.
IM 2007
Хуморалният имунитет се осъществява от В лимфоцитите и антителата, продуцирани от тях като ефекторни молекули. Помощни клетки могат да бъдат фагоцитите (ПМН и Мф), както и NK клетките.
Клетки на клетъчно медиираният имунитет (КМИ) Т лимфоцитите: лимфоцитите
Th/DTH лимфоцити секретират множество цитокини, чрез които: : КМИ срещу факултативно-вътреклетъчни микроорганизми (туберкулозни и др. бактерии, гъби, протозои) и обвити вируси, които се убиват от активирани макрофаги (активират се от секретирания от Th1 INF-γ) подпомагат и контролират имунния отговор от В и Т клетките; осъществяват възпалителния отговор чрез секрецията на цитокини и активирани макрофаги като ефекторни клетки. Тc лимфоцити изпълняват основна роля във втората форма на КМИ елиминиране чрез цитотоксини на: заразени с вируси клетки, заразени макрофаги и клетки с факултативно и облигатно-вътреклетъчни бактерии туморни клетки (противотуморен имунитет) присадени органи (трансплантационен имунитет).
Клетки от моноцит-макрофагеалната линия (МФ) – изпълняват ролята на: - фагоцити в естествената резистентност; - антиген-представящи клетки (АПК); - ефекторни клетки в специфичния имунитет: • в хуморалния => фагоцитират опсонизирани от IgG, IgM и IgA антитела и комплемент бактерии и др. микроорганизми; • в КМИ => Мф се активират от продуцирания от Th INF-γ и убиват факултативно-вътреклетъчни микроорганизми.
NK клетките (natural killer, large granular lymphocytes (LGLs) участват в естествената резистентност срещу туморни клетки и заразени с вируси клетки чрез: секреция на IFN-γ и активиране на макрофагите; убиване с цитотоксини на туморни и заразени с вируси клетките и АЗКЦ (antibody-dependent cellular cytotoxicity [ADCC]).
В КМИ и имунния отговор клетките комуникират чрез директен контакт и чрез цитокини.
Диференцияция на Т лимфоцитите
Стволовите клетки от костния мозък достигат тимуса по кръвен път. В контакт с тимусния епител и хормоните тимозин, тимулин и тимопоетин ІІ пролиферират и се диференциацират до огромно разнообразие от зрели антиген-специфични Т лимфоцити с функция на Th/DTH, Tc и Ts. Процесът се осъществява в ембрионалния период и до края на живота на индивида!
Th, TDTH (CD4+) активират възпалението и имунния отговор чрез цитокини. Реагират с антигена в комплекс с молекули от клас II молекули. TH1 опосредстват чрез проинфламаторни цитокини: • възпалителна реакция и • КМИ за контролиране на факултативно-вътреклетъчните бактерии и гъби (по време на инфекцията се размножават в Маф – микобактерии, салмонели, йерсинии, бруцели, туларемни бактерии, листерии и др.) и облигатно вътреклетъчните вируси. • Подпомагат превключването към синтез на IgG и имунна памет. TH2 опосредстват превключване към IgE (IL-4) и IgA (IL-4). TH3 активират S-IgA продукция чрез TGF-β.
TGF-β– transforming growth factor
TH1 и TH2 отговор са антагонистични – превес на КМИ или на хуморалния имунитет. TH3 супресира TH1 и TH2 – локален имунитет.
Цитокини от TH1 и TH2 и ефектът им върху имунната система
TH1 responses are initiated by IL-12 and IFN-γ and TH2 responses by IL-4. TH1 cells promote inflammation and CMI to facultatively intracellular microbes; also production of complement and macrophage-binding antibody (solid blue lines) and inhibit TH2 responses (dotted blue lines). TH2 cells promote humoral response (solid red lines) and inhibit TH1 responses (dotted red lines). ADCC = antibody-dependent cellular cytotoxicity; ARC = antigen-presenting cell; CTL = cytotoxic Т cell; DTH = delayedtype hypersensitivity; GM-CSF = granulocyte-macrophage colonystimulat-ing factor; TNF = tumor necrosis factor. Colored square denotes end result.
Характеристика на Т лимфоцитите Т клетките се различават от В клетките по повърхностните си протеини: 1. Антиген-специфичен Т клетъчен рецептор (TCR - T cell receptor, ТКР) 2. CD4 and CD8 корецептори 3. Протеини, които медиират разпознаването между клетките и активацията им 4. Рецептори за цитокини и 5. Адхезионни протеини. Протеините на Т- и В клетките определят разпознаването на антигена, клетъчните кооперации и функцията на клетката.
ТCR
BCR
Индивидът се ражда със диференцирани в І и ІІ органи на ИС зрели лимфоцити, с които може да разпознае на практика всички съществуващи антигени в природата. В тази връзка антиген-специфичните рецептори са основните молекули на лимфоцитите. • ТКР = Ti + CD3 • Подобно на В, така и Т лимфоцитите, респ. клона образуван от него разпознават (свързва) само един (комплементарен) антиген за него антиген.
Съществуват 2 типа ТКРи: ТКР1 – състои се от γ и δ вериги (γ/δ T кл.). Примитивен, притежават го Т кл. в лигавичния епител и кожата. γ/δ T кл. са важни в стимулирането и регулирането на лигавичния имунитет.
ТКР2 –α и β вериги. α/β Т кл. са отговорни за специфичния антигениндуциран имунен отговор!
CD3 играе роля на сигнално-трансдукционна единица на ТКР. Активира тирозин киназата при свързване на хомоложния антиген към Ti. Следва каскада от фосфорилиране на протеини, водеща до продукция на IL-2 и IL-2R.
CD4 (Th или TDTH) и CD8 (Tc и Ts) насочват клетъчната кооперация посредством специфично свързване на α/β ТКР съответно с МНС молекулите от ІІ или от І клас, които носят преработения до имуногенни пептиди антиген. Така имунната реакция на CD4 лимфоцити и представения от АПК преработен антиген + MHC II води до: • подпомагане на В лимфоицитите от Th за синтез на антитела (хуморален имунитет) и • КМИ с TDTH, и активирани чрез синтезирания от тях INF-γ макрофаги – протективен имунитет срещу факултативно-вътреклетъчни бактерии и гъби (размножаващи се в макрофагите и извънклетъчно по време на инфекцията) и вируси.
Реакцията на CD8 лимфоцити с преработен антиген + MHC I, експресиран от клетка мишена води до КМИ, при който Тс убиват чрез цитотоксини [гранзими (esterases), и перфорини] заразени с вируси и бактерии клетки; туморни клетки; собствени клетки (автоимунни заболявания); трансплантати. Супресиране на имунния отговор от Ts кл. (Tc, Ts)
(Th, TDTH)
Главен комплекс на тъканната съвместимост (ГКТС, МНС) и неговата роля в имунния отговор
Генетична карта на ГКТС (MHC) MHC = Major Histocompatibility Complex = ГКТС При човека - HLA (human leucocyte antigens)
Клас I MHC молекули се експресират от всички ядрени клетки. Те са основните антигени по които имунната система разпознава “своето” от “чуждото”, известни още като трансплантационни антигени: HLA-A, HLA-B, and HLA-C. There are three major HLA genes and proteins: HLA-A, HLA-B, and HLA-C. Each cell expresses a pair of different
HLA-A, HLA-B, and HLA-C genes, one from each parent. Elicit the Т-cell response that prevents graft (tissue) transplantation.. The class I MHC molecule binds an antigenic peptide of 8-9 aтinо acids in a cleft formed by the heavy chain. The class I MHC molecule presents endogenous antigenic peptides to CD8-expressing Тc and Ts cells. Some cells (brain) and some virus infections (cytomegalovirus) downregulate the expression of MHC I antigens to reduce their potential as targets for Т cells.. Жлеб за свързване на имунодоминантния пептид
Клас II MHC молекули се експресират от АПК (макрофаги, дендритни клетки, В клетки): The class II MHC molecule (known as HLA-D => DP, DQ, and DR) is a dimer of α and β subunits. Binds an antigenic peptide of 11 or more amino acids in a cleft formed by the α and β subunits Presents to antigenic peptides to CD4+ Тh/DTH cells. Трансплантационни антигени
Представяне на антигена чрез: клас ІІ MHC молекули: Фагоцитиран антиген (фагоцитирани бактерии, вируси и т.н.) се разгражда в лизозомите до имуногенни пептиди от 11 до 13 амино киселини, свързва с MHC II и чрез екзоцитоза се експресира на повърхността за разпознаване от CD4 Т кл. (Th, TDTH)
Клас I MHC молекули: Ендогенни пептиди от 8-9 амино киселини, продуцирани от клетката (вирусни пептиди) или разградени в АПК се свързват в ендоплазматичния ретикулум с MHC I. Чрез екзоцитоза се
експресира на повърхността за представяне и разпознаване от CD8 Т кл. (Tc, Ts)
Соматична клетка (клетка мишена)
Антиген представяща клетка (АПК)
В клетките експресират молекули от клас ІІ. Разпознават антигена с IgM и IgD антиген свързващите си рецепторите си. B
Представяне на антигена от В клетките.
PL
Антигенно активиране на CD4 Тh клетки При разпознаването на комплекса антигенен пептид-МНС ІІ, Th/DTH клетки се активират чрез CD3 и протеин киназната система. Костимулаторен сигнал чрез CD28 от Т кл. и B7 от АПК е необходим за пролиферация на Т клетката Чрез IL-1R и IL-2R “почиващите” неактивирани от антигена Т лимфоцити се активират от IL-1 и IL-2 за пролиферация. Други цитокини определят диференциацията на Т клетката в ТН1, ТН2 или ТН3.
Активирането без участието на CD28-B7 костимулация води до анергия (елиминиране) на автореактивните Т клетки в тимуса, или развитие на имунна толерантност към собствените антигени.
КМИ с CD4 Т лифоцити
- Имунитет срещу факултативно-вътреклетъчни бактерии, гъби, обвити вируси, Th (TDTH) активират макрофагите чрез секреция на IFNγ след разпознаване на преработения антиген в комплекс с МНС ІІ. Активираните макрофаги са ефекторните клетки при тази форма на КМИ. Те убиват ефективно фагоцитираните микроорганизми (завършена фагоцитоза) - туберкулозни бактерии и др., които преживяват в неактивираните макрофаги при липса на КМИ. - Свръхчувствителност от забавен тип (DTH) – туберкулинова и други кожноалергични реакции, алергия от забавен тип
КМИ с Tc лимфоцити (CTL) - Протективен имунитет срещу клетки заразени с вируси (придимно обвити) - Убиване на туморни клетки - Отхвърляне на трансплантата After contact, granules containing - granzymes (toxic esterases), and perforins release their contents into the target cell. Perforins: (1) generate holes in the target cell membrane to allow the granule contents to enter and induce (2) apoptosis (programmed cell death) in the target cell. Тc can also initiate apoptosis in target cells through the interaction of the FasL on the Т cell with the Fas protein on the target cell surface. FasL is a member of the TNF family of proteins and Fas is a member of the TNF receptor family of proteins. Apoptosis is characterized by degradation of the target cell DNA into discrete fragments of multiples of approximately 200 base pairs and disruption of internal membranes. The cells shrink into apoptotic bodies, which are readily phagocytosed by macrophages and dendritic cells. Apoptosis is a clean method of cell death, unlike necrosis, which signals neutrophil action and further tissue damage. TH1 CD4 Т and NK cells also express FasL and can
NK клетки (LGL – големи грануларни лимфоцити) NK кл. са важна част от естествената резистентност. Те са първа линия на защита срещу: Убиват клетки заразени с вируси с цел спиране вирусната репликация Убиват макрофаги масивно заразени с вътреклетъчни бактерии – M.tb.); Убиват туморни клетки; Амплифицират възпалението при бактериална инфекция; Чрез техните Fc рецептори медиират антитяло-зависима клетъчна цитотоксичност (ADCC) към клетки покрити със специфични антитела.
Антитяло-зависима клетъчна цитотоксичност (ADCC)
ЛОКАЛЕН ИМУНИТЕТ
Лимфоидната тъкан асоциирана с лигавиците (MALT, GALT, BALT, тонзили).
Lamina propria mucosae: -лимфоидни фоликули (Пайерови плаки, тонзили и др. с T, В клетки и Маф) и -дифузно разпръснати В-кл. и МФ.
-интраепителиални T клетки (Ts) - апикално. М клетки – нисък епител в Пайеровите плаки и др. фоликули, през които проникват корпусколярни антигни, вкл. бактерии, вируси. Роля: локален имунитет – sIgA антитела. Напр. сливиците и апендикса съдържат голям брой лимфоцити, предимно В кл. Увеличават се при имунен
Защитни механизми в локалния имунитет
Фактори на естествената резистентност (вроден имунитет). Лигавична бариера – секреция на муцин (вискозен секрет, трансферин и антивирусни вещества), отделителна функция на органите, кисело рН, реснист епител, обновяване епителните клетки на 3-4 дни, нормална флора. Лимфоидна система асоциирана с лигавиците. Lamina propria mucosae с лимфоцити, лимфоидни фоликули; Лимфоидни струпвания – сливици, в слюнчените жлези, Пайерови плаки; Локален синтез на IgA -> преминаване през епителните клетки върху лигавиците като SIgA – антиадхезивни свойства на SIgA; SIgA и IgG от кърмата преминават съответно през лигавиците в организма чрез рецептор-медиирана ендоцитоза;
Роля на IgE срещу паразити – контракция на гладката мускултура, увеличена секреция в резултат на атопичната реакция; ADCC срещу големи паразити. Интраепителиалните лимфоцити: Tc и Ts (CD8+) – нямат инфламаторните качесства на Th γ/δ T кл. – ТКР2 е по-примитивен от α/β ТКР1. Разпознава антигена без да е преработен от АПК и без да е в комплекс с МНС молекули. Важни в локалния имунитет.
ДОПЪЛНИТЕЛНА ИНФОРМАЦИЯ
АНТИГЕН-СПЕЦИФИЧНИТЕ РЕЦЕПТОРИ на лимфоцитите са кодирани в стволовата клетка, по начин който осигурява генерирането на милиони различни Т и В кл., всяка със своя специфичен рецептор.
Fig. 13-4. Локуси за кодиране на α и β веригите на ТКР в стволовата клетка и в зрелия Т лимфоцит. Note the similarity to the immunoglobulin genes. Както при Ig рецептор на В кл. V областта на ТКР се кодира в стволовата клетка от V, D и J групи гени, всяка със 7-100 гена. При диференциацията в тимуса, в резултат на случайни рекомбинации чрез пренареждане и изрязване в зрялата Т кл. остават по 1 ген от всяка група. Възможни са милиони комбинации. Предполага се съществуването на 106-108 различаващи се по ТКР Т кл., разпознаващи 1015 различни антигенни епитопи). Възникващите Т кл., които експресират ТКР, реагиращ със собствените антигени претърпяват апоптоза, в резултат на масивния антигенен сигнал на собствените МНС антигени в тимуса.
Activation of CD4 Т Cells and Their Response to Antigen (стои след слайда за структура на МНС І и ІІ) В контакт с антигена/МНС ІІ Th/DTH клетки се активират чрез CD3 и протеин киназната система. Костимулаторен сигнал е необходим за пролиферация на Т клетката – генерира се чрез CD28 от Т кл. и B7 от АПК. Чрез IL-1R и IL-2R “почиващите” неактивирани от антигена Т лимфоцити се активират от IL-1 и IL-2 за пролиферация. Други цитокини определят диференциацията на Т клетката в ТН1, ТН2 или ТН3.
Активирането без участието на CD28-B7 костимулация води до анергия (елиминиране) на автореактивните Т клетки в тимуса, или развитие на имунна толерантност към собствените антигени.
Accessory molecules on Т cell are several protein receptors that interact with proteins on APCs and target cells, leading to activation of the Т cell, tighter interactions between the cells, or killing of the target cell:. CD45RA (native Т cells) or CD45RO (memory Т cells) is a transmembrane protein tyrosine phosphatase; CD28 or cytotoxic Т lymphocyte associated protein-4 (CTLA-4 on activated Т cells), which binds to the B7 protein on APCs to deliver a costimulation or inhibitory signal to the Т cell;
FasL (L-ligand), which initiates apoptosis in a target cell that expresses Fas on its cell surface Adhesion molecules tighten the interaction of the Т cell with the APC or target cell and may also pro-mote activation. Adhesion molecules include LFA-1, which interacts with the intercellular adhesion mole-cules (ICAM-1, ICAM-2, and ICAM-3) on the tar-get cell. CD2 was originally identified by its ability to bind to sheep red blood cells (erythrocyte receptor). CD2 binds to LFA-3 on the target cell and promotes cell-to-cell adhesion and Т-cell activation. Very late antigens (VLA-4 and VIA-5) are expressed on acti-vated cells later in the response and bind to fibronectin on target cells to enhance the interaction.
Cytokine receptors: Т cells express receptors for many cytokines that activate and regulate Тcell function. The cytokine receptors activate protein kinase cascades upon binding of cytokine to deliver their signal to the nucleus. IL-1 and IL-2 receptors are activation receptors. Other cytokine receptors regulate the growth and cytokine expression of the Т cell.
Клетки от моноцит-макрофагеалната линия и АПКи Моноцитите съзряват до макрофаги (alveolar, peritoneal and synovial macrophages, hystiocytes in connective tissue, microglial cells, Kupffer cells in the liver, etc.). Dendritic cells (DCs) also develop from the monocyte or from stem cells and are excellent APCs. These cells express the following substances, corresponding to the cells' functions :. Receptors for opsonins: immunoglobulin Fc receptors [Fc-γ RI, Fc-γ RII, Fc-γ RIII] and complement receptors [CR1, CR3]); Lectins (specific sugar-binding proteins such as mannosyl-fucosyl receptors); Lipopolysaccharide-binding protein (CD 14) to facilitate Gr (-) bacterial uptake and promote activation; Adhesion molecules to promote cell-to-cell interactions; for ex. leukocyte function-associated antigen-l (LFA-1); The B7 and class II MHC proteins to allow antigen presentation to Т cells.
Макрофагите (Маф) се активират от различни стимули. Фагоцитирането на микроби, или техни продукти, вкл. токсини, води до продукцията на IL-1, IL-12 и TNF-α, които инициират възпалителна реакция (проинфламаторни цитокини + IL-6, IFN-γ) и активират CD4 TH1 клетъчно-медииран имунен отговор (CMI). TNF- α и продуцираният от NK and CD4 TH1 активират макрофагите (активирани/ разгневени макрофаги) за засилено вътреклетъчно убиване на микроба, което е много важно в първите дни на инфекцията (механизъм на естествената резистентност). Активираните Маф убиват бактерии, вируси и заразените от тях клетки. , гъби, туморни клетки. Стимулацията на МАф от CD4 TH1, напр. при микобактериална инфекция води до фузията им в гигантски клетки и епителоидни макрофагеални клетки, които обграждат съпътстващия КМИ образуване на гранулома. Дендритни клетки (Дкл) са професионални АПК, които също продуцират цитокини. Прекурсорите на Дкл и на Мо циркулират в кръвта и се диференцират до Дкл в тъканите: - Лангерхансови кл. в кожата; - Дермални интерстициални кл.; - Фоликуларни дендритни кл. (лимфни в. и слезка);
- Интердигитетни кл. (лимфни в. и слезка); - Слезкови маргиналн Дкл, и - Дкл в ч.длоб, тиму, герминалните центрове на л.възли и в кръвта.
Тези клетки залавят антигена, експресират засилено MHC ІІ молекули (и B7-1 и B7-2 костимулаторни молекули) и мигрират към Т кл. области на лимфните възли, където ефективно представят антигена.
Дкл представят антигена и чрез MHC ІІ молекули на CD8 Т кл., чрез MHC І молекули на CD4 Т кл. и дори на В кл. за засилета Ат продукция. DCs are so effective at presenting antigen that 10 cells loaded with antigen are sufficient to initiate protective immunity in a mouse to a lethal bacterial challenge.
ďƒ˜ Other APCs: B cells are MHC I and MHC II positive and present Ag-Ab comlexes by the following scheme:
ďƒ˜ Folicular dendritic cells are MHC II negdtirve, nonphagocytic and does not belong to the APCs. They accept and retain (more than 14 days) very efficiently the antigens through their Fc and C3b receptors and present they to the B- and T cells, inducing memmoory cells.
Стои след фигурата за КМИ с Th1 TH1 cells are activated by IL-12 and 'IL-15 and antigen presentation, which are from macrophages and dendritic cells. TH1 cells are characterized by secretion of IL-2, IFN-y, and TNF-β (lymphotoxin). These cytokines stimulate inflammatory responses and the production of IgM and specific subclasses of IgG that can fix complement. IFN-γ, also known as macrophage activation factor, reinforces TH1 responses by promoting more IL-12 production. TH1 cells are inhibited by IL-10, which is produced by TH2 cells. Activated TH1 cells also express the FasL, which can interact with Fas on target cells to promote apoptosis (killing) of the target cell. TH2 cells are activated by B-cell, dendritic cell, or macrophage presentation of antigen in the lymph nodes, usually later in an immune response. TH2 cells release IL-4, IL-5, IL-6, and IL-10, cytokines that promote humoral (systemic) responses by stimulating B-cell differentiation, resulting in immunoglobulin class switching and memory В cell and plasma cell production. TH2 cells are stimulated by IL-4 and inhibited by IFN- γ . The TH2 response may be stimulated later in an infection, when antigen reaches the В cells in lymph nodes, and the В cells expressin specific cell surface antibody can capture, process and present it. B-cell presentation of antigen to TH2 cells initiates an activation circuit, stimulating the growth of and clonally expanding the helper Т cells and В cells, which are specific for the same anti-gen. The TH2 response results in maturation of the immune response to the antigen as well as production of IgG, IgE, IgA, and memory В cells for future protection. Stimulation of TH2 responses against intracellular infections can exacerbate these infectious diseases by prematurely shutting off the TH1 responses but can modulate inflammatory and autoimmune diseases. Some cytokines are secreted by both TH1 and TH2 cells. Examples are IL-3, TNF-α, GM-CSF, and chemokines. TH3 cells are characterized by their production of IL-5 and TGF-β which are important for promoting Bcell differentiation to produce IgA. TGF-β inhibits TH1 and TH2 cell action to promote tolerance.
NK cells are stimulated by IFN-α and IFN-β, produced early in response to a viral infection TNF-α IL-12, IL-15 (produced by activated macrophages), and IL-2 (produced by CD4 TH1). NK cells share many characteristics with Т cells except target cell recognition:. Express CD2, CD7, IL-2R, and FasL [Fas ligand], FcγR for IgG (CD16), and complement receptors; Activated NK cells produce IFN-γ, IL-1, GM-CSF, which stimulate the macrophage to promote the initial response. The granules in an NK cell contain toxic molecules perforins, a poreforming protein, and granzymes (esterases),
The NK cell binds to carbohydrates and proteins on target cells and will kill a target cell unless it receives an inhibitory signal upon binding its killer-cell inhibitory receptors to a class I MHC molecule on the target cell. The proper expression of class I MHC prevent NK killing of the own cell. Binding of the NK cell to antibody-coated target cells (ADCC) initiates killing but without control by the inhibitory signal. The killing mechanisms are similar to those of CTLs, including perforin disruption of the target cell mem-rane, the toxic effects of the granzymes, and the FasL-Fas protein induction of apoptosis (see CD8 Т cells). Cytokine-activated killer (LAK [L from earlier term "lymphokine"]) cells are IL-2-activated effectors that are able to bind and kill many types of tumor and virally infected cells. Most LAK cell activity is derived from NK cells, but some Т cells also become LAK cells..