Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013

1. allergy CURSUL 2 Rolul sistemului imun.Reacția de hipersensibilitate de tip I Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013

2. Obiective • Rolul sistemului imun (background) • Reacția de hipersensibilitate de tip I • Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

3. I. Rolul sistemului imun(background) • Sistemulimun = totalitateaorganelor, celulelor, produşilorcelularişi a proceselorbiologicecare asigurăprotecţiaîmpotrivainfecţiilor şi a tumorilor • Componente: imunitatea nespecifică (înnăscută) şi imunitatea specifică (adaptativă) Abbas, Immunology, 2009

4. 1. Funcțiile sistemului imun 1. Apărareaîmpotrivaagenţilorpatogeni: 2. Distincția întreantigene (Ag) self și non-self: • Self = structuripropriiorganismului • Non-self = elementestrăineorganismului, inclusivceluleinfectatede agenți patogeni sau tumorale 3. Depistareaşidistrugereacelulelortumorale 4. Rejetulgrefei şi răspunsulgrefă contra gazdă (GVHD) Bacterii Paraziți Virusuri Fungi • agenții patogeni  Răspuns imun • agenții inofensivi  Toleranță Distincția între Abbas, Immunology, 2009

5. 2. Imunitatea nespecifică • Prima linie de apărare a organismelor eucariote • Cuprinde celule şi mecanisme care apără gazda de agenții patogeni în mod nespecific Nu diferenţează între patogeni • Componente: • Bariereanatomice: pielea şi mucoasele • Barierefizice: t°C, pH • Sistem complement • Enzime: lectine, lizozim • Celulefagocitare • Interferon (IFN) • Roluri: • Inflamaţia = efectul acţiunii conjugate a componentelor • Activareaimunităţii specifice • Identificarea şi eliminarea Ag non-self

6. 3. Imunitatea specifică (adaptativă) • Doar la vertebrate • Recunoaşte specific agenţii patogeni Răspuns imun specific primar și secundar→ la fiecare nouă întâlnire cu acelaşi patogen se produce un răspuns imun mai intens și mai rapid • Mecanisme: 1. Imunitatea umorală: • Faţă de agenţiextracelulari • Efectori: anticorpii (Ac) -produşide limfocitele B (LB) 2. Imunitatea celulară: • Faţă de agenţiintracelulari • Efectori: limfocite T citotoxice CD8 (LTc) În ambele cazuri este necesar ajutorullimfo-citelor T helper CD4 (LTh), care recunosc antigenele (Ag)prezentate de cătreceluleleprezentatoare de antigen (CPA) Abbas, Immunology, 2009

7. 3. Imunitatea specifică (adaptativă) Imunitate umorală Ag extracelulare LB memorie Proliferare + diferențiere LB activate LB activat Plasmocite Sinteză Ac specifici Legare Ac-Ag LTh2 Imunitate celulară Activarea LTh după prezentarea Ag Macrofage activate Activarea Macrofagelor LTh (CD4) activat LTh1 Distrugerea celulelor infectate cu Ag intracelulare Proliferare + diferențiere LTc activate LTc activat CD8 Celulele infectate cu Ag intracelulare exprimă la suprafață fragmente antigenice www.niaid.nih.gov

8. 3. Imunitatea specifică (adaptativă)

9. Activarea LTh (CD4) Antigenul este procesat Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II Antigen Macrofag Recptorul LTh recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II HLA clasa II Monokine Celula prezentatoare de antigen LTh in repaus Limfokine HLA clasa II LTh activat Antigen peptidic Receptorul LT CD4 LTh National Cancer Institute, USA

10. Activarea LTc (CD8) Antigen Antigenul este procesat Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II Macrofag Receptorul LTh in repaus recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II HLA clasa II Monokine LTh in repaus Limfokine LTh activat HLA clasa I Antigen procesat si HLA clasa I LTc se activeaza Celula infectata Antigen (virus) HLA clasa I CD8 LTc activata LTc Celula infectata Antigen procesat (proteine virale) LTc Celula moare Antigen peptidic Receptorul LT National Cancer Institute, USA

11. Activarea LB (CD3)

12. 3.5. Imunoglobulinele • IgD: pe suprafaţa LB naïve; au rol de receptor de antigen pe suprafața LB • IgM: pe suprafaţa LB naïve; au rol în faza precoce a răspunsului imun umoral (înaintea IgG) • IgG (1, 2, 3, 4): în cantitate mare în circulaţie; au rol major în răspunsul imun umoral • IgE: cele mai importante în alergii + rol în apărarea antiparazitară • IgA: în mucoase (intestin, tract respirator, tract urogenital) precum și în secreţii (saliva, lacrimi, lapte)  previn colonizarea locală cu patogeni IgD, IgG, IgE IgA IgM

13. 3.6. Imunoglobulinele E - IgE • IgE<0,001% din totalul Ig serice = 0,1-0,4 μg/ml • Timp de înjumătățire = 3 zile • IgE se leagă de suprafața mastocitelor prin interacțiunea cu receptorii FcεRI ai acestora → degranulare mastocitară → reacție de hipersensibilitate de tip imediat • dacă se leagă de receptorii FcεRII de pe monocite și macrofage, mediază reacțiile citotoxice față de paraziți • concentrația serică  în boli alergice și parazitare

14. 4. Receptorii IgE • FcεRI: • Receptor de înaltă afinitate • Structură tetramerică • Lanţul FcεRIα se leagă de porţiunea Fc a lanţului greu al IgE • Cele două lanţuri FcεRIγ reprezintă proteine de semnalizare (împreună cu protein tirozin kinaze) • Lanţul FcεRIβ face legătura între aceste porţiuni • Crosslinkarea imunoglobulinelor E fixate pe suprafaţa celulelor efectoare  fosforilarea tirozinei  degranularea mastocitelor, sinteza şi secreţia de mediatori lipidici şi de citokine Kuby, Immunology, 2006

15. 4. Receptorii IgE • FcεRII (CD23): • Receptor de joasă afinitate • Rol în reglarea intensităţii răspunsului alergic • Pe suprafaţa: limfocitelor B, a macrofagelor activate, a eozinofilelor, a celulelor dendritice foliculare, şi a trombocitelor Kuby, Immunology, 2006

16. 5. Răspunsul imun primar și secundar • Răspunsul imunprimar • Apare la primul contact cu Ag • Constă în generarea de: • Celule efectoare specifice: • LB (plasmocite) capabile să producă Ac specifici față de Ag • LTc activate, capabile să distrugă celulele care exprimă Ag • LB sau LTc de memorie • Perioadă de latență pâna la apariția reacției:  (→14 zile) • Intensitatea răspunsului:  Răspuns secundaranti-A Nivel seric Ac Răspuns primar anti-B Răspuns primar anti-A Săptămâni Răspunsul imunumoral primar vs secundar

17. 5. Răspunsul imun primar și secundar • Răspunsul imunsecundar • Apare la un nou contact cu Ag • Constă în activarea LB sau LTc de memorie  activarea rapidă și intensă a celulelor efectoare specifice: • LB (plasmocite) produc cantități mari de Ac specifici • LTc specifice, capabile să distrugă rapid celulele care exprimă Ag • Perioadă de latență pâna la apariția reacției:  • Intensitatea răspunsului: Răspuns secundaranti-A Nivel seric Ac Răspuns primar anti-B Răspuns primar anti-A Săptămâni Răspunsul imunumoral primar vs secundar

18. 6. Proprietăţile imunităţii specifice • Specificitate • Diversitate: Repertoriubogat de limfocite mature şi Ac – specifici(pentru 107Agdiferite) • Memorie • Distinge self-ul de non-self • Capacitate de arecruta alte mecanisme de aparare

19. 7. Organele sistemului imunitar • Intrauterin: • Primele săptămâni: mezoderm intraembrionar şi extraembrionar (în sacul vitelin) • La făt: ficat • Începând cu S20: hematopoieză exclusiv medulară • Extrauterin: • Organe limfoide primare: măduva hematopoietică, timusul • Organe limfoide secundare: splina, ganglionii limfatici, MALT (mucose-associated lymphoid tissue), SALT (skin-ALT) Roecken, Color Atlas of Allergic Diseases

20. 8. Ţesutul limfoid asociat mucoaselor - MALT • MALT este expus la o mare varietate de Ag, unele dintre ele patogene, iar altele implicate în alergii • Tipuri: BALT (bronşic), NALT (nazal), GALT (gastro-intestinal) Kiyono 2004, Nature Reviews Immunology

21. Obiective • Rolul sistemului imun • Reacția de hipersensibilitate de tip I • Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

22. II. Reacţia de hipersensibilitate de tip I • Reacțiile de hipersensibilitate = răspuns imun exagerat şi/sau inadecvat pe care îl generează sistemul imunitar, la contactul cu diferite Ag • Apar doar după ce organismul-gazdă a fost sensibilizat în prealabil, în urma unui prim contact cu antigenul • Rezultatul acţiunii imunităţii specifice umorale sau mediate celular • Clasificare în funcţie de: • Mecanismul imunologic implicat • Moleculele şi celulele participante • Momentul apariţiei simptomelor

23. ClasificareGell-Coombs- tipuri de HS (anii 60) • Reacții mediate de imunitatea umorală: • Hipersensibilitatea de tip I (imediată) sau anafilactică • mediată prin Ac de tip IgE • Hipersensibilitatea de tip II sau citotoxică • datorată prezentării anormale de Ag pe membranele celulelor neprezentatoare de Ag • mediată prin Ac de tip IgM și IgG, care distrug celulele țintă • Hipersensibilitatea de tip III sau prin complexe imune • caracterizată prin hiperproducție de complexe imune Ag-Ac circulante (CIC) sau tisulare • Reacții mediate de imunitatea celulară: • Hipersensibilitatea de tip IV sau întârziată • mediată prin limfocite T cu producere de leziuni tisulare importante Philip George HouthemGell, 1914 - 2001 Robert Royston Amos (Robin) Coombs, 1921 - 2006

24. Clasificarea Gell-Coombs

25. Reacția de hipersensibilitate de tip I • Debut rapid – câteva minute de la contactul cu alergenul(inhalator, alimentar, medicamentos) • Apare la persoane cu predispoziţie genetică - teren atopic • Necesită cel puțin un contact sensibilizant anterior cu alergenul → răspuns imun primar • Contactele ulterioare cu alergenul sensibilizant → răspuns imun secundar - desfășurat în două etape: • faza precoce • faza tardivă • Mediată prin Ac de tip IgE sintetizați în exces • Celulele efectoare: mastocitele, bazofilele, eozinofilele • Implicată în patogenia rinitei alergice, astmului bronșic, dermatitei atopice, șocului anafilactic

26. Crosslinkarea IgE Primul contact cu alergenul IgE specifice produse difuzează în întregul organism, venind în contact cu mastocite sau cu bazofile IgE se leagă de FcεRI membranari, fără efect imediat Mastocitele sunt „sensibilizate” pentru o nouă întâlnire cu alergenul Al doilea contact cu alergenul Alergenul se leagă de două sau mai multe IgE de pe suprafaţa mastocitelor = crosslinkare Degranularea mastocitelor

27. Răspunsul alergic - schema generală (b) (a) (c) Singh 2008, Trends in Plant Science

28. 1. Răspunsul alergic primar: (a) prezentarea Ag • Alergenul traversează bariera epitelială  preluare+procesare a fragmentelor alergenice de către celulele dendritice (CD) • Activarea LTh naive prin recunoașterea complexului Ag-MHC clasa II de pe suprafața CD  LTh2 activate • LTh2 activate  sinteza IL4/IL13 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

29. 1. Răspunsul alergic primar: (b) sintezaIgE + sensibilizareamastocite • LTh2 stimulează LB cu orientarea izotipului spre sintezaIgE • IgEdifuzează local la nivelul tisular IgEse leagă de receptorii specifici de înaltă afinitate pentruIgE (FcεRI) de pe mastocite →Sensibilizarea mastocitelor, pentru a răspunde la o nouă expunere la alergen Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

30. 2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce • Debut: la 10 mindupă reexpunereala alergene • Nivel maxim:la30 min • Durează 1-3 h Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

31. 2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce • Alergenele străbat bariera epitelială • Legarea alergenelor de complexele IgE-FcεRIpe suprafața membranei mastocitelor (mc) ↓ • Determină activare + degranulare mastocite ↓ Eliberare de mediatori preformați și de novo ↓ Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008) • Efecte: contracție mușchi neted, vasodilatație, crește permeabi-litatea vasculare, hipotensiune, secreție de mucus, prurit

32. 3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă • Debut: la câteva ore de la contactul cu alergenul (2-8 ore) • Amplifică răspunsul inflamator precoce Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

33. 3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă • Cauza: acțiunea factorilor chemotactici și a mediato-rilor inflamatori: IL-4, IL-5, IL-13, TNF-α • Efect: infiltrat inflamator cu LTh2, eozinofile, neutrofile, bazofile și monocite → perpetuarea răspunsului inflamator și producerea de leziuni tisulare • elastazaneutrofilică →degradare colagen tip III • proteina bazicăeozinofi-lică→lezare celule epiteliale Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

34. Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv(c) Răspuns imediat Histamina – vasodilataţie PGD2 – bronhoconstricţie LTC4 – secreţie de mucus Răspuns tardiv IL-4, TNF-α LTC4 –  adeziune endotelială PAF, IL-5, ECF – migrare leucocitară IL-4, IL-5 – activare leucocitară infiltrat inflamator celular Kuby, Immunology, 2006

35. Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv(c) • În răspunsul imediat, după eliberarea mediatorilor preformaţi, mastocitele trec printr-un proces de refacere a mediatorilor pentru un nou răspuns, care poate dura mai multe zile sau săptămâni este necesar un sistem de rezervă = răspunsul tardiv: • Apare la 6-8 ore de la contactul cu alergenul • Amplifică răspunsul inflamator imediat • La nivel cutanat:reacţia imediată de tip wheal and flare (intensitate maximă la 15 min de la contactul cu alergenul, dispare în ~60 de minute) se transformă după 6-8 ore în reacţie de tip tardiv: infiltrat inflamator celular(Ne, L, Eo)atras de diferite IL(IL-1, IL-4, IL-6) • La nivel nazal:infiltrat celular constituit din Ne, Eo, Mo, depuneri de fibrină

36. Consecinţele răspunsului alergic la nivel bronşic Kuby, Immunology, 2006

37. 4. Inflamația alergică cronică • Se dezvoltă prin expunere repetitivă/persistentă la alergene • Se caracterizează prin: • acumularea tisulară de eozinofile, bazofile, neutrofile,monocite, LTh2 • creșterea numărului de mastociteîn țesuturi → expresie crescută de FcεRI, care leagă IgE • Interacțiuni complexeîntre celulelerecrutate, rezidente și structurale Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

38. 4. Inflamația alergică cronică • Inflamația alergică cronică → lezare epiteli-ală, exacerbată de expu-nerea la patogeni și fac-tori de mediu → Activare răspunsului reparator: • îngroșarea peretelui căilor respiratorii • depunerii de proteine în matriceaextracelulară (fibronectină, colagen I,III,V) • hiperplaziacelulelor mucoase →  producției de mucus Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

39. Implicarea mastocitelor în răspunsul alergic tardiv Kuby, Immunology, 2006

40. Implicarea macrofagelor în răspunsul tardiv Kuby, Immunology, 2006

41. Implicarea eozinofilelor în răspunsul tardiv • Secretă mediatori care produc liză celulară • În astm se găsesc numeroase Eo activate în sânge, spută, lichidul de lavaj bronhoalveolar, biopsiile de mucoasă bronşică • Prezenţa Eo e direct proporţională cu HRB şi severitatea bolii Kuby, Immunology, 2006

42. Consecinţele inflamației alergice cronice • Lezarea epiteliului: celulele columnare se detaşează de cele bazale prin clivarea desmozomilor şi a joncţiunilor strânse • Îngroşarea aparentă a membranei bazale prin depozitarea de colagen în lamina reticularis (submembranar) • Hiperplazia şi activarea miofibroblaştilor • Dilatarea şi hiperpermeabilizarea vaselor • Obstrucţia mucoasă a căilor aeriene: mucus, proteine plasmatice, celule epiteliale, celule inflamatorii

43. 5. Mediatorii mastocitari ai reacției alergice • Mediatori primari • Mediatori preformați • Histamina • Serotonina • Factori chemotactici pentru eozinofile (ECF-A) și neutrofile (NCF-A) • Mediatori derivați din matricea granulelor • Proteaze • Hidrolaze • Proteoglicani • Peroxidaze • Factori inflamatori ai anafilaxiei Adaptat după http://medicinembbs.blogspot.com/2011/02/hypersensitivity-reactions.html

44. 5. Mediatorii mastocitari ai reacției alergice Adaptat după http://medicinembbs.blogspot.com/2011/02/hypersensitivity-reactions.html • Mediatori secundari • Mediatori sintetizați de novo • Leucotriene(LTB4, C4, D4, E4) • Prostaglandine (PGD2) • Tromboxani • PAF • Metaboliți toxici ai oxigenului • Bradikinină • Citokine • Interleukine: IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-11 • Proinflamatoare și activatoare: TNF-α, IL-1β, endotelina-1

45. Mediatorii mastocitari • Efecte asupra: • Vaselor • Musculaturii netede • Celulelor: eozinofile, neutrofile, monocite, limfocite T, trombocite Primari (preformaţi) Secundari (de novo) • Histamina • Proteaze • Heparină • Factorul chemotactic pentru eozinofile (ECF-A) • Factorul chemotactic pentru neutrofile (NCF-A) • Leucotriene • Prostaglandine • Bradikinină • Citokine

46. Efectele histaminei

47. Leucotrienele şi prostaglandinele • Mediatori secundari • Metabolizarea acidului arahidonic → acţiune târzie Leucotrienele Prostaglandinele • Răspuns de tip wheal and flare • Activare endotelială • Edem dermic • Scăderea debitelor cardiace • Bronhoconstricţie • Creşterea producţiei de mucus • Remodelarea căilor respiratorii • Inducerea hiperreactivităţii bronşice • Vasodilataţie • Constricţie pulmonară • Constricţie intestinală • Flushing şi hipotensiune in mastocitoză • Inhibarea agregării plachetare in vitro

48. Citokinele • Efecte locale • Reglare a diferenţierii mastocitelor • Alte acţiuni: Proinflamatorii Sinteza IgE IL-1 IL-6 TNF-α IL-4 IL-13 Stimularea creşterii, longevităţii, localizării, activării eozinofilelor Remodelarea căilor respiratorii IL-9 IL-3 IL-5 GM-CSF

49. Obiective • Rolul sistemului imun • Reacția de hipersensibilitate de tip I • Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

50. III. Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I • Rinita alergică • alergenii inhalatorii  eliberarea histaminei şi a altor mediatori din mastocitele sensibilizate ale mucoasei nazale şi conjunctivale  vasodilataţie locală,  permeabilității capilare exudat conjuctival şi nazal apos, strănut, tuse • unele particule din aer (clor, detergenţi), care în mod normal sunt tolerate, pot agrava simptomele prin iritaţia produsă • Astmul bronşic alergic • faza precoce: în primele minute după contactul cu alergenul  eliberare de histamină, leucotriene, prostaglandine  bronhoconstricţie, edemul mucoasei, secreţia de mucus • faza tardivă: după mai multe ore  eliberare de citokine  continuă inflamaţia bronşică