Układ odpornościowy

Układ odpornościowy składa się z tkanek, komórek i cząsteczek, których podstawową funkcją jest wykrywanie, reagowanie i eliminowanie patogenów i przekształconych komórek.

Wrodzona i adaptacyjna odpowiedź immunologiczna

Istnieją dwa główne składniki układu odpornościowego-1) wrodzony układ odpornościowy i 2) adaptacyjny układ odpornościowy. Wrodzony układ odpornościowy działa jako pierwsza linia obrony i wykrywa patogeny za pośrednictwem zakodowanych w linii zarodkowej receptorów rozpoznawania wzorców, nie tworzy pamięci i reaguje szybko (w ciągu minut do godzin). Adaptacyjny układ odpornościowy reaguje powoli (w ciągu kilku dni), wykorzystuje receptory swoiste dla antygenów, które w trakcie rozwoju przechodzą wielokrotne rearanżacje genów, i tworzy pamięć immunologiczną – „uczy się” na podstawie początkowego urazu i przygotowuje organizm do walki z przyszłym narażeniem na podobny szkodliwy materiał. Oba typy odpowiedzi immunologicznej mogą być wywołane przez makrocząsteczki znajdujące się w płynie pozakomórkowym lub przez aktywację specyficznych komórek odpornościowych. Te odpowiedzi są znane odpowiednio jako odporność humoralna i odporność pośredniczona przez komórki.

Pod parasolem odpowiedzi immunologicznej pośredniczonej przez komórkę, komórki odpornościowe najczęściej dzielą się na podstawie tego, czy odpowiedź jest wrodzona czy adaptacyjna. Wrodzony układ odpornościowy składa się głównie z komórek fagocytujących, takich jak neutrofile, makrofagi, naturalne komórki zabójcze, bazofile i inne, które zwalczają niebezpieczne organizmy inwazyjne. Komórki adaptacyjnego układu odpornościowego to limfocyty T i komórki B. Naturalnie zabójcze (NK) limfocyty T posiadają cechy zarówno wrodzonych, jak i adaptacyjnych komórek odpornościowych. Ponadto, większość innych typów komórek, które nie są specyficzne dla układu odpornościowego, może posiadać wewnętrzne wrodzone funkcje odpornościowe w postaci cytoplazmatycznych receptorów oraz cząsteczek sygnalizacyjnych i efektorowych, takich jak członkowie rodzin RIG-I, STING i NLR. Jak wyjaśnimy dalej, komórki obu systemów powstają z różnych linii mieloidalnych i limfoidalnych hematopoetycznych komórek macierzystych.

Komponenty układu odpornościowego

Dojrzałe komórki odpornościowe różnicują się z tego, co jest znane jako hematopoetyczne komórki macierzyste. Są to pluripotencjalne, niezróżnicowane komórki progenitorowe występujące w szpiku kostnym, krwi obwodowej i łożysku. Te hematopoetyczne komórki macierzyste mogą różnicować się we wspólne mieloidalne komórki progenitorowe lub wspólne limfoidalne komórki progenitorowe.

Komórki limfoidalne

Wspólne limfoidalne komórki progenitorowe mogą różnicować się w cztery główne populacje limfocytów, które można wyróżnić na podstawie ekspresji receptorów na powierzchni komórki: komórki T, komórki B, komórki NK (natural killer) i komórki NK-T.

Komórki T

Komórki T odgrywają krytyczną rolę w odporności pośredniej. Komórki te są identyfikowane na podstawie ekspresji łańcuchów sygnałowych CD3 komórek T.

Komórki T powstają z limfoidalnych komórek progenitorowych, które pierwotnie rozwijają się z hematopoetycznych komórek macierzystych w szpiku kostnym. Gdy limfoidalny progenitor zdecyduje się przekształcić w komórkę T, migruje ze szpiku kostnego do grasicy (stąd nazwa komórki T). Grasica zapewnia odpowiednie mikrośrodowisko, w którym limfocyty T mogą rozwijać się w różne podtypy, określone przez specyficzne receptory znajdujące się na powierzchni komórek. Dojrzewające limfocyty T we wczesnych stadiach, czyli tymocyty, nie posiadają receptorów zarówno dla CD4 jak i CD8 i dlatego nazywane są komórkami podwójnie ujemnymi (DN). Komórki DN ulegają następnie genetycznym rearanżacjom i mutacjom genów kodujących receptory komórek T alfa i beta (TCR), co rozpoczyna ich drogę zaangażowania w linię, w wyniku czego powstaje receptor komórek T o specyficznym powinowactwie do unikalnego antygenu.

Tymocyty są następnie wybierane, zarówno pozytywnie jak i negatywnie, aby zapewnić, że rozpoznają „obce” antygeny, ale nie antygeny gospodarza, które są prezentowane jako peptydy przez MHC na powierzchni komórki. Tylko komórki, które przejdą oba testy, zostaną pobudzone do ekspresji CD4 i CD8, stając się komórkami podwójnie dodatnimi. Pod koniec dojrzewania limfocyty T będą wykazywać ekspresję CD4 lub CD8 (i stracą ekspresję drugiej z nich), stając się komórkami jednododatnimi. Te dojrzałe komórki T CD4 lub CD8-dodatnie są następnie uwalniane do krwioobiegu i początkowo znajdują się w stanie naiwnym, co oznacza, że nie zobowiązały się jeszcze do określonego podtypu komórek T.

Jeśli dojrzewający tymocyt wykazuje pośrednią ilość powinowactwa do własnych peptydów MHC podczas dojrzewania, wówczas może zostać wybrany, aby stać się komórką T regulatorową (Treg) ze względu na zdolność do rozpoznawania szkodliwych antygenów „ja”. Komórki T we krwi lub w tkankach obwodowych mogą być również lokalnie indukowane do przekształcenia się w Tregs. Głównym zadaniem Tregs jest utrzymanie tolerancji na antygeny własne, jak również ograniczenie funkcji i proliferacji komórek efektorowych T.

Po przybyciu do krwi lub tkanki obwodowej, naiwne komórki T mogą być indukowane do przekształcenia się w komórki T-helper. Komórki prezentujące antygen (APCs), takie jak makrofagi, komórki dendrytyczne i komórki B, pokażą antygen komórce T i jeśli ich receptor ma powinowactwo, komórka T rozpozna antygen. Zazwyczaj komórki T CD4+ są przystosowane do rozpoznawania antygenów peptydowych związanych z białkami MHC klasy II. Po rozpoznaniu kompleksu peptyd-MHC, komórka T aktywuje szereg wewnętrznych szlaków, które pozwalają na weryfikację rozpoznania antygenu. Tylko wtedy komórka T-helper będzie proliferować, rozszerzając pulę dostępnych komórek, które są specyficzne dla szkodliwego antygenu, takiego jak różne bakterie i pasożyty.

Po rozpoznaniu antygenu przez komórki T-helper i ich aktywacji, będą one uwalniać różne cytokiny, które są cząsteczkami sygnalizującymi innym komórkom układu odpornościowego, jak właściwie reagować na szkodliwą cząsteczkę. Istnieje kilka podzbiorów limfocytów T pomocniczych, w tym Th1, Th2 i Th17. Te podzbiory produkują i wydzielają różne cytokiny, które pomagają dostosować odpowiedź immunologiczną w zależności od rodzaju patogenu. Na przykład, komórki Th1 polegają na cytokinie efektorowej IFN-γ, która sygnalizuje makrofagom, aby strawiły i zniszczyły szkodliwy materiał, podczas gdy komórki Th2 wydzielają kombinację IL-4, IL-5, IL-9, IL-10 i IL-13, aby wyzwolić bazofile, eozynofile i inne komórki do zaatakowania infekcji. Konkretna ilość i odmiany cytokin określają właściwą odpowiedź na infekcję lub szkodliwą komórkę. Komórki T mogą również reagować na komórki własne, stając się cytotoksycznymi komórkami T (lub naturalnymi zabójczymi komórkami T). Zazwyczaj są to komórki CD8+, które rozpoznają komórki zainfekowane wirusem lub komórki nowotworowe. Naturalnie zabójcze limfocyty T (NKT) zostaną omówione bardziej szczegółowo w dalszej części rozdziału. Te i inne typy komórek T wykonują swoje różne obowiązki lub funkcje efektorowe na różne sposoby, aby rozpoznać szkodliwy materiał i zwerbować inne komórki odpornościowe do jego zniszczenia, a także zbudować trwałą odpowiedź immunologiczną na ten sam rodzaj obrażeń.

Interaktywna ścieżka sygnalizacji receptora komórki T jest szczegółowo opisana tutaj.