21.5: Імунна відповідь проти патогенів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1534

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть розвиток імунологічної компетентності
Опишіть імунну відповідь слизової оболонки
Обговорити імунні реакції проти бактеріальних, вірусних, грибкових та тваринних збудників
Опишіть різні способи ухилення патогенів від імунних реакцій

Тепер, коли ви розумієте розвиток зрілих, наївних В-клітин і Т-клітин, а також деякі з їх основних функцій, як всі ці різні клітини, білки та цитокіни об'єднуються, щоб фактично усунути інфекцію? В ідеалі імунна відповідь позбавить організм від збудника цілком. Адаптивна імунна відповідь, з його швидким клональним розширенням, добре підходить для цієї мети. Подумайте про первинну інфекцію як про гонку між збудником та імунною системою. Збудник обходить бар'єрні захисні сили і починає розмножуватися в організмі господаря. Протягом перших 4 - 5 днів вроджена імунна відповідь буде частково контролювати, але не зупиняти ріст збудника. У міру того, як адаптивна імунна відповідь активізується, він почне очищати збудника з організму, одночасно стаючи все сильніше і сильніше. При наступних реакціях антитіл у пацієнтів з певним захворюванням, таким як вірус, цей кліренс називають сероконверсією (sero- = «сироватка»). Сероконверсія - це зворотна залежність між рівнем вірусу в крові та рівнем антитіл. У міру підвищення рівня антитіл рівень вірусу знижується, і це ознака того, що імунна відповідь є принаймні частково ефективною (частково, оскільки при багатьох захворюваннях сероконверсія не обов'язково означає, що пацієнт одужує).

Відмінним прикладом цього є сероконверсія при ВІЛ-захворюванні (рис.\(\PageIndex{1}\)). Зверніть увагу, що антитіла виробляються на початку цього захворювання, а збільшення антитіл проти ВІЛ корелює зі зменшенням виявленого вірусу в крові. Хоча ці антитіла є важливим маркером для діагностики захворювання, їх недостатньо для повного очищення вірусу. Через кілька років переважна більшість цих осіб, якщо їх не лікувати, втратить всю свою адаптивну імунну відповідь, включаючи здатність виробляти антитіла, на завершальних стадіях СНІДу.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Прогресування захворювання ВІЛ. Сероконверсія, підвищення рівня антитіл до ВІЛ та супутнє зниження вимірюваного рівня вірусу відбувається протягом перших кількох місяців захворювання ВІЛ. На жаль, ця реакція антитіл неефективна при контролі захворювання, про що свідчить прогресування захворювання до СНІДу, при якому всі адаптивні імунні реакції порушені.

ПОВСЯКДЕННЕ З'ЄДНАННЯ

Дезінфікуючі засоби: боротьба з доброю боротьбою?

«Вимийте руки!» Батьки говорили про це своїм дітям протягом поколінь. Брудні руки можуть поширювати захворювання. Але чи можна позбутися від достатньої кількості хвороботворних мікроорганізмів, якими діти ніколи не захворіють? Чи краще дітям, які уникають впливу хвороботворних мікроорганізмів? Відповіді на обидва ці питання, здається, немає.

Антибактеріальні серветки, мило, гелі і навіть іграшки з антибактеріальними речовинами, вбудованими в їх пластик, повсюдно поширені в нашому суспільстві. Все-таки ці продукти не позбавляють шкіру і шлунково-кишковий тракт від бактерій, і це було б шкідливо для нашого здоров'я, якби вони це зробили. Нам потрібні ці непатогенні бактерії на нашому тілі та всередині нього, щоб запобігти зростанню патогенних. Таким чином, бажання підтримувати дітей ідеально чистими, ймовірно, помилково. Діти все одно захворіють, а пізніші переваги імунологічної пам'яті набагато переважують незначні дискомфорти більшості дитячих захворювань. Насправді, отримати такі захворювання, як вітрянка або кір пізніше в житті, набагато важче для дорослого і пов'язані з симптомами значно гірше, ніж ті, що спостерігалися в дитячому віці хвороби. Звичайно, щеплення допомагають дітям уникнути деяких хвороб, але збудників так багато, ми ніколи не будемо застраховані від них усіх.

Чи може надмірна чистота бути причиною того, що алергія зростає в більш розвинених країнах? Деякі вчені так вважають. Алергія заснована на реакції антитіл IgE. Багато вчених вважають, що система еволюціонувала, щоб допомогти організму позбавити себе від глистових паразитів. Теорія гігієни - це ідея, що імунна система спрямована на реакцію на антигени, і якщо патогенів немає, вона буде реагувати замість цього на невідповідні антигени, такі як алергени та самоантигени. Це одне з пояснень зростання захворюваності на алергію в розвинених країнах, де реакція на непатогенні мікроорганізми, такі як пилок, креветки та котяча лупа, викликають алергічні реакції, не виконуючи жодної захисної функції.

Імунна відповідь слизової

Тканини слизової оболонки є основними бар'єрами для потрапляння хвороботворних мікроорганізмів в організм. Антитіла IgA (а іноді і IgM) в слизу та інших виділеннях можуть зв'язуватися зі збудником, а у випадках багатьох вірусів і бактерій - нейтралізувати їх. Нейтралізація - це процес покриття збудника антитілами, що робить фізично неможливим зв'язування збудника з рецепторами. Нейтралізація, яка відбувається в крові, лімфі та інших рідинях і виділеннях організму, захищає організм постійно. Нейтралізуючі антитіла є основою захисту від хвороб, пропонованих вакцинами. Щеплення від захворювань, які зазвичай потрапляють в організм через слизові оболонки, такі як грип, зазвичай формулюються для посилення вироблення IgA.

Імунні реакції в деяких тканині слизової, таких як патчі Пейєра (див. [посилання]) у тонкій кишці займають антигени твердих частинок спеціалізованими клітинами, відомими як мікрофолд або М-клітини (рис.\(\PageIndex{2}\)). Ці клітини дозволяють організму відбирати потенційні збудники з просвіту кишечника. Потім дендритні клітини приймають антиген до регіонарних лімфатичних вузлів, де монтується імунна відповідь.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Імунітет IgA. Асоційована з носа лімфоїдна тканина і ділянки Пейєра тонкої кишки генерують IgA імунітет. Обидва використовують М-клітини для транспортування антигену всередині організму, щоб можна було встановити імунні реакції.

Захист від бактерій і грибків

Організм бореться з бактеріальними збудниками за допомогою найрізноманітніших імунологічних механізмів, по суті намагаючись знайти той, який є ефективним. Такі бактерії, як Mycobacterium leprae, причина прокази, стійкі до лізосомних ферментів і можуть зберігатися в органелах макрофагів або виходити в цитозол. У таких ситуаціях інфіковані макрофаги, які отримують цитокінні сигнали від клітин Th1, звертаються на особливі метаболічні шляхи. Окислювальний метаболізм макрофагів ворожий до внутрішньоклітинних бактерій, часто покладаючись на вироблення оксиду азоту для знищення бактерій всередині макрофага.

Грибкові інфекції, такі як Aspergillus, Candida та Pneumocystis, є значною мірою опортуністичними інфекціями, які використовують переваги пригнічених імунних реакцій. Більшість однакових імунних механізмів, ефективних проти бактерій, мають аналогічний вплив на гриби, обидва з яких мають характерні структури клітинних стінок, які захищають їх клітини.

Захист від паразитів

Черв'ячні паразити, такі як гельмінти, розглядаються як основна причина розвитку імунної відповіді слизової оболонки, IgE-опосередкованої алергії та астми та еозинофілів. Ці паразити були свого часу дуже поширені в людському суспільстві. При зараженні людини, часто через заражену їжу, деякі глисти проживають в шлунково-кишковому тракті. Еозинофіли притягуються до ділянки Т-клітинними цитокінами, які вивільняють вміст своїх гранул після їх прибуття. Також відбувається дегрануляція тучних клітин, і вважається, що витік рідини, спричинений збільшенням місцевої проникності судин, має промивну дію на паразита, виганяючи його личинок з організму. Крім того, якщо IgE позначає паразита, еозинофіли можуть зв'язуватися з ним за допомогою рецептора Fc.

Захист від вірусів

Первинними механізмами проти вірусів є NK-клітини, інтерферони та цитотоксичні Т-клітини. Антитіла ефективні проти вірусів переважно під час захисту, де імунна людина може нейтралізувати їх на основі попереднього впливу. Антитіла не мають ніякого впливу на віруси або інші внутрішньоклітинні збудники при попаданні в клітину, так як антитіла не здатні проникати через плазматичну мембрану клітини. Багато клітин реагують на вірусні інфекції шляхом зниженнярегулювання їх експресії молекул MHC класу I. Це на користь вірусу, тому що без експресії класу I цитотоксичні Т-клітини не мають активності. NK-клітини, однак, можуть розпізнавати заражені вірусом I-негативні клітини класу і знищувати їх. Таким чином, NK і цитотоксичні Т-клітини мають взаємодоповнюючу діяльність проти вірусно інфікованих клітин.

Інтерферони мають активність в уповільненні вірусної реплікації і використовуються при лікуванні деяких вірусних захворювань, таких як гепатити В і С, але їх здатність до усунення вірусу повністю обмежена. Однак цитотоксична реакція Т-клітин є ключовою, оскільки вона врешті-решт переповнює вірус і вбиває заражені клітини, перш ніж вірус зможе завершити свій реплікативний цикл. Клональне розширення і здатність цитотоксичних Т-клітин вбивати більше однієї клітини-мішені роблять ці клітини особливо ефективними проти вірусів. Насправді, без цитотоксичних Т-клітин, цілком ймовірно, що люди всі померли б у якийсь момент від вірусної інфекції (якби не було вакцини).

Ухилення від імунної системи патогенами

Важливо пам'ятати, що хоча імунна система еволюціонувала, щоб мати можливість контролювати багато патогенних мікроорганізмів, самі збудники розвинули способи ухилення від імунної відповіді. Вже згаданий приклад - Mycobactrium tuberculosis, який розвинув складну клітинну стінку, стійку до травних ферментів макрофагів, які їх ковтають, і, таким чином, зберігається у господаря, викликаючи хронічне захворювання туберкульоз. У цьому розділі коротко підсумовуються інші способи, за допомогою яких хвороботворні мікроорганізми можуть «перехитрити» імунні реакції. Але майте на увазі, хоча здається, що хвороботворні мікроорганізми мають власну волю, у них немає. Всі ці ухильні «стратегії» виникли суворо еволюцією, керованою відбором.

Бактерії іноді ухиляються від імунних реакцій, оскільки вони існують у декількох штамах, таких як різні групи золотистого стафілокока. S. aureus зазвичай зустрічається при незначних шкірних інфекціях, таких як фурункули, і деякі здорові люди ховають його в носі. Однак одна невелика група штамів цієї бактерії, звана метицилін-резистентним золотистим стафілококом, стала стійкою до множинних антибіотиків і по суті не піддається лікуванню. Різні штами бактерій відрізняються антигенами на їх поверхнях. Імунна відповідь проти одного штаму (антигену) не впливає на інший; таким чином, вид виживає.

Ще один метод ухилення від імунітету - мутація. Оскільки поверхневі молекули вірусів постійно мутують, такі віруси, як грип, змінюються достатньо щороку, щоб вакцина проти грипу протягом одного року може не захистити від грипу, загального для наступного. Нові препарати вакцин повинні бути виведені для кожного сезону грипу.

Генетична рекомбінація - об'єднання генних сегментів двох різних патогенів - є ефективною формою ухилення від імунітету. Наприклад, вірус грипу містить генні сегменти, які можуть рекомбінувати, коли два різних віруси заражають одну і ту ж клітину. Рекомбінація між вірусами грипу людини та свиней призвела до спалаху свинячого грипу H1N1 2010.

Збудники можуть виробляти імуносупресивні молекули, які погіршують імунну функцію, і існує кілька різних типів. Віруси особливо добре ухиляються від імунної відповіді таким чином, і було показано, що багато типів вірусів пригнічують імунну відповідь господаря набагато тоншим, ніж оптове знищення, спричинене ВІЛ.

Огляд глави

Раннє дитинство - це час, коли організм розвиває значну частину своєї імунологічної пам'яті, яка захищає його від захворювань у дорослому віці. Компоненти імунної відповіді, які мають максимальну ефективність щодо збудника, часто асоціюються з класом збудника. Бактерії і грибки особливо схильні до пошкодження білками комплементу, тоді як про віруси піклуються інтерферони і цитотоксичні Т-клітини. Глисти піддаються нападу еозинофілів. Патогени показали здатність, однак, ухилятися від імунних реакцій організму, деякі призводять до хронічних інфекцій або навіть смерті. Імунна система та патогени знаходяться в повільній еволюційній гонці, щоб побачити, хто залишається на вершині. Сучасна медицина, сподіваємось, збереже результати, перекошені на користь людини.

Переглянути питання

Питання: Які ферменти в макрофагах важливі для очищення внутрішньоклітинних бактерій?

А. метаболічний

Б. мітохондріальні

С. Ядерна

D. лізосомальний

Відповідь: D

Питання: Який тип хронічного захворювання легенів викликається мікобактерією?

А. астма

B. емфізема

С. туберкульоз

Д. прокази

Відповідь: C

Питання: Який тип імунної відповіді найбільш ефективний проти бактерій?

A. природні клітини-кілери

Б. доповнення

C. цитотоксичні Т-клітини

D. помічники Т-клітин

Відповідь: B

Питання: У чому причина того, що ви повинні робити щеплення новою вакциною проти грипу щороку?

А. вакцина є лише захисною протягом року

Б. мутація

С. макрофагів окислювальний метаболізм

D. Відповідь пам'яті

Відповідь: B

Питання: Який тип імунної відповіді працює спільно з цитотоксичними Т-клітинами проти вірусно інфікованих клітин?

A. природні клітини-кілери

Б. доповнення

С. антитіла

Д. пам'ять

Відповідь: A

Питання критичного мислення

Питання: Опишіть, як працює сероконверсія при ВІЛ-захворюванні.

А. сероконверсія - це кліренс вірусу в сироватці крові внаслідок підвищення специфічного рівня антитіл в сироватці крові. Сероконверсія відбувається на ранніх стадіях ВІЛ-захворювання. На жаль, антитіло не може повністю очистити вірус з організму і таким чином він найчастіше прогресує до СНІДу.

Питання: Опишіть туберкульоз та ефект невинного спостерігача.

А. туберкульоз викликається бактеріями, стійкими до лізосомальних ферментів в альвеолярних макрофагах, що призводить до хронічної інфекції. Імунна відповідь на ці бактерії насправді викликає більшу частину ураження легенів, характерних для цього небезпечного для життя захворювання.

Глосарій

макрофагів окислювальний метаболізм: метаболізм, включений в макрофагах сигналами Т-клітин, які допомагають знищити внутрішньоклітинні бактерії

нейтралізація: інактивація вірусу шляхом зв'язування специфічних антитіл

сероперетворення: кліренс збудника в сироватці крові і одночасне підвищення сироваткових антитіл