Imunita na sliznici a kůži bariéry, nespecifická imunita, mikroorganizmy na površích těla, epiteliální buňky lymfocyty a Ig regulace těchto složek na sliznici
A. Imunitní systém systémová a slizniční imunita • Přirozená imunita – fylogeneticky starší Osídluje přirozené bariéry – solubilní faktory, specializované fagocyty a DC – Strukturálně – fyzikální obranné mechanizmy – Chemické faktory (pH, antimikrobiální peptidy a proteiny) – Fagocytující buňky
• Adaptivní, specifická imunita
Zdroje variability imunitního systému
První stupeň ochrany před infekcí • Pro navození infekce, patogen musí překonat bariéry: – kůže, která je běžně nepropustná pro inf. agens a tvoří baktericidní produkty – slizniční sekret blokuje adherenci k epiteliálním buňkám – Mnoho sekretů sliznice je baktericidních • lysozym, spermin, žaludeční šťáva
• Střevní komenzály mohou blokovat růst patogenních bakterií
Kůže - obranné bariéry • Nepoškozená kůže je nepropustnou bariérou – Vícevrstevnost epidemis – Přítomnost tukových látek-cidní vlastnosti – Nízké pH
• Fyziologická mikroflóra kůže – – – –
G+ tyčinky (Corynebact), koky Normální kožní flóra inhibuje růst patogenů Organismy jsou četněji ve vlhkých oblastech těla Kožní flora závisí na aktivitě mazových žláz • Příklady: S. epidermidis a diphtheroidy
Obvyklá mikrobiální flora • Významně přispívá k imunitní odpovědi hostitele • U imunokompetentního jedince vzniká málo infekcí původem z běžné flory • U imunokompromitovaného jedince může vzniknout vážná infekce
Typy vztahu hostitel a mikrob • Symbióza – vztah je vzájemně výhodný – Lactobacilli v ženském gentálním traktu
• Komenzální vztah– jeden druh profituje; druhý není poškozen – Normální střevní flora (E coli, P mirabilis)
• Parazitismus – jeden druh má výhodu na úkor druhého – Neisseria gonorrhoeae infekce u člověka
Mikrobiální flora u lidí • Rezidentní – kolonizuje dané místo v organizmu pro dlouhé období – Staphylococcus epidermidis na kůži
• Transientní – kolonizuje oblast pro krátkou dobu – Streptococcus pyogenes v krku bez přítomnosti choroby
• Nositel (přenašeč) – hostitel nese potenciálního patogena bez příznaků; může být akutní nebo chronické – Salmonella nositel
Normální kožní a slizniční flóra, příklady
Kůže a její imunitní systém • Buňky – Langerhansovy bb. (APC), mastocyty, T ly, Neu, Eo, keratinocyty, fibroblasty
• Humorální složky – Koagulační a komplementová kaskáda, IgG, IgA, eikosanoidy, neuropeptidy, cytokiny
•
Fyziologické funkce mastocytů
Lokalizace mastocytů –
– – –
•
v kůži jsou preferenčně na místech s vyšší rizikem infekce jsou více zastoupeny v povrchových vrstvách a nejméně v subkutis počet roste se vzdáleností anatomické lokalizace od středu těla. stěna GIT, dýchacích cest, cév.....
Biologické funkce – – –
M.Maurer 2003, Brown JM, 2007
funkčně heterogenní podle lokalizace obrana proti infekci – bakteriální a parazitární infekce podíl na vzniku některých autoimunitních onemocnění
Aktivace žírných buněk • Nejlépe popsaným imunologickým stimulem mastocytů je tzv. „přemostění IgE“. • Přemostění molekul Fcγ RIII imunokomplexy • Vazba fragmentů komplementu C3a, C5a (anafylatoxinů) na příslušné receptory na povrchu mastocytů • bakterie, volné radikály, hormony, fyzikální stress, fyzická námaha a tlak , emoční stres , radiace včetně slunečního záření, toxiny, viry, radiokontrastní látky, léky a další chemické substance. • V poslední době byl popsán nový mechanizmus časné hypersenzitivity spuštěný prostřednictvím lehkých řetězců imunoglobulinů.
Abnormální funkce kožního imunitního systému • Oslabená imunita, ID – kožní infekce (furunkly, abscesy) • Autoprotilátky proti desmosomům – ovlivněna adheze keratinocytů na LB (puchýřnatá onemocnění – pemphigus) • Hyperproliferace a abnormální vyzrávání epidermis (keratinocytů), zánět, cévní změny, PMN infiltrace - psoriáza
Pacient s bulózní kožní chorobou
Pemphigus vulgaris and Pemphigus foliaceus • Fenotyp-mukokutánní forma pemphigus vulgaris (PV) četné puchýře a eroze na trupu (a) a slizniční ulcerace v ústech (b). • Naopak –Pemphigus. foliaceus četné epidermální erose (c)
Pemphigus vulg./foliac. Acantolyza-autoimunita • Anti desmoglein IgG zahájí disociaci keratinocytů (IC signalizace - p38 MAPK, Rho A and plakoglobin). • Přímá inhibice vazby Dsg 3, deplece Dsg 3 v desmosomech přispívá k patognezi PV. • PLC phospholipase C, PKC protein kinase C, cdk 2 cyclindependent kinase 2, EGFR epidermal growth factor rec.
Opičí jícen – vazba IgG - pemphigoid IgG autoAb podél LB
IgG pemphigus autoantibodies labelling epidermal cell surface antigens of stratified squamous epithelia producing the characteristic ‘chicken wire’ pattern on monkey oesophagus.
Abnormální funkce kožního imunitního systému - atopická dermatitis • Spongioza epidermis, perivenulární infiltrát CD4+ ly s homing mol. CLA - akutní fáze • Hyperplazie epidermis, hyperkeratoza, zvýšení počtu Langerhans.bb., Mastocytů • Mechanizmus vzniku neznámý – Role IgE, Eo, přecitlivělost T lymfocytů – Zvýšená prostupnost pro alergeny (def. filaggrinu)
Akutní ekzém – erytém, papuly a vesiculy
Chronický ekzém – erytém, infiltrace a jizvení
Langerhansovy bňky nesoucí Ag migrují do regionálních lymfat. uzlin. V parakortiální oblasti interakce s CD4+ T lymfo a tvorba paměťových buněk
Slizniční epiteliální povrchy a imunita • • • • • • • • • •
GIT povrch cca 300 m2 Povrch dýchacích cest 80 m2 Povrch kůže 2 m2 Strava tuny za život Mikroflora 10 14 bakterií Epiteliální obrat ve střevě 1011 /den IgA produkce 5 – 9 g/den 90 % infekcí příchází prostřednictvím sliznice 80 % imunitních buněk je ve spojení se sliznicí Schopnost slizniční (orální) tolerance
FYZIOLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY SLIZNIČNÍ IMUNITY sIgA
mikrob
M U C U S
blokování adhesinů peristaltika pohyb
obnova epitelií pevné spojení Treg
IEL
intraepiteliální lymfocyt CD8+
Krejsek J
Speciální znaky slizničního imunitního systému • Epiteliální buňky • Bb. nespecifické imunity, receptory (TLR) – silně vyvinutá přirozená imunita • Slizniční lymfocyty – liší se do krevních (původ, fenotyp, repertoár, produkty) - IEL, Treg, lymfocytární migrace (homing) • Slizniční IgA • Orální tolerance
Úkoly slizniční imunity • Ochrana před patogenními mikroby (anti infekční role) • Bariera proti penetraci infekčních a imunogenních složek do cirkulace (bariérová funkce) • Nízká reaktivita vůči neškodným antigenů (orální neboli slizniční tolerance) • Udržování slizniční homeostázy (imunoregulační funkce)
Choroby vzniklé ve spojitosti s poruchou slizniční bariérové funkce • Poruchy exkluze, penetrace mikrobiálních, potravinových a vzdušných antigenů do cirkulace • Vystupňovaná a generalizovaná imunitní odpověď proti luminálním antigenům (alergenům), superantigenům a mitogenům • Chronické zánětlivé choroby
Bakteriální flóra respiračního traktu • Horní cesty dýchací (ústní dutina, nasofarynx, orofarynx, larynx) – Normální – Strepto viridans; M. catarrhalis – Oportunistické patogeny – Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, etc.
• Dolní cesty dýchací (trachea, bronchy, plíce) – Nepřítomna flora (většinou?) – Oportunistické – mnoho Gram+ a Gram- druhů
Ochrana respiračního traktu • Přirozené bariery: – Nosní ochlupení, slizniční povrchy s mukociliárními bb., fagocytující zánětlivé bb.
• Fyziolog. mechanizmy: – Kýchání, kašel, polykání
• Jiné: – Bronchiální sekrece, proud vlhkého vzduchu
Antibakteriální mechanismy sliznice • Residentní mikroflora – kompetice s exogenními bakteriemi • Hlen - lepkavý materiál – „vychytává“bakterie • Lysozym – štěpí stěnu bakterií • Lactoferrin – váže železo • Lactoperoxidasa – volné radiály zabíjí bakterie • Antibakteriální peptidy • Cilie epithelií • Tight junction epitelií – ochrana před invazí
Antibakteriální peptidy • Antibakteriální peptidy- defensiny - v granulích epitheliálních Panethových bb., epiteliálních bb. respirač. traktu • Cathelidiny - respirační epitel • Collectiny – modulují obrannou odpověď během infekce nebo zánětu – prozánětlivé cytokiny • Surfactant proteiny – váží různé viry, G-, G+ bakterie, mykobacterie, alergeny
Druhá linie obrany na sliznicích • Fagocytosa – primární mechanismus rezistence proti extracelulárním agens – rychlý pohyb PMN do místa poškození – Diapedesis – „Pozření“ fagocytem
• Zánět– odpověď organizmu na poranění nebo invazi • Adaptivní imunitní odpověď – výrazně pomalejší nežli jiná obrana
Překonání obrany hostitele • Indukce tolerance – selhání imunitního systému k odpovědi • Imunitní suprese – některé viry, bakterie, a protozoa (např., HIV, CMV) – “Slabý antigen” – neschopný vyvolat odpověď – Infekce se objeví in utero nebo v neonatálním období
• Antigenní variace – organismy mění povrchové Ag během infekce – i.e., Borrelia recurrentis (relapsing fever)
Překonání obrany hostitele, Cont. • Absence přiměřeného cíle pro odpověď – Intracelulární organismy (i.e., Brucella, Listeria, Mycobacterium tuberculosis) obejdou hostitelskou imunitní odpověď a přežívají uvnitř infikovaných buněk
• Protilátky proti některým agens poskytují velmi slabou ochranu • Viry mohou být resistentní, nebo inaktivují obranu
Epitheliální bb. jako součást imunitního systému Exprese • Enzymy • HLA molekuly • E-cadherin • Receptory pro: – Cytokiny – Polymer Ig
• Indukovaná exprese – CD86, ICAM-1, MICA/B
Produkce • Antimikrobiální peptidy • Cytokiny – IL-1, IL-6, IL-10, TNF-alpha, IL-3, IL-7, IL-15 – chemokiny
Pattern recognition receptors (PRR) PAMP LPS Lipoproteins Peptidoglycan Lipoarabinom annan Flagellin CpG (bacterial DNA) Heat shock proteins
Microbes Most G - bacteria Most bacteria Most bacteria mycobacteria
PRR LBP, CD14, TLR4 TLR2 CD14, TLR2 TLR2, MBP
G- bacteria Most bacteria
TLR5 TLR9
Most bacteria
TLR4, TLR2
Lymfoidní elementy slizničního imunitního systému– induktivní a efektorová část Induktivní část– kontakt s antigeny Germinální centra – diferenciace B lymfo Efektorová část – Makrofágy, Mastocyty, Eo,Neu, B, T lymfo, IEL (T lymfo)
Intraepitheliální lymfocyty • Dominantně fenotyp CD8+, CD45RO+ • Adhesivní molekuly – integrin αEß7 • Cytoplasmatické granule obsahující cytolytické proteiny (perforiny)
Lymfocyty lamina propria • • • •
Nejčetnější T buňky, dominantně CD4+ B buňky, produkující IgA Všechny slizniční lymfocyty mají supresívní aktivitu– Treg (CD25+, produkce IL-10, TGF beta)
Vstup luminálních antigenů • Induktivní část-lymfoidní folikuly s epiteliální vrstvou (FAE) - M buňky – specializované pro přenos antigenů (microfold cells) • Endocytozou přenáší Ag na opačnou stranu
Interakce mezi epiteliálními buňkami, DC na sliznici dýchacích cest • DC vysílají výběžky do lumina, na sliznici • Jsou vytvořeny těsné spoje (tight junctions) mezi epiteliálními bb a DC (occludin, claudin, zonula occludens) • Enzymaticky aktivní látky – alergeny mohou aktivovat proteázou aktivované recepory (PARs) na epiteliích
Transport imunoglobulinu A do lumen
Imunitní exkluze a eliminace • Neutralizace cizích antigenů na sliznici pomocí sekretované IgA, IgM – imunitní exkluse (spolu s přirozenýnmi mechanizmy) – transportováno ven z těla • Imunitní eliminace – Ag s IgA (IK) vychytáváno v Peyer p. na APC - indukována imunitní reakce proti patogenům
Role komenzální mikroflory • Bakteria hrají důležitou roli v metabolických a imunitních procesech ve střevě • Kompetice s patogeny a ovlivnění imunitního systému – normální flora silně ovlivňuje rozvojt GALT (gnotobiologický model) – vývoj přirozené imunity, resistance k infekci, slizniční imunita, repertoár B ly, CMI, indukce tolerance
Migrace a homing buněk - „common mucosal immune system“ • Bb. produkující IgA jsou původem z MALT (kontakt s Ag), aktivovány, migrují lymfat. cestami, krví – opět pak kolonizují mukozu, exokriní žlázy– CMS • Směrování adhez. molekulami
Integrace slizniční imunity mezi matkou a novorozencem
Slizniční tolerance Slizniční imunita je vybavena systémem programované neodpovídavosti proti řadě antigenních látek z potravy
Indukce střevní tolerance • Partricipace různých subpopulací dendritických buněk (DC) – „bezpečné “ antigeny prezentovány nezralými DC (nízká exprese ko-stimulačních molekul), aktivace Treg (Th3) - indukce tolerance – patogenní mikroorganismy („nebezpečné “ signály) – indukují maturaci DC
• Prezentace Ag neprofesionálními APC – epiteliální buňky
Indukce střevní tolerance – cont. • Stimulace Treg cytokiny (TGF - , IL-10, IL-4, IL-5, Vit D3 – calcitriol) • Nejdůležitější pro systémovou neodpovídavost – IL-10, TGF- • Delece/anergie specifických T lymfo při vysoké dávce antigenu • Indukce aktivních tlumivých mechanizmů nižší dávka Ag (IL-10, TGF-beta z T regulatory cells - Treg) – nepatogenní antigeny /alergeny
Model role slizničního mikroprostředí v polarizaci imunitních funkcí
INDUKCE SLIZNIČNÍ
IMUNITY
Ag sIgA2
TS/C IEL
Mbuňka
B7
CD28
B HLA II.
TcR
klonální expanze
APC
TH IL-12 INF-
diferenciace
TH
cílená
TH osidlovací molekula
plazmocyt
4
migrace
7
adresiny (MAdCAM)
B TH Krejsek 2004
Selhání slizniční tolerance • Silná reakce proti neškodným, běžně se vyskytujícím antigenům • Celiake, potravinová alergie, jiné autoimunitní choroby?……
Velké rodiny Venkovské domy, dobytek Střevní mikroflóra variabilní, přechodná Nízká frekvence užití antibiotik Vysoká zátěž parazity Slabá sanitace, vysoká orofekální zátěž
Malé rodiny Městské, „kultivované „domy Stabilní střevní mikroflóra Vysoká frekvence užití antibiotik Nízká nebo nepřítomná zátěž parazity Dobrá sanitace, nízká orofekální zátěž
Hygienická hypotéza alergie,1989
2013 • Ztráta biodiverzity vede k vzniku alergické choroby • Tolerance je podpořena fyzickou aktivitou, dietou
Asociace nutričních faktorů a vzniku T1DM (doba publikace)
