1

CURS 5

CURS 3

SPUNSUL IMUN NORMAL

Planului cursului: I. Caracteristicile r spunsului imun

Defini ie Tipuri de imunitate Tipuri de r spuns imun

II. Componentele sistemului imun Organele limfoide Celulele sistemului imun

III. Antigenele IV. Imunoglobulinele V. Citokinele

I. CARACTERISTICILE R SPUNSULUI IMUN

Defini ie: r spunsul imun (RI) sau imunitatea este capacitatea organismului de a recunoa te i diferen ia constituen ii proprii sau “self” de substan ele str ine sau “non-self” definite ca antigene, i de a genera împotriva acestora o reac ie de ap rare specific prin mecanism imun umoral i/sau celular. Categoriile de antigene (Ag) împotriva c rora poate fi declan at un r spuns imun specific sunt:

Ag infec ioase – virusuri, bacterii, fungi, parazi i Ag neinfec ioase (substan e neinfec ioase din mediu) – polen, alimente, venin de

insecte, etc. Ag din produse terapeutice – medicamente, vaccinuri, sânge conservat, esuturi

sau organe transplantate

Tipurile de imunitate:

Imunitatea reprezint capacitatea organismului de a rezisten a la ac iunea microbilor patogeni sau a produ ilor toxici ai acestora. Imunitatea este de dou tipuri: (a) Imunitate înn scut (nativ ) - este prezent de la na tere i este determinat

genetic. Este dependent de specie (organismul uman este imun la anumi i agen i infec io i care provoac infec ii la alte specii) i de gazd (caracteristici individuale specifice).

(b) Imunitate dobândit - este câ tigat dup na tere i este determinat de contactul cu un Ag. Poate fi dobândit activ sau pasiv:

DEPARTAMENTUL III - TIIN E FUNC IONALE Disciplina FIZIOPATOLOGIE Spl. Tudor Vladimirescu, nr. 14 300173 Timi oara, Tel/Fax: +40 256 493085

2

Imunitatea activ - reprezint produc ia de Ac dup expunerea organismului la un Ag. Poate fi de 2 tipuri: indus - prin administrarea preparatelor biologice dotate cu propriet i

antigenice (vaccinuri) i care declan eaz un RI al gazdei ce previne apari ia bolii

natural - prin expunerea organismului la un Ag din mediul înconjur tor care declan eaz RI al gazdei cu apari ia bolii

Imunitatea pasiv - reprezint un transfer de Ac preforma i. Poate fi de 2 tipuri: indus - prin seroterapie care asigur imunitatea în vederea combaterii

infec iilor severe (ex: rabie, tetanos) natural - prin transferul de Ac de la mam la f t prin intermediul placentei i a

secre iei lactate

Tipurile de r spuns imun (RI):

În func ie de mecanismele RI, acesta poate fi: 1. RI umoral, care const în produc ia de Ac de c tre limfocitele B diferen iate în

plasmocite 2. RI celular, care const în citotoxicitate mediat de subpopula iile de limfocitele T

activate

În func ie de dinamica, RI umoral poate fi: a. RI primar - activarea limfocitelor B „naive” la primul contact cu Ag specific:

are o laten mai lung ( 7 zile) presupune produc ia de IgM în cantitate mic presupune formarea limfocitelor B “cu memorie imunologic ”

b. RI secundar - activarea limfocitelor B cu “memorie imunologic ” la al doilea contact cu Ag specific:

are o laten mai scurt (2- 4 zile) presupune un RI rapid i amplu care const în produc ia de IgG în cantitate mare

II. COMPONENTELE SISTEMULUI IMUN Organele limfoide: Organele limfoide centrale - sunt reprezentate de timus i m duva osoas

hematogen (MOH) i sunt organele în care au î i au originea celulele sistemului imun Organele limfoide periferice - reprezint sediul interac iunii Ag-Ac i sunt

reprezentate de splin , ganglioni limfatici i forma iuni limfatice asociate mucoaselor: amigdale vegeta ii adenoide pl cile Peyer / foliculii apendiculari

Celulele sistemului imun Celulele sistemului imun (celule imunocompetente) sunt reprezentate de limfocite, celulele NK i celulele prezentatoare de antigen (CPA) sau APC (Antigen Presenting).

3

1. LIMFOCITELE

Exist 2 tipuri principale de limfocite, B i T, care reprezint 40% din num rul total de leucocite din sângele periferic, dintre care 80% sunt limfocite T, 15% sunt limfocite B, iar restul sunt limfocite nediferen iate (celule tinere).

(A) Limfocitele B (LB) Se formeaz la nivelul MOH i constituie majoritatea celulelor care populeaz organele limfoide periferice. Dezvoltarea limfocitelor B se desf oar în 2 etape proliferative: Prima etap proliferativ - are loc în MOH, este independent de Ag i genereaz

celule B „naive” imunocompetente capabile s recunoasc orice structur Ag A doua etap proliferativ - are loc în organele limfoide periferice, este dependent

de Ag i genereaz o popula ie de limfocite B capabil se interac ioneze cu Ag specific („expansiune clonal ”). În aceast etap are loc diferen ierea LB în plasmocite (cu rol RI primar) i, respectiv, în LB cu “memorie imunologic ” (cu rol în RI secundar).

LB exprim receptori specifici pentru Ag (B Cell Receptor, BCR) care interac ioneaz cu Ag circulante extracelulare (bacteriile i toxinele acestora). Un LB exprim un singur tip de BCR care poate recunoa te numai un singur antigen sau determinant antigenic („selec ia clonal ”). LB îndeplinesc 2 func ii principale (Fig.1), fiind: 1. Celulele efectoare ale RI umoral

în contact cu Ag specific, limfocitele B „naive” se activeaz , prolifereaz („expansiune clonal ”) i se diferen iaz la nivelul organelor limfoide periferice în plasmocite i LB cu „memorie imunologic ”

mecanismele de semnalizare intracelular , induse de recunoa terea Ag de c tre BCR, necesit participarea moleculei CD19 ata at de BCR (complex BCR-CD19 semnalizator)

2. Celulele prezentatoare de antigen pentru LTh2 complexul BCR-Ag este endocitat i procesat intracelular, iar peptidele antigenice

rezultate sunt prezentate limfocitului Th2 împreun cu o molecul MHC clasa II LTh2 va produce în schimb citokine care favorizeaz proliferare i diferen ierea LB

Figura 1. Func iile limfocitelor B în r spunsul imun umoral. (modificat dup Carol Mattson Porth, Essentials of Pathophysiology, 3rd Edition, 2011)

4

(B) Limfocitele T (LT) Se formeaz la nivelul timusului din precursori (timocite) genera i în MOH. LT „naive” imunocompetente formate în timus populeaz zone speciale de la nivelul organelor limfoide periferice i în momentul contactului cu Ag se diferen iaz în LT efectoare (CD4+ i CD8+) i în limfocite T cu „memorie imunologic ”.

Limfocitele T prezint receptori specifici pentru Ag (T Cell Receptors, TCR) i exprim la suprafa molecule de diferen iere (molecule CD = cluster of differentiation) care le definesc din punct de vedere morfologic i func ional:

limfocite T helper (LTh1 i Th2) exprim CD4 (sunt CD4+) limfocite T citotoxice (LTc) exprim CD8 (sunt CD8+)

Molecule CD4 i CD8 îndeplinesc rolul de co-receptori în procesul de recunoa tere a Ag de c tre LT. LT recunosc Ag intracelulare i sunt responsabile de RI celular. Pentru ca un RI celular s aib loc LT „naive” trebuie s parcurg mai multe etape:

dubla recunoa tere a Ag („semnalul ini iator”) activare („semnalul activator”) proliferare („expansiunea clonal ”) diferen iere în limfocite T cu „memorie imunologic ”

Dubla recunoa tere a Ag („semnalul ini iator”) presupune (Fig.2): Interac iunea (dependent de Ag) a receptorului specific pentru antigen (TCR) cu Ag

prezentat la suprafa a unei celule, în asociere cu o molecul MHC: celula prezentatoare de antigen (macrofag, celul dendritic , limfocit B) prezint

Ag pe o molecul MCH clasa II care va fi recunoscut de LT helper (CD4+) celula nucleat modificat (infectat viral, celula tumoral ) prezint Ag pe o

molecul MHC clasa I care va fi recunoscut de LT citotoxic (CD8+) Interac iunea (independent de Ag) dintre co-receptorii de pe limfocitele T (CD4+

sau CD8+) cu secven e specifice din structura moleculelor MHC (clasa I sau clasa II): co-receptorul CD4 exprimat de LTh interac ioneaz cu molecula MHC clasa II co-receptorul CD8 exprimat de LTc interac ioneaz cu molecula MHC clasa I

Figura 2. Dubla recunoa tere a Ag de c tre limfocitele T. (modificat dup Carol Mattson Porth, Essentials of Pathophysiology, 3rd Edition, 2011)

5

Proliferarea („expansiunea clonal ”) i diferen ierea limfocitelor T este declan at de interac iunea TCR cu Ag specific. To i TCR exprima i pe un LT sunt identici i recunosc un singur determinant antigenic (epitop). Transmiterea „semnalului activator”, care presupune activarea unor c i de semnalizare intracelular (ex: activarea kinazelor), este posibil numai cu participarea moleculei CD3 ata at de TCR (complex TCR/CD3 semnalizator). (a) Limfocitele T helper (Th) - CD4+

recunosc Ag în asociere cu MHC clasa II exprimate de CPA (macrofagul i celula dendritic ) sau limfocitul B

prolifereaz i se diferen iaz în LTh activate i LTh cu „memorie imunologic ” LTh1 - amplific RI celular prin secre ia de citokine

IL-2 activeaz LTc i macrofagele IFN- activeaz macrofage

LTh2 - amplific RI umoral prin secre ia de citokine IL-4 activeaz LB care devin plasmocite IL-5 cre te proliferarea i activarea eozinofilelor

(b) Limfocitele T citotoxice (LTc) - CD8+

recunosc Ag în asociere cu MHC clasa I exprimate de celule nucleate care sunt purt toare de Ag „non-self”

prolifereaz i se diferen iaz în LTc activate i LTc cu „memorie imunologic ” au rol în citotoxicitatea mediat celular (prin eliberare de perforine) implicat în:

ap rarea antiviral ap rarea antitumoral rejetul grefelor

(c) Limfocitele T reglatoare sau supresoare (LTs) – CD4+

exprim specific molecula CD25 recunosc Ag în asociere cu MHC clasa II exprimate de CPA inhib RI umoral i celular prin secre ia local de citokine inhibitorii (TGF- , IL-10)

pentru proliferarea i activarea limfocitelor i a macrofagelor (d) Limfocitele T cu “memorie imunologic ” - CD4+ sau CD8+

se formeaz în timpul RI primar migreaz la nivelul organelor limfoide periferice recunosc rapid Ag specific i induc RI celular în 1-5 ore (3-4 zile la primul contact)

2. CELULELE NK (NATURAL KILLER) Caracteristici

nu prezint markeri celulari caracteristici limfocitelor T sau B markerul de suprafa specific este CD56

Rol - subset de limfocite care au capacitatea “natural ” de a distruge:

celulele infectate viral care i-au pierdut moleculele MHC clasa I celulele care au fixat IgG (NK au pe suprafa a lor receptori pentru por iunea Fc a

IgG) = citotoxicitatea dependent de Ac

6

Citotoxicitatea mediat de Ac parcurge urm toarele etape: 1. Fixarea celulelor NK pe celulele int acoperite cu IgG determin eliberare din

granula ii a perforinelor 2. Perforinele se ata eaz de membrana „celulei int ” i determin apari ia unor

„canale transmmembranare” prin care p trunde Na+ apa care induc citoliza 3. Prin „canalele transmembranare” realizate de perforine, p trund în „celula int ”

granzimele care induc apoptoza 3. CELULELE PREZENTATOARE DE ANTIGEN (APC) (a) Macrofagul – reprezint forma tisular a sistemului monocito-macrofagic În etapa ini ial a RI:

capteaz , prelucreaz i expune Ag + MHC clasa II activeaz LTh2 prin secre ia de IL-1

În etapa final a RI: se activeaz sub ac iunea limfokinelor secretate de LTh i devine celul efectoare a

RI prin produc ie citokine, factori antitumorali, factori antimicrobieni, etc. (b) Celulele dendritice - reprezint o popula ie de monocite diferen iat la nivelul

organelor limfoide periferice prezint Ag exprimat pe ambele tipuri de MHC i care pot fi recunoscute de LTh i LTc prezint Ag native (complexe Ag-Ac fixate pe suprafa a celular ) limfocitelor B i

favorizeaz astfel apropierea LB de LTh2 ini iaz ambele tipuri de RI (umoral i celular)

III. ANTIGENELE (Ag) Defini ie: molecul sau complex molecular care reac ioneaz cu Ac, BCR sau TCR prin intermediul epitopului (determinantului antigenic) care reprezint por iunea din structura Ag configurat pentru recunoa tere i fixare pe fragmentul Fab al Ac, pe BCR sau TCR. În mod normal, sistemul imun are proprietatea de a distinge Ag “self” (proprii) de cele “non-self” (str ine), manifestând „toleran ” fa de Ag “self” i declan ând mecanismele imunologice specifice de ap rare pentru eliminarea Ag „nonself”. Recunoa terea Ag „self” se bazeaz pe mai multe sisteme antigenice exprimate de celulele organismului, dintre care cele mai importante sunt antigenele sistemului ABO (exprimate de eritrocite) i antigenele HLA exprimate practic de toate celulele nucleate ale organismului. Antigenele HLA – (Human Leucocytes Antigens) (MHC) Sunt proteine structurale aflate pe suprafa a tuturor celulelor organismului, fiind caracteristice fiec rui individ. Sinteza lor este codificat de un grup de gene situate pe bra ul scurt al cromozomului 6 – genele complexului major de histocompatibilitate (MHC) Tipuri de antigene HLA: Antigenele HLA clasa I (codificate de MHC clasa I)

se g sesc pe suprafa a tuturor celulelor nucleate din organism (excep ie hematiile)

au rol în prezentarea Ag endogene sintetizate de celule infectate viral, celule tumorale, celule proprii modificate (bolile autoimune) sau celule str ine de la nivelul unui esut transplantat

7

asigur recunoa terea Ag de c tre LTc i interac ioneaz cu TCR i CD8

Antigenele HLA clasa II (codificate de MHC clasa II) sunt exprimate numai pe celulele care particip la RI (macrofage, celule

dendritice, limfocite B) au rol în prezentarea pe membrana CPA a Ag exogene supuse unui proces de

fagocitare în celula care prezint Ag asigur recunoa terea Ag de c tre LTh i interac ioneaz cu TCR i CD4

IV. IMUNOGLOBULINELE Defini ie: imunoglobulinele (Ig) sau anticorpii (Ac) sunt efectorii r spunsului imun umoral, fiind glicoproteine serice produse de plasmocite ca r spuns la contactul cu un Ag specific.

Structura imunoglobulinelor: Cuprind în structura lor 2 lan uri grele i 2 lan uri u oare. Fiecare lan polipeptidic prezint :

extremitate N-terminal denumit por iune variabil (V) extremitate C-terminal denumit por iune constant (C)

Prin apropierea regiunilor variabile se realizeaz o structur tridimensional numit situs combinativ sau paratop care interac ioneaz cu epitopul Ag specific, Molecula de Ig poate fi clivat enzimatic sub ac iunea unor enzime proteolitice în dou fragmente identice Fa,b i un fragment Fc (Fig.3): fragmentele Fab (antigen binding) - recunosc i leag determinantul Ag specific fragmentul Fc (cristalizabil)

se leag de frac iunea C1q a sistemului complementului i asigur activarea pe cale clasic a complementului seric

interac ioneaz cu receptorul Fc de pe suprafa a neutrofilelor, macrofagelor i a limfocitelor i activeaz endocitoza mediat de receptor

este important în transportul IgG de la mam la f t

Figura 3. Structura schematic a moleculei de Ig.

(modificat dup Carol Mattson Porth, Essentials of Pathophysiology, 3rd Edition, 2011)

8

Clasele de imunoglobuline: 1. IgG (subtipuri IgG1, IgG2, IgG3 i IgG4) – reprezint clasa dominant din serul uman (80-85% din totalul Ig) i îndeplinesc urm toarele func ii:

reprezint Ig din RI secundar sunt singura form de Ig care poate traversa placenta i asigur protec ia f tului IgG1 i IgG3 se pot lega de fragmentul C1q al complementului i determin

activarea pe cale clasic a complementului antitoxine (neutralizare a toxinelor) opsonine (fagocitoz )

2. IgA (2 subtipuri: IgA1 i IgA2) IgA1(majoritar ) = IgA seric (predomin în sânge) IgA2 = IgA secretorie

este un dimer reunit cu ajutorul unui lan polipeptidic J i a unei componente secretorii sintetizat de celulele epiteliale

se g se te în secre ii exocrine: digestive, saliv , secre iile lacrimale, bron ice, colostru, laptele matern

are rol în imunitatea local , limitând p trunderea Ag în submucoase 3. IgM (cea mai mare Ig, ”macroglobulin ”, fiind alc tuit din 5 monomeri identici)

principala Ig a RI primar este principala aglutinin (aglutininele anti-AB) nu poate traversa bariera placentar (produc ia de IgM în perioada neonatal este

urmarea unei infec ii in utero)

4. IgD este localizat pe suprafa a LB îndepline te rolul de BCR specific pentru un singur determinant antigenic

5. IgE

este Ig cu concentra ia seric cea mai mic este Ig implicat în reac iile alergice i în ap rarea antiparazitar

Mecanismele de ac iune ale imunoglobulinelor: Ac iunea direct asupra Ag

por iunea Fab a Ig se fixeaz pe determinantul antigenic i asigur formarea complexului imun

ocuparea determinantului antigenic declan eaz reac iile de aglutinare, precipitare sau neutralizare a Ag

Ac iunea indirect asupra Ag - ofer specificitate r spunsului inflamator

fragmentul Fab se leag de epitopii Ag specific fragmentul Fc activeaz complementul seric i se fixeaz pe receptorii Fc de pe

suprafa a celulelor inflamatorii Func iile imunoglobulinelor: 1. Neutralizarea TOXINELOR BACTERIENE

toxinele bacteriene pot ini ializa RI umoral (Ig = antitoxine) complexele Ag-Ig:

9

împiedic fixarea toxinelor pe receptorii celulari i exercitarea efectelor lor patologice

sunt îndep rtate din organism prin fagocitoz detectarea antitoxinelor specifice în ser permite diagnosticul bolilor infec ioase (ex:

reac ia ASLO (Ac anti-streptolizin A) pozitiv din infec ia cu streptococ -hemolitic) 2. Neutralizarea VIRUSURILOR

prevenirea infec iilor virale prin fagocitare sau aglutinare infec iile virale cu virusuri care circul în sânge (ex: v. poliomielitei, gripal) sunt

susceptibile la ac iunea Ig care asigur protec ia organismului dup infec ia ini ial i recurent

infec iile virale cu multiplicare intracelular (ex: herpes) sunt inaccesibile Ig care asigur protec ia organismul împotriva infec iei ini iale, dar nu i a infec iilor recurente

3. Opsonizarea BACTERIILOR

IgG (al turi de componenta C3 a complementului seric) au rol de opsonin care face bacteria susceptibil pentru fagocitoz (numeroase bacterii posed o capsul rezistent la fagocitoz )

V. CITOKINELE Citokinele sunt substan e secretate de c tre celulele r spunsului imun cu rol de „mesageri intercelulari” dintre CPA i limfocite sau de “hormoni” ai r spunsului imun” cu efect paracrin sau autocrin

limfokinele = citokinele produse de limfocite monokinele = citokinele produse de macrofage

Clasificarea citokinelor: 1. Interleukinele (IL)

produse de macrofage sau de limfocite sunt transferate de la un leucocit la altul ca r spuns la stimularea acestora de c tre

Ag sau produ i ai inflama iei cresc r spunsul limfocitelor i al altor celule la Ag

2. Interferonul (IFN)

limfokin care intervine în ap rarea organismului fa de virusuri i împotriva cre terii celulelor tumorale

pe baza originii i func iei se descriu 3 tipuri de IFN: – interferon - IFN- – interferon - IFN- – interferon - IFN-

3. Factorii de NECROZ TUMORAL - TNF- i TNF -

sunt produ i de macrofage, LT i celule NK ca r spuns la infec ia cu bacterii gram negative

10

4. Factorii de STIMULARE A COLONIILOR CSFs (Colony Stimulating Factors) - citokine cunoscute ca stimulatoare ale

prolifer rii i diferen ierii leucocitelor în MOH 5. Factorii de CRE TERE i TRANSFORMARE - TGF- i TGF- (“Transforming Growth Factors”)

Sunt produ i de mai multe tipuri de celule ca r spuns la inflama ie, cre tere tumoral , diferen iere celular

Principalele efecte ale citokinelor 1. Diferen iere i proliferare celular

IL-1, TNF- pentru leucocite IL-2 pentru celule NK IL-4 pentru mastocite, eozinofile IL-5 pentru eozinofile CSFs pentru monocite, granulocite

2. Ap rare specific

IFN- , IFB- au efect antiviral TGF - are efect tumoricid

3. Controlul inflama iei

IL-10 scade produc ia de citokine TGF - scade proliferarea macrofagelor

4. Efecte sistemice

IL-1 induce febr i este un reactant de faz acut IL-6 este un reactant de faz acut

5. Fagocitoz

IFN- activeaz macrofagele TNF- cre te produc ia de citokine a macrofagelor TNF - cre te capacitatea de fagocitoz a macrofagelor

6. Procesul de vindecare

TGF - stimuleaz dezvoltarea fibrobla tilor 7. Reglarea r spunsului imun: IL-1, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IFN-