poprzez 4 podstawowe funkcje:
• dokonanie rozpoznania immunologicznego;
• włączenie mechanizmów efektorowych odpowiedzi immunologicznej;
• prawidłową regulację odpowiedzi immunologicznej;
• wytworzenie pamięci immunologicznej.
Układ odpornościowy swoje prawidłowe funkcjonowanie zawdzięcza ścisłej współpracy mechanizmów odporności nieswoistej (wrodzonej) i odporności swoistej (nabytej). Oba te mechanizmy współdziałają ze sobą w drodze bezpośredniego kontaktu między komórkami oraz przez interakcje, w których uczestniczą mediatory chemiczne – cytokiny, w tym chemokiny. Układ odpornościowy wykazuje tolerancję w stosunku do antygenów własnych (self-antigens) przy jednoczesnej zdolności rozpoznawania antygenów niewłasnych (non-self antigens) i wzbudzania przeciwko nim swoistej odpowiedzi immunologicznej.
2.2. PODSTAWY ODPORNOŚCI NIESWOISTEJ I SWOISTEJ
Organizmy ludzi i zwierząt są skutecznie chronione przed czynnikami zakaźnymi i uszkodzeniami, które mogą stać się przyczyną choroby, oraz przed szkodliwymi substancjami (np. toksyny bakteryjne) dzięki obecności układu odpornościowego. Jest to unikatowy system obejmujący komórki, tkanki i narządy oraz liczne substancje czynne biologicznie i sieci czynnościowe wzajemnego oddziaływania mechanizmów obronnych.
Mechanizmy odporności nieswoistej (wrodzonej) zapewniają natychmiastową obronę przed większością drobnoustrojów. Rozbudowana sieć cytokin (w tym chemokin) jest odpowiedzialna za swego rodzaju rozmowę między komórkami, która prowadzi do indukcji stanu zapalnego, rekrutacji i pobudzenia komórek migrujących do ogniska zapalenia, aktywacji dopełniacza i w rezultacie do eliminacji czynnika, który spowodował uszkodzenie. Brak stymulatora, jakim jest np. drobnoustrój, endocytoza lub złuszczanie cząsteczek adhezyjnych oraz obecność pewnych cytokin regulatorowych, takich jak np. interleukina 10 (interleukin 10, IL-10), transformujący czynnik wzrostu α (transforming growth factor α, TGF-α) oraz prostaglandyny, prowadzą do wyciszenia odpowiedzi nieswoistej. W wielu przypadkach mechanizmy odpowiedzi nieswoistej są zdolne do wyeliminowania czynnika zakaźnego, jednak zwykle do całkowitego usunięcia patogenów konieczne jest zaangażowanie także mechanizmów odporności swoistej (nabytej), w przebiegu której tworzy się pamięć immunologiczna. Aktywacja tych mechanizmów wymaga dłuższego czasu. Odpowiedź nieswoista, włączana natychmiast, nie tylko chroni organizm gospodarza i kontroluje rozwój zakażenia, lecz także pozwala na rozwój odpowiedzi swoistej i powstanie długożyjących komórek pamięci. Odpowiedź swoista, którą makroorganizm uzyskuje w ciągu całego życia, zwykle ulega zwiększeniu wskutek kolejnych kontaktów z danym antygenem. Jej głównymi składowymi jest odpowiedź humoralna i komórkowa. Mechanizmy odporności nieswoistej i swoistej przedstawiono w tabeli 2.1.
2.2.1. RECEPTORY KOMÓRKOWE
Podstawowym zadaniem układu odpornościowego jest wykrycie niebezpieczeństwa w postaci obcych antygenów – czynników zakaźnych lub własnych, lecz zmienionych komórek, które uległy zakażeniu lub transformacji nowotworowej. Do odróżnienia antygenów własnych od obcych organizm gospodarza angażuje komórki zarówno odpowiedzi nieswoistej, jak i swoistej, wykazujące obecność odpowiednich receptorów. Cząsteczki rozpoznawane przez receptory odporności nieswoistej (wrodzonej) różnią się od determinantów antygenowych rozpoznawanych przez receptory odporności swoistej (nabytej).
TABELA 2.1
Mechanizmy odporności nieswoistej i swoistej
Receptory odporności nieswoistej rozpoznają bardzo szeroki zakres struktur charakterystycznych dla czynników zakaźnych i niewytwarzanych w organizmach wyższych. Są to molekularne wzorce związane z patogenami – PAMP (pathogen-associated molecular patterns) lub ogólnie z drobnoustrojami – MAMP (microbe-associated molecular patterns). Wzorce molekularne wspólne dla spokrewnionych grup patogenów pełnią u nich zwykle ważne funkcje fizjologiczne, są niezbędne do przeżycia drobnoustrojów w danym środowisku, ich budowa jest konserwatywna w obrębie danej klasy i są prezentowane konstytutywnie. W odróżnieniu od tego, receptory odpowiedzi swoistej – receptory BCR (B cell receptor) limfocytów B i przeciwciała, oraz receptory TCR (T cell receptor) limfocytów T – wysoce swoiście rozpoznają określone fragmenty antygenu – pojedyncze determinanty/epitopy.
Mechanizmy odpornościowe są zdolne odróżnić patogeny od czynników niezakaźnych mimo tego, że często wykazują one takie same wzorce molekularne. Wyjaśnia to model „sygnału niebezpieczeństwa w indukcji odpowiedzi immunologicznej”, zgodnie z którym czynniki zakaźne i inne stresory molekularne uszkadzające komórki gospodarza pobudzają je do wytwarzania i uwalniania endogennych związków określanych jako wzorce molekularne związane z uszkodzeniem – DAMP (damage-associated molecular patterns) oraz alarmin. Rozpoznanie PAMP w połączeniu z identyfikacją DAMP przez receptory odporności wrodzonej prowadzi do rozwoju ostrej reakcji zapalnej, najczęściej koniecznej do indukcji odpowiedzi immunologicznej. Według modelu „własny – niewłasny antygen”, własne antygeny są tolerowane, a odpowiedź immunologiczna jest indukowana tylko wtedy, gdy antygen zostanie rozpoznany jako obcy.
Na drodze ewolucji organizmy wyższe wykształciły receptory rozpoznające wzorce molekularne (pattern recognition receptors, PRR), znajdujące się na powierzchni i wewnątrz komórki, odpowiedzialne za przesyłanie sygnału wewnątrzkomórkowego w następstwie związania odpowiednich ligandów – PAMP i DAMP, co prowadzi do syntezy chemokin i innych cytokin prozapalnych. PRR, dzięki swojemu rozmieszczeniu, są odpowiedzialne za kontrolę wszystkich przestrzeni komórki. Z błoną cytoplazmatyczną komórki związane są receptory Toll-podobne (Toll-like receptors, TLR) i receptory lektynowe typu C (C-type lectin receptors, CLR), natomiast z błoną pęcherzyków endocytarnych związane są tylko niektóre TLR. Cytoplazma kontrolowana jest przez receptory zdolne do rozpoznania wzorców molekularnych mikroorganizmów, które zdołały przedostać się do tej przestrzeni. Są to receptory NOD-podobne (nucleotide-binding domain leucine-rich repeat containing family [NOD]-like receptors, NLR), receptory RIG-podobne (retinoic acid-inducible gene [RIG]-like receptors, RLR), zależny od DNA aktywator czynnika regulatorowego interferonu – IFN (DNA-dependent activator of IFN-regulatory factors, DAI) oraz receptor AIM-2 (absent in melanoma 2). Receptory te są prezentowane nie tylko przez profesjonalne komórki prezentujące antygen (komórki dendrytyczne, makrofagi, limfocyty B), lecz także przez inne typy komórek, takie jak neutrofile, komórki tuczne, fibroblasty, keratynocyty, komórki nabłonkowe przewodu pokarmowego i układu moczowo-płciowego, zlokalizowane w potencjalnych wrotach zakażenia, dzięki czemu wykrycie i związanie przez nie liganda stymuluje miejscową syntezę chemokin i innych cytokin. Mediatory prozapalne wytwarzane przez komórki gospodarza, czyli interleukiny (IL-1β, IL-6, IL-12, IL-18), czynnik martwicy nowotworu α (tumour necrosis factor α, TNF-α), interferony i chemokiny (CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL11, CXCL8, CXCL10) o charakterze plejotropowym, regulują indukcję śmierci komórek w tkankach objętych stanem zapalnym, wywołują gorączkę, są odpowiedzialne za zwiększenie przepuszczalności ścian naczyń krwionośnych, stymulują zwiększenie ekspresji cząsteczek adhezyjnych na komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych i na leukocytach, co pozwala na migrację komórek z krążenia do tkanek objętych zakażeniem. W ognisku zapalenia gromadzi się wielka liczba komórek żernych, aktywowany jest układ dopełniacza, a zakażone i/lub uszkodzone komórki są eliminowane na drodze fagocytozy oraz przez cytotoksyczne komórki NK i limfocyty T.
2.2.2. KOMÓRKI BIORĄCE UDZIAŁ W ODPOWIEDZI NIESWOISTEJ
W odpowiedzi nieswoistej ważną rolę odgrywają fagocyty, komórki prezentujące obce antygeny oraz komórki NK.
Fagocytoza to proces polegający