Spis treści:

1. Podstawowe informacje
2. Mechanizmy odpowiedzi swoistej
   2.1. Odpowiedź typu humoralnego
   2.2. Odpowiedź typu komórkowego
3. Prezentacja antygenów
   3.1. Prezentacja antygenu z udziałem MHC klasy I
   3.2. Prezentacja antygenu z udziałem MHC klasy II
4. Pierwotna i wtórna odpowiedź immunologiczna
5. Przeciwciała
   5.1. Rodzaje i budowa
   5.2. Funkcje
6. Alergia

 

1. Podstawowe informacje

Dwa podstawowe rodzaje odpowiedzi immunologicznej to odporność nieswoista (niespecyficzna, wrodzona) oraz odporność swoista (specyficzna, nabyta). Druga z nich zostaje uruchomiona, gdy działanie pierwszej okazuje się nieskuteczne. Można wyróżnić dwa mechanizmy odpowiedzi specyficznej, za pomocą których zwalczany jest patogen: humoralny, w którym uczestniczą przeciwciała (immunoglobuliny) wytwarzane przez limfocyty B, oraz komórkowy, w którym z antygenem reagują bezpośrednio limfocyty T. Antygenem może być każda substancja, przeciwko której powstają specyficzne przeciwciała. Przy pierwszym kontakcie z danym antygenem może powstać pamięć immunologiczna. Dzięki niej jego ponowne wniknięcie wyzwala szybką i efektywną odpowiedź układu odpornościowego. Oba rodzaje odporności współpracują ze sobą w celu osiągnięcia najbardziej wydajnej ochrony organizmu.

Odpowiedź swoistą dzieli się dodatkowo na odpowiedź czynną oraz bierną. Odpowiedź czynna rozwija się w wyniku ekspozycji organizmu na patogen i opiera się na działaniu swoistych przeciwciał wytwarzanych przez komórki gospodarza. Przeciwciała mogą być produkowane przez limfocyty B na drodze naturalnej podczas infekcji lub w wyniku sztucznego wprowadzenia antygenu w postaci szczepionki. W przypadku odpowiedzi biernej przeciwciała uzyskiwane są z zewnątrz organizmu. Na drodze naturalnej przechodzą z organizmu matki lub zostają sztucznie dostarczane w surowicy.

 

2. Mechanizmy odpowiedzi swoistej

2.1. Odpowiedź typu humoralnego

Mechanizm odpowiedzi typu humoralnego opiera się na działaniu przeciwciał, które produkowane są przez limfocyty B. Gdy antygen pokona bariery fizyczne i zostanie wprowadzony do organizmu, limfocyty B wiążą specyficzne cząsteczki na jego powierzchni za pomocą receptorów immunoglobulinowych (BCR, ang. B-cell receptor). Obce, często szkodliwe mikroorganizmy zostają pochłonięte przez pęcherzyki endocytarne (endosomy), a fragmenty ich białek zostają zaprezentowane przez cząsteczki MHC klasy II (cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej) na powierzchni limfocytu B lub innych komórek prezentujących antygen. Po zetknięciu z antygenem i po interakcji z limfocytem pomocniczym (Th, ang. T helper cell) limfocyty B ulegają aktywacji, transformacji blastycznej i proliferacji. Mogą przekształcić się w komórki pamięci lub komórki plazmatyczne (plazmocyty). Limfocyty pamięci wytwarzają tylko przeciwciała powierzchniowe i mogą szybko reagować, gdy patogen pojawi się ponownie. Plazmocyty intensywnie produkują przeciwciała o tej samej swoistości, co receptory BCR na powierzchni limfocytów B pobudzonych przez pojawienie się drobnoustroju. Wytwarzane przeciwciała neutralizują lub usuwają chorobotwórczy mikroorganizm, uzyskując pomoc od komórek układu odpornościowego.

 

2.2. Odpowiedź typu komórkowego

Odpowiedź immunologiczna typu komórkowego zależna jest od dwóch populacji limfocytów T: pomocniczych oraz cytotoksycznych (Tc, ang. T cytotoxic cells). Na ich powierzchni znajdują się receptory TCR (ang. T-cell receptor), dzięki którym mogą one wiązać i rozpoznawać antygen.

Dojrzałe limfocyty Th wykazują ekspresję białka powierzchniowego CD4. Za pomocą receptorów powierzchniowych mogą bezpośrednio kontaktować się z komórkami, które mają zostać zlikwidowane, bądź z komórkami, którym mają pomagać. Wytwarzają cytokiny niezbędne do aktywacji, wzrostu i różnicowania limfocytów B, makrofagów i komórek NK (ang. natural killer cells). Bezpośrednia interakcja pomiędzy komórkami Th a limfocytami B, za pomocą cząsteczek powierzchniowych, umożliwia przełączanie klas immunoglobulin produkowanych przez te ostatnie. Limfocyty Th podzielono na dwie subpopulacje – Th1 oraz Th2 – ze względu na wydzielane przez nie cytokiny oraz na pełnione funkcje. Pierwsza z subpopulacji wspomaga odpowiedź typu komórkowego przeciw patogenom wewnątrzkomórkowym. Z kolei limfocyty Th2 warunkują prawidłowy przebieg odpowiedzi humoralnej przeciw mikroorganizmom chorobotwórczym, występującym na zewnątrz komórek gospodarza.

Markerem powierzchniowym limfocytów Tc jest cząsteczka CD8, która – podobnie jak CD4 na limfocytach Th – wspomaga receptor TCR w pobudzeniu limfocytów do działania. Najważniejszą funkcją limfocytów Tc jest zabijanie zainfekowanych komórek. Po przyłączeniu do takiej komórki za pomocą TCR i innych receptorów błonowych Tc zaczynają uwalniać enzymy, takie jak perforyny i granzymy. Niszczą one błonę komórkową oraz białka, co zapoczątkowuje szlak prowadzący do programowanej śmierci komórki (PCD, ang. programmed cell death). Indukcja tego szlaku może opierać się również na interakcji pomiędzy ligandem FasL na powierzchni Tc a cząsteczką Fas, obecną na komórce docelowej. Komórki, które weszły na drogę apoptozy mogą zostać szybko usunięte przez fagocyty bez wystąpienia reakcji zapalnej.

 

3. Prezentacja antygenów

Do inicjacji odpowiedzi immunologicznej wymagane jest rozpoznanie antygenu przez komórki efektorowe układu odpornościowego. Limfocyty B posiadają zdolność bezpośredniego wiązania antygenu. Z kolei limfocyty T rozpoznają antygen dopiero, gdy zostanie on przetworzony i zaprezentowany przez cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej (MHC, ang. major histocompatibility complex). Z reguły wymienia się dwie klasy cząsteczek MHC – MHC klasy I oraz MHC klasy II. Służą one do odróżnienia zdrowych komórek organizmu od komórek obcych bądź zakażonych patogenem.

 

3.1. Prezentacja antygenu z udziałem MHC klasy I

Prawie wszystkie komórki organizmu, oprócz erytrocytów, mogą prezentować antygen przy udziale MHC klasy I. Wewnątrz komórek organizmu degradowane są własne białka, które utraciły swoją funkcję lub uległy deformacji, ale również te pochodzące na przykład od wirusów, które zainfekowały komórkę. Degradacją takich cząsteczek zajmuje się system ubikwityna-proteasom. Zdegradowane białka transportowane są do siateczki śródplazmatycznej i tam łączą się z cząsteczkami MHC klasy I. Utworzony kompleks przenoszony jest na powierzchnię komórki. Antygeny połączone z MHC klasy I rozpoznawane są przez limfocyty Tc CD8+. Jeżeli prezentowana cząsteczka pochodzi z degradacji własnych białek, w normalnych warunkach zostaje zignorowana. Rozpoznanie obcego antygenu skutkuje śmiercią zainfekowanej komórki.

 

3.2. Prezentacja antygenu z udziałem MHC klasy II

MHC klasy II występują głównie na powierzchni komórek prezentujących antygen (APC, ang. antigen-presenting cells). Do grupy APC należą limfocyty B, makrofagi oraz komórki dendrytyczne. Prezentują one antygeny egzogenne, czyli powstające poza komórką gospodarza.

Patogeny występujące na zewnątrz komórki mogą zostać wchłonięte do endosomów przez komórki układu odpornościowego. Zawartość pęcherzyka zostaje strawiona w wyniku połączenia z lizosomem. Powstałe w ten sposób cząsteczki łączą się z MHC klasy II i cały kompleks transportowany jest na powierzchnię komórki. Tak prezentowany antygen może zostać rozpoznany przez Th CD4+. W efekcie dochodzi do pobudzenia limfocytów B oraz produkcji przeciwciał. Następnie aktywowane są inne komórki efektorowe układu odpornościowego oraz układ dopełniacza. W rezultacie zewnątrzkomórkowe patogeny i toksyny zostają usunięte.

 

4. Pierwotna i wtórna odpowiedź immunologiczna

Pierwotna odpowiedź immunologiczna pojawia się wskutek pierwszego kontaktu organizmu z nowym antygenem. Może on zostać rozpoznany przez receptory BCR na powierzchni niedojrzałych limfocytów B. Następnie, dzięki prezentacji fragmentu antygenu z udziałem cząsteczek MHC, dochodzi do pobudzenia limfocytów T. Związanie antygenu przez receptory na powierzchni limfocytów stymuluje komórki odpornościowe do proliferacji, inicjując tym samym proces nazywany ekspansją klonalną. Polega on na podziale limfocytów B i T, w wyniku którego dochodzi do powstania linii komórek siostrzanych (klonów) o takiej samej specyficzności względem antygenu. Część limfocytów B przekształca w plazmocyty produkujące przeciwciała, które początkowo posiadają małą specyficzność do antygenu. W odpowiedzi pierwotnej wydzielane są głównie przeciwciała klasy IgM. W konsekwencji zmian klasy produkowanych immunoglobulin dochodzi do produkcji przeciwciał IgG. Gdy kontakt z antygenem ustaje, ilość przeciwciał spada, a odpowiedź pierwotna zostaje wyciszona.

Część komórek wywodzących się z danej linii komórek siostrzanych będzie spełniała funkcję limfocytów pamięci. Pozwalają one na szybką i efektywną odpowiedź immunologiczną przy ponownym wniknięciu antygenu. Podczas odpowiedzi wtórnej produkowana jest znacznie większa ilość przeciwciał, głównie IgG, o wyższej specyficzności, a ich wysokie stężenie utrzymuje się przez dłuższy czas. Powtórna ekspozycja na antygen skutkuje również wzrostem liczby reagujących z nim limfocytów Tc. W rezultacie dochodzi do lepszej obrony immunologicznej organizmu.

 

5. Przeciwciała

5.1. Rodzaje i budowa

Determinanta antygenowa (epitop) to najmniejszy fragmentu antygenu, przeciw któremu wytwarzane są immunoglobuliny. Składa się on z 3-6 aminokwasów i około 5-6 reszt cukrowych. Ogromna ilość antygenów w przyrodzie spowodowała, że przeciwciała znajdujące się w ludzkim ciele są wysoce zróżnicowane. U podłoża tego zjawiska leżą procesy genetyczne prowadzące do powstania nowych genów, nieobecnych w linii zarodkowej. Ze względu na różnice w budowie i pełnionych funkcjach wyróżnia się pięć głównych klas przeciwciał: IgM, IgD, IgA, IgG oraz IgE.

Wszystkie immunoglobuliny zbudowane są z czterech łańcuchów polipeptydowych: dwóch lekkich i dwóch ciężkich. Można również wyróżnić dwie podjednostki, z których składa się przeciwciało. Pierwsza z nich to fragment Fab (ang. fragment antigen binding), który zwiera miejsce wiążące antygen, inaczej paratop lub antydeterminantę. Sekwencja aminokwasów w miejscu paratopu jest wysoce zmienna. Jest to skutkiem rearanżacji genów, które kodują peptydy budujące łańcuchy przeciwciał. Druga z podjednostek, część stała (Fc, ang. fragment crystallizable), nie jest zaangażowana w rozpoznanie antygenu. Pośredniczy w wiązaniu dopełniacza oraz komórek układu odpornościowego.

 

5.2. Funkcje

Przeciwciała należące do różnych klas posiadają odmienne właściwości biologiczne oraz wytwarzane są w róznych częściach organizmu. Tak więc immunoglobuliny klasy G występują w największej ilości w krążeniu ogólnym. Stanowią zasadnicze przeciwciała wtórnej odpowiedzi immunologicznej. Jako jedyne posiadają zdolność do przechodzenia przez łożysko, dzięki czemu zapewniają noworodkowi odporność bierną. Przeciwciała należące do klasy A chronią błony śluzowe i surowicze przed inwazją patogenów. Immunoglobuliny klasy M są pierwszymi przeciwciałami wytworzonymi podczas pierwotnej odpowiedzi immunologicznej. Występują w przestrzeni wewnątrznaczyniowej i są mało specyficzne wobec antygenu. Immunoglobuliny D działają jako receptory powierzchniowe, a ich dokładna rola w organizmie jest nadal badana. Wyniki badań sugerują, że mogą odgrywać rolę przekaźnika kontrolującego proces aktywacji limfocytów B. Ostatnią z klas tworzą immunoglobuliny E, które występują głównie na powierzchni bazofilów oraz komórek tucznych. Najczęściej wskazuje się ich rolę w rozwoju reakcji alergicznej.

Przeciwciała obecne na powierzchni limfocytów B odgrywają ważną rolę w przekazywaniu sygnału do wnętrza komórki. W efekcie ich działania antygen zostaje przetworzony, a jego fragmenty prezentowane za pomocą cząsteczek MHC. Z kolei immunoglobuliny produkowane i wydzielane przez limfocyty B odpowiedzialne są za humoralną odpowiedź immunologiczną. Odgrywają kluczową rolę w zwalczaniu patogenów zewnątrzkomórkowych, przeciwdziałają rozprzestrzenianiu się drobnoustrojów chorobotwórczych oraz zapewniają ochronę przeciwko toksynom. Przeciwciała mogą wiązać białka adhezyjne mikroorganizmów i tym samym zapobiegać ich wnikaniu do wnętrza komórki. Dzięki obecności fragmentu Fc immunoglobuliny przyłączone do antygenu zostają rozpoznane przez komórki efektorowe układu odpornościowego oraz przez białka układu dopełniacza. Aktywacja dopełniacza prowadzi ponadto do chemotaksji innych komórek układu odpornościowego, opsonizacji (opłaszczenia) i fagocytozy patogenu.

Komórki efektorowe, czyli neutrofile, eozynofile oraz komórki NK (ang. natural killer cells) posiadają receptory dla fragmentu Fc IgG. Dzięki temu mogą przyłączać się do patogenu opłaszczonego przeciwciałami. Następnie uwalniają cząsteczki cytotoksyczne, takie jak czynnik martwicy nowotworów (TNFα, ang. tumor necrosis factor), które doprowadzają do lizy szkodliwego antygenu. Mechanizm ten nazywany jest cytotoksycznością komórkową zależną od przeciwciał (ADCC, ang. antibody-dependent cellular cytotoxicity) i zachodzi bez pomocy układu dopełniacza.

 

6. Alergia

Alergia to wzmożona reaktywność układu immunologicznego na różne substancje obcego pochodzenia, które zazwyczaj nie są szkodliwe. Określa się je mianem alergenów. W reakcji alergicznej uczestniczą zarówno komponenty odpowiedzi swoistej, jak i nieswoistej. Wymienić można tutaj eozynofile, komórki tuczne, limfocyty T (zwłaszcza Th2) oraz limfocyty B. Reakcja alergiczna zachodzi z udziałem przeciwciał klasy IgE. Kontaktują się one z komórkami tucznymi oraz bazofilami. W wyniku degranulacji komórek tucznych uwalniane są mediatory reakcji alergicznej, przede wszystkim histaminy oraz leukotrieny. Histamina prowadzi do poszerzenia światła naczyń krwionośnych, a zarazem zaczerwieniania skóry, spadku ciśnienia tętniczego oraz skurczu mięśni w drogach oddechowych. Mediatory wydzielane miejscowo stymulują komórki nabłonkowe śluzówki nosa do produkcji wydzieliny. Dochodzi też do obrzęku dobrze unaczynionych tkanek, co może prowadzić do niedrożności dróg oddechowych, a w najgorszym przypadku nawet do śmierci.

Bibliografia:
Ademokun A.A., Dunn-Walters D. Immune Responses. Primary and Secondary. Encyclopedia of Life Sciences, 2010
Görlich A. Przeciwciała - narzędzie przyrody i człowieka. Wszechświat, 2016
Kisielow P. Jak układ odpornościowy uczy się odróżniać dobro od zła? Kosmos, 2018
Lewandowska D., Orzeł-Gryglewska J. Fizjologia Zwierząt i Człowieka. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk, 2014
Lydyard P.M., Fanger M.W., Whelan A. Immunologia. Krótkie wykłady. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warrszawa, 2001
Napiórkowska-Baran K., Kołtan S., Zalewska J. et al. Oznaczanie przeciwciał w codziennej praktyce. Część I - właściwości przeciwciał. Alergia Astma Immunologia, 2019
Wiktorowicz K., Kaszkowiak K. Budowa i funkcja ludzkich antygenów zgodności tkankowej. Część 2. Funkcja antygenów zgodności tkankowej. Forum Reumatologiczne, 2018
Zouali M. Antibodies. Encyclopedia of Life Sciences, 2016

Dodaj komentarz