Mechanizmy odporności nieswoistej

Mechanizmy odporności nieswoistej zapewniają ochronę organizmu w krytycznym okresie między inwazją bakterii a uruchomieniem mechanizmów swoistych. Ten naturalny system obrony, zależny od rozpoznania i zniszczenia wnikających drobnoustrojów przez komórki fagocytarne i humoralne czynniki nieswoiste. Mechanizmy te funkcjonują niezależnie od uprzedniego kontaktu z patogenami, są z góry zaprogramowane, nie podlegają modyfikacjom i mają ograniczoną swoistość.

Oba typy odporności, swoisty i nieswoisty, są systemami współdziałającymi. Podstawowe komórki biorące udział w odporności wrodzonej (makrofagi i komórki dendrytyczne) odgrywają bezpośrednią inicjującą rolę w indukcji odporności swoistej.

Układ odporności wrodzonej wykorzystuje dwa sposoby rozpoznania, polegające na identyfikacji struktur typowych dla drobnoustrojów lub na rozpoznaniu braku własnych antygenów (głównie MHC klasy I) na komórkach ustroju – utrata własnych antygenów towarzyszy niektórym typom zakażeń.

Na skuteczność odporności nieswoistej wskazuje fakt, że mimo stałej ekspozycji na drobnoustroje chorobotwórcze do zakażenia dochodzi wyjątkowo, a nawet w okresie epidemii czy pandemii choruje jedynie część populacji.

Do systemu obrony nieswoistej zaliczamy cztery niezależne grupy czynników i mechanizmów:

1. Bariery odporności wrodzonej (bariery anatomiczne i fizjologiczne ustroju oraz czynniki genetyczne i różnice indywidualne)

2. Nieswoiste humoralne czynniki bakteriobójcze

3. Komórki fagocytujące i odczyn zapalny

4. Limfocyty odpowiedzi nieswoistej (ILL)

Bariery anatomiczne i fizjologiczne

Drogi przez które drobnoustroje dostają się do organizmu:

1. Miejsca przerwania ciągłości błon śluzowych i skóry – nieuszkodzona skóra i śluzówki stanowią skuteczną anatomiczną i funkcjonalną zaporę przed zakażeniem

2. Układ pokarmowy

3. Układ oddechowy

4. Układ moczowo-płciowy

1. Czynniki genetyczne i różnice indywidualne

Skóra: ma odczyn kwaśny (pH 3.5-5.5) dzięki wydzielaniu kwasu mlekowego z potem i wytwarzaniu kwasów organicznych przez obecną na skórze mikroflorę stałą (bakterie beztlenowe). Kwaśny odczyn jest niekorzystny dla większości patogennych bakterii.

Gruczoły łojowe wydzielają nienasycone kwasy tłuszczowe mające silne działanie bakteriobójcze

Uszkodzone keratynocyty wytwarzają prozapalne cytokiny TNF-α i IL-1 oraz chemokinę IL-8, które przyciągają neutrofile, co sprzyja rozwojowi odczynu zapalnego i ułatwia miejscową obronę.

Układ oddechowy: W górnych drogach oddechowych większe cząsteczki (ok. 10 µm) osiadają na błonach śluzowych. Następnie nabłonek migawkowy przesuwa je w kierunku nosogardzieli, skąd albo są usuwane podczas odruchu kichania i kaszlu, albo są połykane. Cząsteczki dostające się do dolnych dróg oddechowych zostają związane przez surfaktanty A i D w kompleksy, które łączą się z receptorami dla C1q i są fagocytowane przez makrofagi pęcherzyków płucnych.

Układ pokarmowy: Ślina jamy ustnej zawiera m.in. lizozym i laktoferynę, IgA – substancje o działaniu bakteriobójczym. Ponadto obecna w jamie ustnej stała mikroflora działa antagonistycznie na rozwój innych mikroorganizmów. Żołądek – niskie pH panujące działa zabóczo dla większości bakterii (wyjątek Helicobacter pylori). Dwunastnica jest prawie wolna od drobnoustrojów, ponieważ sole kwasów żółciowych mają działanie bakteriobójcze. W jelicie grubym działanie ochronne zapewnia: warstwa śluzu, obecność lizozymu i IgA, obecność wędrownych makrofagów, ruchy perystaltyczne oraz bakteriocyny (produkty metaboliczne bakterii jelitowych), wytwarzane przez stale rezydującą mikroflorę (np. kolicyny wy­twarzane przez E. coli).

Drogi moczowe: górny odcinek dróg moczowych prawidłowo jest jałowy. Zakażeniom wstępują­cym przez cewkę moczową zapobiegają wydzieliny błony śluzowej (m.in. lizozym), jak również obecna w ujściu cewki mikroflora. Niskie pH pochwy u dorosłych kobiet, spowodowane wytwarzaniem kwasu mlekowego przez Lactobacillus acido­philus, uniemożliwia rozwój większości innych drobno­ustrojów. W stanach zapalnych L. acidophilus jest wypierany przez inne drobno­ustroje, a odczyn wydzieliny pochwy staje się obojętny lub alkaliczny.

Gałka oczna: Łzy zawierają lizozym i laktoferynę, a ponadto w sposób mechaniczny opłukują worek spojówkowy. Dodatkowo powierzchnia oka oczyszczana jest podczas mrugania.

Czynniki genetyczne i różnice indywidualne

Wiele drobnoustrojów lub ich produkty mogą być patogenne jedynie u nie­których gatunków, natomiast są niepatogenne dla innych. U człowieka przykładem takiego uwarunkowania genetycznego jest odporność na zakażenie wirusem HIV u osób, które nie posiadają receptora dla chemokin - CCR5 – receptor odgrywający istotną rolę w procesie wniknięcia wirusa do komórki. Innym przykładem jest niewrażliwość na zakażenie zarodźcem malarii (Plas­modium falciparum) osobników heterozygotycznych, mających gen niedokrwistości sierpowatej. Gen ten warunkuje syntezę odmiennej hemoglobiny (hemoglobina S). Obserwowane indywidualne różnice we wrażliwości na pewne patogeny mogą być spowodowane takimi czynnikami jak: czynniki genetyczne, (HLA), sposób odżywiania, swoistość budowy anatomicznej.

Substancje bakteriobójcze w organizmie

Nie mają charakteru przeciwciał, są nieswoiste, występują w płynach ustrojowych lub wewnątrz komórek odgrywają ważną rolę efektorową w mechanizmach odporności – zapewniają ochronę organizmu w okresie przed pojawieniem się swoistych przeciwciał, a także później, wzmagając działanie przeciwciał. Do substancji tych należą:

1. Enzymy, które rozkładają składniki ściany komórkowej drobnoustrojów (lizozym, chitynazy, fosfolipaza A2)

2. Białka przeciwbakteryjne, które uszkadzają ciągłość ściany komórkowej drob­noustrojów (defenzyny, białko BPI);

3. Białka wiążące jony żelaza (laktoferyna)

4. Interferony

Lizozym (muramidaza) – rozkłada peptydy wchodzące w skład błony komórkowej bakterii, co w efekcie prowadzi do rozpadu komórki bakteryjnej. Działa silnie na bakterie Gram (+), słabo na Gram (-) – powierzchnia bakterii G (-) jest chroniona przez zewnętrzną warstwę lipoproteidową. Lizozym występuje w wysokim stężeniu w neutrofilach i makrofagach płucnych, przez które jest wydzielany, oraz w płynach i wydzielinach ciała.

Chitynazy – rozkładają chitynę (wielocukier wchodzący w skład ściany komór­kowej grzybów) wydzielane są przez aktywowane makrofagi i odgrywają istotną rolę w odpowiedzi przeciwgrzybiczej.

Fosfolipaza A2 (PLA2) – rozkłada wiązania estrowe fosfolipidów błon komórkowych bakterii. Znajduje się w pierwotnych ziarnistościach neutrofilów i zostaje uwolniona podczas degranulacji. Jest szczególnie efektywna w eliminacji bakterii Gram (+)

Białka kationowe (defenzyny) – grupa białek zawierających znaczne ilości cysteiny i argininy. Znajdują się głównie w neutrofilach. Tworzą kanały w ścianie komórkowej bakterii zarówno Gram (+), jak i Gram (-). Niszczą też otoczki wirusów.

Kationowe białko bakteriobójcze zwiększające przepuszczalność (BPI) – powodu­je lizę błony komórkowej bakterii Gram (-). Znajduje się w pierwotnych ziarnistościach neutrofilów i jest uwalniane po ich aktywacji.

Transferyna (TF) i laktoferyna (LF) – obie chelatują żelazo. LF posiada około 300 razy większe powinowactwo do Fe niż TF. TF znajduje się w surowicy i płynach ustrojowych, LF produkowana jest przez gruczoły mleczne. Ponadto występuje w innych płynach i wydzielinach ustrojowych (łzy, ślina, wydzieliny błon śluzowych), na ogół łącznie z lizozymem. Działanie transferyny i laktoferyny związane jest ze zjawiskiem konkurencji o jony żelaza z drobno­ustrojami chorobotwórczymi. Bakterie wytwarzają silnie chelatujace związki, tzw. syderofory, konkurujące o żelazo z TF lub LF. W odpowiedzi na inwazję bakteryjną organizm reaguje spadkiem stężenia żelaza we krwi, co stwarza niekorzystne warunki dla namnażania drobnoustrojów.

Interferony (IFN) – ważny czynnik obrony nieswoistej podczas zakażeń wirusowych – heterogenna grupa cytokin o podobnym mechanizmie działania.

Interferon-y (IFN-y) jest wytwarzany pod wpływem antygenu przez uczulone limfocyty CD4⁺ Th1, a także przez limfocyty CD8⁺ i komórki NK.

IFN-α powstaje głównie w makrofagach i komórkach dendrytycznych

IFN-β syntetyzowany jest przez prawie wszystkich komórkach ustroju.

IFN-α i IFN-β – określane są łącznie jako interferony typu I

Interferony są gatunkowo swoiste, natomiast nie są swoiste dla patogenów, które stymulują ich syntezę (dla wirusów, bakterii i ich endotoksyn, niektórych pierwotniaków oraz wielu syntetycznych polimerów anionowych). Wytwarzane są również w czasie odpowiedzi immunologicznej przez stymulowane limfokinami makrofagi.

Interferony odgrywają istotną rolę w ograniczeniu i eliminacji infekcji wiruso­wych. Są niezwykle skuteczne – Komórka podejmuje produkcję IFN szybko po zakażeniu na drodze derepresji (inaktywacji represora) odpowiedniego genu. Uwolniony IFN-α lub β działa na niezakażone komórki poprzez wspólny receptor na ich powierzchni. Interferon nie blokuje natomiast ani adsorpcji wirusa z komórką, ani jego penetracji do wnętrza. Interferony α i β indukują wytwarzanie białek o charakterze enzymatycznym poprzez derepresję normalnie nieczynnych genów. Powstają:

• 2',5'-oligoadenylocyklaza (2',5'-oligoA) – blokuje translację kwasów nukleinowych wirusa i nie wpływa przy tym na syntezę własnych białek zakażonej komórki

• kinaza białkowa – hamuje translację i transkrypcję białek wirusa

IFN I typu aktywują komórki NK oraz limfocyty cytotoksyczne T, zwiększając ekspresję MHC klasy I, oraz hamują proliferację komórek. Ich działanie antyproliferacyjne zostało wykorzystane w leczeniu niektórych nowotworów.

IFN-y – wytworzony przez Th1 pod wpływem antygenu, hamuje funkcję Th2. Jest potężnym induktorem funkcji makrofagów i zwiększa ekspresję antygenów MHC klasy II.

Dopełniacz – bierze udział zarówno w swoistej, jak i nieswoistej obronie organiz­mu. Może być uruchamiany na drodze klasycznej, alternatywnej lub lektynowej. Makrofagi i neutrofile mają receptory dla fragmentów dopełniacza, co znacznie ułatwia fagocytozę opsonizowanych drobnoustrojów, gdy nie ma jeszcze przeciwciał

Inhibitory wirusowe – najlepiej poznano inhibitory wirusa grypy, który wytwarza neuraminidazę (enzym ten, zawarty w otoczce białkowej, atakuje

mukopolisacharydy błony komórkowej gospodarza, umożliwiając wirusowi penet­rację do komórki). Mukoproteidy wydzielin śluzowych działają jako konkurencyjny substrat w stosunku do mukoproteidów błon komórkowych, wiążąc cząsteczki enzymu.

Wpływ temperatury ciała

Gorączka jest normalną reakcją ustroju na zakażenie. Jej mediatorami są endogenne pirogeny IL-1, IL-6 i TNF, wytwarzane głównie przez makrofagi i monocyty pod wpływem fagocytozy. Endogenne pirogeny poprzez indukcję cyklooksygenazy-2 (COX-2) w komórkach śródbłonka naczyń mózgu zwiększają syntezę prostaglandyny PGE₂, co w efekcie stymuluje ośrodek termoregulacyjny w podwzgórzu.

Rola gorączki w zakażeniu:

Wzrost ciepłoty ciała u człowieka o 1° zwiększa metabolizm komórek o ok. 6%. Podwyższona ciepłota (> 38,5°C) stymu­luje aktywność fagocytarną makrofagów i neutrofilów oraz syntezę wielu cytokin zarówno przez makrofagi i neutrofile, jak i przez limfocyty. Równoczesna aktywacja przez pirogeny hepatocytów prowadzi do zwiększenia wytwarzania białek ostrej fazy, w tym białka C-reaktywnego (CRP) i białka wiążącego mannozę (MBP), działających jak opsoniny.

Podwyższoną temperaturę ciała można uznać za reakcję obronną, stwarzającą niekorzystne warunki dla bytowania drobnoustrojów – większość patogenów wykazuje optimum wzrostu w temperaturze fizjologicznej ustroju (ok. 37°C). Podwyższona temperatura może również ograniczać rozwój nowotworów u ludzi.

Rozpoznanie antygenów bakteryjnych

Organizm gospodarza rozpoznaje zagrożenie ze strony czynników zakaźnych dzięki mechanizmom obrony nieswoistej, które wykrywają struktury obecne jedynie u drobnoustrojów – tzw. wzorce molekularne związane z patogenami (PAMPs). PAMPs odgrywają kluczową rolę w metabolizmie drobnoustrojów i nie ulegają zmianom. Sprawia to, że rozpoznanie patogenów przez mechanizmy obrony nieswoistej jest równie konserwatywne – nie zachodzą adaptacje.

Komórki rozpoznają PAMPs za pomocą specjalnych receptorów, określanych jako receptory rozpoznające wzorce (PRR). Receptory te można podzielić na trzy grupy:

1. Receptory PRR, które alarmują o wystąpieniu zakażenia. Znajdują się one zarówno na powierzchni komórek gospodarza, jak również we wnętrzu komórki. Rozpoznanie PAMPs przez te receptory prowadzi do wytworzenia czynnika jąd­rowego NF-κB, co w konsekwencji uaktywnia szereg genów kodujących białka i peptydy o działaniu bakteriobójczym oraz cytokiny prozapalne (TNF-α, IL-1, IL-8, IL-12) i chemokiny. Ponadto ligacja PRR zwiększa ekspresję genów związanych z mechanizmami obrony swoistej (antygeny zgodności tkankowej MHC I oraz II, molekuły kostymulacyjne CD80, CD86 oraz CD40). Do tej grupy PRR należą receptory TLR, występujące zarówno na powierzchni, jak i we­wnątrz komórek, oraz receptory NOD zlokalizowane w cytoplazmie komórek.

2. Receptory PRR występujące na powierzchni makrofagów, neutrofilów oraz komórek dendrytycznych, odpowiedzialne (po rozpoznaniu PAMPs) za internalizację drobnoustroju i jego wewnątrzkomórkowe zabicie. W przypadku makro­fagów i komórek dendrytycznych powstałe fragmenty drobnoustroju są prezentowane limfocytom T.

3. Wydzielnicze receptory PRR – uwalniane do płynów tkankowych przez makrofagi i inne komórki. Większość wydzielniczych PRR obecna jest w surowicy krwi. Są to produkty hepatocytów, znane jako białka ostrej fazy (np. lektyna wiążąca mannan, MBL, białko C-reaktywne, CRP). Białka te uczestniczą w procesie aktywacji dopełniacza i opsonizacji drobnoustrojów, ułatwiając tym samym fagocytozę

TLR (receptory Toll-podobne)

Nazwa Toll określa białko (receptor) , które pośredniczy w mechanizmach obronnych. Wykazano, że receptory o podobnej budowie i funkcji występują również u człowieka. Nazwano je receptorami Toll-podobnymi (TLT) . Do dziś zidentyfikowano 10 różnych ludzkich TLR, choć przypuszczalnie jest ich więcej.

TLR występują zarówno na powierzchni komórek (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5), jak również w ich wnętrzu (TLR3, TLR7-TLR9) [tab. 11.1]. Receptory obecne na powierzchni rozpoznają elementy ściany komórkowej drobno­ustrojów, a zlokalizowane wewnątrzkomórkowo rozpoznają struktury kwasów nukleinowych.

Rozpoznanie PAMPs przez TLR odgrywa istotną rolę w mechanizmach obron­nych. Wydzielane wskutek interakcji TLP-PAMPs, przez makrofagi i komórki dendrytyczne, cytokiny prozapalne oraz chemokiny sprzyjają zwalczeniu zakażenia jako składniki odpowiedzi nieswoistej. Zwiększenie ekspresji MHCI, MHCII pozwala na równoczesne pobudzenie mechanizmów swoistych.

Receptory NOD – u ludzi do rodziny NOD należą m.in. receptory NOD1 i NOD2 – odpowiadają za rozpoznanie bakterii chorobotwórczych, które wniknęły do komórki gospodarza.

Receptory NOD1 znajdują się w cytoplazmie komórek nabłonka jelit i rozpoznają peptydoglikany bakterii G (-) ⇒ prowadzi to do uwalniania przez nabłonek jelit chemokin, TNF-α i IL-6 biorących udział a symulacji układu odpornościowego.

Receptory NOD2 – występują głównie w makrofagach, komórkach dendrytycznych i czasem w nabłonku błon śluzowych (jeśli toczy się tam proces zapalny). Rozpoznają peptydoglikany zarówno u bakterii G(+), jak i G(-) ⇒ prowadzi to do uwalniania przez makrofagi i komórki dendrytyczne cytokin prozapalnych (TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12), co wywołuje skuteczną indukcję odpowiedzi adoptywnej.

Receptory odpowiedzialne za fagocytozę – występują na powierzchni neutrofilów, makrofagów i komórek dendrytycznych. Rozpoznają PAMPs, a także fragmenty komórek własnego ustroju, które uległy procesowi apoptozy, co w konsekwencji prowadzi do ich pochłonięcia. Przedstawicielami receptorów tej klasy są m.in.:

1. receptory zmiatacze (SR)

2. receptor mannozowy i glukanowy

3. integryna Mac-1 (CR3)

Receptory SR rozpoznają m.in. lipopolisacharydy (LPS) bakterii Gram (-) i kwas lipotejchojowy (LTA) bakterii Gram (+); receptor mannozowy reaguje z resztami mannozowymi białek bakterii i drożdży.

Pochłonięcie drobnoustrojów przez komórki fagocytujące prowadzi do eliminacji patogenów ze środowiska. Jednak pod wpływem dodatkowej stymulacji ze strony receptorów TLR makrofagi i komórki dendrytyczne nabywają zdolność do prezen­tacji antygenu limfocytom T, co zapoczątkowuje odpowiedź swoistą. Dodatkowo komór­ki dendrytyczne i makrofagi w wyniku fagocytozy drobnoustrojów patogennych wydzielają szereg cytokin prozapalnych działających lokalnie w pierwotnym ognisku zakażenia.

Receptory SR biorą także udział w rozpoznaniu i fagocytozie komórek własnych gospodarza, które uległy apoptozie – w tym przypadku jednak (w przeciwieństwie do rozpoznania i fagocytozy drobnoustrojów) kontakt komórek fagocytujących z komórkami apoptotycznymi, przy jednoczesnym braku aktywacji receptorów TLR, nie prowadzi do aktywacji limfocytów T i indukcji odpowiedzi swoistej.

Wydzielnicze PRR (białka ostrej fazy) - zawartość ich w surowicy krwi bardzo wzrasta podczas uogólnionej reakcji zapalnej, będącej wynikiem działania cytokin prozapalnych: IL-1, IL-6 i TNF-a. Najistotniejszymi przedstawicielami rozpuszczalnych PRR są:

Białko MBL – łączy się z cząsteczkami na powierzchni bakterii Gram (-) i G(+) , drożdży, pierwo­tniaków oraz wirusów. Główną jego funkcją jest aktywacja dopełniacza na drodze lektynowej. Dodatkowo pełni rolę opsoniny, ponieważ po przyłączeniu do drobnoustroju ułatwia fagocytozę poprzez interakcję z receptorem dla dopełniacza (CR3).

Białko C-reaktywne (CRP) – należy do NRIg i pełni funkcję opsoniny. Po połączeniu się z fosforylocholiną na powierzchni drobnoustroju zapoczątkowuje klasyczną drogę aktywacji dopełniacza po­przez przyłączenie się do fragmentu C1q.

Białko wiążące LPS – po związaniu LPS pośredniczy w jego przekazaniu receptorom CD14 występującym na komórkach fagocytują­cych.

Białka surfaktantu (SP) – zmniejszają napięcie powierzchniowe w płucach, odgrywają istotną rolę w odporności wrodzonej. Spośród czterech zidentyfikowanych białek SP do PRR należą dwa, SP-A i SP-D, pełniące funkcję opsonin, czyli ułatwiające fagocytozę drobnoustro­jów.

Mechanizmy fagocytozy

Główną rolą komórek fagocytujących jest usuwanie drobnoustrojów i obcych substancji, które dostały się do ustroju, a także własnych zużytych tkanek. Zdolność do fagocytozy posiada wiele komórek, m.in. komórki naskórka, nabłonka jelitowego czy śródbłonka naczyń, ale przeprowadzają ją w dużo mniejszej skali niż makrofagi i neutrofile (profesjonalne fagocyty). Makrofagi i neutrofile mają na błonie komórkowej receptory dla fragmentu Fc przeciwciał IgG i dla składnika C3 dopełniacza – umożliwia to makrofagom i neutrofilom tzw. fagocytozę immunologiczną – wielokrotnie wydajniejszą od fagocytozy naturalnej. Zarówno makrofagi, jak i neutrofile mają również na powierzchni receptory typu PRR, mannozowe, glukanowe oraz fosfolipidowe (zmiatacze), rozpoznające składniki komórek bakteryjnych, co ułatwia fagocytozę immunologiczną.

Komórki fagocytujące odgrywają główną rolę w odporności na zakażenia. Podejmują działanie natychmiast, gdy drobnoustrój wnika do przestrzeni tkan­kowych. Fagocytoza obejmuje kilka kolejnych etapów, których końcowym efektem jest wewnątrzkomórkowe strawienie pochłoniętej obcej cząsteczki

Ryc. 1 Etapy fagocytozy komórki bakteryjnej przez makrofagi lub neutrofile [wg Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008]

W pierw­szym etapie komórka rozpoznaje obecność obcej konfiguracji i porusza się czynnie w jej kierunku (chemotaksja). Po identyfikacji obca cząsteczka ulega wchłonięciu do wnętrza komórki (fagocytoza). Wreszcie zostaje uruchomiona kaskada procesów metabolicznych, które mają na celu degradację metaboliczną sfagocytowanej cząsteczki i jej zabicie, jeśli był to drobnoustrój. Wszystkie te fazy przebiegają podobnie, niezależnie czy komórką fagocytującą był makrofag, czy neutrofil.

Neutrofile w pierwszym rzędzie fagocytują szybko namnażające się i inwazyjne drobnoustroje, np. Streptococcus, Staphylococcus, niektóre Enterobacteriaceae.

Makrofagi, szczególnie aktywowane, fagocytują i zabijają fakultatywne i obli­gatoryjne pasożyty wewnątrzkomórkowe, np. Mycobacterium, Listeria, Toxoplasma i wirusy.

Chemotaksja – ukierunkowane poruszanie się komórki (chemokineza) pod wpływem bodźca chemicznego. Chemotaksja uwarunkowana jest posiadaniem przez tę komórkę odpowiednich receptorów powierzchniowych. Czynniki chemotaktyczne powstają w trakcie uruchamiania kaskady dopełniacza (C3a, C5a oraz kompleks C567) lub też są wytwarzane przez limfocyty i inne komórki (chemokiny) w odpowiedzi na produkty bakteryjne, wirusy i wiele czynników uszkadzających. Sygnał powierzchniowy wywołany przez czynniki chemotaktyczne powoduje w komórce szereg zmian biologicznych, w tym zwiększone wytwarzanie enzymów lizosomalnych.

Makrofagi rozpoznają jako obce nie tylko bakterie, ale także własne zmienione komórki, np. zużyte erytrocyty lub komórki nowotworowe. Mechanizm rozpoznania jest wieloczynnikowy.

Proces wchłonięcia do wnętrza komórki cząsteczki opsonizowanej jest uwarun­kowany tzw. mechanizmem zamka błyskawicznego , w któ­rym fagocyt otacza stopniowo cząsteczkę, łącząc się kolejno poprzez receptory FcR lub CR z immunoglobulinami czy C3 na jej powierzchni (w przypadku fagocytozy immunologicznej) lub poprzez receptory nieswoiste z ich ligandami (przy fagocytozie nieimmunologicznej). Ostatecznie cząsteczka zostaje zamknięta wewnątrz cytoplazmy w fagosomie.

Ryc. 2 Mechanizm zamka błyskawicznego. Receptory powierzchniowe makrofagów wiążą się sekwencyjnie z ligandami na powierzchni cząsteczki ulegającej fagocytozie [wg Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008]

Następnie dochodzi do jego fuzji z lizosomem – powstaje fagolizosom, w którym następuje degradacja enzymatyczna. Po utworzeniu fagolizosomu następuje silne wzmożenie metabolizmu komórki (zryw oddechowy) i aktywacja oksydazy NADPH, co pociąga za sobą stymulację cyklu pentozowego, zwiększenie zużycia tlenu i wytwarzanie kwasu mlekowego. Zmiany metaboliczne są silniej wyrażone w neutrofilach niż w makrofagach.

Zapalenie

Zapalenie jest jedną z głównych reakcji ustroju na działanie czynników szkodliwych (biologicznych, mechanicznych, chemicznych, immunologicznych). Zapalenie należy uważać za reakcję ochronną, której zadaniem jest doprowadzenie uszkodzonych tkanek i narządów do „zdrowia” oraz utrzymanie homeostazy w czasie działania szkodliwych czynników zewnętrznych. Niezależnie od czynnika wywołującego zapalenie (immunologicznego lub nie) zapalenie ma taki sam przebieg, co związane jest z udziałem podobnych mediatorów. Gdy zapalenie rozwija się w sposób niekontrolowany, może prowadzić do efektów szkodliwych dla ustroju. Odróżnia się zapalenia ostre, podostre i chroniczne, których mechanizmy są częściowo odmienne.

Mediatory zapalenia

Mechanizm zapalenia jest kompleksowy – wiele różnych reakcji zachodzi w tym samym czasie. Makrofagi tkankowe rozpoznają PAMPs drobnoustrojów poprzez swoje receptory i rozpoczynają produkcję aktywnych biologicznie mediatorów (cytokiny, chemokiny). Równocześnie aktywacja dopełniacza prowadzi do powstania fragmentów C3a i C5a, które wywołują degranulację tkankowych komórek tucznych i działają chemotaktycznie na neutrofile. Histamina uwalniana z mastocytów powoduje lokalne rozszerzenie naczyń i wzrost ich przepuszczalności, co ułatwia przedostawanie się do tkanek płynów bogatych w białka. Fibrynogen, przechodząc w fibrynę, tworzy strukturę przestrzenną ułatwiającą zakotwiczenie napływających leukocytów, głównie neutrofilów. Równolegle makrofagi wytwarza­ją cytokiny (TNF-α, IL-1, IL-8), a z fosfolipidów błonowych powstaje szereg prozapalnych mediatorów (prostaglandyny, leukotrieny, PAF).

TNF-a indukuje na komórkach śródbłonka naczyń zwiększoną syntezę cząsteczek adhezyjnych ICAM-1 i VCAM-1, które są ligandami dla integryn LFA-1 i Mac-1 na neutrofilach, co ułatwia ich migrację z naczyń. Równocześnie komórki śródbłonka produkują w zwiększonej ilości IL-8, chemokinę przyciągającą ten typ leukocytów. Dodatkowo lokalne komórki NK syntetyzują IFN-γ, zwiększający aktywność makrofagów, a w ognisku zapalnym makrofagi i rozpadające się neutrofile uwalniają enzymy lizosomalne o silnym działaniu prozapalnym, powodując bezpośrednio uszkodzenie tkanek. Dodatkowo proteazy lizosomalne mogą aktywować nieswoiście dopełniacz, natomiast kininy, powstające z białek surowicy na drodze enzymatycznej (bradykinina, kallidyna), wykazują podobną lub wyższą aktywność naczynioruchową niż histamina.

Odczyn zapalny znajduje się pod kontrolą szeregu regulacyjnych mechanizmów zwrotnych, które prowadzą do jego wygaszenia lub ograniczenia. Przeciwzapalnie działają wytwarzane przez makrofagi IL-10 i TGF-β oraz IL-4, produkt limfocytów Th2. Aktywność kinin jest ograniczana lokalnie przez odpowiednie enzymy, kininazy. W ostrych zapaleniach włączona zostaje oś przysadka-nadnercza, co wywołuje zwiększoną produkcję kortykosteroidów, hormonów o działaniu przeciwzapalnym. Działanie regulacyjne mają również białka ostrej fazy wytwarzane pod wpływem IL-1 i IL-6, a także TNF-α.

Ważną rolę w mechanizmie kontrolnym zapalenia odgrywają prostaglandyny, wytwarzane przez leukocyty, płytki krwi i komórki śródbłonka. PGF, i PGF_1α pobudzają syntezę kolagenu i zwiększają fibroplazję (rozrost włóknistej tkanki łącznej) w przebiegu przewlekłego zapalenia.

Makrofagi biorą udział w pozapalnych procesach reparacji tkanek. Wytwarzany przez nie PDGF (płytkopochodny czynnik wzrostu) powoduje proliferację fibroblastów, a TGF-β zwiększa lokalnie syntezę kolagenu. Miejscowa angiogeneza jest stymulowana przez produkowane przez makrofagi czynniki wzrostowe (VEGF i FGF). W przewlekłych zapaleniach te korzystne w zasadzie efekty mogą prowadzić do zwłóknienia (zbliznowacenia) tkanki.

Biologiczne znaczenie odczynu zapalnego

Zapalenie jest jednym z najważniejszych mechanizmów obrony przeciwko czyn­nikom zakaźnym, takim jak bakterie, wirusy czy toksyny. Przebieg zapalenia i sekwencje zmian są w pewnym stopniu niezależne od czynnika, który je wywołał.

Niektóre mediatory, np. produkt kaskady dopełniacza C3e, zwiększają uwalnianie neutrofilów z ich rezerwy w szpiku. Neutropenia w trakcie zakażeń bakteryjnych rokuje źle.

Rodzaj komórkowego nacieku zapalnego uwarunkowany jest typem drobno­ustroju, który wywołał zapalenie. Inwazja gronkowców wywołuje napływ neu­trofilów (bakterie ropotwórcze), podczas gdy w zapaleniu gruźliczym znajduje się głównie makrofagi lub komórki z nich powstające – komórki epitelioidalne i ol­brzymie

Odczyn zapalny ułatwia nie tylko zniszczenie drobnoustrojów, ale również przyspiesza indukcję odpowiedzi immunologicznej. Dzieje się tak na skutek napływu do ogniska zapalnego limfocytów kompetentnych immunologicznie.

Wstrząs septyczny

Wstrząs septyczny jest to ciężka posocznica (sepsa) – spowodo­wan zakażeniem niewydolność wielonarządow oraz niemożliwym do opanowa­nia poprzez przetaczanie płynów obniżeniem ciśnienia tętniczego krwi. Mechanizm wstrząsu septycznego jest złożony i różni się w zależności od patogenu.

W zakażeniach wywołanych przez bakterie Gram (-) lipopolisacharyd (LPS) wytwarzany przez te drobnoustroje wiąże się kolejno: ze swoistym białkiem wsurowicy (LBP), z białkiem CD14 na powierzchni makrofagów i wreszcie z receptorem TLR4, co powoduje aktywację czynnika transkrypcyjnego NFκB, a w efekcie wzmożoną syntezę cytokin (TNF-a, IL-12, IL-1 i IL-6). Głównym czynnikiem w patogenezie wstrząsu jest TNF-α, który działa bezpośrednio na podwzgórze (gorączka) i hepatocyty (hipoglikemia, białka ostrej fazy) a dodatkowo aktywuje neutrofile.

Nadprodukcja NO przez komórki mięśnia sercowego wywołuje wstrząs hemodynamiczny. Poza tym powstaje obwód dodatniego sprzężenia – wytwarzana przez makrofagi IL-12 indukuje syntezę IFN-γ w komórkach NK, co z kolei zwiększa produkcję TNF-α i IL-12 przez makrofagi.

Leczenie wstrząsu septycznego jest bardzo trudne.

Nadmierne wytwarzanie TNF jest także odpowiedzialne za wstrząs septyczny wywołany przez bakterie G (+). Niektóre z nich (Staphylococcus, Strep­tococcus) wytwarzają enterotoksyny, które działają jako superantygeny. Mostkują one TCR znacznej grupy limfocytów T z antygenami MHC II makrofagów, powodując niekontrolowane wytwarzanie cytokin, w tym również TNF, przez oba te typy komórek. Objawy są podobne jak w opisanym wyżej wstrząsie septycznym wywołanym przez bakterie G (-)

Limfocyty odpowiedzi nieswoistej (wrodzonej), ILL

Jest to grupa limfocytów, których receptory antygenowe mają ograniczoną różnorodność, brak specyficznej lokalizacji oraz nie wykazują ekspansji klonalnej w odpowiedzi na napotkany antygen. Do grupy komórek ILL zalicza się limfocyty TCRγδ, limfocyty B1 oraz limfocyty NKT.

Limfocyty Tγδ po­wstają zarówno w grasicy, jak i na obwodzie; Tγδ ^CD4+ produkują liczne cytokiny (IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, TNF-a, IFN-y, GM-CSF) i wykazują słabą aktywność cytotoksyczną. Mogą też odgrywać funkcję pomocniczą w odpowiedzi humoralnej. Nato­miast limfocyty Tγδ CD8 ⁺ oraz CD4^- CD8- mają wysoką aktywność cytotoksyczną, ale wytwarzają niewiele cytokin. Limfocyty te posiadają aktywność immunoregulacyjną tak w odpowiedzi humoralnej, jak i komórkowej, przy czym mogą je albo hamować (aktywność supresyjna), albo ochraniać komórki efektorowe przed supresją (działanie kontrasupresyjne).

Limfocyty B1

Limfocyty B1 stanowią subpopulację limfocytów B z receptorami antygenowymi IgM o ograniczonej zmienności. Ponadto posiadają typowy dla wszystkich limfocytów B marker CD19 oraz charakterystyczne jedynie dla nich cząsteczki CD5.

Komórki te stanowią nieznaczny odsetek limfocytów jamy otrzewnowej i jamy opłucnej. W wyniku stymulacji antygenowej mogą wywędrowywać z jamy otrzew­nowej do obwodowych narządów chłonnych.

Limfocyty B1 produkują przeciwciała przeciwko polisacharydom bakteryjnym, a ich odpowiedź jest niezależna od limfocytów T, choć może być wzmacniana przez interakcję z limfocytami NKT. Wytwarzane przez nie przeciwciała mają niskie powinowactwo przy jednoczesnej polispecyficzności. Limfocyty B1, w odróżnieniu od klasycznych limfocytów B2, nie przekształcają się w komórki pamięci oraz nie zmieniają klasy i powinowactwa syntetyzowanych przez siebie przeciwciał. Są głównym źródłem tzw. przeciwciał naturalnych, obecnych w surowicy nieuodpornionych osobników – należą do pierwszej linii obrony przeciw drobnoustrojom – działają, zanim rozwiną się bardziej precyzyjne mechanizmy swoiste. Część przeciwciał produkowanych przez limfocyty B1 ma charakter autoprzeciwciał, skierowanych również przeciwko białkom szoku cieplnego (HSP). rawdopodo­bnie odgrywają więc rolę w eliminacji z ustroju autoantygenów pochodzących z rozpadłych komórek i tkanek.

Limfocyty NKT

Komórki NKT to subpopulacja limfocytów Tap, które mają na swej powierzchni markery typowe dla komórek NK (NK1.1). Ich receptory antygenowe TCR cechuje bardzo ograniczona zmienność.

Limfocyty NKT stanowią niewielki odsetek limfocytów w narządach chłonnych oraz w wątrobie (u człowieka około 1% wszystkich limfocytów). Większość jest podwójnie negatywna (komórki CD4~ CD8), a tylko nieliczne to komórki CD4 ⁺ . Rozpoznają glikolipidy prezentowane przez APC, związane z nieklasycznymi cząs­teczkami MHC I, np. CD1d. Komórki te produkują cytokiny przeciwzapalne, IL-4, IL-10 oraz IL-13, jak również cytokine prozapalną - IFN-y. Różnorodność wytwarza­nych cytokin sprawia, że odgrywają one istotną funkcję w regulacji odpowiedzi immunologicznej.

Komórki NK – naturalny lub wrodzony zabójca – nieznaczny procent limfocytów (około 1-3%) nie posiadający na powierzchni ani markerów limfocytów T i B, ani receptorów antygenowych charakterystycznych dla tych komórek. Typowym dla nich markerem jest CD56 (NRIg), a ponadto posiadają receptor FcyRIIIA (CD16) dla IgG. Są to duże, krótko żyjące (ok. 1 tygodnia) komórki. Mają liczne ziarnistości cytoplazmatyczne, zawierające m.in. perforynę i granzymy. Posiadają zdolność cytotoksycznego uszkadzania, bez uprzedniej immunizacji, niektórych komórek nowotworowych, a także słabo zróżnicowanych komórek nienowotworowych, w sposób podobny do cytotoksycznych limfocy­tów T CD8. U ludzi ich aktywność cytotoksyczna, inaczej niż w przypadku Tc, jest związana z rozpoznaniem obniżonej ilości antygenów transplantacyjnych MHC I na komórkach celowych lub ze zmianą ich jakości. Proces ten odbywa się za pomocą dwóch typów receptorów (ściślej, grup receptorów) o przeciwstawnych funkcjach:

1. receptor lektynowy – rozpoznaje reszty cukrowe, przez co dochodzi do aktywacji komórki NK i gotowości do rozpoczęcia procesu zabijania komórki docelowej

2. receptor KIR – należy do nadrodziny immunoglobulin; rozpoznanie przez niego cząsteczek MHC I hamuje aktywność komórki NK na drodze wyłączenia sygnału pobudzającego pochodzącego z receptora lektynowego. Dzieje się tak, gdy komórka NK rozpoznaje prawidłową komórkę organizmu, która posiada na swej powierzchni własne, niezmienione cząsteczki MHC I o prawidłowej ekspresji.

Opracowano na podstawie: Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008