Download
1 / 74
E N D
Mirko Simić IMUNOLOŠKI BUKVAR 2. Imunski sistem
Imunski sistem se razvio tokom evolucije radi odbrane od patogenih virusa, bakterija i parazita pomoćufiziološke reakcijezvane imunski odgovor. Imunski odgovor sezasniva na sposobnostima imunskog sistema da prvo prepozna strane antigene na mikrobima, a zatim da pokrene odgovarajuće fiziološke mehanizme koji će mikrobe uništiti i eliminisati.
Fiziološki mehanizmi u imunskom odgovoru veoma se razlikuju po svojoj kompleksnosti zavisno od stupnja njihovog evolucijskog razvoja na putu ka veoma složenom imunskom sistemu sisara. Glavni i tipični načini odbrane od patogena kod bezkičmenjaka podrazumevaju fagocitozu, tj. "proždiranje" stranog materijala od strane fagocita, citotoksičnost, tj. usmrćivanje ćelija od strane citotoksičkih ubilačkih ćelija, i stvaranje molekula koji deluju direktno baktericidno ili podstiču fagocitozu i zapaljensku reakciju.
Odbranbeni mehanizmi bezkičmenjaka zadržali su se i kod kičmenjaka, i čine onaj deo njihovog imunskog sistema koji se naziva urođenaili prirodna imunost. Kičmenjaci su, međutim, po prvi put tokom evolucije razvili i nove, veoma visprene mehanizme odbrane poznate pod nazivom adaptivnailistečena imunost.
Naziv urođeni imunski odgovor podrazumeva da se radi o mehanizmima koji su prisutni od rođenja, i pretežno predstavljaju automatske, nespecifične i stereotipne reakcije koje se ne menjaju pri ponovnomugrožavanju organizma od strane istog napadača. Važna mu je karakteristika da predstavlja veoma brz ali nedovoljno precizan i istančan antimikrobski sistem odbrane.
Prepoznavanje napadača u urođenoj imunosti omogućuju membranski ćelijski receptori koji prepoznaju ugljene hidrate, lipide, proteine i DNA strukture, odnosno neke zajedničke sastojke,potencijalno patogenih mikroba. U tom smislu prepoznavanje je nespecifičnoza razliku od specifičnogi preciznog prepoznavanja u adaptivnoj imunosti. Najpoznatiji membranski receptorski sistem u urođenoj imunosti je receptorski kompleks za prepoznavanje lipopolisaharida (LPS) u čiji sastav ulaze molekuli iz TLR (od engl. Toll-like receptor) porodice proteinskih molekula.
Razlikeu prepoznavanju bakterija između urođene i adaptivne imunosti
Epitopikarakteristični za pojedine sojeve bakterija Bakterija A Bakterija B Bakterija C Bakterija D Zajednički sastojak različitih sojeva bakterija Precizno prepoznaje bakterije pomoću membranskih receptora na limfocitimakoji se specifično vezuju za epitope karakteristične za pojedine sojeve bakterija ADAPTIVNA IMUNOST Grubo prepoznaje bakterije pomoću membranskih receptora koji se vezuju za neki zajednički sastojak različitih sojeva bakterija UROĐENA IMUNOST
Sem što neposredno prepoznaje patogenog mikrobskog napadača, urođena imunost takođe prepoznaje i endogene “signale opasnosti” i ćelijskog oštećenja. U tome centralnu ulogu igraju dendritske ćelije (DC)(od engl. Dendritic Cell) koje spadaju u najefikasnije APC (od engl. Antigen Presenting Cell) ćelije. Ove se ćelije aktivišu ne samo sastojcima i produktima mikroba koje prepoznaju, već i endogenim signalima koje dobijaju od ćelija domaćina koje su u stresu, ili su inficirane virusima, ili su ubijene, ali isključivo procesom nekroze, a ne i apoptoze.
Ćelije koje obavljaju glavni posao eliminacije napadača u urođenoj imunosti su polimorfonukearni leukociti, mononuklearni fagocitiu koje spadajumonociti krvi i tkivni makrofagi, i NK ćelije (od engl.Natural Killer Cells). Sve su ove ćelije obdarene dvojakom sposobnošću: da prepoznaju napadača i da reaguju na njega tako sto ga neposredno proždiru i uništavaju, ili ga uništavaju posredno ubijajućizaraženu ćelijuu kojoj jedino ako je živa virus može da se razmnožava. Fagociti prvo proždiru - fagocituju- bakterije i viruse koje su prepoznali, a zatim aktivišu enzimske sisteme zavisne i nezavisne od kiseonika. Stvaraju se toksični molekuli, kao što su međuprodukti reaktivnog kiseonika i azotnog oksida, toksični peptidi i enzimi, koji prvo ubijaju napadača, a zatim ga razgrađuju i eliminišu.
NK-ćelije su sposobne da neposredno prepoznaju i ubijajućelije inficirane virusima, kao i neke tumorske ćelije. Podložnost neke ćelije neposrednom ubijanju od strane NK-ćelije obrnuto je srazmerna iskazivanju na njenoj površini MHC molekula klase I koji inhibišu citotoksičnost NK-ćelija. Smatra se da ovi molekuli služe kao signal koji poručuje NK-ćeliji da je ćelija koja ih iskazuje u redu i da je stoga ne treba dirati. Međutim, modifikacija MHC molekula klase I virusima ili produktima onkogena gasi taj inhibitorni signal time što remeti prepoznavanje ovih molekula od strane NK-ćelija. Stoga ćelije s tako modifikovanim MHC molekulima postaju podložne citotoksičkom napadu NK-ćelija.
Veoma važan mehanizam odbrane od patogena u urođenoj imunosti predstavlja aktivacija sistema komplementaalternativnim putem. Sistem komplementa podrazumeva grupu od dvadesetak serumskih proteina čija je opšta funkcija da posreduju u fagocitozi, da omogućuju neposredno ubijanje nekih vrsta mikroba i da učestvuju u regulaciji zapaljenske reakcije. Za sistem je karakteristično da funkcioniše u vidu kaskadne lančane reakcije u kojoj produkti nastali aktivacijom prethodne komponente deluju na sledeću komponentu u nizu.
Postoje dva puta aktivacije sistema komplementa: klasičnii i alternativni put aktivacije.U urođenu imunost spadaalternativni put aktivacije, dok klasični pripada adaptivnoj imunosti. Alternativni put se zasniva se na sposobnosti površine mnogih mikroba da direktno pokrenuaktivaciju komplementa. Peptido-glikan u zidu nekih bakterija, kao i lipopolisaharid (LPS) u zidu Gram-negativnih bakterija mogu aktivisati komplement alternativnim putem.
C3a C3b C3 Alternativna C5 konvertaza Ba Bb C3bB C3bBb C3b C3bBb3b Alternativna C3 konvertaza Faktor B Faktor D Bakterija Lizira bakteriju C5-C9 MAC C5b C5 C5a Kompleks koji oštećuje membranu C9 C8 C7 C6 C3
Proinflamacijski citokiniTNF-a, IL1 i IL6, i hemokiniigraju centralnu ulogu u otpočinjanju i regulaciji urođenog imunskog odgovora. Njihova je glavna fiziološka uloga da u saradnji sa aktivisanim komponentama sistema komplementa otpočnu i podrže zapaljensku reakciju. Zapaljensku reakciju odlikuju pojačan protok krvi u mestu gde se zapaljenje razvija, povećana propustljivost lokalnih krvnih sudova za proteine iz krvi, povećana migracija leukocita iz krvi u tkiva kroz endotel lokalnih krvnih sudova, njihova akumulacija i aktivacija. Krajnji cilj svih ovih promena je da tamo u tkivu gde se napadač nalazi i gde je stoga došlo do zapaljenja, mogu što pre da pristignu antitela,aktivisane komponente sistema komplementa, tkivni makrofagi, kao i neutrofili, monociti i limfociti iz krvi koji udruženim snagama uništavaju i eliminišu napadača.
Dejstva TNF-a, IL1 i IL6 mogu biti sistemska i lokalna. U sistemska spadaju dejstva na centralni nervni sistem i dejstva na jetru. Od prvih je najvažnije izazivanje groznice pa se ovi citokini svrstavaju u pirogene. Od dejstava na jetru karakteristično je povećanje stvaranja proteina akutne faze. Od lokalnih najvažnija su dejstva na endotel krvnih sudova koja menjaju njegovu permeabilnost i adhezivnost. Hemokini (IL8) kao glavni sekundarni medijatori, izazivaju zapaljenje privlačenjem – hemotaksijom - pretežno neutrofila, a u manjoj meri i eozinofila, bazofila i limfocita iz krvi, i njihovom aktivacijom.
Fibrogeneza IL1 TNFa Endotel Adaptivni imunski odgovor IL1 IL6 TNFa MAKROFAG TNFa IL1 IL6 IL8 LOKALNA DEJSTVA SISTEMSKA DEJSTVA Groznica CNS Fibroblast Mialgija IL1 TNFa IL1 IL6 TNFa Anoreksija Promena permeabilnosti Poremećaj sna Adhezija Nagomilavanje fibrinogena Sinteza albumina Mobilizacija leukocita Jetra IL8 Proteini akutne faze IL1 IL6 TNFa Stvaranje IL8 Leukociti Glikogeneza IL8 Hemotaksija Aktivacija Marginacija IL1 TNFa Reparacija tkiva Angiogeneza Aktivacija osteoklasta
Uspešno uništenje i eliminacija patogenih mikroba uvek je rezultat koordinisanog napada posredovanog kako mehanizmima urođene tako i mehanizmima adaptivne imunosti.Oni predstavljaju dve grane istog integralnog imunskog sistema. Postoje mnogi vidovi saradnje između urođene i adaptivne imunosti. Na primer, makrofagi koji pripadaju urođenoj imunosti, prepoznaju patogene bakterije, fagocituju ih, i eventualno mogu da ih usmrte i razgrade. Međutim, oni su takođe sposobni da proteinske produkte razgradnje fagocitovanih mikroba u kompleksu sa MHC molekulima iskažu na svojoj membrani. Komplekse prepoznaju specifični pomoćnički TH limfociti koji pripadaju adaptivnoj imunosti, i pošto prime signale posredovane makrofagnim citokinima i kostimulacijskim molekulima, diferentuju u aktivisane TH limfocite.
Aktivisani pomoćnički TH limficiti stvaraju citokine koji, s jedne strane, kao na primer IFNg neposredno amplifikuju ubilačke funkcije makrofaga. Ovaj citokin indukuje u makrofagima sintezu enzima koji aktivišu obe vrste ubilačkih mehanizama, i zavisne i nezavisne od kiseonika, što omogućuje makrofagima da efikasno ubijaju čak i inače otporne intracelularne bakterije. IFNg takođe podstiče sintezu proinflamacijskih citokina podržavajući na taj način zapaljensku reakciju. S druge strane, aktivisani pomoćnički TH limficiti stvaraju i citokine IL4 i IL5koji podstiču B limfocite da proliferišu i diferentuju u plazma ćelije koje luče specifična antitela. Antitela podstiču fagocitozu i eliminaciju patogena tako što opsonizuju mikrobe i aktivišu sistem komplementa klasičnim putem.
Ubija i razgrađuje Mikrobi Fagocitira TCR Prepoznaje kompleksMHC-peptid Pomoćnički THlimfocit MAKROFAG URODJENA IMUNOST Iskazuje kompleks MHC-peptid Amplifikuju funkcije makrofaga Drugi signal Citokini Luči antitela Luči citokine Aktivisani THlimfocit Plazma ćelija ADAPTIVNA IMUNOST
Za razliku od urođenog, adaptivniilistečeni imunski odgovor je nestereotipan, izuzetno je specifičan za dati antigen, i stalno se poboljšava ponovljenim izlaganjima istom antigenu. Sistem adaptivne imunosti se tokom evolucije po prvi put javlja kod kičmenjaka pojavom limfocita i limfnog sistema.
Suštinska odlika adaptivnog imunskog sistema je da on i pre no što se sa potencijalnim patogenim mikrobima po prvi put sretne, ima unapred spreman preformirani potencijalprepoznavanja beskrajno velikog broja, hiljadama miliona, različitih molekulskih konfiguracija, epitopa ili antigena, u sastavu mikroba.Ovasposobnost zasniva se na postojanju u imunskom sistemu svake jedinke bezbroj različitih preformiranih membranskih imunskih receptora na limfocitima, nastalih nasumičnim procesom stvaranja prilikom njihovog ontogenetskog razvića.
Osnovni princip prepoznavanja mikroorganizama od strane adaptivnog imunskog sistema
BAKTERIJE VIRUSI PARAZITI IMUNSKI SISTEM OKRUŽENJE Unutrašnjiodraz bakterija, virusa i parazita Preformiranim receptorima sposoban je da prepozna različite molekulske konfiguracije na mikrobima Sastoji se od limfocita koji iskazuju ogroman broj različitih preformiranihmembranskih receptora
Imajući sposobnost prepoznavanja i razlikovanja skoro neograničenog broja posebnih molekulskih konfiguracija, adaptivni imunski sistem ne samo da je u stanju da predvidi, da anticipira, ono za čim treba da traga i što mora umeti da prepozna kako bi uspešno obavljao svoju funkciju, već takođe osposobljava jedinku da bude spremna da prepozna i promene u molekulskom sastavu mikroba koje će se usled mutacija možda tek javiti u budućnosti.
Tri osnovna svojstva adaptivnog imunskog odgovora su: Specifičnost, sposobnost uspostavljanjaimunske memorije i sposobnost razlikovanja između “sopstvenog” i “stranog”. Sva se ona zasnivaju na najvažnijoj karakteristici imunskog sistema da su u njemu imunski receptori na limfocitimaklonski raspoređeni.
Imunski receptori iskazani na površini limfocita su monospecifični i klonski su raspoređeni. To podrazumeva da limfociti koji pripadaju jednom ćelijskom klonu, tj. relativno maloj grupi ćelija koju čine potomci iste ćelije-majke, imaju jedinstvene monospecifične imunske receptore koji se u pogledu specifičnosti razlikuju od receptora na limfocitima svih ostalih klonova. Shodno tome, imunski sistem neke jedinke sastoji se od mnogo miliona različitih klonova limfocita od kojih svaki ima drukčije monospecifične receptore, sto omogućuje da sistem u celini ima sposobnost prepoznavanja mnogo miliona različitih epitopa.
Razlika izmedju klonske i neklonske distribucije membranskih receptora
Svaka ćelija u okviru jednog klona iskazuje samo jedan tip receptora koji je specifičan za određeni ligand Ćelije iskazuju više tipova receptora od kojih je svaki specifičan za neki određeni ligand KLONSKA DISTRIBUCIJA RECEPTORA NEKLONSKA DISTRIBUCIJA RECEPTORA
Klonska raspoređenost monospecifičnih imunskih receptora je od ključnog značaja za funkcionisanje imunskog sistema pošto omogućuje: klonsku selekciju, imunsku memoriju i imunsku autotoleranciju.
Klonska raspoređenost monospecifičnih imunskih receptora čini mogućim da neki određeni epitop prilikom imunskog prepoznavanja, veoma precizno odaberesamojedanodređeni klon limfocita specifičnim vezivanjem za njihove receptore, i da sledstveno odabiranju samo taj klon aktiviše otpočinjući na taj način imunski odgovor. Odabrane ćelije bivaju aktivisane vezivanjem antigena za receptore, i počinju da proliferišu čime se njihov početni mali broj višestruko uvećava, a zatim diferentuju u efektorske ćelije.Antigenomodabrani B limfociti, na primer, diferentuju u plazma ćelije koje luče antitela iste specifičnosti kao i receptor za koji se epitop vezao, odnosno koji je izabrao.
Proces odabiranja ćelijskih klonova od strane antigena kojim započinje imunski odgovor poznat je pod nazivom klonska selekcija i predstavlja centralnu dogmu adaptivnog imunskog sistema.
Klonska raspoređenost imunskih receptora takođe omogućava da imunski sistem selektivno umnaža i održava one klonove limfocita koji su prilikom prvog ili prethodnog susreta sa antigenom reagovale sa njim prepoznavajući ga. Povećan broj i poseban kvalitet selektivno umnoženih klonova limfocita omogućava da imunski sistem prilikom ponovnog susreta sa istim antigenom reaguje brže i da mu reakcija bude snažnija– sekundarni imunski odgovor. Čini se kao da je imunski sistem nešto prilikom prethodnog susreta sa antigenom “naučio” i čega se prilikom ponovnog susreta “seća”. Zbog ove prividne analogije sa inherentnim funkcijama nervnog sistema, ovaj se fenomen metaforički naziva imunskom memorijom.
ANTIGEN Bira specifičan klon limfocita vezivanjem za receptor i aktiviše ga EKSPANZIJA I DIFERENCIJACIJA IZABRANOG KLONA EFEKTORSKE ĆELIJE MEMORIJSKE ĆELIJE Učestvuju uprimarnomimunskom odgovoru na određeni antigen tokom nekoliko dana,a zatim umiru programiranomsmrću Žive mesecima i godinama, i osposobljavaju imunski sistemda “pamti” prethodni susret sa određenim antigenom Stvaraju antitela iste specifičnosti kao što je receptor za antigen, ili luče citokine, iliusmrćuju ćelije-mete Učestvuju u bržem i snažnijemsekundarnom imunskomodgovoru na određeni antigen
Sistem koji u nekoj jedinki nasumično proizvodi bezbroj različitih receptora sposobnih da vezuju, odnosno prepoznaju milione različitih epitopa, nikako ne može da izbegne rizik prepoznavanja i sopstvenih molekula. Potencijal za samoprepoznavanje i sledstveni imunski odgovor uperen protiv sopstvenih antigena – autoimunski odgovor - postoji kod svake jedinke. Pa ipak, pod normalnim uslovima imunski sistem ne reaguje na sopstvene antigene već ih podnosi. Podnošenje “sopstvenog” – autotolerancija – nije neka genetski programirana osobina koja se nasleđuje, već je to osobina koju svaki pojedinačni imunski sistem samostalno stiče tako što “nauči” kako da razlikuje “sopstveno” od “stranog”, odnosno što “nauči” da podnosi, da toleriše “sopstveno”.
U stvari, “učenje” se sastoji od fizičkog odstranjenja ili funkcionalnog onesposobljavanja, autoreaktivnih klonova, tj. klonova koji prepoznaju sopstvene molekule i reaguju na njih imunskim odgovorom. U tim procesima klonska raspoređenost imunskih receptora je od ključnog značaja zato što omogućuje vrlo selektivnu fizičku ili funkcionalnu eliminaciju samo onih klonova limfocita koji su potencijalno sposobni da prepoznaju sopstvene antigene. Zahvaljujući upravo klonskoj raspoređenosti imunskih receptora imunski sistem je u stanju da se selektivno ratosilja autoagresivnih limfocita na najekonomičniji način i ne remeteći pritom bitno preostali deo svog, za uspešno preživljvanje jedinke neophodnog, repertoara imunskih receptora.
Pomoćnički TH limfociti igraju centralnu ulogu u regulaciji svih vidova imunskog odgovora pa je timus centralna škola u kojoj se eliminacijom autoreaktivnih T limfocita imunski sistem “uči” kako da diskriminira šta je “sopstveno” a šta “strano”. U timusu koji predstavlja specijalizovanu mikrosredinu u kojoj T limfociti proliferišu, diferentuju i sazrevaju, fizički se eliminišu potencijalno autoreaktivni klonovi T limfocita procesom koji se naziva negativna selekcija. Istovremeno se drugim procesom koji se naziva pozitivna selekcija odabiru da prežive klonovi T limfocita sa receptorima sposobnim da prepoznaju strane antigene u kompleksu sa sopstvenim MHC molekulima.
Preuređenje DNA prilikom sazrevanja T ćelija u timusu Produktivno Stvaraju se TCR Neproduktivno Ne stvaraju se TCR Ćelije imaju TCR koji ne prepoznaje kompleks sopstveni MHC-sopstveni peptid 2 3 4 Ćelije imaju TCR koji prepoznaju kompleks sopstveni MHC-sopstveni peptid 1 Ćelije uopšte nemaju TCR Nema interakcije sa kompleksom sopstveni MHC-sopstveni peptid Ima interakcije velike avidnosti sa kompleksom sopstveni MHC-sopstveni peptid Ima interakcije male avidnosti sa kompleksom sopstveni MHC-sopstveni peptid Nema interakcije sa kompleksom sopstveni MHC-sopstveni peptid Programirana smrt Programirana smrt Preživljavaju Programirana smrt Negativna selekcija Pozitivna selekcija
U početnoj fazi– fazi imunskog prepoznavanja - adaptivnog imunskog odgovora različite, funkcionalno definisane ćelije nazivom “antigen-prezentujuće ćelije”APC (od engl. Antigen Presenting Cells), prihvataju antigen, obrađuju ga i prikazuju limfocitima u vidu u kome ga ovi svojim imunskim receptorima mogu prepoznati, tj. vezati se za njega. Signalom koji nastaje vezivanjem imunskih receptora za antigen pokreće se aktivacija limfocitačime počinje faza aktivacije.Međutim, uspešna aktivacija zahteva i dodatne signale. Mora da se sintetišu ili aktivišu adhezijski i kostimulacijski molekulikoji posreduju u ćelijskim interakcijama, a takođe mora da se stvaruju i luče citokini,kao i da se iskazuju membranski citokinski receptori.
Aktivacija pokreće limfocite u deobu pa se oni nekoliko puta podele pre no štopočnu da diferentuju u efektorske ćelije tokom sledeće efektorske faze. Prilikom diferencijacije, aktivisani limfociti u stvari sepreobraćaju od ćelija čija je primarna funkcija prethodno bila prepoznavanje antigena, u ćelije koje sada obavljaju efektorske funkcije u eliminaciji antigena. Ako, međutim, limfocit primi nekompletnu garnituru aktivacijskih signala, on se ne aktiviše već može da postane nesposoban da sledeći put adekvatno odgovori na kompletan aktivacijski podsticaj, pa se kaže da je postao anergičan na neki antigen.
Tokom efektorske faze imunskog odgovora aktivišu se različite ćelije za obavljanje mnogih funkcija koje u krajnjoj liniji sve vode razaranju ieliminaciji izvora antigena. Aktivisani B limfociti proliferišu i diferentuju u plazma ćelije koje luče imunoglobulinska antitela (Ig), efektorske molekule humorske imunosti. Izlučena antitela su u suštini isto što i površinski imunoglobulinski receptori za antigen na B limfocitima, samo što ih plazma ćelije proizvode u mnogo većim količinama i što ih izlučuju u spoljnu sredinu. Izlučena antitela sposobna su da neutrališu solubilne toksine ekstracelularnih bakterija, a takođe i viruse dok još nisu prodrli u ćelije blokiranjem njihovog vezivanja za ćelijske receptore.
