Kórházhigienikus képzés, DE OEC KLINIKAI IMMUNOLÓGIA I. AZ IMMUNRENDSZER MŰKÖDÉSE Dr. Sipka Sándor DE OEC III. sz. Belgyógyászati Klinika Regionális Immunológiai Laboratórium A főbb ábrák és táblázatok forrása: Falus András, Búzás Edit, Rajnavölgyi Éva: Az immunológia alapja, Semmelweis Kiadó, Budapest, 2007
I/1. AZ IMMUNRENDSZER SAJÁTOSSÁGAI, IMMUNOLÓGIAI ALAPFOGALMAK A. Az immunrendszer feladata: a szervezet külső és belső felszíneit védő kémiai és biológiai védelem kialakítása külső paraziták (fertőző mikróbák) és belső paraziták (malignus sejtek) ellen a saját és az idegen felismerése és elkülönítése alapján.
B. Immunológiai alapfogalmak az antigén: minden olyan anyag, ami ellen az immunrendszer vele reagálni tudó ellenanyagot (antitestet) vagy sejtet hoz létre antigén felismerő molekulák: antitestek T sejt receptorok limfociták: T sejtek: B sejtek/plazma sejtek: ellenanyag termelő sejtek NK sejtek: természetes ölő sejtek mononukleáris fagociták ( monociták, makrofágok): antigén feldolgozás, gyulladás képzés
Fő hisztokompatibilitási komplex (MHC), emberben HLA rendszer molekulái: HLA-I molekulák: minden magvas sejt felszínén jelen vannak HLA-II molekulák: B sejtek, aktivált T sejtek, makrofágok, dendritikus sejteken, vaszkuláris endothelium sejtjein, feladatuk az antigén bemutatás a T sejtek számára citokinek: szolubilis, nem antigénspecifikus molekulák, szerepük az immunválasz folyamatainak szabályozása (gátlása, serkentése) komplement rendszer: fehérjebontó enzim rendszer, minek aktiváció utáni végterméke sejt feloldódást eredményez, ezáltal kiemelt szerepe van a mikróbák elleni védekezésben.
Immunrendszer összetevői
A felnőtt emberi vér sejtjeinek referencia értékei Vörösvérsejt szám (RBC) T/l (1012/l) férfi: 4,5-5,9 nő: 4,1 x 5,1 Fehérvérsejt szám (WBC) G/l (109/l) felnőtt: 5-10 Fehérvérsejtek százalékos megoszlás Segment Eosinophil Basophil Lymphocyta Monocyta Felnőtt 40-70% 2-4% Thrombocytaszám (PTL) (109/l) felnőtt: 150-400 0,5-1% 20-40% 4-8%
TERMÉSZETES IMMUNITÁS: az immunválasz veleszületett részét foglalja magába, döntő szerepe van az immunválasz beindításában, szabályozásában és a végrehajtó fázisban. SZERZETT (ADAPTÍV) IMMUNITÁS: egy bizonyos antigén receptor típusú sejtklón felszaporodása az egyedi immunválasz sejtes és humorális folyamatainak létrehozásához. Memóriája van. Szabályzása összefügg a természetes immunitással.
AZ IMMUNVÁLASZ 3 SZAKASZA Az antigén megjelenése előtt kialakul a válaszoló (T és B) sejtek készlete, az antigén ebből választja ki a a specifikus antigénreceptort hordozó sejtet (felismerési szakasz), osztódás és differenciálódás következik (központi szakasz), majd a felszaporodott specifikus sejtek, illetve termékeik és a nem antigénspecifikus immunológiai mechanizmusok (komplement, phagocyták, stb.) eltávolítják (végrehajtó szakasz) az antigént
ELSŐDLEGES ÉS MÁSODLAGOS IMMUNVÁLASZ Az elsődleges (primer) immunválasz hosszabb idő alatt alakul ki és kisebb intenzitású, a másodlagos (secunder) válasz gyorsabb és erőteljesebb. A válasz antigénspecifikus, hiszen a másodszor adott (A) antigénnel együtt először adott eltérő (B) antigénre a szervezet elsődleges immunreakcióval felel.
I/2. A VELESZÜLETETT, TERMÉSZETES ÉS A SZERZETT IMMUNVÁLASZ ELEMEI VELESZÜLETETT SZERZETT komplement antitestek Phagocytasejtek, NK, DC Lymphocyták, DC FcR, CR, citokinreceptorok BCR, TCR antigénspecificitás Igen korlátozott (mintázatspecificitás) Igen erősítés lineáris Exponenciális immunmemória nincs van az antigénnel való kölcsönhatás random szelektív latencia nincs van
I/3. AZ IMMUNVÁLASZ JELLEMZŐI antigénspecificitás sokféleség (diverzitás) szelektivitás (a kész felismerő receptor struktúra válogatja ki az antigént) érzékeny (kis mennyiségű antigént is felismer) memóriája van ( emlékezik )
II. A VELESZÜLETETT IMMUNITÁS MŰKÖDÉSE
II/1. A FAGOCITA SEJTEK ÉS A FAGOCITÓZIS a.) professzionális fagocita sejtek: - mononukleáris (monocita/makrofág) - polimorfonukleáris (neutropfil granulocita) b.) szövet specifikus fagociták: máj (Kupffer sejtek), tüdő, lép, vese, hashártya makrofágjai agyi mikroglia
Fagocitózis: partikulum (mikróba) bekebelezés (endocitozis) alkotóelemekre bontás megölés (killing) rövid életű oxigéntartalmú gyökökkel (szuperoxid, hidrogén hiperoxid, hipoklorit, nitrogén monoxid (NO) antigén bemutatás (MHC-II/peptid) (dendritikus sejtek) kemotaxis (irányított migráció) bakteriális termékek (formil-metionin-leucil-fenilalanin, fmlp) komplement termékek ( C5a, C3a) mediátorok, citokinek (PAF, IL-8) leukotrienek hatására fagocita receptorok: Fc receptorok ( IgG kötés) komplement receptorok ( CR1, CR2, CR3, CR4) szénhidrát (lektin) kötő receptorok (pl. mannóz receptor) opszonizáció: bekebelezendő partikulum bevonása : IgG-vel, komplement aktivációs termékkel.
A fagocitózis folyamata: A phagocytasejtbe endocitózissal bekerülő antigén lysosomákkal olvad össze, phagolysosoma keletkezik, ahol a különböző bontóenzimek hatására a fagocitált antigén alkotóelemire esik szét. Előfordul azonban az, hogy az antigén egy része peptid formában megmarad, ekkor a sejt MHD-II molekuláival együtt kikerül a plazmamembránra és a phagocytasejt antigénbemutató sejtként viselkedik
AKTIVÁLT FAGOCITÁK TERMÉKEI
NEUTROPHIL GRANULOCYTÁK
II/2. A komplement rendszer A vérplazmában és testnedvekben lévő glikoproteinek alkotják, melyek a gyulladás képzést, az immunkomplexek szolubilizációját és a kórokozók elleni védelmet szolgálják. A komplementakvitáció folyamatának és biológiai hatásainak áttekintő ábrázolása
A komplementrendszer alternatív reakcióútját aktiváló felszínek
A komplementrendszer funkciója akut fertőzés kezdetén (bal oldal) és az akut fertőzés lezajlása utáni helyzetben (jobb oldal)
II/3. FC RECEPTOROK, ADHÉZIÓS MOLEKULÁK II/3a Fc receptorok Az Fc receptorok az immunglobulinok Fc végének megkötésére szolgáló sejtfelszíni struktúrák, melyen különböző sejtaktivációs folyamatokat indítanak el.
Az FcγR és komplementreceptor-mediált fagocitózis
II/3b. Adhéziós molekulák Az adhéziós molekulák szerepe: Sejt-sejt kapcsolat Fehérvérsejtek-extracelluláris matrix kapcsolat Fagociták idegen partikulumok kapcsolata
Az adhéziós molekulák típusai Immunglobulin-szerű adheziós molekulák
A transzmigráció folyamata
Szelektinek
Integrinek
Kadherinek (homofiliás kapcsolatok sejtek között) E kadkerinek ( epitel) N kadherin (ideg, izom, vese) P kadherin (placenta epitel) R kadherin (retina) CD44 molekula: limfoid sejtek hialuronsav részéhez kapcsolódik kemokinek: kemotaxist kiváltó molekulák : C3a, C5a, fmlp, PAF kemokin receptorok : CCL2, monocitákon, limfocitákon CXCL8: neutrofileken CXCR4 T sejteken: HIV-1 kötés CCR5 makrofágokon : HIV-1 kötés (CCR5 genetikai etnikai eltérések!)
II/4. Citokinek A citokinek szolubilis sejtkommunikációs sejttermék molekulák, melyek szerepet játszanak: Gyulladásban, antigén bemutatásban, csontvelői sejtek érésében, immunsejtek aktiválásban, adheziós molekulák expressziójában. A természetes immunválaszban a főleg aktivált makrofágokból szármatazó tumor nekrózis alfa (TNF alfa), interleukin 1 (IL-1) és IL-6 a fertőzést követő gyulladást fokozzák a kemokinek a fehérvérsejteket vonzzák a gyulladás helyére IL-12 stimulála a makrofágok interferon gamma (IFN gamma) termelését IFN alfa korai antivirális citokin IL-10 gátolja a makrofágok citokin termelését
Az adaptív immunválaszban az aktivált T sejtekből Th1, Th2 és regulatív Treg sejtek képződnek. Th1 sejtek citokinjei a mikrobiális védekezést fokozó citokineket termelnek: IL-2, IFN gamma, IL-12, IL-18, IL-23 Th2 sejtek: az allergiás hajlamot erősítő citokineket temelnek: IL-4, IL-5, IL-13 A regulativ sejtek: Tr1 ( IL-10 termelés) Tr3 (transforming growth factor beta, TGF beta termelés) Treg ( IL-10, TGF beta termelés) (szuppresszor hatás)
II/5. MHCI/MHCII /MHC III gének A 6. kromoszóma rövid karján elhelyezkedő fő hisztokompatibilitási génkomplex (MHC) géntermékei polimorf membrán fehérjék. Az MHC-I osztályba tartozó emberi HLA-A, -B, -C gének által kódolt két polimorf alfa láncból és a hozzá kapcsoló beta 2 mikroglobulinból álló fehérjék- bár eltérő mértékben-minden magvas sejt felszínén megjelennek. Az endogén peptidek expresszálása után a CD8+ citotoxikus T sejtekkel reagálnak. Az MHC II osztályba tartozó HLA-DR, -DP, -DQ fehérjék két polimorf láncból állnak és az antigén prezentáló sejtek felszínén, B sejteken, monocitákon/makrofágokon, dendritikus sejteken vannak jelen. A külső térből származó peptideket expresszálják, és a CD4+ segítő (helper) T limfocitákkal reagálnak. MHC III osztályba tartozó gének komplement (C4A, C4B, B faktor, C2) fehérjéket, 21 beta hidroxiláz enzimet, és citokineket (TNF alfa, TNF beta) kódolnak.
A klasszikus MHC-gének elhelyezkedés e a humán genomban
II/6. A természetes immunitásban szereplő barrierek Mechanikai barrierek: bőr, nyálkahárthya nyák, mucin, könny záródási reflexek, perisztalitika Kémiai barrierek: ph ( bőr, 5,5, gyomornedv: 1-3, hüvely: 4,5, genny: 5,5-6,0, vizelet: 4,5-7,0, pankreásznedv: 8. reaktiv oxigén fajták: szuperoxid, hidrogen-peroxid, hipoklórossav, szingletoxigén, enzimek: mieloperoxidáz, NAPH oxidáz, nidrogén-oxid szintáz (inos)
Biológiai tényezők a barrier fenntartásában: laktoperoxidáz (nyál, kolosztrum) xantin-dehidrogenáz (neutrofilek, kousztrum) lizozim (könny, verejték, kolusztrum, orrváladék, plazma, neutropfilek, Paneth sejtek) baktericid Gram+ baktériumokkal szemben, laktoferrinnel együtt Gram-okra is szekretoros foszfolipáz A2 (neutrofilek) kitináz (neutrofilek) kitotriozidáz (neutrofilek) transzplacentáris anyai IgG1, IgG3, IgG4 természtes IgM (B1 sejtekből) hemagglutininek poliaminok (spermin, spermidin) baktérium szaporodást gátolnak
II/7. Mintázatfelismerő receptorok a.) Antimikróbiális peptidek
Antimikróbiális peptid receptorok A természetes immunitásban szerepet játszó szecernált mintázatfelismerő receptorok
b.) Sejtmembránhoz kötött mintázatfelismerő molekulák PAMP : pathogen associated molecular pattern) receptorok -Toll-szerű receptor ligandok
Toll-szerű receptorok (TLR) sejtfelszíni kombinációi és endodosomán belüli előfordulása
c.) Intracelluláris mintázatfelismerő receptorok (NLR) sejten belüli patogének vészjelzéseinek érzékelői, tagjaik neve: NOD (nucleotide binding domain) vagy Caterpiller molekulák. A természetes immunitás receptorai aktiválják az adaptív immunrendszert
A veszély hipotézis ( danger hipotézis) Immunrendszer feladata a veszélyes-ártalmatlan antigének elkülönítése. A veszélyes antigének jelei jöhetnek külső, de belső sejtekből egyaránt. Egészséges szövetekkel szemben tolerancia alakul ki, míg a sérült szövetek immunválaszt indukálnak.
III. SZERZETT IMMUNITÁS III/1. Az ellenanyagok Az immunglobulin sematikus szerkezete
Immunglobulin-izotípusok, szubtípusok fontosabb tulajdonságai
III/2. A T-sejt receptor, T sejt aktiválódás A T-sejt-receptor (TCR) és a CD3 szerkezete
A T-sejtes jelképzés és jelátvitel korai eseményei
III/2a. T sejt típusok A limfocita alosztályok arányának és sejtszámának változása poliszisztémás autoimmun kórképekben CD3+ T sejt CD4+ T sejt (helper sejt) CD8+ T sejt (citotoxikus sejt) CD19+ B sejt (ellenanyagtermelő sejt) CD56+ (természetes ölő sejt) CD3+ HLA-DR+ (késői) aktvált T sejt CD3+CD69+ (korai) aktivált T sejt CD3+CD4+ (i.c. IL-2, IFNγ+) Th1 T sejt CD3+CD4+ (i.c. IL-4, IL-6+) Th2 T sejt CD3+CD4+ (i.c. TGFβ+) Th3 T sejt CD3+CD4+ (i.c. IL-10+) Tr1 T sejt CD4+CD25+ T regulációs szuppresszor sejt
A T-sejt-polarizáció biológiai jelentősége
III/3. A B sejt receptor, B sejt aktiválódás A B-sejt receptor (BCR) sematikus szerkezete
A B-lymphocyták fejlődése
A B-lymphocyták legfontosabb felszíni markerei
A B-lymphocyták differenciálódásának citokinszabályozása
III/4. Antigén bemutatás és feldolgozás A T-sejt-antigénbemutató sejt közötti érett immunológiai szinapszisban létrejövő membrán adhéziós komplex (SMAC) felépítése
III/4a. Endogén antigén bemutatás MHC I molekulák által
A citotoxikus T-sejt (Tc, CTL) működése
III/4b. Keresztprezentáció Egyes intracellulárisan továbbélő vagy osztódó mikroorganizmusok fehérje antigénjeiből származó peptidek bár exogén úton kerülnek be a gazdaszervezetbe, nemcsak MHC II, de MHC I molekulákhoz kapcsoltan is bemutatásra kerülnek. Továbbá a fagocita sajátsággal rendelkező makrofágok és mielod dendritikus sejtek az apoptózissal vagy nekrózissal elpusztult, vírus fertőzött és/ vagy tumor sejteket is bemutatják az MHC I molekulák közvetítésével.
A CD4+, illetve CD8+ T-sejtek kapcsolódása a peptid/mhc komplexhez Az intracelluláris kapcsolatok időbeli sorrendje felismerő Tlymphocyta és antigénbemutató sejtként szereplő B-sejt között
III/4c. CD 1 molekulák szerepe az antigénbemutatásban I típusú CD1 fehérjék: CD1a, CD1b, CD1c sjetfelszíneken CD1e intracellulárisa II típusú Cd1 fehérje CD1d Funkció: mikróbiális zsírsavak, glikolipidek, foszfolipidek megkötése és bemutatása
III/4d. A szuperantigének MHC II molekulák nem peptidkötő részéhez, egyes TCR beta láncok olyan szakaszához kötődnek, ami nem antigén kötőhely. Ezáltal egyidejűleg nagyon sok T sejt klónt képesek aktiválni (2000 x) poliklonális hatás, IL-2, gamma IFN termelést, proliferációt Exogén szuperantigén: Staphylococcus, Streptococcus, Mycoplasma, Clostridium, Pseudominas) entero és exotoxinok, virális nulkeokapszidok.
Egészséges immunrendszer