Imunobiológia

Principiálnou biologickou funkciou imunitného systému je ochrana makroorganizmu pred potenciálne malignými bunkami a infekčnými zárodkami. Obrana proti mikroorganizmom bola dlho jednou známou funkciou imunitného systému. Dnes úloha imunitného systému prekračuje túto svoju funkciu, napriek tomu však obranyschopnosť proti mikroorganizmom tvorí neodmysliteľnú súčasť klinickej imunológie najmä v súčasnosti, keď vieme lepšie pochopiť a vysvetliť jednotlivé procesy antiinfekčnej imunity.

Mikroorganizmy rozdeľujeme vo všeobecnosti na extracelulárne a intracelulárne parazitujúce baktérie, vírusy a parazity.

Obrana proti extracelulárnym baktériám

Extracelulárne parazitujúce baktérie sú mikroorganizmami, ktoré sa rozmnožujú mimo buniek svojho hostiteľa (napr. v cirkulácii, v respiračnom alebo gastrointestinálnom trakte) a z tohto dôvodu sú o niečo zraniteľnejšie ako intracelulárne baktérie. Medzi extracelulárne baktérie patria gram-negatívne a gram-pozitívne koky a bacily (napr. Streptococcus pyogenes, S. pneumoniae, Staphylococci sp., Neisseria sp., Haemophilus sp., črevné baktérie - Salmonella sp., Shigella sp., Helicobacter sp., Pseudomonas sp.). Svoje patologické pôsobenie uplatňujú dvoma základnými mechanizmami - buď indukujú zápal (poškodzuje tkanivo) alebo produkujú toxíny.

Na ich elimináciu je potrebná predovšetkým opsonizácia zložkami komplementu, lektínmi alebo protilátkami. Konečnú likvidáciu opsonizovaných baktérií zabezpečujú najmä neutrofilné granulocyty prostredníctvom fagocytózy. Pohltené baktérie sú intracelulárne usmrtené mikrobicídnymi systémami, najmä oxidačnými produktmi NADPH-oxidázy. Cytokíny produkované fagocytmi indukujú zvýšenie teploty, zároveň sa aktivujú ďalšie zápalové mechanizmy (komplementový systém lektínovou alebo alternatívnou cestou).

V neskorších fázach infekcie dochádza k stimulácii antigénovo špecifických zložiek imunity. Najskôr sa stimulujú B lymfocyty, ktoré produkujú protilátky triedy Ig M a neskôr Ig G, prípadne Ig A, ktoré baktérie účinne opsonizujú. Protilátky tried Ig M a Ig G aktivujú komplementový systém klasickou cestou, výsledkom ktorej je lýza baktériovej bunky. Protilátky Ig A bránia adherencii baktérií k slizničným povrchom (ochrana slizníc) a neutralizujú toxíny na slizniciach. Baktérie, obsahujúce polysacharidový obal (napr. pneumokoky), sú schopné priamo stimulovať B lymfocyty a vyvolať produkciu protilátok triedy Ig M. Po infekcii zostávajú v organizme protilátky tried Ig G a Ig A (majú ochrannú úlohu) a pamäťové T- a B- lymfocyty.

Niektoré baktérie (Clostridium tetani, Cl. botulinum, Corynebacterium diphteriae) sú patogénne produkciou proteínových toxínov. V obrane proti účinkom týchto toxínov hrajú rozhodujúcu úlohu neutralizačné protilátky (najmä Ig G, Ig M), ktoré neutralizujú pôsobenie baktériových exotoxínov tvorbou imunokomplexov.

Imunitná odpoveď proti baktériám v niektorých prípadoch môže spôsobiť poškodenie hostiteľa, ktoré sa prejavuje napr. vznikom reumatickej horúčky. Reumatická horúčka je výsledkom pôsobenia protilátok, ktoré indukuje M-proteín Streptococcus pyogenes. Keďže sarkolémové proteíny myokardu a myozín majú podobnú štruktúru ako M-proteín, anti M- protilátky sa nadväzujú aj na srdcový sval a vyvolávajú zápalový proces - karditídu.

Obrana proti intracelulárnym baktériám a plesniam

Intracelulárne parazitujúce baktérie sú mikroorganizmy, ktoré prežívajú a množia sa vnútri infikovaných buniek. Intracelulárny parazitizmus niektorých mikroorganizmov je zapríčinený ich schopnosťou uniknúť vnútrobunkovým mechanizmom usmrtenia fagocytujúcimi bunkami (napr. z fagolyzozómov alebo bránia spojeniu fagozómu s lyzozómami).

Medzi intracelulárne baktérie patria napr. mykobaktérie, Yersenia sp., Listeria sp. a Brucella sp. Intracelulárnymi parazitmi sú tiež niektoré kvasinky a plesne (napr. Candida albicans, Aspergillus sp. a Pneumocystis carinii).

Pohltenie týchto mikroorganizmov makrofágmi vedie k produkcii cytokínov (produkujú ich TH1 lymfocyty - napr. interferón Y, TNF), ktoré aktivujú makrofágy k syntéze baktericídneho oxidu dusnatého a vznikajú aktivované makrofágy. Aktivované makrofágy sú dokonca schopné pohltiť aj neutrofily infikované intracelulárnymi baktériami. O citlivosti, resp. rezistencii makroorganizmu voči uvedeným infekciám rozhoduje schopnosť účinne indukovať mechanizmy založené na spolupráci makrofágov a TH1 lymfocytov namiesto konkurenčných protilátkových mechanizmov, založených na aktivite TH2 lymfocytov.

Niektoré mikroorganizmy (napr. Listeria) unikajú z fagolyzozómov do cytoplazmy. Proti nim sa uplatňujú buď Tc lymfocyty, ktoré rozpoznávajú komplexy peptidových fragmentov bakteriálnych proteínov s MHC I na povrchu infikovanej bunky, alebo sú eliminované NK bunkami.

Obrana proti vírusom

Vírusy sú obligátne intracelulárne parazitujúce mikroorganizmy, ktoré sa rozmnožujú vnútri napadnutej bunky a využívajú jej aparát na vlastnú replikáciu. Po vstupe do bunky môžu vírusy spôsobiť poškodenie tkaniva a vyvolať ochorenie rôznymi mechanizmami. Cytopatické vírusy svojou replikáciou interferujú so syntézou a funkciou vlastných zložiek napadnutej bunky, poškodzujú ju, až napokon spôsobia jej lýzu. Cytolytické vírusy sa uvoľňujú z bunky, ktorú práve usmrtili a blokujú v ďalšom šírení protilátky.

Prvú líniu obrany proti vírusom predstavujú mechanizmy nešpecifickej imunity, najmä interferóny, NK bunky a komplementový systém. Interferóny, ktorých produkcia sa indukuje v infikovaných bunkách, inhibujú replikáciu vírusu a tým bránia rozvoju infekcie (chránia okolité ešte neinfikované bunky pred vírusovou infekciou). NK bunky usmrcujú a lyzujú infikované bunky a ničia ich ako zdroj ďalšej potenciálnej infekcie. Komplement po aktivácii vyvoláva lýzu a likvidáciu veľkých vírusov s fosfolipidovým obalom.

V obrane proti vírusom sa najviac uplatňujú protilátky. Protilátky neutralizujúce vírus sa nadväzujú na obalové alebo kapsidové proteíny vírusu, čím zabraňujú uchyteniu sa vírusu a jeho prieniku do bunky. Na slizniciach majú význam predovšetkým sekrečné Ig A, ktoré zabraňujú adhézii vírusu na povrch sliznice a tým aj ich vniknutiu do epitelových buniek. Tento mechanizmus je dôležitý najmä v obrane proti respiračným a črevným vírusom. Ak vírusy preniknú do krvného obehu, uplatňujú sa neutralizačné protilátky typu Ig M a Ig G (chránia pred reinfekciou), ktoré sa naviažu na vírusové častice a zabránia ich väzbe na rôzne bunkové receptory. Zároveň tieto protilátky aktivujú komplementový systém klasickou cestou (ničia sa vírusy obalené bilipidovou dvojvrstvou). Opsonizačné protilátky uľahčujú fagocytózu niektorých veľkých vírusov.

Veľký význam majú aj Tc lymfocyty, ktoré sa aktivujú po rozpoznaní vírusových proteínov asociovaných s MHC I. Tc lymfocyty potom indukujú v infikovaných bunkách apoptózu.

Niektoré vírusy sa po infekcii integrujú do hostiteľského genómu, kde môžu pretrvávať roky. Za určitých okolností, najmä v prípade lokálneho alebo systémového potlačenia obranných mechanizmov hostiteľa, sa môžu reaktivovať a spôsobovať rôzne ochorenia: napr. vírus varicelly sa môže reaktivovať v nervových gangliách za vzniku pásového oparu, papilomavírusy sa môžu po ožiarení kože spolupodieľať na vzniku kožných nádorov.

Obrana proti parazitom

Pôvodcov parazitových ochorení delíme na protozoá, helminty a ektoparazity (napr. kliešte, roztoče). Parazity v súčasnosti zodpovedajú za najväčšiu morbiditu a mortalitu v rámci infekčných ochorení. Odhaduje sa, že až 30 % populácie na svete trpí na infestáciu parazitmi. Len samotná malária postihuje 300 miliónov ľudí a počtom úmrtí dosahuje skoro 1 milión ročne. Základná črta väčšiny parazitových ochorení je ich chronickosť. Príčinou je jednak schopnosť parazitov odolávať efektorovým mechanizmom prirodzenej aj špecifickej imunity a jednak skutočnosť, že tieto infekcie sa väčšinou vyskytujú v rozvojových krajinách.

Pri jednobunkových parazitoch (Protozoa) je situácia podobná ako pri baktériách. U extracelulárnych parazitov (Entamoeba histolytica, Giardia lamblia) sa uplatňujú najmä protilátky pri opsonizácii a potom prebieha fagocytóza prostredníctvom neutrofilných granulocytov. U intracelulárnych parazitov (Leishmania, Plasmodium, Toxoplasma gondii, Trypanosoma) je dôležitá indukcia TH1 lymfocytov a vznik aktivovaných makrofágov.

Monohobunkové parazity zahŕňajú najmä rôzne červy (Helminty), napr. detské mrle - Enterobius vermicularis, vlasovca - Trichuris trichiura, škrkavku detskú - Ascaris lumbricoides, svalovca stočeného - Trichinella spiralis, pásomnice, motolice. Dominantným rysom obranných reakcií mnohobunkových parazitov je produkcia protilátok Ig E. Po tom, čo sa bunky imunitného systému (najmä mastocyty, bazofily a eozinofily) dostanú do kontaktu s antigénmi parazita, aktivizujú sa TH2 lymfocyty, ktoré stimulujú špecifické B lymfocyty. Pod vplyvom cytokínov dochádza k prešmyku imunoglobulínových tried a k produkcii protilátok Ig E.

Dôležitú úlohu zohrávajú eozinofilné granulocyty (zvýši sa ich prítomnosť v tkanivách infikovaných červami), ktoré na povrch červa vylučujú toxický obsah svojich granúl (lyzozómov, napr. hlavný zásaditý proteín, eozinofilový katiónový proteín). Tie pôsobia ako perforíny a poškodzujú povrchový obal červa. Jeho antigény zase vyvolávajú imunitnú odpoveď, pri ktorej sa tvoria protilátky Ig E a tieto sa nadväzujú na príslušné Fc receptory na povrchu žírnych buniek a bazofilov. Ak prídu tieto bunky do opätovného kontaktu s červom, uvoľní sa z nich histamín a iné mediátory anafylaxie, ktoré sú pre červa toxické, a preto ho môžu poškodiť.

Zároveň vzniká zápalová reakcia. V neskorších štádiách sa stimulujú tiež TH1 lymfocyty a produkujú sa protilátky ďalších tried. Uplatňuje sa aj komplementom sprostredkované poškodenie parazita. Niektoré parazity (napr. Trichinella spiralis, Schistosoma mansoni) majú na svojom povrchu molekuly spúšťajúce alternatívnu cestu aktivácie komplementu.

Samotné imunitné reakcie však vo väčšine prípadov nie sú schopné zlikvidovať červy parazitujúce v organizme (mnohé červy odolávajú intracelulárnemu usmrteniu makrofágmi; obal helmintov je natoľko pevný, že zväčša odoláva cytocídnym mechanizmom aj neutrofilov aj makrofágov; parazity sú obyčajne rezistentné aj voči cytolytickému pôsobeniu komplementu). Z tohto dôvodu majú tieto nákazy zvyčajne chronický priebeh a na ich vyliečenie je potrebné podávať antihelmintiká (účinné protičervové liečivá).

Ektoparazity môžu vyvolávať patologické príznaky poškodením kože alebo systémovými účinkami. Ďaleko väčší význam majú však ektoparazity ako prenášače (vektory) patogénov od vírusov až po helmintov. Imunitná odpoveď hostiteľa na sanie krvi ektoparazitom je charakterizovaná ako kožná bazofilná hypersenzitivita. Sanie krvi spôsobuje degranuláciu bazofilov a žírnych buniek a uvoľnenie vazoaktívnych mediátorov (napr. histamínu), ktoré inhibujú slinenie aj sanie krvi u ektoparazita (histamín môže týmto spôsobom napr. vyvolať i úhyn kliešťov). Langerhansove bunky zachytávajú antigény slín v epidermis a migrujú do lymfatických uzlín, kde ich prezentujú T lymfocytom. Následne sa produkujú homocytotropné protilátky tried Ig G a Ig E, ktoré senzibilizujú žírne bunky a bazofily. Cirkulujúce protilátky po interakcii s antigénmi slín ektoparazita aktivujú komplement klasickou cestou. Na zápalovej odpovedi a poškodení ektoparazita sa zúčastňujú aj eozinofily svojimi cytotoxickými faktormi. Pre vývoj imunity voči ektoparazitom je dôležitá polarizácia Th1 a Th2 odpovedí. Cytokínová regulácia smerujúca vývoj imunity k Th1 odpovedi sa prejaví kožnou bazifilnou hypersenzitivitou. Polarizácia smerom k Th2 odpovedi vedie k produkcii homocytotropných protilátok a k včasnému typu precitlivenosti.

Mechanizmy úniku mikroorganizmov pred obrannými reakciami organizmu

Mikroorganizmy využívajú pri obrane proti imunitnému systému celý rad stratégií. Medzi najdôležitejšie patria:

• ukrytie dovnútra buniek, v extrémnom prípade integrácia do genómu hostiteľa a pretrvávanie v stave latencie (napr. herpetické vírusy, retrovírusy)
• variabilita povrchových molekúl - vznik variantov, ktoré strácajú väzbovú schopnosť voči protilátkam syntetizovaným pre pôvodné varianty povrchových molekúl; proti každému novému variantu musí špecifická imunitná odpoveď prebehnúť znova (napr. vírusy chrípky, HIV, Trypanosoma, Plasmodium malariae, pneumokoky)
• inhibícia expresie MHC glykoproteínov v napadnutej bunke, čo ju urobí „neviditeľnou“ pre T lymfocyty (napr. adenovírusy, herpetické vírusy)
• inhibícia prezentácie antigénov z pohltených mikroorganizmov blokovaním štiepenia antigénneho materiálu (napr. mykobaktérie)
• inhibícia zápalovej reakcie produkciou vírusových analógov cytokínov alebo ich inhibítorov (niektoré vírusy)
• inhibícia komplementu produkciou ochranných proteínov analogických tým, ktoré chránia bunky vlastné organizmu (napr. herpetické vírusy) alebo sekréciou proteáz štiepiacich C3a a C5a (Pseudomonas)
• využitie cytokínov produkovaných hostiteľom na vytvorenie optimálneho životného prostredia (napr. stimulácie replikácie DNA)
• antigénne mimikry - povrchové štruktúry mikroorganizmu napodobňujú štruktúry hostiteľských buniek (napr. sacharidové povrchové štruktúry Helicobacter pylori sú podobné antigénom Lewis X a Y, ktoré sa exprimujú na žalúdočnej H+K+ ATPáze)
• inhibícia fagocytózy (napr. Streptococcus pneumoniae)
• únik z fagozómu do cytoplazmy (Listeria monocytogenes)