Vrodený imunitný systém – definícia, funkcie a význam
Vrodený imunitný systém – prehľad, funkcie a význam: okamžitá, nespecifická obrana proti infekciám, bunkové mechanizmy a rozdiely od adaptívnej imunity.
Vrodený imunitný systém bráni hostiteľa pred infekciami. Zahŕňa bunky, ktoré rozpoznávajú patogény (choroboplodné zárodky) a okamžite na ne reagujú. Odpoveď vrodeného imunitného systému nie je špecifická: reaguje rovnako na všetky patogény, ktoré rozpozná.
Na rozdiel od adaptívneho imunitného systému vrodený imunitný systém neposkytuje dlhodobú imunitu proti špecifickým infekciám.
Vrodené imunitné systémy poskytujú okamžitú obranu proti infekcii a nachádzajú sa vo všetkých rastlinách a živočíchoch. Vrodený systém je evolučne staršia obranná stratégia. Je to hlavný imunitný systém, ktorý sa nachádza v rastlinách, hubách, hmyze a v primitívnych mnohobunkových organizmoch. Tento systém nie je adaptabilný a v priebehu života jedinca sa nemení.
Vrodený imunitný systém stavovcov:
Hlavné zložky a mechanizmy
- Fyzikálne a chemické bariéry: koža a sliznice tvoria prvú líniu obrany. Sekrety ako sliny, slzy a hlien obsahujú enzýmy (napr. lyzozým), ktoré ničia mikroorganizmy. Kyslé prostredie žalúdka a mikrobiota na koži a v čreve tiež bráni kolonizácii patogénmi.
- Buňkové zložky: medzi kľúčové bunky patria neutrofily, makrofágy, dendritické bunky, prírodné zabíjačské (NK) bunky, mastocyty, eozinofily a bazofily. Tieto bunky vyhľadávajú, pohlcujú (fagocytóza), zabíjajú patogény a produkujú signálne molekuly (cytokíny), ktoré koordinujú imunitnú odpoveď.
- Rozpoznávacie mechanizmy: bunky vrodenej imunity majú pattern recognition receptors (PRR), napr. Toll-like receptory (TLR), NOD-like receptory (NLR), RIG-I-like receptory (RLR) a C-type lectin receptory. PRR rozpoznávajú všeobecné molekulárne vzory na patogénoch (PAMPs) alebo poškodených bunkách (DAMPs) a spúšťajú obranné dráhy.
- Humorálne faktory: Komplementový systém (klasická, lektínová a alternatívna cesta), prozápalové cytokíny (napr. IL-1, TNF-α), interferóny (dôležité v antivírusovej obrane) a akútne fázy proteíny (napr. C-reaktívny protein) v krvi pomáhajú označovať a ničiť mikroorganizmy a regulovať zápal.
- Zápal: je charakterizovaný zvýšeným prítokom krvi, propustnosťou ciev a náborom imunitných buniek do infikovaného tkaniva. Cieľom zápalu je obmedziť šírenie infekcie, odstrániť patogény a poškodené bunky a spustiť proces hojenia. Ak je však zápal nadmerný alebo dlhodobý, môže poškodzovať hostiteľské tkanivá.
- Fagocytóza a mikrobicídne mechanizmy: po pohltení patogénu do fagocytu sa vytvára fagolysozóm, kde sú patogény ničené kyslíkovými reaktívnymi druhmi, proteolytickými enzýmami a kyselinami. Neutrofily môžu tvoriť aj neutrofilné extracelulárne pasce (NETs) na zachytenie mikróbov.
Funkcie a spolupráca s adaptívnou imunitou
- Okamžitá obrana: poskytuje rýchlu reakciu, ktorá často zastaví alebo obmedzí infekciu skôr, než sa rozvinie ťažké ochorenie.
- Spúšťač adaptívnej odpovede: dendritické bunky a makrofágy prezentujú antigény a produkujú cytokíny, ktoré aktivujú a usmerňujú adaptívny imunitný systém (T- a B-lymfocyty). Bez signálov z vrodenej imunity by adaptívna odpoveď nebola efektívne spustená.
- Trénovaná (pamäťová) imunita: hoci klasická imunologická pamäť patrí adaptívnej imunite, bolo opísané aj fenomén „trénovanej imunity“, kde niektoré bunky vrodenej imunity vykazujú dlhodobejšiu, epigeneticky sprostredkovanú zvýšenú reaktivitu po predchádzajúcej aktivácii. Nie je to však rovnaké ako špecifická dlhodobá pamäť B a T buniek.
Význam, obmedzenia a klinické dôsledky
- Význam: vrodená imunita je nevyhnutná pre prežitie pri akútnych infekciách a hrá zásadnú úlohu v hojivých procesoch, odstraňovaní mŕtvych buniek a udržiavaní tkanivovej homeostázy.
- Obmedzenia: jej odpoveď je nespecifická a nevedie k silnej, dlhodobej ochrane proti rovnakému patogénu. Nadmerná alebo neadekvátna aktivácia môže viesť k poškodeniu tkanív, chronickému zápalu alebo septickému šoku.
- Klinický význam: poruchy vrodenej imunity (napr. neutropénia, defekty komplementu) zvýšujú náchylnosť k infekciám. Lieky často cielia na zníženie nadmerného zápalu (kortikosteroidy, biologické anti-cytokínové lieky) alebo na moduláciu komplementu. Adjuvans používané vo vakcínach aktivuje receptory vrodenej imunity, aby zosilnilo adaptívnu odpoveď.
V súhrne, vrodený imunitný systém tvorí rýchlu, univerzálnu a evolučne starú obranu proti škodlivým mikroorganizmom. Je základom ochrany organizmu a zároveň dôležitým partnerom adaptívnej imunity pri vytváraní efektívnej a dlhodobej imunitnej odpovede.
Anatomické bariéry
Vrodený imunitný systém zahŕňa aj kožu. Vonkajšie vrstvy kože sa nazývajú "epitelové". Epitelové bunky tvoria voskovú fyzickú bariéru, ktorá zabraňuje prenikaniu väčšiny infekčných agensov. Tieto bunky sú prvou obrannou líniou vrodeného imunitného systému proti invazívnym organizmom.
Staré kožné bunky odpadávajú a to pomáha odstraňovať baktérie, ktoré sa prilepili na pokožku.
Koža pokračuje vnútorne ako výstelka čriev a pľúc. V črevách alebo pľúcach pomáha pohyb prostredníctvom peristaltiky alebo riasiniek odstraňovať infekčné agensy. Aj hlien zachytáva infekčné agensy. V črevách môže črevná flóra zabrániť vzniku patogénnych baktérií vylučovaním toxických látok alebo súťažením s patogénnymi baktériami o živiny alebo o prichytenie na povrch buniek.
Preplachovanie slzami a slinami pomáha predchádzať infekcii očí a úst.
Zápal
Zápal je jednou z prvých reakcií imunitného systému na patogény alebo cudzie látky, ktoré sa dostanú cez anatomické bariéry.
Zápal je stimulovaný chemickými faktormi uvoľňovanými poškodenými bunkami. Vytvára fyzickú bariéru proti šíreniu infekcie a podporuje hojenie poškodeného tkaniva po odstránení patogénov.
Chemické faktory vznikajúce počas zápalu priťahujú fagocyty, najmä neutrofily. Neutrofily potom spúšťajú ďalšie časti imunitného systému.
Komplementárny systém
Komplementový systém je biochemická kaskáda imunitného systému, ktorá pomáha protilátkam odstrániť patogény alebo ich označiť na zničenie inými bunkami.
Kaskáda sa skladá z mnohých plazmatických proteínov, ktoré sa vytvárajú v pečeni. Tieto proteíny spolupracujú na:
- spúšťajú nábor zápalových buniek.
- označiť patogény na zničenie povlakom na ich povrchu.
- naruší plazmatickú membránu infikovanej bunky, čo spôsobí cytolýzu infikovanej bunky a smrť patogéna.
- zbaviť telo neutralizovaných komplexov antigén-protilátka.
Prvky komplementovej kaskády sa nachádzajú u mnohých druhov, ktoré nie sú cicavcami, vrátane rastlín, vtákov, rýb a niektorých druhov bezstavovcov.
Bunky vrodenej imunitnej odpovede
Všetky biele krvinky (WBC) sú známe ako leukocyty. Leukocyty sa líšia od ostatných buniek tela: fungujú ako samostatné jednobunkové organizmy. Môžu sa voľne pohybovať a zachytávať zvyšky buniek, cudzie častice alebo napadnuté mikroorganizmy. Sú produkované krvotvornými kmeňovými bunkami v kostnej dreni.
Medzi vrodené leukocyty patria: Prirodzené zabíjačské bunky, žírne bunky, eozinofily, bazofily a fagocytujúce bunky vrátane makrofágov, neutrofilov a dendritických buniek. Identifikujú a eliminujú patogény, ktoré spôsobujú infekciu.
Žírne bunky
Žírne bunky sú typom buniek vrodenej imunity v spojivovom tkanive a slizniciach. Sú úzko spojené s obranou proti patogénom a hojením rán. Často sa tiež spájajú s alergiou a anafylaxiou. Pri aktivácii žírne bunky rýchlo uvoľňujú do prostredia charakteristické granule bohaté na histamín a heparín spolu s rôznymi hormonálnymi mediátormi a chemotaktickými cytokínmi. Histamín rozširuje cievy, čím spôsobuje príznaky zápalu, a verbuje neutrofily a makrofágy.
Fagocyty
Slovo "fagocyt" doslova znamená "bunka, ktorá sa živí". Ide o bunky imunitného systému, ktoré pohlcujú, t. j. fagocytujú, patogény alebo častice. Pri pohlcovaní častice alebo patogénu fagocyt rozširuje časti svojej plazmatickej membrány a obaľuje membránu okolo častice, až kým ju neobklopí (t. j. častica je teraz vo vnútri bunky). Po vstupe do bunky sa napadnutý patogén nachádza v endozóme, ktorý sa spojí s lyzozómom. Lyzozóm obsahuje enzýmy a kyseliny, ktoré usmrtia a strávia časticu alebo organizmus. Fagocyty vo všeobecnosti hliadkujú v tele a hľadajú patogény, ale sú schopné reagovať aj na skupinu vysoko špecializovaných molekulárnych signálov produkovaných inými bunkami, ktoré sa nazývajú cytokíny. Medzi fagocytujúce bunky imunitného systému patria makrofágy], neutrofily a dendritické bunky.
Fagocytóza vlastných buniek hostiteľa je bežnou súčasťou pravidelného vývoja a údržby tkanív. Keď hostiteľské bunky odumrú, fagocytujúce bunky ich z postihnutého miesta odstránia. Odstránením odumretých buniek je fagocytóza dôležitou súčasťou procesu hojenia.
Makrofágy
Makrofágy sú veľké fagocytujúce leukocyty. Môžu sa pohybovať cez bunkovú membránu kapilárnych ciev a prechádzať medzi bunkami, aby ulovili napadnuté patogény. Makrofágy sú najúčinnejšie fagocyty a môžu fagocytovať značné množstvo baktérií alebo iných buniek či mikróbov. Väzba bakteriálnych molekúl na receptory na povrchu makrofágu spustí pohltenie a zničenie baktérií. Patogény tiež stimulujú makrofágy k produkcii chemokínov, ktoré privolajú ďalšie bunky na miesto infekcie.
Neutrofily
Neutrofily a dva ďalšie typy buniek (eozinofily a bazofily) sú známe ako granulocyty (pretože majú vo svojej cytoplazme granule) alebo polymorfonukleárne bunky (PMN) pre ich charakteristické laločnaté jadrá.
Granule neutrofilov obsahujú rôzne toxické látky, ktoré ničia alebo inhibujú rast baktérií a húb. Hlavnými produktmi neutrofilov sú silné oxidačné látky. Patrí k nim peroxid vodíka, voľné kyslíkové radikály a chlórnan. Neutrofily sú najpočetnejším typom fagocytov, pričom tvoria 50 až 60 % všetkých cirkulujúcich leukocytov. Zvyčajne sú prvými bunkami, ktoré sa dostanú na miesto infekcie. Kostná dreň normálneho zdravého dospelého človeka produkuje denne viac ako 100 miliárd neutrofilov a počas akútneho zápalu viac ako 10-násobok denne.
Dendritické bunky
Dendritické bunky (DC) sú fagocytujúce bunky prítomné v tkanivách, ktoré sú v kontakte s vonkajším prostredím, najmä v koži (kde sa často nazývajú Langerhansove bunky) a vo vnútornej sliznici nosa, pľúc, žalúdka a čriev. Dendritické bunky sú veľmi dôležité v procese prezentácie antigénu a slúžia ako spojovací článok medzi vrodeným a adaptívnym imunitným systémom.
Bazofily a eozinofily
Bazofily a eozinofily sú bunky príbuzné neutrofilom (pozri vyššie). Bazofily uvoľňujúce histamín sú po aktivácii pri stretnutí s patogénom dôležité pri obrane proti parazitom a zohrávajú úlohu pri alergických reakciách (napríklad pri astme). Keď sú aktivované, eozinofily vylučujú celý rad vysoko toxických proteínov a voľných radikálov, ktoré zabíjajú baktérie a parazity. Tie isté chemické látky spôsobujú aj poškodenie tkaniva počas alergických reakcií. Aktivácia a uvoľňovanie toxínov eozinofilmi sú preto prísne regulované, aby sa zabránilo neprimeranej deštrukcii tkaniva.
Prirodzené zabíjačské bunky
Prirodzené zabíjačské bunky alebo NK bunky sú súčasťou vrodeného imunitného systému, ktorý priamo nenapáda invazívne mikróby. Namiesto toho NK bunky ničia ohrozené hostiteľské bunky, napríklad nádorové bunky alebo bunky infikované vírusom. Takéto bunky rozpoznáva podľa stavu známeho ako "chýbajúce ja". Tento pojem označuje bunky s nízkou hladinou markera na povrchu bunky nazývaného MHC I (hlavný histokompatibilný komplex). Môže sa to vyskytnúť pri vírusových infekciách hostiteľských buniek. Boli pomenované ako "prirodzený zabijak", pretože nevyžadujú aktiváciu, aby mohli zabíjať bunky, ktorým "chýba self".
Obrázok normálnej cirkulujúcej ľudskej krvi z rastrovacieho elektrónového mikroskopu. Vidno červené krvinky, niekoľko uzlovitých bielych krviniek vrátane lymfocytov, monocyt, neutrofil a množstvo malých krvných doštičiek v tvare disku.
Makrofág
Neutrofil
Eozinofily
Imunitné systémy bezstavovcov
Antimikrobiálne peptidy
Antimikrobiálne peptidy alebo peptidy obrany hostiteľa sú súčasťou vrodenej imunitnej odpovede. Nachádzajú sa vo všetkých triedach života. Tieto peptidy sú silné, širokospektrálne antibiotiká. Zabíjajú gramnegatívne aj grampozitívne baktérie, mykobaktérie (vrátane Mycobacterium tuberculosis), obalené vírusy, huby a dokonca transformované alebo rakovinové bunky.
Zdroje morských rýb majú vysoké hladiny antimikrobiálnych zlúčenín. Testovanie so živými rybami ukázalo, že rybie peptidy používané v zložkách krmív/krmív fungujú dobre.
Rôzne štruktúry antimikrobiálnych peptidov
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to vrodený imunitný systém?
Odpoveď: Vrodený imunitný systém je obranný mechanizmus, ktorý bráni hostiteľa pred infekciami. Zahŕňa bunky, ktoré rozpoznávajú patogény (choroboplodné zárodky) a reagujú na ne hneď, bez toho, aby boli špecifické pre nejaký konkrétny patogén.
Otázka: Poskytuje vrodený imunitný systém dlhodobú imunitu proti špecifickým infekciám?
Odpoveď: Nie, na rozdiel od adaptívneho imunitného systému vrodený imunitný systém neposkytuje dlhodobú imunitu proti špecifickým infekciám.
Otázka: Kde môžeme nájsť vrodený imunitný systém?
Odpoveď: Vrodený imunitný systém sa nachádza vo všetkých rastlinách a živočíchoch, ako aj v primitívnych mnohobunkových organizmoch. Je prítomný aj u rastlín, húb, hmyzu a stavovcov.
Otázka: Je vrodený imunitný systém prispôsobivý?
Odpoveď: Nie, nie je adaptabilný a počas života jedinca sa nemení.
Otázka: Ako sa vrodený imunitný systém bráni proti infekciám?
Odpoveď: Vrodený imunitný systém rýchlo reaguje na patogény, ktoré rozpozná, tým, že sa proti nim rýchlo bráni.
Otázka: Aká stará je táto obranná stratégia v porovnaní s inými stratégiami?
Odpoveď: Táto obranná stratégia je evolučne staršia ako iné stratégie používané na obranu proti infekciám.
Otázka: Ktorý typ organizmu sa pri ochrane pred infekciou spolieha najmä na svoju vrodenú imunitu?
Odpoveď: Primitívne mnohobunkové organizmy sa pri ochrane pred infekciou spoliehajú najmä na svoju vrodenú imunitu.
Prehľadať