IMMUNAJÄRJESTELMÄN OSAT

Immunijärjestelmä voidaan jakaa kahteen tärkeimpään osajärjestelmään, synnynnäiseen/yleiseen vastustuskykyjärjestelmään ja adaptiiviseen järjestelmään. Sekä synnynnäinen järjestelmä että adaptiivinen järjestelmä ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa keskenään tehokkaan immuunivasteen aikaansaamiseksi.

Synnynnäiseen immuunijärjestelmään eli yleiseen vastustuskykyyn kuuluvat erilaiset suojatoimenpiteet, jotka ovat jatkuvasti toiminnassa, ja ne muodostavat ensimmäisen puolustuslinjan patogeenisiä tekijöitä vastaan. Nämä vasteet eivät kuitenkaan ole spesifisiä tietylle patogeeniselle tekijälle. Sen sijaan synnynnäiset immuunisolut ovat spesifisiä konservoituneille molekyylimalleille, joita esiintyy kaikissa mikro-organismeissa. Tämä estää synnynnäistä immuunijärjestelmää tunnistamasta vahingossa isäntäsoluja ja hyökkäämästä niitä vastaan. Tämä kuitenkin estää synnynnäisiä immuunivasteita parantamasta reaktioitaan, kun ne altistuvat toistuvasti samalle patogeeniselle tekijälle. Toisin sanoen synnynnäisellä immuunijärjestelmällä ei ole muistia.

Synnynnäisen immuunijärjestelmän suojaava puolustus alkaa anatomisista esteistä, kuten ehjästä ihosta ja limakalvoista, jotka estävät monien mikro-organismien ja myrkyllisten aineiden pääsyn. Iholla on myös hapan ympäristö (pH 3-5), joka hidastaa mikro-organismien kasvua. Lisäksi iholla ja limakalvoilla elävät normaalit mikro-organismit tai kasvisto kilpailevat muiden mikro-organismien kanssa ravinteista ja kiinnittymispaikoista. Lisäksi limakalvojen lima ja värekarvat auttavat mikro-organismien pidättämisessä ja niiden karkottamisessa elimistöstä.

Seuraavaksi synnynnäiseen immuunijärjestelmään kuuluvat sellaiset fysiologiset esteet kuin normaali ruumiinlämpö, kuume, mahahappoisuus, lysotsyymi, interferoni ja kollektiinit. Normaali ruumiinlämpöalue estää monia mikro-organismeja, ja kuumeen kehittyminen voi edelleen estää monia näistä patogeenisistä organismeista. Mahalaukun mahahappoisuus on myös varsin tehokas eliminoimaan monia nautittuja mikro-organismeja. Lysotsyymi, joka on kyynelissä ja limakalvoissa esiintyvä hydrolyyttinen entsyymi, voi pilkkoa bakteerin soluseinän peptidoglykaanikerroksen, jolloin mikro-organismi irtoaa. Interferoni(t), johon kuuluu ryhmä proteiineja, joita virusinfektoituneet solut tuottavat, voi (voivat) sitoutua ei-infektoituneisiin soluihin ja tuottaa yleisen antiviraalisen tilan. Kollektiinit ovat surfaktanttiproteiineja, joita esiintyy seerumissa, keuhkojen eritteissä ja limakalvopinnoilla. Ne voivat tappaa tiettyjä patogeenisiä mikro-organismeja suoraan häiritsemällä niiden lipidikalvoja tai epäsuorasti paakkuuntumalla mikro-organismeja parantaakseen niiden alttiutta fagosytoosille.

Komplementtiväylät ovat myös osa synnynnäisen immuunijärjestelmän puolustustoimenpiteitä. Komplementtireittejä on kolme. Klassinen reitti käynnistyy, kun IgM-vasta-aineet tai tietyt IgG-vasta-aineiden alaluokat sitoutuvat mikro-organismien pintamarkkereihin/antigeeneihin. Vaihtoehtoinen eli properdin-reitti käynnistyy komplementtiproteiinin, C3b:n, laskeutumisesta mikrobien pinnoille, eikä se vaadi vasta-aineita aktivoitumiseen. Kolmas reitti, lektiinireitti, käynnistyy plasman mannoosia sitovan lektiinin (MBL) kiinnittymisestä mikrobeihin, eikä se vaadi vasta-aineita aktivoitumiseen. Nämä kolme reittiä yhdistyvät yhteiseksi reitiksi, joka johtaa kalvohyökkäyskompleksin muodostumiseen, joka voi muodostaa huokosia kohdesolujen kalvoon. Komplementtireitit ovat myös olennainen osa partikkelimaisten antigeenien opsonisoitumista (tai lisääntynyttä alttiutta) fagosytoosille ja paikallisen tulehdusreaktion käynnistämistä.

Tulehdusreaktio on toinen olennainen osa synnynnäistä immuunivastetta. Tulehdusreaktio on elimistön reaktio tartunnanaiheuttajan hyökkäykseen, antigeeniseen haasteeseen tai minkä tahansa fyysisen vaurion aiheuttamaan hyökkäykseen. Tulehdusreaktio päästää immuunijärjestelmän tuotteet infektio- tai vaurioalueelle, ja sille ovat ominaisia kardinaaliset merkit, joita ovat punoitus, kuumotus, kipu, turvotus ja toimintakyvyn menetys.

Anatomisten ja fysiologisten mekanismien lisäksi synnynnäiseen immuunivasteeseen vaikuttavat myös kuvantunnistusreseptorit eli PRR:t. Mallintunnistusreseptorit eivät ole spesifisiä millekään tietylle patogeenille tai antigeenille, mutta ne voivat tarjota nopean vasteen antigeeneille. PRR:t luokitellaan kalvoproteiineiksi, koska ne liittyvät solukalvoon, ja niitä löytyy kaikista synnynnäisen immuunijärjestelmän solujen kalvoista. Vaikka lajikkeita on useita satoja, kaikki PRR:ien geenit koodataan sukusoluissa, jotta niiden molekyylirakenteet vaihtelevat vain vähän. Esimerkkejä PRR:istä ovat MBL, keuhkojen pinta-aktiivinen proteiini, C-reaktiivinen proteiini, tollin kaltaiset reseptorit (TLR), C-tyypin lektiini, NOD ja MX. PRR:t tunnistavat PAMP:t eli patogeeniin liittyvät molekyylimallit, jotka voivat laukaista sytokiinien vapautumisen. Esimerkkejä PAMP-molekyyleistä ovat LPS (endotoksiini), peptidoglykaanit (soluseinät), lipoproteiinit (bakteerikapselit), hypometyloitunut DNA (CpG, jota esiintyy bakteereissa ja loisissa), kaksoissäikeinen DNA (virukset) ja flagelliini (bakteerien lippulaivat). Näitä antigeenejä tuottavat mikrosolut eivätkä ihmisen solut. PAMP:ien tunnistaminen PRR:ien toimesta johtaa komplementin aktivoitumiseen, opsonisaatioon, sytokiinien vapautumiseen ja fagosyyttien aktivoitumiseen.

Loppujen lopuksi mononukleaariset fagosyytit ja granulosyyttiset solut ovat myös tärkeitä synnynnäisessä vasteessa, ja ne auttavat yhdistämään synnynnäisen immuunivasteen adaptiiviseen immuunivasteeseen. Mononukleaarisiin fagosyytteihin kuuluvat monosyytit, jotka kiertävät veressä, ja makrofagit, jotka ovat kudoksissa. Monosyytit ja makrofagit ovat erittäin tärkeitä antigeenipresentaatiossa, fagosytoosissa, sytokiinituotannossa sekä antimikrobisessa ja sytotoksisessa toiminnassa.

Monosyyttien kypsyttyä monosyytit kiertävät veressä noin 8 h, minkä jälkeen ne vaeltavat kudoksiin ja erilaistuvat spesifisiksi kudosmakrofageiksi tai dendriittisoluiksi. Dendriittisoluja on useita eri tyyppejä, jotka osallistuvat immuunitoimintojen eri osa-alueisiin. Monet dendriittisolut ovat tärkeitä antigeenin esittämisessä T-helper-soluille. Follikulaarisia dendriittisoluja esiintyy kuitenkin vain imusolmukkeissa, ja ne osallistuvat antigeeni-vasta-ainekompleksien sitoutumiseen imusolmukkeissa.

Granulosyyttisiin soluihin kuuluvat neutrofiilit, eosinofiilit ja basofiilit/mastosolut. Neutrofiilit ovat erittäin aktiivisia fagosytoivia soluja, ja ne saapuvat yleensä ensimmäisenä tulehduskohtaan. Eosinofiilit ovat myös fagosytoivia soluja; ne ovat kuitenkin tärkeämpiä loisten vastustamisessa. Basofiilit veressä ja syöttösolut kudoksissa vapauttavat histamiinia ja muita aineita, ja niillä on merkitystä allergioiden kehittymisessä.

Sisäsyntyinen järjestelmä voi pystyä hävittämään patogeenisen taudinaiheuttajan ilman adaptiivisen järjestelmän lisäapua; tai sisäsyntyinen järjestelmä voi stimuloida adaptiivista immuunijärjestelmää osallistumaan patogeenisen taudinaiheuttajan hävittämiseen.

Toisin kuin sisäsyntyinen immuunijärjestelmä, adaptiivisen immuunijärjestelmän toimet ovat spesifisiä tietylle patogeenille. Tämän vasteen syntyminen kestää kauemmin kuin synnynnäisen vasteen. Adaptiivisella immuunijärjestelmällä on kuitenkin muisti, mikä tarkoittaa, että adaptiivinen immuunijärjestelmä reagoi nopeammin kyseiseen tiettyyn patogeeniin jokaisen peräkkäisen altistumisen yhteydessä.

Adaptiivinen immuunivaste koostuu B-soluista/vasta-aineista ja T-soluista. Nämä ovat adaptiivisen immuunijärjestelmän kaksi haaraa. B-solut ja vasta-aineet muodostavat humoraalisen immuniteetin eli vasta-ainevälitteisen immuniteetin, ja T-solut muodostavat soluvälitteisen immuniteetin. Huomattakoon, että myös luonnolliset tappajasolut kuuluvat lymfosyyttilinjaan kuten B- ja T-solut; luonnolliset tappajasolut osallistuvat kuitenkin vain synnynnäisiin immuunivasteisiin.

Adaptiivisen immuunijärjestelmän ensimmäinen haara on humoraalinen immuniteetti, joka toimii solunulkoisia patogeenisiä tekijöitä ja toksiineja vastaan. B-solut syntyvät luuytimessä ja kulkeutuvat sitten imusolmukkeisiin. Imusolmukkeissa naiivit B-solut kypsyvät edelleen ja altistuvat kyseiseen imusolmukkeeseen tarttuneille patogeenisille aineille. Toisin kuin T-solut, B-solut pystyvät tunnistamaan antigeenit niiden natiivimuodossa, mikä tarkoittaa, että B-solut pystyvät tunnistamaan antigeenit ilman, että antigeenin on ensin käsiteltävä antigeenin esittelevässä solussa ja sen jälkeen esiteltävä T-auttajasolussa. Näitä antigeenejä kutsutaan T-riippumattomiksi antigeeneiksi, koska B-solujen aktivoituminen ei edellytä T-solujen aktivoitumista. Esimerkkejä näistä T-riippumattomista antigeeneistä ovat lipopolysakkaridi, dekstraani ja bakteerien polymeerinen flagelliini. Nämä antigeenit ovat tyypillisesti suuria polymeerimolekyylejä, joissa on toistuvia antigeenisiä determinantteja. Nämä antigeenit voivat myös saada lukuisat B-solut aktivoitumaan; immuunivaste on kuitenkin heikompi ja muistin indusoituminen heikompaa kuin T-auttajasolujen aktivoituessa. Sitä vastoin B-solujen aktivointi T-auttajasolujen aktivoinnin avulla johtaa paljon parempaan immuunivasteeseen ja tehokkaampaan muistiin. Tämä pitkäaikainen, tehokas immuunivaste on juuri sellainen reaktio, joka on immunisaatioiden tavoite. Antigeenin sitoutuessa B-solureseptorin Fab-alueeseen ja T-helper-solujen vapauttamien sytokiinien aiheuttaman sekundaarisen signaloinnin seurauksena B-solut aloittavat Fab-alueella somaattisen hypermutaation, mikä lisää entisestään Fab-alueen ja antigeenin välistä vastaavuutta. Tämä prosessi stimuloi B-solua (B-soluja) kypsymään plasmasoluksi (plasmasoluiksi), joka sitten alkaa tuottaa tiettyä vasta-ainetta, jolla on paras vastaavuus antigeeniin.

Näistä stimuloiduista B-soluista syntyy B-solujen klooneja, joilla on spesifisyys tiettyyn antigeeniin. Näistä soluista voi tulla vasta-aineita tuottavia plasmasoluja tai muistisoluja, jotka jäävät imusolmukkeisiin stimuloimaan uutta immuunivastetta kyseistä tiettyä antigeenia vastaan. Tämä tapahtuu primaarisen immuunivasteen aikana, kun immuunijärjestelmä altistuu ensimmäisen kerran tietylle antigeenille.

Tämä kloonien valikoitumis- ja laajenemisprosessi kestää useita päiviä, ja siihen liittyy ensisijaisesti IgM:n tuotanto. IgM on ensimmäinen vasta-aine, jota tuotetaan primaarisen immuunivasteen aikana.

Kun immuunivaste etenee, aktivoituneet plasmasolut alkavat tuottaa tietylle antigeenille spesifistä IgG:tä. Vaikka IgM on ensimmäinen tuotettu vasta-aine ja se on paljon suurempi vasta-aine, IgG on paremmin neutraloiva vasta-aine. IgG sitoutuu tehokkaammin antigeeniin ja auttaa opsonisaatiossa.

Huomautuksena mainittakoon, että plasmasolut voivat tuottaa muitakin vasta-aineita. Näitä vasta-aineita ovat IgD, IgA ja IgE. IgD:tä esiintyy ensisijaisesti kypsien B-solujen pinnoille sitoutuneena reseptorina. IgA on vasta-aine, jota esiintyy eritteissä, kuten limakalvoissa, syljessä, kyynelissä ja äidinmaidossa, ja IgE on vasta-aine, joka osallistuu allergisiin reaktioihin ja loisinfektioihin. Rokotteiden kannalta tärkein vasta-aine on kuitenkin IgG.

Primäärisen immuunivasteen yhteydessä tuotettujen muistisolujen avulla kaikki seuraavat antigeenialtistukset johtavat nopeampaan ja tehokkaampaan sekundääriseen immuunivasteeseen. Tämän sekundaarisen immuunivasteen myötä reaktio on nopeampi, laajempi ja koostuu pääasiassa IgG:stä.

Tämän toisen adaptiivisen immuniteetin haaran, soluvälitteisen immuniteetin, osalta se toimii pääasiassa solunsisäisiä patogeenejä vastaan. T-solut kypsyvät kateenkorvassa ja vapautuvat sitten verenkiertoon. T-soluja on kahta päätyyppiä, CD4-soluja ja CD8-soluja.

CD4-soluilla eli T-helper-soluilla on CD4-ko-reseptori, ja ne tunnistavat vain suuren histokompatibiliteettikompleksin (major histocompatibility complex, MHC) II-proteiinin. MHC II -proteiinia on kaikissa immuunisoluissa, ja se toimii immuunisolujen merkkiaineena.

CD4-solut ovat välttämättömiä vasta-ainevälitteisessä immuniteetissa ja auttavat B-soluja torjumaan solunulkoisia patogeenejä. CD4-soluja on kaksi alaryhmää, Th1 ja Th2. Th1-solut edistävät soluvälitteistä immuniteettia, ja Th2-solut edistävät vasta-ainevälitteistä immuniteettia.

CD8-soluilla eli T-sytotoksisilla soluilla on CD8-ko-reseptori, ja ne tunnistavat vain suuren histokompatibiliteettikompleksin (major histocompatibility complex, MHC) I-proteiinin. MHC I -proteiinia on kaikissa nukleoituneissa elimistön soluissa lukuun ottamatta kypsiä erytrosyyttejä, ja se toimii elimistön solujen merkkiaineena. CD8-solut ovat välttämättömiä soluvälitteisessä immuniteetissa ja auttavat solunsisäisten patogeenien hallinnassa.

Toisin kuin B-solut, T-solut pystyvät tunnistamaan vain antigeenin, jonka antigeenia esittelevät solut ovat käsitelleet ja esittäneet. Antigeenikäsittelyä on kahdenlaista.

Ensimmäisessä antigeenikäsittelyssä solunsisäiset antigeenit kiinnittyvät yhdessä MHC I -proteiinien kanssa antigeeniä esittelevien solujen pinnalle. Näin tapahtuu virusantigeenien ja kasvainsolujen kohdalla.

Toisessa antigeeniprosessoinnissa solunulkoiset antigeenit kiinnittyvät yhdessä MHC II -proteiinien kanssa antigeenia esittelevien solujen pinnalle. Näin tapahtuu bakteeri- ja loisantigeenien kohdalla.

Kun antigeenia esittelevä solu on aktivoinut T-solun, se alkaa suorittaa tehtäviään riippuen siitä, onko se CD4- vai CD8-solu. Kuten B-soluissa, myös aktivoituneissa T-soluissa tapahtuu klonaalista ekspansiota, joka tuottaa lisää efektori-T-soluja nykyistä infektiota varten ja muisti-T-soluja tämän antigeenin tulevia infektioita varten.