. Przewlekły kontakt z alergenem nasila ich działanie cytotoksyczne związane z uwalnianiem białek ziarnistości, co wzmaga stan zapalny w okolicznych tkankach.
Komórki tuczne (mastocyty) i bazofile
Komórki tuczne (mastocyty) i bazofile to ziarniste komórki pochodzenia szpikowego, o podobnych funkcjach, z tym że mastocyty występują w tkankach, a bazofile we krwi. Komórki tuczne są zlokalizowane w pobliżu naczyń krwionośnych i zakończeń nerwów w skórze oraz błonach śluzowych (wrotach zakażenia). Ich zasadniczą funkcją jest odpowiedź przeciwzakaźna (nasilanie odczynu zapalnego), angiogeneza i przebudowa tkanek. Dodatkowo na swojej powierzchni mają receptory dla przeciwciał klasy IgE, dlatego biorą udział w reakcjach alergicznych i przeciwpasożytniczych. Po związaniu się cząsteczek alergenów lub antygenów pasożyta do IgE następuje degranulacja ziarnistości komórki i uwolnienie mediatorów zapalenia, takich jak: histamina, heparyna, oraz stymulacja syntezy cytokin i prostaglandyn, co w konsekwencji wywołuje miejscową reakcję zapalną.
Komórki dendrytyczne
Komórki dendrytyczne pochodzą ze szpiku kostnego, a nazwa jest związana z ich budową. Komórki te mają długie wypustki cytoplazmatyczne kształtem przypominające dendryty, którymi badają środowisko wokół siebie. Podstawową funkcją komórek dendrytycznych jest prezentacja antygenów (własnych i obcych) limfocytom T. Obecne są prawie we wszystkich tkankach, wypustkami wychwytują antygeny, przetwarzają je na mniejsze fragmenty, a następnie drogą chłonki dostają się do węzłów chłonnych lub z krwią do śledziony, gdzie prezentują przetworzone antygeny limfocytom Th pomocniczym. Ma to na celu ich aktywację i rozwój nabytej odpowiedzi immunologicznej. Jednym z przykładów komórek dendrytycznych są komórki Langerhansa występujące w skórze.
Komórki NK
Komórki NK, czyli "naturalni zabójcy" (NK, natural killers), to duże, ziarniste limfocyty występujące w organizmie człowieka w ilości około 10%. Należą one do cytotoksycznej odporności wrodzonej. Zabijają własne komórki zakażone wirusami, komórki uszkodzone (np. pod wpływem stresu) lub komórki zmienione nowotworowo. Mają zdolność zabijania (eliminacji) zmienionych komórek bez uprzedniej stymulacji (bez wytworzenia swoistej odporności). Limfocyty NK rozpoznają obniżoną ekspresję cząsteczek MHC klasy I oraz komórki opsonizowane przeciwciałami IgG, co prowadzi do zabicia komórki na drodze zjawiska cytotoksyczności zależnej od przeciwciał (ADCC, antibody-dependent cell cytotoxicity). Sam mechanizm likwidacji komórek jest podobny do cytotoksycznego mechanizmu limfocytów cytotoksycznych T CD8+ (patrz rozdz. 1.6). Komórki NK pod wpływem działania IL-12 wydzielają IFN-?, który wpływa na makrofagi, ułatwiając im zabijanie sfagocytowanych patogenów.
1.4. BUDOWA I FUNKCJE PRZECIWCIAŁ
Przeciwciała (immunoglobuliny) to rodzaj białek (glikoprotein) wydzielanych przez limfocyty B oraz ich komórki potomne, plazmocyty, w przebiegu swoistej odpowiedzi odpornościowej typu humoralnego. Występują we krwi, ale także w tkankach oraz innych płynach fizjologicznych: płynie mózgowo-rdzeniowym, łzach, ślinie czy siarze.
Przeciwciała wykazują budowę domenową i składają się w najprostszej formie monomeru z czterech łańcuchów polipeptydowych. Dwóch identycznych łańcuchów ciężkich H (heavy) oraz dwóch identycznych łańcuchów lekkich L (light) połączonych ze sobą mostkami disiarczkowymi. Każdy z łańcuchów zbudowany jest od N-końca z części zmiennej V (variable) oraz od C-końca części stałej C (constant). Większość klas przeciwciał ma rejon zawiasowy. Funkcjonalnie cząsteczki przeciwciała dzieli się na fragment Fab (fragment antigen-binding), w obrębie którego wiązane są antygeny, oraz fragment krystalizujący Fc (fragment cristalisable), gdzie znajdują się receptory dla komórek, miejsca wiązania dopełniacza oraz receptory przenikania przez łożysko w czasie ciąży (ryc. 1.4).
Rycina 1.4. Schemat budowy przeciwciała - opis w tekście. Formy polimeryczne przeciwciał. Immunoglobulina M (IgM) może występować w formie pentameru, czyli składać się z pięciu podstawowych jednostek połączonych łańcuchem J. Wydzielnicze IgA na błonach śluzowych występuje w formie dimeru, dwóch jednostek także połączonych łańcuchem J.
Cechą charakterystyczną i główną rolą przeciwciał jest zdolność do swoistego rozpoznawania i wiązania antygenów (patogenów), co w konsekwencji ułatwia ich eliminację z organizmu. Miejsce wiązania antygenu przez przeciwciało to antydeterminanta (paratop), znajduje się ono w części zmiennej fragmentu Fab. Tu też determinowane jest powinowactwo przeciwciała. Przeciwciała mogą występować także w formie polimerycznej, wówczas składowe są ze sobą połączone przez dodatkowy łańcuch J (joining). Przeciwciała u ludzi występują w pięciu podstawowych klasach, a podział opiera się głównie na różnicach w składzie aminokwasowym łańcuchów ciężkich. Wyróżnia się łańcuchy ?, ?, ?, ? i ?, istnieje więc pięć głównych klas przeciwciał: IgA, IgG, IgD, IgE oraz IgM (tab. 1.1).
Tabela 1.1. Charakterystyka klas immunoglobulin.
Klasa
IgM
IgG (1-4)
IgA (1-2)
IgE
IgD
Podstawowa forma
Pentamer
Monomer
Monomer i dimer
Monomer
Monomer
Główna funkcja
Ig pierwotnej odpowiedzi humoralnej
Ig wtórnej odpowiedzi humoralnej
Ig wydzielnicza, obecna na błonach śluzowych i w mleku matki
Wiązana przez komórki tuczne i bazofile, uczestniczy w obronie przeciwpasożytniczej i reakcjach alergii typu I
Receptor antygenowy naiwnych limfocytów B
Przechodzenie przez łożysko
Nie
Tak
Nie
Nie
Nie
Wiązanie dopełniacza
Tak
Tak
(oprócz IgG4)
Nie
Nie
Nie
Udział % w surowicy krwi
6
80
13
0,002
0-1
Okres półtrwania (dni)
5
23
6
2
3
Synteza (mg/kg mc./dzień)
8
34
7
0,016
0,4
Łańcuchy lekkie mogą występować w dwóch podstawowych formach ? i ?. Na to, jaka klasa powstaje i jaki jest jej udział w odpowiedzi immunologicznej, mogą wpływać rodzaj i miejsce wnikania antygenu oraz czas, jaki minął od kontaktu z danym antygenem.
Klasa IgG - u człowieka występują cztery podklasy IgG: IgG1, IgG2, IgG3 oraz IgG4. Są to dwuwartościowe monomery i stanowią 80% wszystkich przeciwciał w surowicy krwi. Są głównymi przeciwciałami wtórnej odpowiedzi immunologicznej i odgrywają ważną rolę w odpowiedzi przeciwbakteryjnej i w zakażeniach wirusowych. Jako jedyna klasa mają zdolność przechodzenia przez łożysko w czasie ciąży od matki do płodu. Mogą też aktywować białka dopełniacza na drodze klasycznej (rozdz. 1.5). Przeciwciała klasy IgG biorą też udział w nadwrażliwości (alergii) oraz reakcjach cytotoksyczności zależnej od przeciwciał (ADCC). W niektórych sytuacjach, na przykład w odpowiedzi na czynnik Rh występujący na erytrocytach ludzkich (antygen D), mogą powstawać tak zwane przeciwciała niekompletne (jednowartościowe), które są przyczyną choroby hemolitycznej noworodka w zrealizowanym konflikcie serologicznym.
Klasa IgM - w formie wydzielniczej występuje w postaci pentameru (ryc. 1.4), ale jako monomer może stanowić receptor antygenowy BCR limfocytów B. Jest to główne przeciwciało odpowiedzi pierwotnej, wydzielane jako pierwsze w sytuacji kontaktu z danym antygenem. Przeciwciała IgM stanowią zaledwie 6% wszystkich immunoglobulin w surowicy krwi. Nie mają zdolności przechodzenia przez łożysko, ale silnie aktywują kaskadę dopełniacza.
Klasa IgA - występuje w dwóch postaciach: jako monomer w surowicy krwi, gdzie pełni funkcje podobne do IgG, oraz jako dimer, forma wydzielnicza, lokalnie, na powierzchniach błon śluzowych, ale także we łzach i ślinie. Przeciwciała IgA wydzielane są przez gruczoł piersiowy do mleka matki. Forma wydzielnicza zbudowana jest z dwóch monomerów połączonych łańcuchem J oraz ma dodatkowy fragment wydzielniczy SC (secretory component). Łańcuch J jest receptorem transcytozy, ułatwia przechodzenie IgA przez nabłonki błon śluzowych, natomiast fragment SC chroni przeciwciała przed trawieniem proteinazami (ryc. 1.4).
Klasa IgD - przeciwciała tej klasy występują dość licznie na powierzchni błon komórkowych limfocytów B, które nie miały jeszcze kontaktu z antygenem, i stanowią ich receptor antygenowy, BCR.
Klasa IgE - u zdrowych osób stężenie IgE w surowicy krwi jest śladowe, podnosi się u ludzi cierpiących z powodu alergii, na przykład astmy oskrzelowej, kataru siennego, ale także w przypadku zakażeń pasożytami. W prawidłowej sytuacji wyprodukowane IgE łączą się ze swoim receptorem na powierzchni komórek tucznych i w momencie związania antygenu powodują degranulację komórek oraz uwolnienie z nich mediatorów zapalenia.
1.5. MEDIATORY UKŁADU IMMUNOLOGICZNEGO
1.5.1. Dopełniacz
Dopełniacz lub inaczej układ dopełniacza (C, complement) obejmuje zespół kilkudziesięciu białek obecnych w osoczu, a także w innych płynach ustrojowych wraz z powiązanymi z nimi funkcjonalnie receptorami i białkami regulatorowymi. Białka dopełniacza są produkowane przez komórki wątroby oraz miejscowo przez aktywowane komórki układu immunologicznego. Układ dopełniacza stanowi system aktywowany kaskadowo, o numeracji białek od C1 do C9, podlegające aktywacji w kolejności C1-C4-C2-C3-C5-C6-C7-C8-C9. W jego skład wchodzą białka aktywne enzymatycznie, z których podstawowym jest konwertaza C3.
System ten należy do nieswoistej odpowiedzi immunologicznej. Główną funkcją białek dopełniacza jest szybka pomoc w eliminacji drobnoustrojów, czyli aktywność przeciwzakaźna oparta na niszczeniu mikroorganizmów. Dopełnia on (uzupełnia) także antybakteryjne działanie przeciwciał.
Końcowym efektem działania tych białek jest:
- rozpad komórek atakowanych (perforacja błony komórkowej), działanie chemotaktyczne na neutrofile (przyciąganie ich w miejsce aktywacji dopełniacza, czyli kontaktu z mikroorganizmami),
- degranulacja komórek ziarnistych (neutrofili i mastocytów),
- wspomaganie fagocytozy.
Wyróżnia się trzy drogi aktywacji układu dopełniacza: klasyczną, alternatywną i lektynową (ryc. 1.5).
Różnice dotyczą przede wszystkim czynnika uruchamiającego kaskadę. Wszystkie trzy drogi prowadzą do wytworzenia enzymu konwertazy C3. Droga klasyczna jest zależna od kompleksów immunologicznych. Przeciwciała klasy IgM lub IgG po związaniu antygenu zmieniają swoją budowę konformacyjną i możliwe jest wtedy przyłączenie fragmentu C1. Przy silnych zakażaniach w aktywowaniu tej drogi zamiast przeciwciał uczestniczy białko C-reaktywne. Fragment C1 rozpada się na podjednostki, z których C1s ma aktywność proteolityczną i trawi fragmenty C4 i C2. Te rozpadają się na dwie części, większe C4b i C2b oraz mniejsze fragmenty C4a i C2a. Fragmenty C4b i C2a łączą się ze sobą, tworząc konwertazę C3 o właściwościach proteolitycznych. Enzym ten rozkłada kolejny czynnik C3 na C3b i C3a. Część cząsteczek C3b opłaszcza komórki docelowe (np. bakteryjne), które dzięki temu będą mogły być łatwiej sfagocytowane przez makrofagi. Część C3b łączy się z kompleksem C4b2a, tworząc konwertazę C5. W kolejnym etapie konwertaza C5 rozkłada czynnik C5 na C5b oraz C5a. Tutaj kończy się etap enzymatyczny kaskady dopełniacza. Fragment C5b z kolejnymi składnikami zaczynają tworzyć kompleks atakujący błonę (MAC, membrane attack complex), który umożliwia polimeryzację i wbudowywanie się w błonę komórkową atakowanej komórki czynnika C9 tworzącego pory (tunele). Końcowym efektem takiego działania są liza i dezintegracja komórki.
Rycina 1.5. Drogi aktywacji dopełniacza - schemat uproszczony, opis w tekście.
Czynniki C3a, C4a oraz C5a są uwalniane do środowiska i mają bardzo silne działanie chemotaktyczne oraz anafilaktyczne. Droga alternatywna rozpoczyna się od spontanicznego związania składnika C3b z powierzchnią patogenu i dołączenia do kaskady innych białek B, D, H, I, P oraz C3. W efekcie także powstaje konwertaza C3 i następuje uwalnianie do środowiska dużych ilości czynnika C3b. Tworzy się pętla wzmacniająca reakcję. W kolejnych etapach powstaje konwertaza C5 oraz MAC. W drodze alternatywnej nie uczestniczą składniki C1, C2 oraz C4. Jest to reakcja wczesna, pojawiająca się w momencie kontaktu z patogenem, zanim zostaną wyprodukowane przeciwciała przez limfocyty B.
Droga lektynowa rozpoczyna się związaniem lektyny wiążącej mannozę z powierzchnią patogenów, a dokładniej z oligosacharydami występującymi na ich powierzchni (MBL, mannose binding lectin). Lektyna wiążąca mannozę przypomina budową składnik C1 dopełniacza, dlatego przyłączają się do niej proteazy serynowe MASP, które enzymatycznie rozkładają czynnik C4, C2 i C3, prowadząc do powstania konwertazy C3. W kolejnych etapach ta aktywacja jest taka sama jak w opisanych wcześniej drogach. Innymi czynnikami mającymi podobne właściwości do MBL są białka A i D surfaktantu płucnego. Ze względu na główną rolę dopełniacza, czyli niszczenie komórek, organizm człowieka wykształcił mechanizmy regulujące jego aktywność, ponieważ ich brak mógłby prowadzić do uszkodzenia tkanek i narządów. Długotrwały stan zapalny w tkankach przyczynia się do przełamania tolerancji na własne białka i rozwój schorzeń autoimmunologicznych. Z kolei zaburzenia w syntezie białek dopełniacza (np. mutacje w genach dla danego składnika) mogą prowadzić do nawracających, ciężkich i nawet śmiertelnych zakażeń bakteryjnych.
1.5.2. Cytokiny
Cytokiny to białka należące do grupy glikoprotein (opisano ponad sto kilkadziesiąt) wydzielane przez komórki układu immunologicznego oraz przez komórki somatyczne po ich aktywacji. Wpływają na podziały, różnicowanie oraz migrację komórek organizmu. Nazywa się je też cząsteczkami sygnałowymi lub hormonami komórkowymi. Regulują typ oraz nasilenie odpowiedzi immunologicznej. Działają tylko na te komórki, które mają odpowiedni receptor na nie reagujący. Cechą tych białek jest zjawisko plejotropowości i redundancji, co oznacza, że ta sama cytokina może wpływać na wiele różnych komórek i powodować różny efekt oraz różne cytokiny mogą wywoływać to samo działanie na określony typ komórek.
Cytokiny mogą też działać synergistycznie lub antagonistycznie wobec siebie, mając zdolność do wywoływania sprzężeń zwrotnych ujemnych i dodatnich. Klasycznym przykładem jest hamowanie aktywności limfocytów Th2 poprzez wydzielane przez limfocyty Th1 cytokiny (IFN-?) i na odwrót: wydzielana przez komórki Th2 IL-4 hamuje rozwój limfocytów Th1. Cytokiny wydzielane przez daną komórkę mogą też oddziaływać na nią samą - mówi się wtedy o działaniu autokrynnym, na komórki w najbliższym otoczeniu - jest to działanie parakrynne, oraz na komórki znajdujące się w innych narządach - działanie endokrynne. Szczególną grupą cytokin są chemokiny, białka o małej masie cząsteczkowej zawierające w budowie aminokwas cysteinę. Są produkowane przede wszystkim przez monocyty i makrofagi, ale też przy określonej aktywacji przez inne komórki ciała (np. pobudzone komórki skóry - keratynocyty). Cechą charakterystyczną tego typu białek są ich właściwości chemotaktyczne, to znaczy wpływ na ruchliwość komórek i ich migrację w stronę wzrastającego stężenia danej chemokiny. Przyciągają do miejsca objętego stanem zapalnym komórki układu immunologicznego. Przykładowe cytokiny i ich zadania pokazano w tabeli 1.2.
Tabela 1.2. Przykładowe cytokiny i ich funkcje.
Cytokina
Wytwarzanie głównie przez
Główna funkcja
Działanie na
Interleukina-1 (IL-1)
Monocyty, makrofagi, komórki dendrytyczne
Aktywacja komórek, indukcja wydzielanie białek ostrej fazy z wątroby, regulacja temperatury ciała
Wszystkie typy komórek immunologicznych oraz śródbłonek, hepatocyty wątroby i podwzgórze
Interleukina-2 (IL-2)
Limfocyty Th1
Regulacja podziałów, różnicowania i aktywności limfocytów
Limfocyty T, komórki NK
Interleukina-4 (IL-4)
Limfocyty Th2
Regulacja podziałów i różnicowania limfocytów B, promocja wydzielania IgE
Limfocyty B
Interleukina-6 (IL-6)
Makrofagi, monocyty
Regulacja odpowiedzi przeciwzakaźnej, podnoszenie temperatury ciała, wydzielanie białek ostrej fazy z wątroby
Limfocyty B, limfocyty T, hepatocyty, podwzgórze
Interleukina-10 (IL-10)
Pobudzone limfocyty Th2 i Treg
Hamowanie odpowiedzi komórkowej i stanu zapalnego
Limfocyty Th1, makrofagi
Interleukina-12 (IL-12)
Komórki dendrytyczne, makrofagi
Wzmaganie cytotoksyczności komórek, wydzielanie IgG, hamowanie wydzielania IgA, ukierunkowanie odpowiedzi w stronę Th1
Limfocyty Tc, komórki NK, limfocyty B, limfocyty Th
Interleukina-17 (IL-17)*
Limfocyty T CD4+ oraz limfocyty Th17
Indukcja wydzielania peptydów antymikrobowych, pobudzanie wydzielania cytokin, rekrutacja neutrofili
Nabłonki, śródbłonki, fibroblasty, makrofagi, neutrofile
Interleukina-23 (IL-23)
Komórki dendrytyczne
Czynnik wzrostu dla limfocytów Th17, wpływ na podziały i wydzielanie IFN-? przez limfocyty Tpamięci, wytwarzanie płytek krwi i neutrofili
Limfocyty T, limfocyty Th17, komórki macierzyste szpiku
Interferon-? (IFN-?)
Aktywowane limfocyty T, NK, makrofagi
Indukuje w komórkach powstawanie czynników przeciwwirusowych, wzmaga wydzielanie IgG
Różne komórki
Czynnik martwicy nowotworu ? (TNF-?)
Monocyty, makrofagi
Główna cytokina prozapalna o szerokim spektrum działania, aktywującym komórki, wzmaga działanie cytotoksyczne makrofagów, ma działanie przeciwnowotworowe
Różne komórki
Transformujący czynnik wzrostu ? (TGF-?)
Makrofagi, neutrofile, limfocyty T reg
Silna cytokina przeciwzapalna, hamuje podziały limfocytów, zmniejsza wydzielanie innych cytokin, wzmaga wydzielanie IgA
Limfocyty B i T, makrofagi
Czynnik stymulujący
tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów (GM-CSF)
Komórki szpiku
Wzrost i dojrzewanie komórek
Granulocyty, monocyty, makrofagi
Chemokiny
Monocyty, makrofagi, aktywowane nabłonki
Przyciąganie komórek układu immunologicznego w miejsca objęte stanem zapalnym
Neutrofile, makrofagi
* Interleukina-17 odgrywa niekorzystną rolę w patogenezie chorób autoimmunologicznych, takich jak: reumatoidalne zapalenie stawów, stwardnienie rozsiane czy łuszczyca.
1.6. ODPORNOŚĆ WRODZONA (NIESWOISTA) W ZAKAŻENIACH
Najważniejszą funkcją i celem istnienia układu immunologicznego jest ochrona przed zakażeniem wywołanym przez mikroorganizmy. Organizm ludzki jest bezustannie narażony na kontakt z bakteriami, wirusami czy grzybami, ale nie zawsze skutkuje to rozwojem choroby zakaźnej. System odporności zdrowego człowieka jest bowiem w stałej gotowości do walki z patogenami i dysponuje wieloma mechanizmami ułatwiającymi mu to zadanie.
Głównymi miejscami potencjalnego ataku mikroorganizmów są skóra i błony śluzowe, określa się je jako wrota inwazji drobnoustrojów. Jeśli dojdzie do przełamania tych naturalnych barier, uruchamiane są kolejne mechanizmy wrodzone mające nie dopuścić do rozwoju choroby. Do mechanizmów odporności wrodzonej zaliczane są: bariery mechaniczne - skóra ze złuszczającym się naskórkiem, wydzieliną łojowo-potową (nienasycone kwasy tłuszczowe na powierzchni skóry), nabłonki, ich wytwory (rzęski) i wydzieliny (ślina i łzy - lizozym, histatyny), wydzielanie substancji chemicznych, takich jak cytokiny, dopełniacz, defensyny, interferony ? i ?, laktoferyna, kwaśne pH żołądka i inne. Nie bez znaczenia jest też obecność na skórze i błonach śluzowych mikrobiomu (patrz rozdz. 1.9 i 1.10). Ważną funkcję pełnią także odruchy obronne mające na celu usunięcie z organizmu drobnoustrojów i ich toksyn - kichanie, kaszel, odruch wymiotny i biegunka.
Najważniejszymi komórkami układu immunologicznego należącymi do odporności wrodzonej są komórki żerne - makrofagi i granulocyty oraz limfocyty NK. Należy zaznaczyć, że mechanizmy te działają niezależnie od tego, czy organizm miał wcześniej kontakt z danym patogenem, czy nie. Pozbawione są swoistości immunologicznej, co oznacza, że nie są ukierunkowane na poszczególne drobnoustroje.
Pierwszymi komórkami stykającymi się z patogenami, które przełamały naturalne bariery, są makrofagi tkankowe. Wydzielane przez nie cytokiny prozapalne ściągają w miejsce inwazji neutrofile i inne makrofagi. Głównymi mechanizmami zabijania drobnoustrojów przez neutrofile są fagocytoza oraz wydzielanie sieci NET (patrz rozdz. 1.3.2). Fagocytoza polega na pochłanianiu przez komórki dużych cząsteczek, fragmentów mikroorganizmów, a nawet całych drobnoustrojów. W kolejnym etapie następuje wewnątrzkomórkowe zabijanie tych ostatnich za pomocą dwóch mechanizmów - tlenowego (w wyniku powstawania reaktywnych form tlenu i tlenku azotu) oraz niezależnego od tlenu (poprzez działanie enzymów proteolitycznych). Zdolność do fagocytozy mają również makrofagi i monocyty. Czynnikami, które ułatwiają proces fagocytozy, są tak zwane opsoniny, do których zalicza się przeciwciała swoiste dla danego patogenu oraz fragmenty dopełniacza (C3b). Czynniki te, pokrywając drobnoustroje, przyspieszają ich fagocytozę dzięki obecności na powierzchni komórek receptorów dla przeciwciał i dopełniacza (FcR i CR). Indukowana przez nie fagocytoza określana jest immunofagocytozą ułatwioną. W pierwszym etapie procesu drobnoustrój jest pochłaniany w wyniku endocytozy, wpuklania się błony komórkowej i utworzenia pęcherzyka wokół patogenu - powstaje tak zwany fagosom.
W momencie tworzenia się fagosomu dochodzi do spontanicznego wytwarzania wysoce toksycznych dla drobnoustrojów reaktywnych form tlenu (ROS, m.in. nadtlenku wodoru i rodnika wodorotlenowego) oraz tlenku azotu (NO). Następnie dochodzi do fuzji fagosomu z lizosomem (struktury komórki zawierającej enzymy uczestniczące w zabijaniu drobnoustrojów, m.in. elastazę, mieloperoksydazę, katepsyny, lizozym) i powstania fagolizosomu. W wyniku działania obu rodzajów mechanizmów drobnoustroje zostają zabite, a ich resztki zostają uwolnione na zewnątrz komórki (ryc. 1.6).
Rycina 1.6. Przebieg procesu NETozy i fagocytozy. NEToza - po aktywacji, komórki uwalniają DNA z jądra komórkowego oraz zawartość ziarnistości znajdujących się w cytoplazmie, tworząc sieć zewnątrzkomórkową. Sieć zawiera również histony oraz białka ziarnistości neutrofili i jest zdolna uwięzić i zniszczyć wiele różnych patogenów. Fagocytoza - bakteria pochłaniana jest w drodze wpuklenia się błony komórkowej makrofaga (endocytoza), następnie tworzy się fagosom, w którym spontanicznie powstają ROS i NO, w kolejnym etapie dochodzi do połączenia fagosomu z lizosomem, dzięki czemu bakteria może ulec strawieniu przez enzymy. Następnie jej szczątki zostają uwolnione na zewnątrz.
W przypadku makrofagów część antygenów drobnoustrojów przyłączana jest do cząsteczek MHC i prezentowana w węzłach chłonnych limfocytom T (odpowiedź nabyta). Drugą grupą stanowiącą pierwszą linię obrony skuteczną w zwalczaniu zakażeń wirusowych są komórki NK. Ich funkcją jest wykrywanie i zabijanie we wrotach zakażenia komórek zakażonych wirusami (patrz rozdz. 1.3.2). Po rozpoznaniu takiej komórki limfocyt NK ulega aktywacji i wydziela do przestrzeni międzykomórkowej monomery perforyny, które w obecności jonów wapnia polimeryzują w poprzek błony komórki docelowej, tworząc w niej kanały. Następuje liza komórki poprzez niekontrolowany napływ jonów i wody do jej wnętrza. Dodatkowo z ziarnistości komórek NK wydzielone zostają enzymy: granzymy (proteazy serynowe) i granulizyny (uszkadzające błony komórkowe) oraz inne czynniki toksyczne. Wnikają one przez kanały perforynowe do komórek, trawiąc ich białka, niszcząc DNA oraz mitochondria. Komórki NK, dzięki obecności w ich błonach komórkowych receptorów dla fragmentów Fc przeciwciał, mogą rozpoznawać i niszczyć komórki opsonizowane przeciwciałami (ryc. 1.7). Taki mechanizm określa się mianem cytotoksyczności zależnej od przeciwciał (ADCC).
Rycina 1.7. Mechanizm reakcji ADCC. Dzięki opsonizacji antygenu na komórce docelowej limfocyty NK mogą się związać do takiego kompleksu przez swoje receptory dla Fc. Powoduje to aktywację limfocytów NK i uruchomienie procesu ich naturalnej cytotoksyczności oraz eliminacji komórki docelowej z udziałem perforyn i granzymów.
1.7. ODPORNOŚĆ NABYTA (SWOISTA) W ZAKAŻENIACH
Rozwój odporności nabytej wymaga dłuższego czasu, ale charakteryzuje się ona swoistością, co oznacza, że jest specyficznie ukierunkowana na indywidualne czynniki zakaźne. W pewnych przypadkach wytwarzana jest także pamięć immunologiczna. W odpowiedzi swoistej biorą udział limfocyty B wytwarzające przeciwciała (odpowiedź humoralna), które w głównej mierze pomagają w walce z bakteriami zewnątrzkomórkowymi, limfocyty Th pomocnicze mające za zadanie aktywować inne komórki do odpowiedzi oraz limfocyty Tc cytotoksyczne tworzące odpowiedź typu komórkowego przeciw mikroorganizmom wewnątrzkomórkowym (wirusom, bakteriom z rodzajów Brucella, Mycobacterium, Treponema i Leptospira).
Bardzo ważną grupą komórek uczestniczących w odpowiedzi swoistej są komórki prezentujące antygen (makrofagi, komórki dendrytyczne), których zadaniem jest przetwarzanie antygenów i prezentowanie ich w węzłach chłonnych limfocytom Th, dzięki czemu ulegają one aktywacji i mogą w ten sposób stymulować inne komórki (limfocyty B i limfocyty Tc) do pełnienia funkcji obronnych.
Nabyta odpowiedź humoralna charakteryzuje się powstawaniem antygenowo swoistych przeciwciał, które pełnią potem wiele funkcji fizjologicznych. Przy pierwszym kontakcie z drobnoustrojem, w fazie indukcji odpowiedzi, następuje rozpoznanie antygenu (patogenu) bezpośrednio przez BCR limfocytów B oraz w połączeniu z cząsteczkami MHC II na komórkach APC przez limfocyty Th2. W kolejnym etapie, fazie centralnej, limfocyty B i Th2 (w węzłach chłonnych) kooperują ze sobą, aktywując się wzajemnie do różnicowania i podziałów komórkowych. Początkowo limfocyty B wydzielają przeciwciała klasy IgM, a następnie dochodzi do dojrzewania odpowiedzi immunologicznej polegającej na zmianie klasy i swoistości (powinowactwa) syntetyzowanych przeciwciał (IgG, IgA, IgE). Uzależnione jest to od rodzaju i drogi wnikania patogenu. Innymi słowy, to patogen determinuje charakter odpowiedzi humoralnej. W ostatniej, efektorowej fazie następuje ostateczne różnicowanie limfocytów B do krótko żyjących komórek plazmatycznych (wydzielających przeciwciała) oraz limfocytów B pamięci (długowiecznych komórek, swoistych dla danego antygenu) (ryc. 1.8).
Rycina 1.8. Mechanizm odpowiedzi humoralnej z produkcją przeciwciał. Powstanie odpowiedzi humoralnej w stosunku do większości antygenów wymaga współudziału trzech typów komórek: limfocytu B, komórki prezentującej antygen (APC), która ma powierzchniowe antygeny MHC klasy II oraz pomocniczego limfocytu Th. Limfocyt B po bezpośrednim rozpoznaniu antygenu oraz dodatkowej stymulacji (pomocy) od limfocytu Th ulega różnicowaniu i podziałom do komórek plazmatycznych wydzielających przeciwciała oraz limfocytów pamięci.
Limfocyty B pamięci osiedlają się w szpiku kostnym i innych narządach, gdzie mogą ulec ponownej aktywacji w sytuacji drugiego i kolejnego kontaktu z antygenem, który spowodował ich powstanie (swoista odpowiedź wtórna). Wówczas niemal natychmiast się aktywują i zaczynają wydzielać wysokie miana przeciwciał określonej klasy i o wysokiej swoistości (ryc. 1.1). Do najważniejszych fizjologicznych funkcji przeciwciał należą: neutralizacja toksyn bakteryjnych, neutralizacja antygenów obcych (drobnoustrojów), aktywacja kaskady dopełniacza, opsonizacja antygenów (co ułatwia ich eliminację, np. na drodze fagocytozy).
Swoista (nabyta) odpowiedź komórkowa związana jest z działaniem cytotoksycznych limfocytów Tc CD8+, które rozpoznają obce antygeny (wirusowe i nowotworowe) na komórkach APC w połączeniu z cząsteczkami MHC I. W wyniku tego procesu komórki ulegają aktywacji i zaczynają wydzielać IL-2 - cytokinę, która autokrynnie stymuluje podziały i różnicowanie limfocytów do komórek efektorowych oraz limfocytów Tc pamięci. Przy kolejnym kontakcie z tym samym rodzajem antygenu komórki aktywują się po jednosygnałowym rozpoznaniu obcego antygenu w kontekście MHC klasy I na zakażonej lub nowotworowej komórce, doprowadzając do jej zabicia (apoptozy) (ryc. 1.9).
Rycina 1.9. Odpowiedź immunologiczna na komórki zakażone wirusami. Antygeny wirusowe są rozpoznawane przez limfocyt Tc na komórce APC poprzez cząsteczki MHC klasy I, limfocyty zaczynają produkować IL-2 oraz receptor dla tej cytokiny, co działa na nie autokrynnie i powoduje podziały oraz różnicowanie limfocytów Tc w komórki efektorowe i komórki pamięci. Komórki efektorowe na obwodzie przylegają do innych komórek na zasadzie przypadkowych interakcji i jeśli komórka jest zakażona wirusem, którego antygeny są
Mechanizm cytotoksyczności limfocytów Tc jest identyczny z mechanizmami eliminacji komórek przez limfocyty NK (udział perforyn, granzymów i granzuliny, patrz rozdz. 1.6). Drugą populacją limfocytów Th uczestniczących w antygenowo swoistej odpowiedzi przeciwzakaźnej (komórkowej) są komórki Th1 CD4+, które wraz z makrofagami uczestniczą w eliminacji z organizmu bakterii rozwijających się wewnątrz komórek (rozdz. 1.11.4). W tabeli 1.3 przedstawiono główne mechanizmy obronne organizmu zaangażowane w różne rodzaje zakażeń.
