KOMPONENTY UKŁADU IMMUNOLOGICZNEGO

Układ odpornościowy można podzielić na dwa główne podsystemy, wrodzony/ogólny układ odpornościowy i układ adaptacyjny. Zarówno układ wrodzony, jak i adaptacyjny nieustannie współdziałają ze sobą w celu zapewnienia skutecznej odpowiedzi immunologicznej.

Wrodzony układ odpornościowy lub odporność ogólna obejmuje szereg środków ochronnych, które nieustannie funkcjonują i stanowią pierwszą linię obrony przed czynnikami patogennymi. Jednakże, te odpowiedzi nie są specyficzne dla konkretnego czynnika chorobotwórczego. Zamiast tego, wrodzone komórki odpornościowe są specyficzne dla konserwatywnych wzorców molekularnych występujących na wszystkich mikroorganizmach. Zapobiega to nieumyślnemu rozpoznawaniu przez wrodzony układ odpornościowy komórek gospodarza i atakowaniu ich. Uniemożliwia to jednak doskonalenie reakcji wrodzonego układu odpornościowego przy wielokrotnym kontakcie z tym samym czynnikiem chorobotwórczym. Innymi słowy, wrodzony układ odpornościowy nie ma pamięci.

Obrony ochronne wrodzonego układu odpornościowego zaczynają się od barier anatomicznych, takich jak nienaruszona skóra i błony śluzowe, które zapobiegają przedostawaniu się wielu mikroorganizmów i czynników toksycznych. Skóra posiada również kwaśne środowisko o pH 3-5, które opóźnia wzrost mikroorganizmów. Ponadto, normalne mikroorganizmy lub flora, które zamieszkują skórę i błony śluzowe, konkurują z innymi mikroorganizmami o składniki odżywcze i miejsca przyczepienia. Ponadto, śluz i rzęski na błonach śluzowych pomagają w wychwytywaniu mikroorganizmów i wypychaniu ich z organizmu.

Następnie, wrodzony układ odpornościowy obejmuje takie bariery fizjologiczne jak normalna temperatura ciała, gorączka, kwasowość żołądka, lizozym, interferon i kolektyny. Normalna temperatura ciała hamuje rozwój różnych mikroorganizmów, a rozwój gorączki może dodatkowo hamować wiele z tych patogennych organizmów. Kwasowość żołądka jest również dość skuteczna w eliminowaniu wielu połkniętych mikroorganizmów. Lizozym, który jest enzymem hydrolitycznym znajdującym się we łzach i wydzielinach śluzowych, może rozszczepić warstwę peptydoglikanu ściany komórkowej bakterii i w ten sposób zlikwidować mikroorganizm. Interferon(y), obejmujący(e) grupę białek, które są produkowane przez komórki zainfekowane wirusem, może wiązać się z niezainfekowanymi komórkami i wytwarzać uogólniony stan antywirusowy. Kolektyny są białkami powierzchniowo czynnymi, które są obecne w surowicy, wydzielinach płuc i na powierzchniach błon śluzowych. Mogą one bezpośrednio zabijać niektóre drobnoustroje chorobotwórcze przez przerwanie ich błon lipidowych lub pośrednio przez zlepianie drobnoustrojów w celu zwiększenia ich podatności na fagocytozę.

Ścieżki dopełniacza są również częścią środków obronnych wrodzonego układu odpornościowego. Istnieją trzy szlaki dopełniacza. Ścieżka klasyczna jest uruchamiana, gdy przeciwciała IgM lub pewne podklasy przeciwciał IgG wiążą markery powierzchniowe/antygeny mikroorganizmów. Szlak alternatywny lub szlak properdynowy jest wyzwalany przez odkładanie się białka dopełniacza, C3b, na powierzchniach drobnoustrojów i nie wymaga przeciwciał do aktywacji. Trzeci szlak, szlak lektynowy, jest wyzwalany przez przyłączenie osoczowej lektyny wiążącej mannozę (MBL) do drobnoustrojów i nie wymaga przeciwciał do aktywacji. Te trzy szlaki łączą się we wspólny szlak, który prowadzi do powstania kompleksu atakującego błonę, który może tworzyć pory w błonie komórek docelowych. Szlaki dopełniacza są również integralne w opsonizacji (lub zwiększonej podatności) antygenów cząstek stałych na fagocytozę i w wyzwalaniu zlokalizowanej odpowiedzi zapalnej.

Odpowiedź zapalna jest kolejną istotną częścią wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Odpowiedź zapalna jest reakcją organizmu na inwazję przez czynnik zakaźny, wyzwanie antygenowe lub jakikolwiek rodzaj uszkodzenia fizycznego. Odpowiedź zapalna pozwala produktom układu odpornościowego dostać się do obszaru zakażenia lub uszkodzenia i charakteryzuje się kardynalnymi objawami zaczerwienienia, ciepła, bólu, obrzęku i utraty funkcji.

Oprócz mechanizmów anatomicznych i fizjologicznych istnieją również receptory rozpoznawania wzorców lub PRR, które przyczyniają się do wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Receptory rozpoznawania wzorca nie są specyficzne dla danego patogenu lub antygenu, ale mogą zapewnić szybką odpowiedź na antygeny. PRRs są klasyfikowane jako białka błonowe, ponieważ są związane z błoną komórkową; i można je znaleźć we wszystkich błonach komórek wrodzonego układu odpornościowego. Chociaż istnieje kilkaset ich odmian, wszystkie geny PRR są kodowane w linii zarodkowej, aby zapewnić ograniczoną zmienność w ich strukturze molekularnej. Przykładami PRRs są MBL, białko surfaktantu płucnego, białko C-reaktywne, receptory toll-podobne (TLRs), lektyny typu C, NOD i MX. PRR rozpoznają PAMP, czyli wzorce molekularne związane z patogenami, które mogą wyzwalać uwalnianie cytokin. Przykładami PAMP są LPS (endotoksyna), peptydoglikan (ściany komórkowe), lipoproteiny (kapsułki bakteryjne), hipometylowane DNA (CpG występujące u bakterii i pasożytów), dwuniciowe DNA (wirusy) i flagellina (flaga bakteryjna). Antygeny te są produkowane przez komórki drobnoustrojów, a nie przez komórki ludzkie. Rozpoznanie PAMP przez PRRs prowadzi do aktywacji dopełniacza, opsonizacji, uwalniania cytokin i aktywacji fagocytów.

Wreszcie, jednojądrowe fagocyty i komórki granulocytarne są również ważne dla odpowiedzi wrodzonej i pomagają połączyć wrodzoną odpowiedź immunologiczną z adaptacyjną odpowiedzią immunologiczną. Fagocyty jednojądrowe obejmują monocyty, które krążą we krwi i makrofagi, które znajdują się w tkankach. Monocyty i makrofagi są bardzo ważne w prezentacji antygenów, fagocytozie, produkcji cytokin oraz działaniach przeciwdrobnoustrojowych i cytotoksycznych.

Po osiągnięciu dojrzałości monocyty krążą we krwi przez około 8 h, a następnie migrują do tkanek i różnicują się w określone makrofagi tkankowe lub w komórki dendrytyczne. Istnieje kilka typów komórek dendrytycznych, które są zaangażowane w różne aspekty funkcji immunologicznych. Wiele komórek dendrytycznych odgrywa ważną rolę w prezentowaniu antygenu komórkom T-helper. Jednak pęcherzykowe komórki dendrytyczne występują tylko w pęcherzykach limfatycznych i biorą udział w wiązaniu kompleksów antygen-przeciwciało w węzłach chłonnych.

Komórki granulocytarne obejmują neutrofile, eozynofile i bazofile/komórki tuczne. Neutrofile są bardzo aktywnymi komórkami fagocytującymi i zazwyczaj przybywają jako pierwsze w miejscu zapalenia. Eozynofile są również komórkami fagocytującymi, jednak są one ważniejsze w odporności na pasożyty. Bazofile we krwi i komórki tuczne w tkankach uwalniają histaminę i inne substancje i są ważne w rozwoju alergii.

Wrodzony układ może być w stanie wyeliminować czynnik chorobotwórczy bez dalszej pomocy ze strony układu adaptacyjnego; lub, wrodzony układ może stymulować adaptacyjny układ odpornościowy do zaangażowania się w eliminację czynnika chorobotwórczego.

W przeciwieństwie do wrodzonego układu odpornościowego, działania adaptacyjnego układu odpornościowego są specyficzne dla danego czynnika chorobotwórczego. Wystąpienie tej odpowiedzi trwa dłużej niż odpowiedzi wrodzonej. Jednak adaptacyjny układ odpornościowy ma pamięć, co oznacza, że adaptacyjny układ odpornościowy będzie szybciej reagował na ten konkretny patogen przy każdym kolejnym narażeniu.

Adaptacyjna odpowiedź immunologiczna składa się z komórek B/przeciwciał i komórek T. Są to dwa ramiona adaptacyjnego układu odpornościowego. Komórki B i przeciwciała tworzą odporność humoralną lub odporność pośredniczoną przez przeciwciała, a komórki T tworzą odporność pośredniczoną przez komórki. Jako uwaga, naturalne komórki zabójcze są również z linii limfocytów jak komórki B i T, jednak naturalne komórki zabójcze są zaangażowane tylko we wrodzone odpowiedzi immunologiczne.

Pierwszym ramieniem adaptacyjnego układu odpornościowego jest odporność humoralna, funkcje przeciwko zewnątrzkomórkowym czynnikom chorobotwórczym i toksynom. Komórki B są produkowane w szpiku kostnym, a następnie przemieszczają się do węzłów chłonnych. W węzłach chłonnych, naiwne limfocyty B kontynuują dojrzewanie i są wystawione na działanie czynników patogennych uchwyconych w danym węźle chłonnym. W przeciwieństwie do limfocytów T, limfocyty B mogą rozpoznawać antygeny w ich natywnej formie, co oznacza, że limfocyty B mogą rozpoznawać antygeny bez konieczności przetwarzania antygenu przez komórkę prezentującą antygen, a następnie prezentowania go przez komórkę pomocniczą T. Antygeny te są nazywane antygenami T-helper. Te antygeny są nazywane antygenami T-niezależnymi, ponieważ aktywacja komórek T nie jest wymagana do aktywacji komórek B. Przykładami takich antygenów T-niezależnych są lipopolisacharyd, dekstran i bakteryjna polimeryczna flagelina. Antygeny te są zazwyczaj dużymi cząsteczkami polimerycznymi z powtarzającymi się determinantami antygenowymi. Antygeny te mogą również pobudzać liczne komórki B do aktywacji, jednak odpowiedź immunologiczna jest słabsza, a indukcja pamięci słabsza niż w przypadku aktywacji komórek T-helper. W przeciwieństwie do tego, aktywacja komórek B z aktywacją komórek T-helpera skutkuje znacznie lepszą odpowiedzią immunologiczną i bardziej efektywną pamięcią. Ta długotrwała, skuteczna odpowiedź immunologiczna jest typem reakcji, która jest celem immunizacji. Po związaniu antygenu z regionem Fab na receptorze komórek B i wtórnej sygnalizacji przez cytokiny uwalniane przez komórki T-helper, komórki B rozpoczynają somatyczną hipermutację w regionie Fab, co jeszcze bardziej zwiększa odpowiednie dopasowanie między regionem Fab i antygenem. Proces ten następnie stymuluje komórki B do dojrzewania w komórki plazmatyczne, które następnie rozpoczynają produkcję określonego przeciwciała z najlepszym dopasowaniem do antygenu.

Z tych stymulowanych komórek B powstają klony komórek B ze swoistością dla określonego antygenu. Komórki te mogą stać się komórkami plazmatycznymi produkującymi przeciwciała lub komórkami pamięci, które pozostaną w węzłach chłonnych, aby stymulować nową odpowiedź immunologiczną na ten konkretny antygen. Dzieje się to podczas pierwotnej odpowiedzi immunologicznej, gdy układ odpornościowy jest po raz pierwszy narażony na określony antygen.

Ten proces selekcji klonalnej i ekspansji zajmie kilka dni, aby wystąpić; i, głównie obejmuje produkcję IgM. IgM jest pierwszym przeciwciałem wytwarzanym podczas pierwotnej odpowiedzi immunologicznej.

Jak odpowiedź immunologiczna postępuje, aktywowane komórki plazmatyczne zaczną wytwarzać IgG specyficzne dla danego antygenu. Chociaż IgM jest pierwszym produkowanym przeciwciałem i jest znacznie większym przeciwciałem, IgG jest lepszym przeciwciałem neutralizującym. IgG wiąże się bardziej efektywnie z antygenem i pomaga w opsonizacji.

Jako uwaga, inne przeciwciała mogą być wytwarzane przez komórki plazmatyczne. Przeciwciała te obejmują IgD, IgA i IgE. IgD występuje głównie jako receptor związany z powierzchnią dojrzałych komórek B. IgA jest przeciwciałem występującym w wydzielinach takich jak śluz, ślina, łzy i mleko matki, natomiast IgE jest przeciwciałem biorącym udział w reakcjach alergicznych i infekcjach pasożytniczych. Jednak najważniejszym przeciwciałem dla szczepionek jest IgG.

Z komórkami pamięci, które zostały wyprodukowane z pierwotną odpowiedzią immunologiczną, wszelkie kolejne ekspozycje na antygen spowodują szybszą i skuteczniejszą wtórną odpowiedź immunologiczną. Dzięki tej wtórnej odpowiedzi immunologicznej reakcja będzie szybsza, większa i złożona głównie z IgG.

Jeśli chodzi o inne ramię odporności adaptacyjnej, odporność komórkową, to funkcjonuje ona przede wszystkim przeciwko patogenom wewnątrzkomórkowym. Komórki T dojrzewają w grasicy, a następnie są uwalniane do krwiobiegu. Istnieją dwa główne typy komórek T, komórki CD4 i komórki CD8.

Komórki CD4 lub komórki T-helper mają współreceptor CD4 i rozpoznają tylko białko głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) II. Białko MHC II znajduje się na wszystkich komórkach odpornościowych i działa jako marker komórek odpornościowych.

Komórki CD4 są niezbędne dla odporności pośredniczonej przez przeciwciała i pomagają komórkom B kontrolować patogeny zewnątrzkomórkowe. Istnieją dwa podzbiory komórek CD4, Th1 i Th2. Komórki Th1 pomagają w promowaniu odporności pośredniej komórkowej, a komórki Th2 pomagają w promowaniu odporności pośredniej przez przeciwciała.

Komórki CD8 lub komórki T-cytotoksyczne mają współreceptor CD8 i rozpoznają tylko białko głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) I. Białko MHC I znajduje się na wszystkich jądrzastych komórkach ciała z wyjątkiem dojrzałych erytrocytów i działa jako marker komórek ciała. Komórki CD8 są niezbędne dla odporności komórkowej i pomagają w zwalczaniu patogenów wewnątrzkomórkowych.

W przeciwieństwie do limfocytów B, limfocyty T mogą rozpoznać tylko antygen, który został przetworzony i przedstawiony przez komórki prezentujące antygen. Istnieją dwa typy przetwarzania antygenu.

Pierwszy typ przetwarzania antygenu obejmuje przyłączanie antygenów wewnątrzkomórkowych wraz z białkami MHC I do powierzchni komórek przetwarzających antygen. Występuje to w przypadku antygenów wirusowych i komórek nowotworowych.

Drugi typ przetwarzania antygenu obejmuje przyłączanie antygenów zewnątrzkomórkowych wraz z białkami MHC II do powierzchni komórek prezentujących antygen. Dzieje się tak w przypadku antygenów bakteryjnych i pasożytniczych.

Po aktywacji komórki T przez komórkę prezentującą antygen, zaczyna ona pełnić swoje funkcje w zależności od tego, czy jest to komórka CD4 czy CD8. Podobnie jak w przypadku komórek B, aktywowane komórki T również ulegają ekspansji klonalnej, która wytwarza dodatkowe efektorowe komórki T do bieżącej infekcji i komórki T pamięci do przyszłych infekcji tym antygenem.

.