Wykład 8
Mechanizmy odporności przeciwko różnym rodzajom patogenów. Najpierw ta, która się wydaje najłatwiejsza do zwalczenia przez układ odpornościowy: mechanizmy obrony przeciwbakteryjnej. Bakterie, które infekują nasz organizm, mogą być bakteriami które albo namnażają się wewnątrz komórek, tak jak prątki gruźlicy czy Listeria monocytogenes. Większość bakterii namnaża się poza komórką, nie potrzebuje tak naprawdę do rozmnażania się i do rozsiewania się gospodarza w postaci komórki. Głównym mechanizmem rozwoju choroby, które są wywoływane infekcjami bakteryjnymi to bazują na indukcji stanu zapalnego w miejscu infekcji, produkcji cytokin (chyba toksyn) przez bakterie, większość bakterii patogennych produkuje toksyny wydzielane na zewnątrz komórek bakteryjnych. I te bakterie, które namnażają się poza komórkami to są właśnie te, które produkują bardzo duże ilości toksyn.
Rozwój stanu zapalnego. Tak naprawdę rozwój stanu zapalnego dotyczy nie tylko infekcji bakteryjnych, ale właściwie początek odpowiedzi immunologicznej zawsze jest związany z rozwojem stanu zapalnego, niezależnie od tego jaki to jest rodzaj patogenu. I rozwój stanu zapalnego towarzyszy nie tylko infekcjom powodowanym przez patogeny, ale również odpowiedziom układu odpornościowego na substancje, które wcale od patogenów nie pochodzą, tylko są substancjami pochodzącymi ze środowiska, na które układ odpornościowy z bliżej nie znanych powodów wykazuje jakiś rodzaj nadreaktywności. Rozwój alergii również jest związany z rozwojem stanu zapalnego w miejscu, w którym znajduje się tkanka objęta reakcją alergiczną. Przy infekcjach bakteryjnych ten rozwój stanu zapalnego wygląda (ten schemat który już znamy - rozwój stanu zapalnego). Czyli w miejscu zakażenia, infekcji lokalnej bakteriami dochodzi bardzo szybko do aktywacji dopełniacza. Przy czym aktywacja dopełniacza jak już wiemy, może się odbywać na drodze klasycznej albo na drodze alternatywnej. Aktywacja dopełniacza w drodze klasycznej następuje nie na początku stanu zapalnego, tylko wtedy kiedy on już się rozwinął, kiedy te mechanizmy odporności wrodzonej zostały uruchomione, bo do tego, żeby dopełniacz został zaktywowany w drodze klasycznej muszą być przeciwciała przeciwko infekującemu patogenowi. Czyli aktywacja dopełniacza, niezależnie w jakiej drodze aktywowany jest ten dopełniacz dochodzi do lizy komórek bakteryjnych, ale podczas aktywności dopełniacza powstają produkty te wszystkie, które maja w składniku dopełniacza literę a, z których większość ma aktywność czynników chemotaktycznych. Te czynniki chemotaktyczne powodują napływ komórek odporności wrodzonej, czyli neutrofilów i monocytów do miejsca objętego stanem zapalnym. Z różnych tkanek napływają do miejsca objętego stanem zapalnym również komórki tuczne, zresztą komórki tuczne znajdują się w różnych tkankach naszego organizmu. I aktywowane komórki tuczne składnikami dopełniacza wydzielają biologicznie czynne substancje, między innymi: histaminę, prostaglandyny i leukotrieny, które powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych i ułatwienie wychodzenia poza naczynie włosowate komórek odporności wrodzonej. Czyli w rezultacie dochodzi do aktywnego(?) nacieku w miejscu infekcji komórek odporności wrodzonej o aktywności żernej, bo to są właśnie te komórki, które są taką pierwszą linią obrony przy infekcjach bakteryjnych. Takie komórki żerne jak makrofagi, wtedy kiedy fagocytują ulegają aktywacji. Aktywacja makrofagów prowadzi do produkcji kompleksu cytokin, które są nazywane cytokinami prozapalnymi: IL-1 (interleukina pierwsza), IL-6 (interleukina szósta), TNF-α. Te cytokiny prozapalne są cytokinami, które indukują syntezę chemokin o aktywności chemotaktycznej przez komórki naczyń włosowatych i wzmagają ten proces ekstrawagacji neutrofilów i monocytów znowu do miejsca objętego stanem zapalnym, czyli powstaje zespół reakcji, które potęgują napływ komórek żernych do miejsca stanu zapalnego i jednocześnie są to takie cytokiny, dla których komórkami docelowymi są komórki układu nerwowego, bo rozwój stanu zapalnego jest związany ze zwiększeniem ciepłoty ciała, ze zwiększeniem temperatury. Wtedy, kiedy ten stan zapalny utrzymuje się na takim poziomie kontrolowanym to zwiększenie temperatury ciała jest korzystne dla naszego organizmu bo zapobiega rozwojowi infekcji. Bo jest taka temperatura, w której bakterie bardzo dobrze się namnażają - to jest temperatura naszego ciała, natomiast powyżej tej temperatury przestają się namnażać i ta temperatura jest dla nich szkodliwa, podwyższona. To byłby rozwój stanu zapalnego. Czyli w tym stanie zapalnym głównymi komórkami, które rozpoczynają stan zapalny są komórki odpowiedzi wrodzonej. Dopiero później, w momencie kiedy zaczyna się produkcja przeciwciał, czyli kiedy wchodzą mechanizmy odporności nabytej to wówczas do rozwoju stanu zapalnego dochodzą jeszcze komórki odporności nabytej, takie jak limfocyty B, które produkują przeciwciała, wtedy jest możliwa aktywacja dopełniacza w drodze klasycznej. I mechanizmy odporności wrodzonej to są takie, które są związane z aktywacją dopełniacza w drodze alternatywnej, czyli takiej, w której dochodzi do aktywacji dopełniacza przez składniki ścian komórkowych bakterii, takie jak LPS, czyli składnik ścian komórkowych bakterii gram ujemnych, czy peptydoglikany, które wchodzą w skład ściany komórkowej bakterii gramdodatnich. Poza tym aktywacja dopełniacza w drodze lektynopodobnej, opsonizacja przez składniki dopełniacza. TLR uczestniczą w fagocytozie, prawdopodobnie TLR4, czyli receptory, które znajdują się na powierzchni makrofagów, część tych receptorów to są TLR-y, receptory które są receptorami na przykład dla LPS-u, czyli TLR4, podejrzewa się, że wzmaga fagocytozę. Podczas aktywacji dopełniacza składniki dopełniacza mają zdolność do wiązania się z komórkami bakteryjnymi, czyli pełnią funkcję opsonin, opłaszczają komórki bakteryjne same składniki dopełniacza, albo wtedy kiedy są już przeciwciała to tworzone są takie kompleksy bakteria(antygen)-przeciwciało-dopełniacz. I takie kompleksy poprzez receptory na komórkach żernych, poprzez receptory dla fragmentu Fc przeciwciał i poprzez receptory dla dopełniacza ułatwiają fagocytozę.
Teraz w odporności przeciwbakteryjnej te mechanizmy odporności nabytej, które pomagają zwalczanie patogenów to jest: odpowiedź humoralna, czyli produkcja przeciwciał. Przeciwciała są potrzebne do aktywacji dopełniacza w drodze klasycznej i to są przeciwciała klasy IgM i klasy IgG. Oprócz tego przeciwciała neutralizują bakterie i toksyny, a neutralizacja związana jest z tworzeniem kompleksów bakteria z bakterią, czyli tworzą się kompleksy antygen-przeciwciało, albo toksyny-przeciwciało i wtedy takie kompleksy nie są wiązane przez receptory komórek, które są bakteriami zakażane, albo nie są wiązane na powierzchni komórek nabłonkowych wyścielających główne drogi wnikania bakterii do naszego organizmu, czyli na przykład układ pokarmowy czy drogi oddechowe; blokowane są miejsca receptorowe poprzez które bakterie przedostają się do głębszych warstw organizmu. Aktywacja limfocytów helperowych CD4 przez antygeny białkowe. Aktywowane limfocyty helperowe CD4 produkują cytokiny, które uczestniczą w nasileniu lokalnej reakcji zapalnej i aktywują makrofagi. Takimi cytokinami, które aktywują makrofagi jest interferon gamma (INF-γ). INF-γ produkowany jest przez aktywowane limfocyty helperowe należące do typu pierwszego, przez limfocyty helperowe Th1.
Teraz jeżeli spojrzymy na ten schemat, który nam ilustruje mechanizmy obrony przed bakteriami zewnątrzkomórkowymi, mechanizmy obrony nabytej, to mamy tak:
produkcję przeciwciał przez limfocyty B i te przeciwciała służą do:
neutralizacji patogenów albo toksyn
do opsonizacji, która ułatwia potem fagocytozę,
aktywacji dopełniacza w drodze klasycznej i ta aktywacja dopełniacza w drodze klasycznej albo wzmaga fagocytozę, albo rekrutuje neutrofile do miejsca stanu zapalnego albo powoduje lizę bakterii.
W odpowiedzi na białkowe antygeny bakteryjne dochodzi do prezentacji antygenu przez komórki prezentujące antygen w kompleksach z MHC klasy II, aktywacji ulegają limfocyty T helperowe, które różnicują z limfocyta T helperowego naiwnego w limfocyty Th1 produkujące różne cytokiny. Limfocyty Th1 są komórkami, które produkują IFN-γ, który to IFN-γ indukuje w komórkach żernych, głównie w makrofagach syntezę enzymów proteolitycznych, uczestniczących w zabijaniu zewnątrzkomórkowych bakterii. TNF produkowany przez limfocyty T helperowe wzmaga stan zapalny. Bo z kolei TNF jest takaą cytokiną o bardzo różnorodnej aktywności. I udział TNF-u w indukcji stanu zapalnego polega na indukcji produkcji chemokin takich jak interleukina ósma (IL-8) przez komórki nabłonkowe na przykład błon śluzowych układu pokarmowego i obecność IL-8, która jest czynnikiem chemotaktycznym dla komórek żernych, dla makrofagów i neutrofilów, powoduje naciekanie do miejsca stanu zapalnego komórek żernych.
Teraz neutralizacja patogenów i toksyn przez przeciwciała. Udział przeciwciał w neutralizacji patogenów i toksyn to jest jeden z bardzo ważnych tak naprawdę mechanizmów obronnych i skutecznych. Ta neutralizacja powoduje blokowanie wiązania bakterii z komórkami docelowymi, albo z powierzchniami tworzonymi przez komórki, poprzez które przedostają się bakterii do wnętrza organizmu. Czyli utworzenie takie go kompleksu bakteria opłaszczona przeciwciałami zablokuje dostęp tej bakterii do miejsca receptorowego, przez które bakteria albo przedostaje się przez warstwę komórek nabłonkowych, albo w wypadku bakterii, które namnażają się wewnątrz komórek blokuje zakażanie komórek, w których bakterie się namnażają. Poza tym w wypadku infekcji bakteriami wewnątrzkomórkowymi to bakterie namnażają się bardzo często wewnątrz komórek żernych, tak jest na przykład z prątkami gruźlicy czy z Listerią, które infekują makrofagi. Bakterie namnażają się w fagosomach i nie dochodzi wówczas do tworzenia fagolizosomu, w której to strukturze dochodzi do lizy bakterii przez enzymy proteolityczne, nie tworzy się fagolizosom tylko fagosom, bakterie się namnażają i jak jest ich dużo to komórka żywiciel rozpada się i te uwolnione bakterie mogą infekować następne komórki. Czyli przeciwciała zapobiegają rozszerzeniu infekcji, czyli atakowaniu sąsiednich komórek. Toksyny jak wiadomo powodują bardzo różne efekty i neutralizacja toksyn powoduje blokowanie wiązania toksyny z receptorem na komórkach docelowych dla tych toksyn. Teraz tak, stan zapalny jest taką reakcją w swojej początkowej fazie, w której biorą udział komórki odporności wrodzonej, w swojej późniejszej fazie w rozwoju stanu zapalnego biorą udział komórki odporności nabytej: limfocyty B, limfocyty T helperowe w odpowiedzi na wirusy także limfocyty T cytotoksyczne. I wtedy kiedy stan zapalny przedłuża się i w chronicznym stanie zapalnym cały czas znajdują się komórki, które są aktywowane, które produkują cytokiny i w rezultacie, w wyniku działania, nawet nie czynnika patogennego, bo wiele chorób, na przykład szok septyczny i szok toksyczny to w przypadku rozwoju szoku septycznego dochodzi do śmierci osobnika zainfekowanego bardzo różnymi bakteriami, tak naprawdę nie z powodu samych bakterii, znaczy czynnikiem, który powoduje sepsę jest bakteria oczywiście, tyle, że człowiek umiera w wyniku objawów klinicznych powodowanych przez cytokiny produkowane przez komórki układu odpornościowego, nawet nie przez toksyny produkowane przez bakterie.
Szok septyczny i szok toksyczny.
Szok septyczny to jest taki proces, w którym dochodzi do aktywacji komórek żernych, głównie do aktywacji makrofagów przez endotoksyny, przez na przykład lipopolisacharydy, które są składnikami ścian komórkowych bakterii gram ujemnych. Rozpoznanie tych endotoksyn odbywa się przy udziale powierzchniowych receptorów jakimi są TLR-y. Aktywowane makrofagi produkują cytokiny prozapalne. I teraz działanie tych cytokin na różne komórki docelowe: na komórki nabłonkowe, na komórki układu nerwowego powodują: gorączkę, aktywację dopełniacza, powstawanie zakrzepów w naczyniach krwionośnych, obniżenie ciśnienia, uszkodzenie komórek różnych tkanek, które w ogóle nie są komórkami układu odpornościowego. Bo jednym z mechanizmów TNF-u jest indukcja apoptozy w komórkach docelowych. Większość komórek jądrzastych organizmu posiada receptory dla TNF-u. Więc jeżeli jest bardzo duża produkcja TNF-u, to zaczyna on atakować będąc w dużym stężeniu wszystkie komórki, które znajdują się w zasięgu działania TNF-u indukując w tych komórkach apoptozę. W rezultacie w wyniku tych różnych objawów klinicznych dochodzi do śmierci organizmu.
Szok toksyczny rozpoczyna się inaczej, inny jest mechanizm indukcji szoku toksycznego, mianowicie szok toksyczny powodowany jest przez toksyny wydzielane przeważnie przez bakterie gram dodatnie, czyli nie przez składniki ścian komórkowych, tylko przez produkowane przez bakterie toksyny. Szok ten powoduje poliklonalną aktywację limfocytów T helperowych, bo nie dochodzi do klasycznej prezentacji tych toksyn w kompleksach z MHC klasy II limfocytowi T helperowemu, bo nie dochodzi do przetwarzania tych toksyn przez makrofagi, tylko toksyny pełnią funkcję tych superantygenów, które wiązane są przez odpowiednie fragmenty MHC klasy II i rozpoznawane są przez TCR-y limfocytów T helperowych, tylko sekwencja aminokwasowa MHC klasy II, która wiąże superantygeny jest identyczna w wielu klonach limfocytów T, czyli dochodzi do aktywacji różnych limfocytów T helperowych o różnej specyficzności ich TCR-ów. Przy takiej aktywacji przez superantygeny dochodzi do aktywnej aktywacji nawet do 40% limfocytów T helperowych w obwodowych narządach limfatycznych i te aktywowane limfocyty T helperowe produkują bardzo dużo różnych cytokin, cytokiny te aktywują makrofagi, aktywowane makrofagi produkują cytokiny prozapalne. Czyli początek, indukcja tego szoku toksycznego odbywa się przez aktywację limfocytów T helperowych przez superantygeny, produkowane cytokiny aktywują makrofagi, makrofagi zaczynają produkować cytokiny prozapalne, a te cytokiny prozapalne powodują te wszystkie objawy kliniczne, które w rezultacie prowadzą do śmierci człowieka lub zwierzęcia laboratoryjnego.
Dalej mechanizmy obrony przeciwbakteryjnej: odporność na bakterie wewnątrzkomórkowe. Jeżeli bakteria zakaża komórkę, to w momencie, kiedy wniknie już do komórki w której będzie się namnażała staje się niewidoczna dla przeciwciał. To jest tak naprawdę ten sam problem jak przy infekcjach wirusowych. Odpowiedź humoralna jest bardzo skuteczna w odpowiedzi na infekcje bakteriami zewnątrzkomórkowymi, natomiast w infekcjach bakteriami wewnątrzkomórkowymi ten czas, kiedy bakteria jest dostępna jest bardzo krótki. Wtedy kiedy zakażą już komórkę, to w niszczeniu komórek zakażonych bakteriami uczestniczą zarówno mechanizmy odporności wrodzonej jak i nabytej. Mechanizmy odporności wrodzonej związane są z aktywnością komórek żernych, neutrofilów i makrofagów, które bardzo często są zakażane bakteriami. I teraz bardzo różne są szczepy bakteryjne, które zakażają komórki. Bo bakterie też nauczyły się w toku ewolucji unikania mechanizmów obronnych. I normalnie wniknięcie bakterii do komórki żernej powoduje zabicie komórki bakteryjnej, natomiast bakteria, która wytwarza różne białka, które na przykład zapobiegają fuzji fagosomów z lizosomami, czyli tworzeniu fagolizosomów automatycznie powoduje namnażanie bakterii i unikanie tej degradacji wewnątrzkomórkowej bakterii przez komórki żerne. Komórkami, które zabijają komórki zakażone bakteriami są komórki NK. I teraz w tym pierwszym etapie obrony uczestniczą komórki żerne i komórki NK, dopiero w dalszym rozwoju infekcji co się dzieje? Mniej więcej po siódmym dniu od momentu zakażenia uruchamiane są mechanizmy odporności nabytej związane z aktywnością limfocytów T helperowych i przy obronie przed bakteriami wewnątrzkomórkowymi to tymi limfocytami są znowu limfocyty Th1, które produkują IFN-γ i wspomagają niszczenie wewnątrzkomórkowe bakterii. Czyli te mechanizmy związane z aktywacją makrofagów są takie same niezależnie od tego czy mamy do czynienia z bakterią namnażającą się wewnątrz komórki czy zewnątrzkomórkowo, bo obydwa typy bakterii są fagocytowane przez komórki żerne. Czyli w odpowiedzi komórkowej na infekcje bakteryjne dochodzi do aktywacji makrofagów w wyniku działania na makrofagi IFN-γ, która to cytokina indukuje syntezę enzymów proteolitycznych i wspomaga to wewnątrzkomórkowe zabijanie bakterii, poza tym IFN-γ zwiększa ekspresję na komórkach prezentujących antygen, a tymi komórkami prezentującymi antygen są makrofagi również IFN-γ indukuje syntezę białek MHC klasy II i białek B7, czyli tych białek kostymulujących. W rezultacie jest to mechanizm który wspomaga aktywację limfocytów Th2 (chyba Th1). W odpowiedzi przeciwko bakteriom wewnątrzkomórkowym dochodzi do takiej klasycznej współpracy pomiędzy limfocytami CD4 i CD8. Normalnie jest tak, że limfocyty CD8, czyli limfocyty te o aktywności cytotoksycznej to są główne komórki odporności nabytej, które są komórkami efektorowymi w obronie przeciwwirusowej, jednakże kiedy organizm jest zakażany przez bakterie namnażające się wewnątrz komórek, to również w takich przypadkach limfocyty T cytotoksyczne zabijają komórki zakażone bakteriami. Aktywacja limfocytów CD8 następuje w taki sposób, że dochodzi do aktywacji limfocytów T helperowych przez kompleksy MHC klasy II-peptyd z bakterii. Limfocyty T helperowe produkują cytokiny. Jedna cytokina, IFN-γ wspomaga aktywność bójczą makrofagów, a limfocyty T helperowe typu pierwszego produkują jeszcze interleukinę drugą (IL-2) i ona jest niezbędna do różnicowania spoczynkowych limfocytów cytotoksycznych w limfocyty efektorowe, które zabijają komórki zakażone bakteriami. Na schemacie należy zauważyć jedną rzecz: wtedy kiedy mamy do czynienia z patogenami wewnątrzkomórkowymi to prezentacja antygenu odbywa się w drodze przetwarzania antygenu w tym szlaku endocytarnym i tworzeniu kompleksów z MHC klasy II. Było mówione, że patogeny wewnątrzkomórkowe, wtedy przykładem były wirusy - klasyczne patogeny wewnątrzkomórkowe, degradowane są w szlaku cytosolowym, przy udziale proteasomów, tworzone są kompleksy peptydów wirusowych z MHC klasy I, które są rozpoznawane na powierzchni komórek, które je prezentują przez limfocyty T cytotoksyczne. I limfocyt cytotoksyczny rozpoznając taki kompleks uruchamia te mechanizmy cytotoksyczne polegające na produkcji perforyn, granzymów i indukcji w komórce docelowej apoptozy. I wtedy była mowa, że bakterie są patogenami, które są głównie przetwarzane w szlaku endocytarnym, czyli prezentacja antygenów białkowych bakteryjnych odbywa się przede wszystkim przy udziale kompleksów MHC klasy II, które są rozpoznawane przez limfocyty T helperowe. Natomiast wtedy, kiedy mamy do czynienia z infekcją bakteriami wewnątrzkomórkowymi, które namnażają się wewnątrz fagosomów i nie tworzą się fagolizosomy, czyli nie dochodzi do takiej degradacji typowej dla szlaku endocytarnego peptydów bakteryjnych, dochodzi wówczas do takiej nietypowej prezentacji antygenu - białek bakteryjnych w kompleksach z MHC klasy I. I teraz wygląda to tak, że następuje jakby przekazanie prezentacji antygenu od komórki która jest zakażona bakterią wewnątrzkomórkową; (większość infekcji bakteryjnych bakteriami, które namnażają się wewnątrz komórek dotyczy komórek żernych, dlatego na tym schemacie jest zainfekowany makrofag). Zainfekowany makrofag prezentuje antygeny białkowe bakteryjne głównie w kompleksach z MHC klasy II i prezentuje je limfocytom T helperowym. Może je również prezentować w kompleksach z MHC klasy I, ale na razie to pominiemy. Wtedy kiedy dochodzi do namnażania bakterii w fagosomie to przy dużej liczbie bakterii dochodzi do apoptozy zakażonego makrofaga. W wyniku apoptozy tworzone są ciałka apoptotyczne i w tych ciałkach apoptotycznych zamknięte są różne organelle komórkowe, ale również zamknięte są antygeny bakteryjne. Takie ciałka apoptotyczne w miejscu infekcji endocytowane są przez komórki dendrytyczne i komórki dendrytyczne jeżeli endocytują ciałka apoptotyczne, to białka, które się znajdują wewnątrz ciałek apoptotycznych przetwarzają przy udziale proteasomów i prezentowane są te białka z MHC klasy I. czyli mogą być również prezentowane białka bakteryjne z MHC klasy I przez komórki dendrytyczne i wówczas dochodzi do aktywacji nie limfocytów T helperowych tylko limfocytów T cytotoksycznych o specyficzności przeciwko antygenom bakteryjnym, tyle tylko, że komórką prezentującą te antygeny nie jest komórka zakażona, tylko jest komórka dendrytyczna. Ale dochodzi do aktywacji limfocyta T cytotoksycznego, który aktywowany, będzie w miejscu infekcji bakteryjnej rozpoznawał MHC klasy I na powierzchni zakażonej komórki i aktywowany limfocyt T cytotoksyczny po związaniu takiego kompleksu zaczyna produkować perforyny i granzymy.
Część 2
Krótkie nawiązanie do hipotezy higieny: do prawidłowego funkcjonowania układu odpornościowego konieczny jest kontakt organizmu z bakteriami. Wydaje się, że tak ewoluował układ odpornościowy w kontakcie z czynnikami środowiskowymi, a wydaje się, że większość infekcji na które narażony był organizm człowieka to były infekcje bakteryjne. Przy konstruowaniu szczepionek przeciwbakteryjnych bardzo często do szczepionek dodaje się takie substancje, które się nazywa adiuwantami. Te adiuwanty to są albo jakieś tam produkty pochodzenia bakteryjnego, jakieś składniki ściany bakteryjnych, albo jakieś produkty wydzielane przez bakterie. W każdym razie adiuwanty są substancjami, które aktywują komórki prezentujące antygen. Ta aktywacja komórek prezentujących antygen w wypadku działania adiuwantów polega na zwiększaniu ekspresji na powierzchni komórek prezentujących antygen białek MHC i białek kostymulacyjnych, tych białek z rodziny B7, dlatego że wtedy dopiero cała komórka prezentująca antygen skutecznie aktywuje limfocyty T z udziałem TCR-u i białka CD28. Czyli limfocyt T otrzymuje od komórki prezentującej antygen wszystkie sygnały, które są mu potrzebne do aktywacji. Takimi adiuwantami pochodzenia bakteryjnego mogą być: bardzo małe stężenia LPS-u, CTG-DNA, jakieś składniki ścian komórkowych, które rozpoznawane są przez TLR. I komórka prezentująca antygen, jeżeli nie zostanie zaktywowana przez zespół TLR-ów to nie ulega dojrzewaniu, pomimo że jest komórką dojrzałą w sensie fizjologicznym, jednakże do tego, żeby mogła prezentować antygeny czegoś jej jeszcze brakuje. Jeżeli nie zostanie zaktywowana, to nie dochodzi do odpowiedniej ekspresji na jej powierzchni białek MHC i białek B7. I w rezultacie taka niedojrzała komórka dendrytyczna nie indukuje odpowiedzi, tylko indukuje brak odpowiedzi, indukuje tolerancję na różne antygeny. Natomiast jeżeli jest aktywowana to wówczas posiada na swojej powierzchni odpowiednią gęstość białek MHC, białek B7, czyli kostymulacyjnych i wówczas dochodzi do aktywacji limfocytów T. Okazuje się, że oprócz takich znanych adiuwantów pochodzenia bakteryjnego to wykazano, że sam organizm posiada takie endogenne adiuwanty, które powodują dojrzewanie komórek prezentujących antygen, które znajdują się już na obwodzie, czyli poza szpikiem kostnym. I komórki naszego organizmu, które ulegają starzeniu albo uszkodzeniu wydzielają na zewnątrz komórki białka szoku cieplnego albo różne związki chemiczne, które mają aktywność adiuwantową, czyli taką, która indukuje w komórkach prezentujących antygen syntezę białek MHC i syntezę białek z rodziny B7. Co zwiększa zdolność tych komórek do przetwarzania i prezentacji antygenu, czyli aktywacji limfocytów T.
Jak wyglądają mechanizmy obrony przeciwwirusowej? Wirusy oczywiście do tego, żeby mogły się replikować potrzebują komórek, bez tego nie są w stanie w ogóle przeżyć. I teraz w obronie przeciwwirusowej uczestniczą zarówno mechanizmy odporności wrodzonej jak i odporności nabytej. Mechanizmami obrony wrodzonej przeciwwirusowej jest produkcja interferonów typu pierwszego, czyli IFN-α, IFN-β przez komórki zarażone wirusami. Czyli nie są to komórki układu odpornościowego, tylko każda komórka zarażona wirusami syntetyzuje interferony typu pierwszego. Komórkami odporności wrodzonej, które zabijają komórki zakażone wirusami są komórki NK. W odporności nabytej w niszczeniu wirusów biorą udział przeciwciała ale w tej fazie, kiedy wirus znajduje się poza komórką i klasycznie limfocyty T cytotoksyczne, które zabijają komórki zakażone wirusami w drodze podobnego mechanizmu co komórki NK. Receptory TLR, które są receptorami dla antygenów wirusowych są receptorami wewnątrzkomórkowymi. TLR-y, które znajdują się na powierzchni komórki są receptorami dla substancji pochodzenia bakteryjnego. Sygnalingi przez TLR-y wewnątrzkomórkowe indukują syntezę cytokin prozapalnych i interferonów typu pierwszego. Przebieg infekcji wirusowej od momentu zakażenia wirusami wygląda w ten sposób: pierwsze mechanizmy to jest produkcja interferonów typu pierwszego przez komórkę zakażoną, potem aktywność komórek NK, a potem aktywność limfocytów cytotoksycznych. Aktywność przeciwwirusowa interferonów polega w konsekwencji na zahamowaniu syntezy białek wirusa, czyli na zahamowaniu replikacji wirusa. Bo są dwa takie główne szlaki zahamowania replikacji wirusa poprzez interferony typu pierwszego prowadzące do syntezy RNAzy, albo do inaktywacji czynnika rozpoczynającego translację. W rezultacie te obydwa szlaki sygnalingowe hamują replikację wirusów w komórkach zarażonych wirusami.
Mechanizm zabijania komórek docelowych przez komórki NK. Mechanizm cytotoksyczności z udziałem receptorów hamujących aktywność cytotoksyczną komórek NK i aktywujących aktywność cytotoksyczną komórek NK, która polega na udziale receptorów komórek NK, albo tych przekazujących sygnał hamujący albo aktywujący. To dotyczy nie tylko komórek zakażonych wirusami ale również wielu komórek nowotworowych. Bardzo często wirusy bronią się przed aktywnością układu odpornościowego w ten sposób, że hamują syntezę białek MHC klasy pierwszej, w ten sposób automatycznie blokując zdolność komórek zakażonych wirusami do prezentacji antygenów wirusowych limfocytom T cytotoksycznym. Ten mechanizm powoduje uniemożliwienie aktywności limfocytów T cytotoksycznych, natomiast jest mechanizmem wspomagającym aktywność komórek NK. Czyli zmniejszenie ekspresji MHC klasy pierwszej na komórkach zakażonych wirusami powoduje, że komórka NK nie otrzymuje sygnału od receptora dla białka MHC klasy I, tylko od ligandu, którego ekspresja zwykle w wyniku infekcji wirusowych zwiększa się. Natomiast w zależności od tych mechanizmów obronnych samych wirusów może być tak, że nie dochodzi do zmniejszenia ekspresji białek MHC klasy I, nie dochodzi do zmiany w ekspresji ligandu dla receptora aktywującego i nie dochodzi do zabijania komórek docelowych. Normalnie jest tak, że infekcja wirusowa powodując zmniejszenie ekspresji MHC klasy I powoduje zabijanie komórki zakażonej wirusami przez komórkę NK. Zwykle ten mechanizm jest mechanizmem wystarczającym do zwalczania infekcji wirusowych. Jeszcze inny mechanizm działania komórek NK jest to mechanizm cytotoksyczny przy udziale przeciwciał, czyli w drodze mechanizmu cytotoksyczności zależnego od przeciwciał. Bo komórki NK, oprócz tego, że aktywowane produkują perforyny i granzymy to produkują te białka również wtedy, gdy komórka, która jest komórką docelową zostaje opłaszczona przeciwciałami, a komórka NK zostaje zaktywowana przez receptory dla fragmentu Fc przeciwciał opłaszczających komórkę docelową. O mechanizmach cytotoksyczności już było. Zarówno u komórek NK jak i limfocytów T cytotoksycznych z udziałem perforyn, które wbudowują się w błonę komórki zakażonej wirusami i granzymy, które aktywują kaspazy i indukują apoptozę w komórce zakażonej wirusami, albo też może dochodzić do indukcji apoptozy w wyniku interakcji pomiędzy białkami FasL i Fas. Są to białka, które są produkowane konstytutywnie na bardzo niskim poziomie na większości komórek naszego organizmu, natomiast ich ekspresja zwiększa się w wyniku zakażenia wirusami i w wyniku aktywacji limfocytów. Czyli na aktywowanym limfocycie zwiększa się ekspresja FasL, to jest ligand dla białka Fas, a na zakażonej komórce zwiększa się ekspresja białka Fas. Interakcja pomiędzy białkiem Fas i ligandem dla tego białka indukuje apoptozę komórki zarażonej wirusami. Limfocyty T cytotoksyczne, czyli te limfocyty o fenotypie CD8 nie wykazują funkcji efektorowej zanim nie zostaną zaktywowane i nie przejdą etapu różnicowania w komórkę efektorową czyli taką, która ma zdolność do syntezy perforyn i granzymów. Do tego żeby doszło do aktywacji limfocyta Tc to konieczny jest udział limfocytów Th, które to limfocyty Th produkują IL-2, która to interleukina potrzebna jest do proliferacji i różnicowania limfocyta CD8 spoczynkowego w limfocyt Tc produkujący perforyny i granzymy. Czyli aktywacja limfocyta T cytotoksycznego wymaga rozpoznania oczywiście kompleksu MHC-peptyd na komórce docelowej, np., zakażonej wirusami, ale to jeszcze nie wystarcza do wykonania przez ten limfocyt Tc funkcji cytotoksycznej, związanej z produkcją białek indukujących apoptozę w komórce docelowej do tego ten aktywowany limfocyt Tc musi uzyskać wspomaganie od cytokin produkowanych przez limfocyt Th1, a chodzi o udział IL-2. Limfocyty Tc naiwne, chodzi o takie limfocyty Tc, które po raz pierwszy odpowiadają na kontakt z antygenem, czyli limfocyty, które uczestniczą w odpowiedzi pierwotnej na antygen wirusowy. Do swojej aktywności cytotoksycznej potrzebują współpracy z limfocytem Th. Wtedy kiedy dochodzi do jakiejś dysfunkcji limfocytów Th nie jest wykonywana również funkcja efektorowa limfocytów Tc. Jak już wiemy w czasie pierwotnej odpowiedzi immunologicznej, wtedy kiedy dochodzi do aktywacji czy limfocytów Th czy limfocytów Tc to zawsze jest tak, że część komórek ulega aktywacji, a część różnicuje w komórki pamięci. Te komórki pamięci są aktywniejsze przy ponownym kontakcie z tym samym antygenem, czyli przy wtórnej odpowiedzi immunologicznej. Przy wtórnej odpowiedzi immunologicznej limfocyt Tc, limfocyt CD8 pamięci zabija komórkę zakażoną wirusem bez wspomagania limfocyta Th. Limfocyty pamięci aktywowane same produkują IL-2, która jest dla nich niezbędna do proliferacji, czyli do namnożenia klonu antygenowo swoistych limfocytów Tc i do indukcji syntezy perforyn i granzymów.
W przebiegu infekcji wirusowej możemy rozróżnić dwie fazy. To jest bardzo ważne z punktu widzenia zwalczania wirusa. Wtedy kiedy dochodzi do infekcji wirusowej mamy do czynienia albo z fazą ostrą i ta faza ostra infekcji jest to taka faza, w której replikacja wirusa jest kontrolowana przez limfocyty Tc. Czyli limfocyty Tc efektywnie zabijają komórki zakażone wirusami. Jeżeli z jakichś powodów, np. masywnej infekcji dochodzi do fazy chronicznej infekcji wirusowej, jeżeli mechanizmy obrony wrodzonej a potem obrony nabytej z udziałem limfocytów Tc nie zahamują replikacji wirusów zabijając komórki zakażone wirusami i rozwinie się chroniczna infekcja wirusowa, to wówczas w tej chronicznej infekcji wirusowej mamy do czynienia z ciągłym namnażaniem się cząstek wirusowych i utratą kontroli nad replikacją wirusa przez limfocyty Tc. Wszystkie terapie przeciwwirusowe są terapiami, które powinny być skuteczne przy tym stanie chronicznym, bo jeśli dochodzi tylko do stanu ostrego to w stanie ostrym komórki zakażone wirusami zniszczone są przez mechanizmy obrony przeciwwirusowej z udziałem limfocytów Tc. Czyli szczepionki przeciwwirusowe są szczepionkami, które są konieczne wtedy, kiedy są infekcje takimi wirusami, które posiadają mechanizmy obronne przed aktywnością limfocytów Tc i udaje im się z tej fazy ostrej przejść w ten stan chroniczny infekcji.
Jedną z terapii, która wydaje się skuteczna to jest taki rodzaj terapii, w którym zakłada się zablokowanie receptorów dla IL-10 na różnych komórkach. W takiej klasycznej odpowiedzi przeciwwirusowej mamy: limfocyty Tc, do tego, żeby one były aktywne potrzebna jest aktywacja limfocytów Th1. Limfocyty Th1 produkują IFN-γ i IL-2, obie te cytokiny są konieczne dla funkcji efektorowej limfocytów Tc. Natomiast IL-10 jest w ogóle cytokiną przeciwzapalną, która wydawałoby się w takim razie jest korzystna w zahamowaniu rozwoju stanu zapalnego. Tymczasem IL-10, która jest produkowana przez limfocyty Th2 albo przez makrofagi, która powoduje na komórkach produkujących antygen zmniejszenie syntezy białek MHC klasy I i klasy II, białek kostymulacyjnych, cytokin prozapalnych, co w rezultacie prowadzi do zmniejszenia zdolności tych komórek prezentujących antygen do prezentacji antygenu limfocytom CD4 i limfocytom CD8. Czyli w rezultacie udział IL-10 obniża funkcje efektorowe limfocytów Th1 i limfocytów CD8, czyli tych limfocytów, które są niezbędne do zwalczania infekcji wirusowych. W infekcjach wirusowych w tej fazie chronicznej jest jeszcze takie zjawisko: normalnie jest tak, że jeżeli dochodzi do prezentacji antygenów wirusowych przez komórkę prezentującą antygen limfocytom Tc to limfocyty Tc niszczą komórki zakażone wirusami, czyli ulegają aktywacji: część wchodzi w reakcje cytotoksyczne, część tworzy pulę limfocytów T pamięci. Natomiast w fazie chronicznej infekcji tak samo dochodzi do prezentacji antygenów, czyli to są analogiczne etapy, we wczesnej fazie infekcji powstają limfocyty efektorowe, które kiedy faza ostra przechodzi w fazę chroniczną, to zdolność limfocytów Tc do proliferacji, do wykonywania funkcji efektorowej ulega wyczerpaniu. I zahamowanie aktywności cytotoksycznej w fazie chronicznej infekcji następuje w wyniku działania IL-10. IL-10 produkowana jest przez komórki dendrytyczne, przez makrofagi, przez limfocyty B i przez limfocyty Treg. Czyli w stanie chronicznej infekcji mechanizmy, które normalnie hamują rozwój nadmiernej reakcji odpornościowej, to w fazie chronicznej IL-10 powoduje utratę funkcji efektorowych przez limfocyty Tc. Wobec tego zablokowanie receptorów dla IL-10 na komórkach docelowych dla tej interleukiny, na limfocytach Tc byłoby mechanizmem, który zapobiegałby wyczerpaniu funkcji limfocytów Tc. Jest jeszcze jedno białko należące do rodziny białek CD28, czyli tych białek kostymulacyjnych, to jest białko PD1 i ligand dla tego białka PD-L w regulacji odpowiedzi immunologicznej. Udział tego białka PD1 i ligandu dla tego białka jest korzystny przy utrzymaniu tolerancji na własne białka. Białko PD1 syntetyzowane jest przez aktywowane limfocyty Th i Tc. Na aktywowanych komórkach prezentujących antygen syntetyzowany jest ligand dla tego białka PD1. I nawet wtedy, kiedy na obwodzie znajdują się limfocyty o aktywności autoreaktywnej to ich aktywność, która mogłaby być skierowana przeciwko własnym komórkom organizmu jest blokowana przez interakcję tych dwóch białek PD1 i PD-L. Aktywacja limfocytów T następuje w wyniku interakcji receptorów TCR-TCR i CD28-B7, natomiast hamowanie aktywności tych komórek w wyniku interakcji pomiędzy białkami PD1-PD-L. Czyli prowadzi to do tolerancji na prezentowane antygeny przez komórki prezentujące antygen. Ligand dla białko PD1 występuje na różnych komórkach naszego organizmu, nie tylko na komórkach prezentujących antygen, ligand dla białko PD1 występuje też np. na hepatocytach. Hepatocyty są komórkami docelowymi dla wirusów wirusowego zapalenia wątroby typu C czy typu B. Wirus typu B i typu C indukuje w hepatocytach zwiększoną syntezę tych białek PD-L. Interakcja pomiędzy tymi białkami a aktywowanymi czy limfocytami B czy limfocytami Tc, które normalnie niszczyłyby hepatocyty zakażone wirusem typu C czy typu B, prowadzi do zahamowania aktywności limfocytów CD8. Za pośrednictwem tych białek przekazywany jest do limfocyta Tc sygnał hamujący aktywność limfocytów Tc. Jednocześnie np. wirus C wirusowego zapalenia wątroby indukuje syntezę białka podobnego do IL-10. Czyli produkcja białka podobnego do IL-10, które jest wiązane przez receptory dla IL-10 na aktywowanych limfocytach Tc powoduje ten mechanizm wyczerpania funkcji efektorowej limfocytów Tc. Czyli zablokowanie receptorów dla IL-10 i zablokowanie receptorów dla białka PD1, czyli zablokowanie ligandu spowoduje wyczerpanie aktywności cytotoksycznej i indukcję tolerancji na antygeny prezentowane przez hepatocyty przy wirusowym zapaleniu wątroby. Czyli uniemożliwienie interakcji IL-10 z receptorami limfocytów Tc i interakcji białka PD1 na hepatocytach z ligandem dla tego białka na limfocytach cytotoksycznych, na limfocytach B produkujących przeciwciała, ale w przypadku wirusowego zapalenia wątroby na limfocytach cytotoksycznych, przywraca aktywność efektorową limfocytów T. Czyli interakcja pomiędzy białkiem PD i ligandem dla tego białka i teraz posługując się dalej tym przykładem wirusowego zapalenia wątroby typu C, to komórką prezentującą antygen będzie hepatocyt a limfocyt T to będzie limfocyt T cytotoksyczny.
Mechanizmy obronne przeciwko pierwotniakom i robakom pasożytniczym. Jeżeli chodzi o mechanizmy obronne przeciwko pierwotniakom, to problem polega na tym, że pierwotniaki nie mają zwykle jednego żywiciela tak samo jak robaki pasożytnicze. Jednocześnie mają wiele form przejściowych, każda z tych form przejściowych charakteryzuje się odmiennym zestawem antygenów, które są rozpoznawane przez komórki układu odpornościowego i zwykle czas w którym te formy przejściowe czy pierwotniaków czy robaków pasożytniczych są dostępne dla komórek układu odpornościowego jest bardzo krótki. W przypadku infekcji pierwotniakiem powodującym malarię czyli infekcji Plasmodium jest tak, że jedna z form przejściowych pierwotniaka sporozoidy to jest ta forma, w której zakażany jest organizm człowieka. Przez układ krwionośny sporozoidy transportowane są do wątroby, komórkami docelowymi dla sporozoidów są hepatocyty. W hepatocytach przekształcają się w merozoidy, które namnażają się, niszczą hepatocyty, bo hepatocyty rozpadają się, indukowana jest apoptoza w ogóle hepatocytów. Merozoidy opuszczają wątrobę, przedostają się do układu krwionośnego i zakażają erytrocyty. W zakażonych erytrocytach merozoidy się namnażają, powodując niszczenie erytrocytów, część merozoidów przekształca się w gametocyty, którymi z kolei zakażają się samice komara, które żywią się krwią. I cykl się powtarza. Dlaczego tak trudne jest uzyskiwanie szczepionek przeciwko pierwotniakom? Np. utrzymywanie się sporozoidów w układzie krwionośnym, czyli wtedy, kiedy sporozoidy znajdują się poza komórką żywicielską to jest 30 min. W ciągu 30 minut nie dojdzie w ogóle do aktywacji żadnej komórki układu odpornościowego. Potem jest niszczenie hepatocytów. Hepatocyty nie są typowymi komórkami prezentującymi antygen. Bo do tego, żeby hepatocyty mogły prezentować antygeny to musiałyby mieć na swojej powierzchni dużą ekspresję białek MHC klasy I i MHC klasy II. MHC klasy I posiadają, nie posiadają MHC klasy II, czyli nie jest spełniony ten warunek aktywacji limfocytów T cytotoksycznych i funkcji wspomagającej limfocytów T helperowych do tego, żeby te cytotoksyczne mogły pełnić prawidłowo funkcje obronne. Czyli bardzo krótka jest dostępność tych form przejściowych pierwotniaka taka, która mogłaby spowodować aktywację komórek układu odpornościowego. Czyli jeżeli sporozoidy dostają się drogą układu krwionośnego, to one nawet nie mają szans tak naprawdę dotarcia do węzłów chłonnych, które są podstawowymi narządami obwodowymi limfatycznymi, w których zachodzą główne reakcje aktywacji komórek odporności nabytej. Węzły chłonne pozostają poza szlakiem transportu form pierwotniaków. W infekcjach pasożytniczych trudność sprawia również zmiana antygenów różnych form rozwojowych pasożytów i główną reakcją obronną przeciwko infekcjom pasożytniczym jest aktywność cytotoksyczna zależna od przeciwciał. W infekcjach pasożytniczych produkowane są przeciwciała klasy IgA, które aktywują neutrofile i eozynofile i obydwa te dwa typy komórek są komórkami, które mają zdolność do brania udziału w reakcji cytotoksycznej poprzez rozpoznanie związanych na powierzchni robaka przeciwciał z receptorami dla fragmentu Fc przeciwciała (te receptory są na powierzchni eozynofilów i neutrofilów) i ta interakcja indukuje syntezę enzymów proteolitycznych, wydzielanych na zewnątrz tych komórek, które atakują robaka pasożytniczego i niszczą po prostu robaka. Przy udziale enzymów proteolitycznych, przy udziale TNF-u i przy udziale perforyn. Perforyny wbudowują się w ściany robaka, przez te pory przechodzą enzymy proteolityczne i dochodzi do indukcji apoptozy w komórkach robaka pasożytniczego. Komórkami, które mają zdolność do cytotoksyczności zależnej od przeciwciał są neutrofile, eozynofile, czyli te główne komórki w odporności przeciwpasożytniczej; komórki NK w infekcjach bakteryjnych i wirusowych; makrofagi w infekcjach bakteryjnych.