Az immunrendszer alkotóelemei

Az immunrendszer két fő alrendszerre osztható, a veleszületett/általános ellenálló rendszerre és az adaptív rendszerre. Mind a veleszületett rendszer, mind az adaptív rendszer folyamatos kölcsönhatásban van egymással a hatékony immunválasz érdekében.

A veleszületett immunrendszer vagy általános ellenálló képesség magában foglalja a különböző védelmi intézkedéseket, amelyek folyamatosan működnek, és a kórokozókkal szembeni első védelmi vonalat biztosítják. Ezek a válaszok azonban nem specifikusak egy adott patogén ágensre. Ehelyett a veleszületett immunsejtek az összes mikroorganizmuson megtalálható konzervált molekuláris mintákra specifikusak. Ez megakadályozza, hogy a veleszületett immunrendszer véletlenül felismerje a gazdasejteket és megtámadja azokat. Ez azonban megakadályozza, hogy a veleszületett immunválaszok javítsák reakcióikat az ugyanazon kórokozónak való ismételt kitettség esetén. Más szóval, a veleszületett immunrendszer nem rendelkezik memóriával.

A veleszületett immunrendszer védekezése az anatómiai gátakkal kezdődik, mint például az ép bőr és a nyálkahártyák, amelyek megakadályozzák számos mikroorganizmus és mérgező anyag bejutását. A bőr savas pH 3-5 közötti környezettel is rendelkezik, ami hátráltatja a mikroorganizmusok szaporodását. Ezenkívül a bőrön és a nyálkahártyán élő normál mikroorganizmusok vagy flóra más mikroorganizmusokkal versengenek a tápanyagokért és a kötőhelyekért. Továbbá a nyálkahártyákon található nyálka és csillók segítik a mikroorganizmusok csapdába ejtését és a szervezetből való kiszorítását.

A továbbiakban a veleszületett immunrendszer olyan fiziológiai akadályokat foglal magában, mint a normál testhőmérséklet, a láz, a gyomorsav, a lizozim, az interferon és a kollektinek. A normál testhőmérséklet-tartomány számos mikroorganizmust gátol; a láz kialakulása pedig számos ilyen patogén organizmust tovább gátolhat. A gyomor gyomorsavassága szintén igen hatékony számos lenyelt mikroorganizmus eltávolításában. A lizozim, amely a könnyben és a nyálkahártya váladékban található hidrolitikus enzim, képes a baktérium sejtfalának peptidoglikán rétegét hasítani, így a mikroorganizmust lizálja. Az interferon(ok), amely(ek) a vírusfertőzött sejtek által termelt fehérjék egy csoportját tartalmazza(k), képes(ek) a nem fertőzött sejtekhez kötődni és általános vírusellenes állapotot előidézni. A kollektinok felületaktív fehérjék, amelyek jelen vannak a szérumban, a tüdőszekrécióban és a nyálkahártya felszínén. Közvetlenül elpusztíthatnak bizonyos patogén mikroorganizmusokat azáltal, hogy megbontják a lipidmembránjukat, vagy közvetve azáltal, hogy a mikroorganizmusok összecsomósodnak, így növelve a fagocitózisra való fogékonyságukat.

A komplement útvonalak szintén részei a veleszületett immunrendszer védekező intézkedéseinek. Három komplement útvonal létezik. A klasszikus útvonal akkor lép működésbe, amikor az IgM antitestek vagy bizonyos IgG antitest alosztályok a mikroorganizmusok felszíni markereihez/antigénjeihez kötődnek. Az alternatív vagy properdin útvonalat a komplement fehérje, a C3b lerakódása váltja ki a mikrobák felületén, és az aktiváláshoz nincs szükség antitestekre. A harmadik útvonalat, a lektin útvonalat a plazma mannózkötő lektin (MBL) mikrobákhoz való kötődése váltja ki, és az aktiváláshoz nincs szükség antitestekre. Ez a három útvonal egy közös útvonallá olvad össze, amely a membrántámadó komplex kialakulásához vezet, amely képes pórusokat képezni a célzott sejtek membránjában. A komplement útvonalak a részecskés antigének fagocitózisra való opsonizálásában (vagy fokozott érzékenységében) és a lokalizált gyulladásos válasz kiváltásában is szerves szerepet játszanak.

A gyulladásos válasz a veleszületett immunválasz másik lényeges része. A gyulladásos válasz a szervezet reakciója egy fertőző ágens inváziójára, antigén kihívásra vagy bármilyen fizikai károsodásra. A gyulladásos válasz az immunrendszer termékeit beengedi a fertőzés vagy a károsodás területére, és az olyan kardinális jelek jellemzik, mint a bőrpír, hő, fájdalom, duzzanat és funkcióvesztés.

Az anatómiai és fiziológiai mechanizmusok mellett léteznek mintafelismerő receptorok vagy PRR-ek is, amelyek hozzájárulnak a veleszületett immunválaszhoz. A mintafelismerő receptorok nem specifikusak egy adott kórokozóra vagy antigénre, de gyors választ adhatnak az antigénekre. A PRR-eket a membránfehérjék közé sorolják, mivel a sejtmembránhoz kapcsolódnak; és a veleszületett immunrendszer sejtjeinek valamennyi membránjában megtalálhatóak. Bár több száz fajta létezik, a PRR-ek összes génjét a csíravonalban kódolják, hogy molekuláris szerkezetükben korlátozott variabilitást biztosítsanak. A PRR-ek közé tartozik például az MBL, a tüdő szurfaktáns fehérje, a C-reaktív fehérje, a toll-szerű receptorok (TLR-ek), a C-típusú lektin, a NOD és az MX. A PRR-ek felismerik a PAMP-okat vagy a kórokozóval kapcsolatos molekuláris mintákat, amelyek citokin felszabadulást válthatnak ki. A PAMP-ok közé tartozik például az LPS (endotoxin), a peptidoglikán (sejtfal), a lipoproteinek (bakteriális kapszulák), a hipometilált DNS (baktériumokban és parazitákban található CpG), a kettős szálú DNS (vírusok) és a flagellin (bakteriális flagellák). Ezeket az antigéneket mikrobasejtek termelik, nem pedig emberi sejtek. A PAMP-ok PRR-ek általi felismerése komplementaktivációhoz, opsonizációhoz, citokinfelszabaduláshoz és fagocitaaktivációhoz vezet.

Végezetül a mononukleáris fagociták és a granulocita sejtek szintén fontosak a veleszületett válaszban, és segítenek összekapcsolni a veleszületett immunválaszt az adaptív immunválaszhoz. A mononukleáris fagociták közé tartoznak a vérben keringő monociták és a szövetekben lévő makrofágok. A monociták és a makrofágok rendkívül fontosak az antigénprezentációban, a fagocitózisban, a citokintermelésben, valamint az antimikrobiális és citotoxikus tevékenységben.

A monociták érését követően a monociták körülbelül 8 órán át keringenek a vérben, majd a szövetekbe vándorolnak, és specifikus szöveti makrofágokká vagy dendritikus sejtekké differenciálódnak. A dendritikus sejteknek több típusa létezik, amelyek az immunfunkciók különböző aspektusaiban vesznek részt. Sok dendritikus sejt fontos szerepet játszik az antigén bemutatásában a T-helper sejteknek. A follikuláris dendritikus sejtek azonban csak a nyirokcsomókban találhatók, és részt vesznek az antigén-antitest komplexek megkötésében a nyirokcsomókban.

A granulocitikus sejtek közé tartoznak a neutrofilek, az eozinofilek és a bazofil/mast sejtek. A neutrofilek rendkívül aktív fagocita sejtek, és általában elsőként érkeznek a gyulladás helyére. Az eozinofilek szintén fagocitáló sejtek; azonban fontosabbak a parazitákkal szembeni ellenállásban. A vérben lévő bazofilok és a szövetekben lévő hízósejtek hisztamint és más anyagokat szabadítanak fel, és fontosak az allergia kialakulásában.

A veleszületett rendszer képes lehet a kórokozót az adaptív rendszer további segítsége nélkül is kiirtani; vagy a veleszületett rendszer serkenti az adaptív immunrendszert, hogy vegyen részt a kórokozó kiirtásában.

A veleszületett immunrendszerrel ellentétben az adaptív immunrendszer tevékenysége az adott kórokozóra jellemző. Ennek a válasznak a kialakulása hosszabb időt vesz igénybe, mint a veleszületett válaszé. Az adaptív immunrendszer azonban rendelkezik memóriával, ami azt jelenti, hogy az adaptív immunrendszer minden egyes egymást követő expozícióval gyorsabban reagál az adott kórokozóra.

Az adaptív immunválasz a B-sejtekből/antitestekből és a T-sejtekből áll. Ez az adaptív immunrendszer két ága. A B-sejtek és az antitestek alkotják a humorális immunitást vagy antitest-közvetített immunitást; a T-sejtek pedig a sejtközvetített immunitást. Megjegyzendő, hogy a természetes ölősejtek is a limfocita vonalból származnak, mint a B-sejtek és a T-sejtek; azonban a természetes ölősejtek csak a veleszületett immunválaszokban vesznek részt.

Az adaptív immunrendszer első ága a humorális immunitás, az extracelluláris kórokozók és toxinok ellen működik. A B-sejtek a csontvelőben termelődnek, majd a nyirokcsomókba jutnak. A nyirokcsomókban a naiv B-sejtek tovább érnek, és ki vannak téve az adott nyirokcsomóban elfogott kórokozóknak. A T-sejtekkel ellentétben a B-sejtek képesek az antigéneket natív formájukban felismerni, ami azt jelenti, hogy a B-sejtek anélkül képesek felismerni az antigéneket, hogy az antigénnek egy antigénprezentáló sejt által történő feldolgozására, majd egy T-segítő sejt általi bemutatására lenne szükség. Ezeket az antigéneket T-független antigéneknek nevezik, mivel a B-sejtek aktiválásához nem szükséges a T-sejtek aktiválása. Ilyen T-független antigének például a lipopoliszacharid, a dextrán és a bakteriális polimer flagellin. Ezek az antigének jellemzően nagyméretű polimer molekulák, ismétlődő antigéndeterminánsokkal. Ezek az antigének szintén számos B-sejt aktiválódását indukálhatják; az immunválasz azonban gyengébb és a memória indukciója gyengébb, mint a T-helper sejtek aktivációjánál. Ezzel szemben a B-sejtek T-helper sejtek aktiválásával történő aktiválása sokkal jobb immunválaszt és hatékonyabb memóriát eredményez. Ez a hosszú távú, hatékony immunválasz az a típusú reakció, amely az immunizálás célja. Az antigénnek a B-sejt receptor Fab-régiójához való kötődésével és a T-helper sejtek által kibocsátott citokinek másodlagos jelátvitelével a B-sejtek szomatikus hipermutációba kezdenek a Fab-régióban, ami tovább növeli a Fab-régió és az antigén közötti megfelelő illeszkedést. Ez a folyamat aztán arra serkenti a B-sejt(ek)et, hogy plazmasejtté érjen(ek), amely(ek) ezután megkezdi az antigénhez legjobban illeszkedő antitest termelését.

Ezekből a stimulált B-sejtekből az adott antigénre specifikus B-sejtek klónjai keletkeznek. Ezek a sejtek válhatnak antitesteket termelő plazmasejtekké vagy memória sejtekké, amelyek a nyirokcsomókban maradnak, hogy új immunválaszt serkentsenek az adott antigénnel szemben. Ez az elsődleges immunválasz során történik, amikor az immunrendszer először kerül kapcsolatba egy adott antigénnel.

A klonális szelekció és expanzió ezen folyamata több napig tart; és elsősorban az IgM termelését érinti. Az IgM az első antitest, amely az elsődleges immunválasz során termelődik.

Az immunválasz előrehaladtával az aktivált plazmasejtek elkezdenek az adott antigénre specifikus IgG-t termelni. Bár az IgM az első termelt ellenanyag, és sokkal nagyobb méretű ellenanyag, az IgG jobban semlegesítő ellenanyag. Az IgG hatékonyabban kötődik az antigénhez, és segíti az opsonizációt.

Megjegyzendő, hogy a plazmasejtek más antitesteket is termelhetnek. Ezek az antitestek közé tartozik az IgD, az IgA és az IgE. Az IgD elsősorban az érett B-sejtek felszínéhez kötött receptorként található meg. Míg az IgA a váladékban, például a nyálkahártyában, nyálban, könnyben és anyatejben található antitest; az IgE pedig az allergiás reakciókban és parazitás fertőzésekben szerepet játszó antitest. A vakcinák szempontjából azonban a legfontosabb antitest az IgG.

Az elsődleges immunválasz során keletkezett memóriasejtekkel az antigénnel való minden további expozíció gyorsabb és hatékonyabb másodlagos immunválaszt eredményez. Ezzel a másodlagos immunválaszzal a reakció gyorsabb, nagyobb lesz, és elsősorban IgG-ből áll.

Az adaptív immunitás másik ága, a sejtközvetített immunitás elsősorban az intracelluláris kórokozók ellen működik. A T-sejtek a tímuszban érnek, majd a véráramba kerülnek. A T-sejteknek két fő típusa van, a CD4 sejtek és a CD8 sejtek.

A CD4 sejtek vagy T-helper sejtek rendelkeznek a CD4 társreceptorral, és csak a fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) II fehérjét ismerik fel. Az MHC II fehérje minden immunsejtben megtalálható, és az immunsejtek markereként működik.

A CD4 sejtek nélkülözhetetlenek az antitest-közvetített immunitáshoz és a B-sejtek segítségére az extracelluláris kórokozók ellenőrzésében. A CD4 sejteknek két alcsoportja van, a Th1 és a Th2. A Th1 sejtek elősegítik a sejtközvetített immunitást, a Th2 sejtek pedig az antitest-közvetített immunitást.

A CD8 sejtek vagy T-citotoxikus sejtek a CD8 társreceptorral rendelkeznek, és csak a fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) I fehérjét ismerik fel. Az MHC I fehérje az érett eritrociták kivételével minden sejtmagvú testsejtben megtalálható, és a testsejtek markereként működik. A CD8 sejtek nélkülözhetetlenek a sejtközvetített immunitásban és az intracelluláris kórokozók ellenőrzésének segítésében.

A B-sejtekkel ellentétben a T-sejtek csak az antigénprezentáló sejtek által feldolgozott és bemutatott antigént képesek felismerni. Az antigénfeldolgozásnak két típusa van.

Az első típusú antigénfeldolgozás során az intracelluláris antigének az MHC I fehérjékkel együtt kapcsolódnak az antigénfeldolgozó sejtek felszínéhez. Ez vírusantigénekkel és tumorsejtekkel történik.

Az antigénfeldolgozás másik típusa az extracelluláris antigének MHC II fehérjékkel együtt az antigénprezentáló sejtek felszínéhez való kapcsolódását jelenti. Ez bakteriális és parazita antigénekkel történik.

Mihelyt a T-sejtet az antigénprezentáló sejt aktiválta, elkezdi ellátni a funkcióit attól függően, hogy CD4 vagy CD8 sejtről van szó. A B-sejtekhez hasonlóan az aktivált T-sejtek is klonális terjeszkedésen mennek keresztül, amely további effektor T-sejteket termel az aktuális fertőzéshez és memória T-sejteket az adott antigénnel való jövőbeli fertőzésekhez.