1

Odpowied

ź

humoralna w

zaka

ż

eniach wirusowych

Maciej Przybylski

Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej WUM

Linie obrony

bariery fizyczne i chemiczne

mechanizmy obrony
wewn

ą

trzkomórkowej

nieswoiste mechanizmy
immunologiczne

swoiste mechanizmy
immunologiczne

Zarys swoistej odpowiedzi
przeciwwirusowej

Odpowied

ź

swoista

Mechanizm:

rozwój układu immunologicznego to nauka odró

ż

niania swoich od obcych (2 - 15%

limfocytów prze

ż

ywa ten test)

MHC:

klasa I wyst

ę

puje na wi

ę

kszo

ś

ci komórek

klasa II tylko na „zawodowych” APC (makrofagi, komórki dendrytyczne, limfocyty B)

MHC klasy I prezentuj

ą

antygeny endogenne (cytoplazmatyczne)

MHC klasy II prezentuj

ą

antygeny egzogenne (pozakomórkowe), ale te

ż

antygeny

endosomalne

Prezentacja antygenu receptorom limfocytów w kontek

ś

cie MHC oraz cytokin prowadzi

do powstania wyspecjalizowanych populacji komórek zdolnych swoi

ś

cie eliminowa

ć

patogeny i zaka

ż

one komórki, wygasi

ć

odpowied

ź

po zlikwidowaniu zagro

ż

enia, ale

przechowa

ć

pami

ęć

o antygenach, które były przyczyn

ą

kłopotów

MHC klasy I i II oraz CD8 i CD4

Animacja 10: aktywacja limfocytów T przez MHC-I i MHC-II

Region MHC prezentuj

ą

cy antygen

Animacja 5: obróbka antygenu przez MHC klasy I

.

Animacja 6: obróbka antygenu przez MHC klasy II

2

Pomocnicze limfocyty T (Th)

limfocyty CD4+, prezentacja antygenu w kontek

ś

cie MHC klasy II

prowadzi do aktywacji limfocytu (Th0)

przewaga limfokin prozapalnych (IL-2, IL-12, IFN-

γ

) ró

ż

nicuje w

kierunku Th1,

przewaga limfokin przeciwzapalnych (IL-4, IL-5, IL-10) ró

ż

nicuje w

kierunku Th2

Funkcja Th2: promuje dojrzewanie limfocytów B, promuje odpowied

ź

humoraln

ą

(du

ż

e ilo

ś

ci antygenów pozakomórkowych)

Funkcja Th1: stymuluj

ą

dojrzewanie cytotoksycznych limfocytów T,

produkuj

ą

IL-2 i IFN-

γ

(du

ż

e ilo

ś

ci antygenów wewn

ą

trzkomórkowych)

Limfocyty B

aktywowane w grudkach tkanki chłonnej za pomoc

ą

antygenów

prezentowanych przez dojrzałe komórki dendrytyczne – wi

ą

zanie antygenu z

BCR (przeciwciało zakotwiczone w błonie limfocytu B)

antygen + BCR podlegaj

ą

endocytozie, antygen ulega obróbce i ekspresji na

powierzchni limfocytu wraz z MHC klasy II

→

prezentacja limfocytom Th0

limfocyty Th0 ulegaj

ą

indukcji do Th2 i wysyłaj

ą

sygnał (CD40/CD40L)

aktywuj

ą

cy limfocyt B, zapocz

ą

tkowuj

ą

cy:

produkcj

ę

immunoglobulin

zmian

ę

klas przeciwciał

proliferacj

ę

:

ż

yj

ą

ce krótko komórki plazmatyczne produkuj

ą

ce przeciwciała (BCR-): 80%

długowieczne komórki B pami

ę

ci (BCR+): 20%

Limfocyty T pami

ę

ci

długowieczne dojrzałe limfocyty T, CD8+ lub CD4+

prezentuj

ą

szereg TCR skierowanych przeciwko ró

ż

nym

antygenom

gdy dochodzi do ich aktywacji za po

ś

rednictwem antygenu

rozpoznawanego przez który

ś

z licznych TCR – zaczynaj

ą

proliferowa

ć

, szybko wytwarzaj

ą

c populacj

ę

komórek

efektorowych

indukcja prawdopodobnie za po

ś

rednictwem antygenów (+MHC-

II) prezentowanych przez komórki B pami

ę

ci

Receptor limfocytu B (BCR)

Dojrzewanie

limfocytów B

3

Lokalizacja antygenów wirusowych a odpowied

ź

humoralna

antygeny wirionów pozakomórkowych

przeciwciała sekrecyjne i zwi

ą

zane z błonami

ś

luzowymi (neutralizacja)

opsonizacja (wydajna fagocytoza)

układ dopełniacza (wirusy osłonkowe)

antygeny prezentowane przez zaka

ż

one komórki

ADCC

opsonizacja

układ dopełniacza

debris komórek zaka

ż

onych wirusem (cytotoksyczno

ść

, liza,

apoptoza)

neutralizacja

opsonizacja i fagocytoza

Przeciwciała - neutralizacja

eliminacja kr

ążą

cych (pozakomórkowych) wirionów

z krwi, limfy i tkanek – pó

ź

ny etap zaka

ż

enia

pierwotnego

obrona przed powtórnym zaka

ż

eniem

okres półtrwania AB jest krótki – potrzebne jest stałe

ź

ródło syntezy (komórki plazmatyczne)

nie wiadomo, jaka cz

ęść

syntetyzowanych

przeciwciał swoistych ma zdolno

ść

neutralizacji

wirusa

Ochronna rola przeciwciał
neutralizuj

ą

cych

blokada białek powierzchniowych wirionów (hamowanie
adsorpcji i wnikania wirusów)
agregacja wirionów (zmniejszenie liczby wirionów zdolnych do
zaka

ż

enia)

zwi

ą

zanie glikoprotein wirusowych na powierzchni

zaka

ż

onych komórek:

indukcja cytotoksyczno

ś

ci

liza komórki poprzez dopełniacz
indukcja sygnału do wn

ę

trza komórki

aktywacja układu dopełniacza i synteza składników
chemotaktycznych (C5a, C3q)

Diagnostyczny odczyn neutralizacji

Receptory dla Fc

receptor poli-Ig – transport przezbłonowy IgA
i IgM
FcRN (receptor Fc noworodków) – transport
IgG przez ło

ż

ysko, regulacja poziomu IgG w

surowicy
receptory Fc dla konkretnych klas Ig (M, A,
D, E, G) oraz podklas IgG
receptory Fc makrofagów, neutrofili i komórek
NK

4

Opsonizacja

przeciwciała wi

ążą

si

ę

z receptorami dla Fc

makrofagów, neutrofili i komórek NK

po stymulacji kompleksem Ag/AB
uruchamiaj

ą

kaskad

ę

transdukcji sygnałów

wywołuj

ą

c:

skuteczn

ą

fagocytoz

ę

kompleksów

antygen/przeciwciało

cytotoksyczno

ść

zale

ż

n

ą

od przeciwciał (ADCC)

Komórki NK – mechanizm indukcji
pozytywnej (ADCC)

Immunoglobuliny G

Podklasy:

IgG1 – 70%
IgG2 – 20%
IgG3 – 8%
IgG4 – 2%

IgG1 i IgG3: główne ochronne podklasy
IgG (neutralizacja, opsonizacja, wi

ą

zanie

dopełniacza)
masywna synteza IgG1 w ostrej fazie
zaka

ż

enia

wyst

ę

puj

ą

we wszystkich wydzielinach i

płynach ciała
w zaka

ż

eniach przewlekłych (HIV, HBV,

HCV, EBV, CMV etc.) miano IgG1 spada
na korzy

ść

IgG3 i IgG4

IgG1, IgG3 i IgG4 łatwo przenikaj

ą

przez

ło

ż

ysko

IgG4 nie aktywuje dopełniacza
IgG2 nie wi

ąż

e si

ę

z receptorem Fc

Immunoglobuliny A

10-15% Ig w surowicy, ale dominuj

ą

w mleku,

ś

linie,

łzach i wydzielinie błon

ś

luzowych

w surowicy głównie monomery, sekrecyjne IgA to di-
lub trimery
najliczniej syntetyzowana klasa przeciwciał
IgA zwi

ą

zane z błonami

ś

luzowymi ograniczaj

ą

miejscow

ą

replikacj

ę

wirusa

wydzielnicze IgA w surowicy ograniczaj

ą

poziom

wiremii

Immunoglobuliny A (c.d.)

ochrona przed zaka

ż

eniem błon

ś

luzowych (wi

ę

kszo

ść

wirusów)

wirus musi przenikn

ąć

do MALT lub GALT (stymulacja

limfocytów B)
limfocyty B przemieszczaj

ą

si

ę

w obr

ę

bie tkanek (pod

ś

cielisko

ś

luzówki) syntetyzuj

ą

c IgA

IgA zwi

ą

zane z Fc poli-Ig s

ą

przenoszone w p

ę

cherzykach

endosomalnych przez komórki nabłonka (endocytoza zale

ż

na od

receptora)
receptor dla Fc ulega strawieniu, pozostało

ś

ci chroni

ą

ła

ń

cuch J

przed aktywno

ś

ci

ą

proteaz

kompleksy IgA-antygen s

ą

wychwytywane przez

ś

luz i usuwane

z organizmu (nabłonek szczoteczkowy, ruchy perystaltyczne)

Immunoglobuliny M

syntetyzowane jako pierwsze
5-10% przeciwciał w surowicy (1,5 g/l)
monomery na powierzchni limfocytu B (rozpoznawanie antygenu)
pentamery (dziesi

ę

ciowalentne) wydzielane do

ś

rodowiska

wi

ążą

10 małych antygenów (np. haptenów) lub 5 du

ż

ych

skutecznie neutralizuj

ą

wirusy (powtarzalne struktury

antygenowe na powierzchni wirionów)
bardziej wydajne ni

ż

IgG (do neutralizacji lub opsonizacji

potrzeba 100-1000 razy mniej cz

ą

steczek IgM ni

ż

IgG)

skutecznie aktywuj

ą

dopełniacz (blisko poło

ż

one regiony Fc)

słabo dyfunduj

ą

– niskie st

ęż

enie

w płynie mi

ę

dzykomórkowym tkanek

w PMR

przenoszone przez receptor Fc poli-Ig na powierzchni

ę

błon

ś

luzowych (tak jak IgA, ale w ni

ż

szych st

ęż

eniach)

5

Dopełniacz

modyfikuje błony lipidowe zawieraj

ą

ce obce antygeny (opsonizacja lub

liza)
wzmaga odpowied

ź

prozapaln

ą

(chemotaksja w reakcji na C3a, C3q i

C5a)
najwa

ż

niejszy element odpowiedzi humoralnej przed pojawieniem si

ę

przeciwciał

usprawnia odpowied

ź

przeciwwirusow

ą

przez opłaszczenie wirionów uprzednio zwi

ą

zanych z przeciwciałami

przez skuteczniejsz

ą

aglutynacj

ę

kompleksów wiriony/przeciwciała

przez doł

ą

czenie C3b do kompleksu Ag/AB (rozpoznawanie przez receptory

dla C3b komórek fagocytuj

ą

cych)

przez bezpo

ś

redni

ą

liz

ę

wirionów osłonkowych (tak

ż

e przeciwiciała

„naturalne”)

Przeciwciała „naturalne”

Przykład: przeciwciała skierowane przeciwko

α

1-3 digalaktozie

pojawiaj

ą

si

ę

we wczesnym okresie zycia

człowiek nie syntetyzuje digalaktozy, ale przyswaja j

ą

z

po

ż

ywieniem

wirusy zaka

ż

aj

ą

ce komórki zawieraj

ą

ce ten dwucukier

wbudowuj

ą

go jako reszty w

ę

glowodanowe glikoprotein

powierzchniowych

Skutek: wiriony ulegaj

ą

neutralizacji pod wpływem przeciwiciał

przeciw

α

1-3 digalaktozie

Obrona wirusów przed odpowiedzi

ą

humoraln

ą

masywna dawka zaka

ż

aj

ą

ca

masywna wiremia

hiperzmienno

ść

antygenowa

nadprodukcja antygenów podczas replikacji

rozsiew wirusa z komórki do komórki

obrona przed składnikami dopełniacza

zaka

ż

enie tkanek uprzywilejowanych immunologicznie

latencja

omini

ę

cie barier obronnych (uk

ą

szenia, transplantacje, transfuzje,

narkotyki do

ż

ylne, zabiegi inwazyjne)

Zwi

ą

zek wirusowych zaka

ż

e

ń

przewlekłych z

niedoborami odpowiedzi humoralnej

Immunosupresja jako bezpo

ś

redni skutek zaka

ż

enia (obrona

wirusa przed układem immunologicznym na wszystkich etapach
zaka

ż

enia)

Wrodzone niedobory odporno

ś

ci (przewlekłe zaka

ż

enie OPV u

ludzi z agammaglobulinemi

ą

)

Zaka

ż

enie płodu lub noworodka prowadzi do wyst

ą

pienia

immunotolerancji na antygeny wirusa (ró

ż

yczka, CMV, HBV,

HCV)
Wirusy słabo immunogenne lub niecytopatyczne (brak
odpowiedzi na antygeny lub mała liczba dost

ę

pnych antygenów)

Synteza nadmiaru antygenów (zwi

ą

zanie przeciwciał

neutralizuj

ą

cych)

Hiperzmienno

ść

antygenowa (HIV, HCV)

Obrona wirusów przed
układem dopełniacza

dla adsorpcji wirusy wykorzystuj

ą

receptory dla dopełniacza

CD21 (C3d) – EBV
CD46 – odra
DAF (inhibitor dop.) – wirusy Coxsackie i ECHO

Białka wirusowe hamuj

ą

kaskad

ę

dopełniacza

HIV, HTLV-1 i krowianka wbudowuj

ą

komórkowe inhibitory dopełniacza w

osłonk

ę

CMV zwi

ę

ksza ekspresj

ę

inhibitorów dop. (MAP, DAF) na pow. zak. kom.

HSV doprowadza do ekspresji homologu vCD59, który blokuje powstawanie
kompleksu atakuj

ą

cego błon

ę

kaposica (białko HHV-8) blokuje klasyczn

ą

i alternatywn

ą

drog

ę

aktywacji

dopełniacza
herpeswirusy i poxwirusy zawieraj

ą

geny koduj

ą

ce wydzielnicze białka

kontroli dopełniacza zwi

ą

zane ze zwi

ę

kszon

ą ś

miertelno

ś

ci

ą

gC-1 HSV wi

ąż

e si

ę

z siarczanem heparanu, co doprowadza do wi

ą

zania i

unieczynnienia C3b

6

Zmienno

ść

antygenowa

Przykład: wirus grypy

przesuni

ę

cie antygenowe – hemaglutynina i neuraminidaza

mutacje punktowe w genach HA i N odpowiadaj

ą

za niewielk

ą

zmienno

ść

wirusa, ale

wirus utrzymuje zaka

ź

no

ść

wirus nie jest rozpoznawany przez istniej

ą

ce przeciwciała

Skutek: obserwowane co roku epidemie grypy (znane typy wirusa)

Hiperzmienno

ść

antygenowa

Przykłady: HIV i HCV

zmiany wynikaj

ą

z podatno

ś

ci polimeraz RNA i

odwrotnej transkryptazy na bł

ę

dy transkrypcyjne

Skutek: brak humoralnej odporno

ś

ci populacyjnej,

niemo

ż

no

ść

opracowania skutecznej szczepionki,

kr

ążą

ce warianty wirusów

Przesuni

ę

cie antygenowe wyst

ę

puje u wszystkich

wirusów (ró

ż

nica w tempie zmian)

Osłabienie odpowiedzi ze
strony limfocytów B (1)

Przykład: zaka

ż

enie limfocytów B (EBV)

zaka

ż

enie

liza (wirusowa i CTL)
aktywacja nieswoista
proliferacja
anergia

Skutek: limfopenia w pocz

ą

tkowej fazie

mononukleozy, limfocytoza i
hipergammaglobulinemia w okresie objawowym

Osłabienie odpowiedzi ze
strony limfocytów B (2)

Przykład: wirus limfocytarnego zapalenia splotu naczyniówkowego i

opon mózgowych

(LCM, lymphocytic choriomeningitidis virus, Arenaviridae)

Przył

ą

czenie wirusa do IgM na powierzchni limfocytów B

Wnikni

ę

cie i zaka

ż

enie limfocytu

Zaka

ż

ony limfocyt prezentuje antygeny LCMV w kontek

ś

cie

MHC-I
CTL zabijaj

ą

zaka

ż

one limfocyty B

Skutek: bardzo niskie miana przeciwciał swoistych w przebiegu

zaka

ż

enia LCMV

Tworzenie kompleksów
immunologicznych

Kompleksy immunologiczne składaj

ą

si

ę

z

przeciwciał poł

ą

czonych z antygenami

wirusowymi

wydzielniczymi

pochodz

ą

cymi z niekompletnych wirionów

obecnymi na powierzchni zaka

ź

nych wirionów

7

Kompleksy immunologiczne

mog

ą

zawiera

ć

zaka

ź

ne wiriony (transport do odległych tkanek i

zaka

ż

enie makrofagów i limfocytów poprzez receptor wi

ążą

cy Fc)

Dysocjacja kompleksów immunologicznych wydzielonych z surowicy:

75% przeciwciał nieswoistych
~ 1% przeciwciał swoistych

w zaka

ż

eniach ostrych kompleksy immunologiczne s

ą

skutecznie

usuwane przez komórki patroluj

ą

ce lub osiadłe RES

w zaka

ż

eniach przewlekłych cz

ę

sto obserwuje si

ę

odkładanie

kompleksów immunologicznych w

kł

ę

buszkach nerkowych (

→

kł

ę

buszkowe zapalenie nerek)

t

ę

tnicach (

→

zapalenie naczy

ń

przy WZW B)

splocie naczyniówkowym (zapalenie naczyniówki i t

ę

czówki przy WZW C)

Kł

ę

buszkowe zapalenie nerek

Wirusowe kompleksy Ag/AB

maj

ą

du

żą

mas

ę

cz

ą

steczkow

ą

(akumulacja)

wi

ążą

dopełniacz

aktywuj

ą

komórki patroluj

ą

ce

→

synteza cytokin

prozapalnych
chemotaksja limfocytów
miejscowy przewlekły stan zapalny
uszkodzenie/niewydolno

ść

nerek

Zmienno

ść

osobnicza

Mutacje w genie HLA-DR odpowiadaj

ą

za równowag

ę

w

formowaniu kompleksów immunologicznych

Wirusy niecytopatyczne (HIV,
HCV, wirus dengi)

wywołuj

ą

zaka

ż

enie nie doprowadzaj

ą

c do

ś

mierci

komórki

komórki zaka

ż

one nie s

ą

prawidłowo rozpoznawane

przez komórki cytotoksyczne (CTL, NK)

odpowied

ź

humoralna nabiera podstawowego

znaczenia

Wirus dengi

Flaviviridae, arbowirus (Aedes aegypti)

pi

ęć

typów wirusa

Płd-Wsch Azja i Karaiby

ostra choroba gor

ą

czkowa (wi

ę

kszo

ść

zaka

ż

e

ń

)

gor

ą

czka krwotoczna ze wstrz

ą

sem (DHF,

mniejszo

ść

)

Denga

DHF rozwija si

ę

u

dzieci, które wcze

ś

niej przechodziły zaka

ż

enie deng

ą

(innym typem wirusa)

dzieci, które maj

ą

matczyne przeciwciała przeciwko innemu typowi wirusa

Patogeneza

zwi

ę

kszona przepuszczalno

ść

naczy

ń

trombocytopenia
zaburzenia krzepni

ę

cia

komórki jednoj

ą

drzaste krwi obwodowej ulegaj

ą

zaka

ż

eniu poprzez kompleks

receptor Fc/przeciwciało/wirus
wirus nie niszczy zaka

ż

onych komórek, słaba ekspresja antygenów

(nieskuteczna komórkowa odpowied

ź

cytotoksyczna)

w obecno

ś

ci przeciwciał zaka

ż

one komórki produkuja nadmierne ilo

ś

ci

czynników zwi

ę

kszaj

ą

cych przepuszczalno

ść

i osłabiaj

ą

cych

ś

ciany naczy

ń

(TNF

α

, IFN

γ

i IL-2)

Kr

ążą

ce kompleksy Ag/AB wi

ążą

dopełniacz, który (C3a, C5a) w nadmiarze

działa wazoaktywnie oraz nasila sekwestracj

ę

trombocytów w tkankach

8

Hiperzmienno

ść

antygenowa HCV

Regiony hiperzmienne glikoprotein E1 i E2 (HVR, hypervariable
regions)
E2 jest glikoprotein

ą

, reszty glikozylowe mog

ą

maskowa

ć

epitopy

zmienne (HVR) i konserwatywne proteiny
HCV wi

ąż

e si

ę

z VLDL (very low density lipoprotein) – ochrona

przed przeciwciałami
w przebiegu przewlekłego WZW, HCV ewoluuje tworz

ą

c

quasigatunki (ró

ż

nice w sekwencji RNA do 5%, do 10

quasigatunków izolowanych od jednego pacjenta)

Zmienno

ść

antygenowa

30-50% mi

ę

dzy genotypami

15-30% mi

ę

dzy podtypami

5-10% mi

ę

dzy quasigatunkami wykrywanymi u pojedynczej osoby

Zjawiska autoimmunologiczne

zaka

ż

enie wirusowe prowadzi do powstania

odpowiedzi swoistej

niektóre epitopy antygenów wirusów wyst

ę

puj

ą

w

białkach organizmu

przeciwciała przeciwwirusowe reaguj

ą

z

antygenami człowieka

mo

ż

e to doprowadzi

ć

do reakcji

autoimmunologicznej

Zasadowe białko mieliny (MBP)

wyst

ę

puje w osłonce mielinowej neuronów

centralnego i obwodowego UN

uczulenie na MBP (10-aminokwasowy epitop) in
vivo u gryzoni skutkuje alergicznym zapaleniem
mózgu

pozostałe domeny MBP nie wywołuj

ą

takiej

reakcji

podobn

ą

domen

ę

zawiera polimeraza DNA HBV

Mimikra antygenowa

Wirus/ludzki gen

pozycja (aa)

sekwencja

CMV IE2

79

P D P

L G R P D

E D

cz

ą

steczka HLA-DR

60

V T E

L G R P D

A E

Poliowirus VP2

70

S T T

K E S R G T

T

Receptor

176

T V I

K E S R G T

K

acetylocholinyny

HPV E2

76

S L H

L E S L K D

S

Receptor insuliny

66

V Y G

L E S L K D

L

RABV gP

147

T

K E S L V I

I S

Receptor insuliny

764

N

K E S L V I

S E

HAdV 12 E1B

384

L R R G M

F R P S Q

C N

alfa-gliadyna

206

L G Q G S

F R P S Q

Q N

HIV-1 p24

160

G V E T T T P S

Region stały IgG

466

G V E T T T P S

wirus odry (P3)

13

L E C I R A

L K

kortykotropina

18

L E C I R A

C K

wirus odry (P3)

31

E I S

D N

L G Q E

mielina

61

E I S

F K

L G Q E

Dzi

ę

kuj

ę

za uwag

ę