7. Mechanizmy rozpoznawania drobnoustrojów

Aktywacja swoistych mechanizmów jest niezbędna do wyeliminowania wielu drobnoustrojów, jednak rozwija się ona bardzo wolno. Gdyby nasz układ odpornościowy opierał się tylko na aktywności odpowiedzi swoistej, mówiąc kolokwialnie – długo by nie pociągnął;] drobnoustroje rozmnażają się dużo szybciej niż limfocyty i gdyby nie obecność mechanizmów nieswoistych, z pewnością opanowałyby cały organizm w mgnieniu oka.

Wybrane nieswoiste mechanizmy działania:

MIEJSCE OBRONY	AKTYWNY KOMPONENT	MECHANIZM DZIAŁANIA
Skóra	Rogowaciejący nabłonek	Uniemożliwia kolonizację
	Pot, łój	Niskie pH
Drogi oddechowe	Ruch rzęsek, kaszel, kichanie	Wydalanie drobnoustrojów
	Wydzieliny śluzowo-surowicze	Przemywanie powierzchni
Przewód pokarmowy	Kwas solny	Niskie pH
	Perystaltyka, złuszczanie się nabłonka	Utrudniona kolonizacja
	Fizjologiczna flora bakteryjna	Kolicyny, subst. przeciwgrz.; konkurencja o siedlisko
Krew, wydzieliny	Laktoferyna, transferyna	Wiązanie żelaza niezbędnego mikroorganizmom
	Interferony, TNF	Indukcja odp. immunologicznej
	Lizozym	Rozkładanie ścian kom. bakterii
Inne (obecne we wszystkich ww.)	Układ dopełniacza	Cytotoksyczny; opsonizacja, fagocytoza, chemotaksja
	Białko C-reaktywne i in.b. ostrej fazy	Aktywacja dopełniacza
	Kom. żerne, kom. NK	Fagocytoza, cytotoksyczność
	Lizozym (wydzielina nosa, ślina, łzy)	Rozkładanie ścian bakterii, przemywanie powierzchni

Układ nieswoisty w sposób selektywny rozpoznaje obecne na powierzchni drobnoustrojów cząsteczki, które są nieobecne na komórkach własnych organizmu. Dzięki temu odpowiedź nieswoista nie indukuje reakcji autoimmunizacyjnych.

Różnice między odpowiedzią swoistą i nieswoistą:

CECHA	ODP. SWOISTA	ODP. NIESWOISTA
CZAS REAKCJI	Powolna, rozwija się czasem kilka dni	Bardzo szybka, nie wymaga wstępnej aktywacji
BUDOWA SWOISTYCH RECEPTORÓW	Rozwijają się na nowo wiele razy (nawet bilion w ciągu życia), nie dziedziczone	Niezmienne w ciągu całego życia, dziedziczą się
SELEKTYWNOŚĆ	Specyficzna, ale mogą powstać limf. autoreaktywne	Selektywna, celem ataku NIE są własne cząsteczki
PAMIĘĆ IMMUN.	Zazwyczaj wieloletnia	Brak
ZALEŻNOŚĆ DO DRUGIEJ	Nieswoista niezbędna do jej rozwinięcia	Niezależna od swoistej

Rozwój nieswoistej reakcji obronnej organizmu

3 etapy reakcji obronnej:

1. Rozpoznanie drobnoustrojów

2. Zwiększenie przepuszczalności naczyń i utworzenie wysięku zapalnego

3. Ściągnięcie do miejsca inwazji komórek układu odpornościowego

Histamina, kininy i leukotrieny wzrost przepuszczalności naczyń. Odbywa się w ciągu sekund.

Wolniej odbywa się wciąganie do odpowiedzi komórek układu odpornościowego.

Rozpoznawanie drobnoustrojów przez nieswoiste mechanizmy odpornościowe

Cząsteczki drobnoustrojów stale mutują, aby ustrzec się przed rozpoznaniem przez układ odpornościowy. Mutacje te jednak omijają miejsca strategiczne, np. peptydoglikan będący składnikiem ściany komórkowej bakterii i jednocześnie miejscem wiążącym limfocyty T. Gen kodujący tę cząsteczkę nie podlega mutacjom, mimo że to właśnie przez zaburzenie syntezy tej cz. działa penicylina. Bakterie radzą sobie z antybiotykiem w inny sposób, mianowicie produkują enzym rozkładający penicylinę.

Charakterystyczne cz. drobnoustrojów, selektywnie rozpoznawane przez komórki odpowiedzi nieswoistej cząsteczki PAMP (wzorce molekularne związane z patogenami)

Charakterystyka cz. PAMP:

• Są typowe dla całych grup drobnoustrojów

• Przykłady: LPS – składnik ścian komórkowych bakterii Gram-ujemnych

Kwas tejchojowy – buduje ściany komórkowe bakterii Gram-dodatnich

Mannany – uniwersalny składnik otoczek drożdży

Receptory dla cząsteczek PAMP – receptory rozpoznające wzorce (PRR)

Receptory PRR

3 typy:

1. Wydzielane

2. Powierzchniowe

3. Wewnątrzkomórkowe

Odporność przeciw jednemu patogenowi jest uzależniona od ścisłej kooperacji między wieloma typami receptorów.

Receptory PRR znajdują sie nie tylko na komórkach układu odpornościowego, można je spotkać również na komórkach nabłonkowych (w jamie ustnej, gardle, przewodzie pokarmowym, drogach oddechowych, narządach moczowo-płciowych, skórze), śródbłonku, adipocytach, kardiomiocytach i fibroblastach. Komórki te zaliczane do układu odpornościowego z uwagi na swoją lokalizację, z reguły jako pierwsze rozpoznają patogeny i alarmują o potencjalnym zagrożeniu.

Ad 1. Wydzielane PRR

• Wydzielane receptory są najczęściej opsoninami ułatwiającymi fagocytozę, np. kolektyny oraz pentraksyny.

• Opsoninami są również przeciwciała i składniki układu dopełniacza.

• Białko C-reaktywne (pentraksyna) jest jednym z białek ostrej fazy – efektywniej wytwarzane w przypadku uszkodzenia tkanek, zakażenia, reakcji zapalnej lub w przypadku choroby nowotworowej.

• Białko wiążące mannozę (kolektyna) – po opłaszczeniu patogenu jest rozpoznawane przez receptor na makrofagach, indukuje fagocytozę, lecz także pobudza komórki żerne. Jest ono przykładem udziału lektyn w fagocytozie (lektynofagocytozie).

• Konglutynina oraz białka A i D surfaktantu, również należą do kolektyn.

• Kolektyny mogą również powodować aglutynację drobnoustrojów.

Ad 2. Powierzchniwe PRR

• 2 typy:

- uczestniczące w fagocytozie

- aktywujące komórki

Uczestniczące w fagocytozie.

• Receptory lektynowe

• Receptory zmiatacze

• Niektóre integryny

Zmiatacze

• Na makrofagach i monocytach

• Występują również w formie rozpuszczalnej

• Rozpoznają:

• Acetylowane i utlenowane lipoproteiny o małej gęstości

• Anionowe polisacharydy, np.siarczan chondroityny

• Fosfolipidy, np.fosfatydylosoeryna, fosfatydylocholina

• Uczestniczą w usuwaniu patogenów ich toksyn oraz komórek apoptotycznych

• Udział w odkładaniu cholesterolu w ogniskach miażdżycowych

Lektyny

• Wiążą poli- i oligosacharydy powierzchniowe wielu drobnoustrojów

• Receptory dla niektórych wirusów, np. HIV lub cz. Ig-podobnych uczestnicząc dzięki temu w adhezji i migracji komórek

Aktywujące

• W większości są to receptory Toll-podobne (TLR)

• Nie uczestniczą w fagocytozie, główną funkcją jest aktywacja komórek

• Większość spośród nich znajduje się na powierzchni komórek i po związaniu z odpowiednimi PAMP przekazują one sygnały aktywujące do komórki

• Aktywują niektóre czynniki transkrypcyjne odpowiedzialne za syntezę mediatorów prozapalnych lub czynniki indukujące syntezę interferonów

• Wiążą się z endogennymi ligandami, które w prawidłowych warunkach znajdują się wewnątrz komórki a uwalniane są wskutek jej śmierci – wstępne przygotowanie komórek ukł. odpornościowego do ewentualnego zakażenia po zranieniu.

Udział TLR w indukcji odpowiedzi immunologicznej

TLR4 –receptor uczestniczący w rozpoznawaniu drobnoustrojów już we wrotach zakażenia. Aktywowane w ten sposób komórki nabłonka rozpoczynają wydzielanie chemokin i innych cytokin oraz defensyn, uczestniczących w przyciąganiu do miejsca inwazji komórek układu odpornościowego i niszczenia patogenów.

Jeśli nabłonkom nie uda się powstrzymać inwazji to do akcji ruszają limfocyty, na których powierzchni znajdują się receptory dla TLR.

Makrofagi aktywowane przez TLR wytwarzają cytokiny prozapalne, zwiększają swoje właściwości fagocytarne, wytwarzają RFT, NO oraz mogą efektywniej prezentować limfocytom T.

Komórki tuczne:

• Powstają w szpiku i wędrują do tkanek, gdzie różnicują się w dojrzałe k.t.

• Lokalizują się w miejscach strategicznych, tzn. w pobliżu naczyń krwionośnych i zakończeń nerwów w skórze, błonach śluzowych dróg oddechowych, przewodu pokarmowego, narządów moczowo-płciowych.

• Ich powierzchnia najeżona jest receptorami TLR (gł. TRL4 i TRL6)

• Główna rola – amplifikacja wszystkich wstępnych sygnałów o inwazji drobnoustrojów

• Jako jedyne wytwarzają i magazynują TNF, jeden z najsilniejszych endogennych stymulatorów neutrofilów

• Prezentują antygeny z MHC kl. II

Komórki dendrytyczne:

• Docierają do tkanek ze szpiku w postaci niedojrzałej, mając dobrze rozwinięte właściwości endo- i pinocytarne.

• Jeśli do jej wnętrza zostanie endocytowana np. bakteria, to komórka zmienia natychmiast swoje właściwości i ulega aktywacji – na jej pow. pojawiają się receptory dla chemokin wytwarzanych w lokalnym węźle chłonnym; cz. kostymulujące oraz zwiększa się ekspresja MHC kl. I i II. Rozpoczyna się synteza cytokin.

Aktywacja TLR może doprowadzić również do uszkodzenia tkanek, szczególnie w wyniku zbyt silnego pobudzenia makrofagów. Skrajnym przykładem takiej reakcji jest wstrząs septyczny. Najważniejszą rolę w jego indukcji odgrywa LPS.

Mutacja genu TLR4 większa podatność na infekcje bakteriami Gram-ujemnymi.

mniejsze ryzyko miażdżycy

Polimorfizm genu TLR2 zmniejszone zagrożenie wstrząsem septycznym przy zakażeniu gronkowcami

Mutacje genu TLR5 zwiększona podatność na zapalenie płuc wywołane przez Legionella pneumophila

Ad 3. Wewnątrzkomórkowe

• Znajdują się w cytoplazmie

• Służą wykrywaniu drobnoustrojów wewnątrzkomórkowych i ich produktów.

• Niektóre receptory TLR, rec. NOD-podobne (NLR), helikazy oraz białka indukowane przez interferony.

• Największą grupę stanowią NOD-podobne (CATERPILLER) mające złożoną budowę:

• Domena LRR – rozpoznaje cz. PAMP

• Domena NAD – wiąże nukleotydy

• Domena efektorowa – przekazuje sygnał aktywujący komórkę, różna w różnych białkach.

• Cząsteczki NLR:

• Białko NOD1 i 2 – rozpoznaje składniki bakteryjnego peptydoglikanu

• 3 podrodziny białek tworzące kompleks aktywujący kaspazę 1 INFLAMASOM

Inflamasomy są aktywowane przez:

• Produkty drobnoustrojów

• Endogenne cz. produkowane w trakcie stresu

• Utratę jonów K⁺ (wynik działania toksyn bakteryjnych tworzących pory w błonie komórkowej)

Kaspaza 1 aktywowana przez inflamasom

Aktywacja białka SREBP

Zwiększenie syntezy cholesterolu

Naprawa uszkodzeń błony

Helikazy RNA:

• Rozpoznają dwuniciowe RNA wielu wirusów

• Indukują wytwarzanie IFN-α

Choroby autozapalne – wynik mutacji w obrębie genów kodujących NALP3 (kriopirynę). Nie są one spowodowane przez infekcje, lecz przez spontaniczną aktywację inflamasomu.

Np. rodzinny zespół autozapalny indukowany przez oziębienie; rodzinna gorączka śródziemnomorska.

Powtarzające się przez wiele lat ataki mogą doprowadzić do rozwoju amyloidozy.

Inflamasom może być aktywowany również przez kryształy moczanowe w przebiegu dny.

Funkcja makrofagów i granulocytów

• Komórki żerne docierają do miejsca inwazji, jako pierwsze.

• Granulocyty powstają w szpiku z multipotencjalnych kom. macierzystych. Wydajność ich wytwarzanie zwiększa się nawet 10-krotnie w trakcie infekcji.

• Neutrofile (najliczniejsze granulocyty – obecne są we krwi mniej niż jeden dzień, przechodzą do tkanek i tam pozostają 1-2 dni. Część z nich przenika błonę śluzową przechodząc do światła oskrzeli lub przewodu pokarmowego.

• Prekursory makrofagów również wywodzą się ze szpiku. Jako monocyty opuszczają łożysko naczyniowe i osiadają w tkankach makrofagi.

Ostatecznym wynikiem ich przekształceń mogą być wielojądrzaste komórki olbrzymie.

Chemotaksja

Już w kilka sekund po rozpoznaniu czynnika chemotaktycznego neutrofil wysuwa w odpowiednim kierunku swoje pseudopodia i przemieszcza się.

Czynniki chemotaktyczne działające na granulocyty oraz na monocyty:

1. Fragmenty C5a i C3a uwalniane w trakcie aktywacji dopełniacza

2. Formylowane peptydy, np.FMLP uwalniane przez bakterie, działa na kom. również aktywująco.

3. Defensyny wytwarzane przez kom. nabłonkowe i neutrofile

4. IL-1, TNF, TGF-β, IL-8 i inne cytokiny (chemokiny)uwalniane przez monocyty i makrofagi

5. LTB₄ i PAF produkowane przez różne komórki

Najefektywniejsze są : C5a, LTB₄, FMLP i niektóre chemokiny

Aktywacja

Leukocyty nabywają wzmożonych właściwości cytotoksycznych.

Przykład współdziałania odpowiedzi swoistej i nieswoistej.

Najefektywniejszym procesem obronnym naszego organizmu jest immunofagocytoza.

2 rodzaje czynników aktywujących makrofagi:

1. Pochodzenia bakteryjnego, aktywujące PRR

2. Uwalniane przez komórki tuczne i limfocyty T – CYTOKINY (IFN-γ współdziałający z innymi, może wzmagać ekspresję receptorów dla innych cytokin lub działać niezależnie od nich; IL-8 jest ważnym aktywatorem neutrofilów)

Procesy zachodzące w makrofagach pobudzane aktywacją:

• Przemiany metaboliczne;

• Wł. bakteriobójcze i cytotoksyczność przeciwnowotworowa;

• Prezentacja antygenów limfocytom T

• Odpowiedź na cz. chemotaktyczne

• Fagocytoza i pinocytoza

• Przyleganie do podłoża

• Zawartość enzymów w lizosomach

• Wydzielanie wielu czynników i cytokin

Zakończenie odpowiedzi nieswoistej

Samoistne w wyniku braku sygnałów pobudzających po wyeliminowaniu patogenów.

Wynik działania mechanizmów aktywnie uczestniczących w negatywnej kontroli procesów:

• Hamowanie działania cytokin (IL-10, TGF-β, prostaglandyny)

• Endocytoza lub złuszczanie cz. adhezyjnych lub receptorów dla cytokin przez nadmiernie pobudzane komórki śródbłonka

• Wytwarzanie lipoksyn, rezolwin i protektyn

• Wytwarzanie receptorów, które wiążąc cytokinę na pow. kom. uniemożliwiają pobudzenie receptorów przekazujących sygnał aktywujący komórkę

Kooperacja między odpowiedzią swoistą i nieswoistą

• Odpowiedź nieswoista umożliwia rozwinięcie się odpowiedzi swoistej prowadzącej do całkowitego uporania się z drobnoustrojami i powstania trwałej pamięci imm.

• Limfocty B (swoista) – przeciwciała są same z siebie mało niebezpieczne dla patogenów, służą do oznakowana struktur, które mają zostać skutecznie zniszczone przez dopełniacz i fagocytozę

• Limfocyty T (swoista) – cytokiny aktywują komórki żerne, wzmagają wytwarzanie składników dopełniacza przez hepatocyty i makrofagi.