Ludzki układ odpornościowy.
Strategia i walka o przetrwanie.

Kluczowe składniki układu odpornościowego:

1. Komórki: Różne typy komórek odgrywają rolę w obronie immunologicznej. Białe krwinki, takie jak limfocyty (T i B), neutrofile, monocyty i makrofagi. Pełnią funkcję fagocytozy (pochłaniania i trawienia szkodliwych cząstek), wytwarzania przeciwciał i regulowania odpowiedzi immunologicznej.
2. Narządy i tkanki: Do układu odpornościowego zalicza się wiele narządów i tkanek, w których komórki odpornościowe rozwijają się, dojrzewają i wchodzą w interakcje. Obejmuje on szpik kostny, w którym powstają komórki odpornościowe, grasicę, która odgrywa rolę w dojrzewaniu i szkoleniu limfocytów T, oraz węzły chłonne, które służą jako miejsca filtracji limfy i aktywacji komórek odpornościowych.
3. Cząsteczki i białka: Cytokiny to cząsteczki sygnalizacyjne, które koordynują odpowiedzi immunologiczne. Przeciwciała (immunoglobuliny) to specyficzne białka wytwarzane przez komórki B, które mogą neutralizować patogeny i aktywować inne komórki.
4. Dopełniacz: Grupa białek, które przyczyniają się do niszczenia patogenów.
5. Interferony różnych typów

Funkcje układu odpornościowego:

Wykrywanie: Układ odpornościowy rozpoznaje różne patogeny, takie jak bakterie, wirusy, grzyby i pasożyty, a także zmienione i zainfekowane komórki ciała.

Niszczenie: Eliminuje zagrożenia poprzez niszczenie patogenów i zainfekowanych komórek. Fagocyty pochłaniają mikroorganizmy, a cytotoksyczne limfocyty T niszczą zainfekowane komórki.

Pamięć: Odporność adaptacyjna buduje pamięć patogenów, aby szybko i skutecznie reagować na powtarzające się infekcje.

Tolerancja: Układ odpornościowy musi odróżniać struktury szkodliwe od wewnętrznych. T-regulatory i inne mechanizmy pomagają zapobiegać atakom na własne komórki.

Rodzaje odporności: adaptacyjna i wrodzona

Odporność dzieli się na dwa główne typy: adaptacyjną i wrodzoną. Odporność wrodzona to podstawowa linia obrony, która działa natychmiast po inwazji patogenów, jako podstawowy i szybko działający system obronny organizmu, który jest obecny od urodzenia. Ten rodzaj odporności zapewnia niespecyficzną obronę i nie wymaga wcześniejszej znajomości konkretnego patogenu.

Cechy odporności wrodzonej:

Szybka i natychmiastowa reakcja: Odporność wrodzona jest aktywowana natychmiast lub w ciągu kilku godzin od inwazji patogenu. W procesie tym nie są wymagane żadne specyficzne przeciwciała ani komórki.

Niespecyficzność: Odporność wrodzona działa niezależnie od konkretnego patogenu i nie wymaga wcześniejszej wiedzy na jego temat. Opiera się na wykrywaniu "zapamiętanych wzorców" wspólnych dla wielu mikroorganizmów.

Mechanizmy: Odporność wrodzona wykorzystuje mechanizmy takie jak fagocytoza (wchłanianie i trawienie patogenów), aktywacja reakcji zapalnych, produkcja cytokin (cząsteczek sygnalizacyjnych) i aktywacja komórek NK ("naturalnych zabójców").

Polimorfizm: Niektóre składniki odporności wrodzonej mają polimorfizm, co oznacza, że różne osoby mogą mieć różne warianty tych składników, które wpływają na poziom odporności.

Współpraca z odpornością adaptacyjną: Odporność wrodzona przygotowuje drogę do adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej poprzez promowanie aktywacji adaptacyjnych komórek odpornościowych.

Składniki odporności wrodzonej:

1. Bariery, takie jak skóra i błony śluzowe.
2. Fagocyty, w tym makrofagi i neutrofile.
3. Komórki naturalnych zabójców (komórki NK).
4. Zapalenie i cytokiny.
5. Układ dopełniacza.

Odporność wrodzona jest podstawową obroną, która działa szybko i skutecznie. Utrzymuje organizm przez czas potrzebny do rozwinięcia bardziej specyficznej adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej.

Odporność adaptacyjna

Odporność adaptacyjna to złożony system obronny organizmu, który rozwija się w odpowiedzi na określone antygeny (wirusy, bakterie, inne patogeny) i pozwala organizmowi skutecznie zwalczać infekcje. Można ją również nazwać odpornością nabytą, ponieważ organizm wytwarza ją samodzielnie, a nie otrzymuje od natury. Proces ten składa się z kilku etapów i angażuje różne komórki, narządy i molekuły.

Oto krótki przegląd tego, jak działa odporność adaptacyjna:

Wszystko zaczyna się od rozpoznania antygenu: Po tym, jak antygeny lub nazwijmy je patogen dostanie się do organizmu, pierwszymi, które je napotkają, są komórki «straży granicznej» lub rozpoznające antygen. Antygeny są rozpoznawane przez komórki prezentujące antygen (APC), takie jak komórki dendrytyczne i makrofagi, które jako pierwsze napotykają agresora, pochłaniają go, trawią i dzielą na fragmenty lub pojedyncze antygeny.

Prezentacja antygenu: Prezentacja antygenu to proces, w którym komórki układu odpornościowego, a mianowicie makrofagi i komórki dendrytyczne, pokazują (przedstawiają) antygeny (cząsteczki patogenu) innym komórkom układu odpornościowego w celu aktywacji adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Proces ten odgrywa kluczową rolę w rozwoju odpowiedzi immunologicznej i umożliwia organizmowi rozpoznawanie i zwalczanie czynników zakaźnych i innych zagrożeń. Fragmenty patogenów są prezentowane na powierzchni APC wraz z cząsteczkami głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC).

MHC klasy I służy do prezentacji peptydów na powierzchni zakażonych komórek. Umożliwia to cytotoksycznym limfocytom T (Killer) rozpoznanie i zabicie zainfekowanych komórek. Gdy tolerancja immunologiczna jest zaburzona, limfocyty T zabójcze mogą zacząć atakować "cywilów" lub normalne komórki w organizmie, które mylą z patogenem lub uważają za zainfekowane i niebezpieczne dla innych.

MHC klasy II służy do prezentacji peptydów na powierzchni komórek prezentujących antygen. Umożliwia to limfocytom T pomocniczym (helper) rozpoznawanie antygenów i aktywację innych komórek układu odpornościowego, takich jak limfocyty B, które wytwarzają przeciwciała.

Aktywacja limfocytów T pomocniczych (helper): Limfocyty T pomocnicze (komórki T-helper) rozpoznają antygeny prezentowane na APC za pomocą swoich receptorów komórek T i MHC klasy II. Aktywowane komórki pomocnicze T  zaczynają wytwarzać cytokiny, które stymulują limfocyty B i inne komórki układu odpornościowego.

Aktywacja limfocytów B: Limfocyty B rozpoznają antygeny bezpośrednio za pomocą receptorów komórek B. Aktywowane limfocyty B przekształcają się w komórki plazmatyczne, które zaczynają wytwarzać przeciwciała (immunoglobuliny) specyficzne dla danego antygenu. Ten rodzaj odporności nazywany jest odpornością humoralną.

Przeciwciała i neutralizacja: Przeciwciała krążą we krwi i innych tkankach, wiążąc się z antygenami na powierzchni patogenów. Może to zneutralizować patogeny, blokując ich zdolność do infekowania komórek.

Odpowiedź komórkowa: Cytotoksyczne limfocyty T (T-killers) rozpoznają zainfekowane komórki i zabijają je, zapobiegając rozprzestrzenianiu się infekcji. Ten rodzaj odporności nazywany jest odpornością komórkową.

Pamięć immunologiczna: Niektóre aktywowane limfocyty T i B przekształcają się w komórki pamięci.

Komórki pamięci zachowują informacje o konkretnym antygenie i umożliwiają szybszą i skuteczniejszą reakcję na powtarzające się narażenie na ten sam antygen w przyszłości.

Kluczowe komórki i narządy zaangażowane w odporność adaptacyjną obejmują limfocyty T, limfocyty B, komórki dendrytyczne, makrofagi, węzły chłonne, śledzionę i inne tkanki limfatyczne. Ten złożony proces zapewnia specyficzną i długotrwałą obronę organizmu przed infekcjami i innymi wyzwaniami antygenowymi.

Przeciwciała, czym są i jakie są ich rodzaje

Istnieje kilka rodzajów przeciwciał, które odgrywają różne role w odpowiedzi układu odpornościowego. Przeciwciała są również nazywane immunoglobulinami (Ig) i są zróżnicowane pod względem struktury i funkcji. Oto główne klasy przeciwciał:

IgM (immunoglobulina M): Przeciwciała IgM są zwykle pierwszymi, które powstają w odpowiedzi na infekcję. Mają wysokie powinowactwo do antygenów, ale ich liczba gwałtownie spada po rozpoczęciu odpowiedzi układu odpornościowego. IgM krążą głównie w krwiobiegu i stanowią 5-10% wszystkich immunoglobulin we krwi. Okres półtrwania IgM w organizmie wynosi 5 dni. Procent Ig we krwi i okres półtrwania wpływają na to, jak długo przeciwciała Ig pozostają w organizmie po pierwszym kontakcie z antygenem. IgM ze względu na dużą masę cząsteczkową nie są w stanie przejść przez łożysko z matki na płód, więc ich zwiększona liczba u płodu na określony antygen wskazuje na infekcję wewnątrzmaciczną.

IgG (immunoglobulina G): Jest to najczęstsza i najbardziej trwała klasa przeciwciał. IgG zapewniają długotrwałą odporność i mogą przenikać przez barierę łożyskową, przenosząc odporność z matki na płód. Okres półtrwania IgG we krwi wynosi około 23 dni. Oznacza to, że w tym czasie ilość IgG we krwi zmniejsza się o połowę. Ważne jest, aby pamiętać, że jest to wartość średnia i może się różnić dla różnych podtypów IgG i dla różnych osób. Procent IgG we krwi: IgG są jedną z głównych klas przeciwciał i stanowią około 75-80% wszystkich immunoglobulin w ludzkiej krwi. Dominują one we krwi i zapewniają długotrwałą odporność, w tym odporność po szczepieniu lub odpowiedź na infekcje. Ze względu na ich długotrwałe utrzymywanie się, IgG przyczyniają się do tworzenia pamięci immunologicznej, która pozwala organizmowi szybko i skutecznie reagować na powtarzające się spotkania z tym samym antygenem.

IgA (immunoglobulina A): Przeciwciała te występują głównie w błonach śluzowych i wydzielinach ze śluzówek dróg oddechowych, przewodu pokarmowego i innych. Odgrywają one rolę w ochronie błon śluzowych przed infekcjami.

IgE (immunoglobulina E): Przeciwciała IgE są związane z reakcjami alergicznymi i odpowiedzią immunologiczną na infekcje pasożytnicze. Mogą aktywować wydzielanie histaminy i innych mediatorów reakcji alergicznych, powodując związane z nimi objawy. Zazwyczaj normalne zakresy stężenia IgE we krwi mogą być w przybliżeniu następujące:

Dorośli: 0-100 jednostek międzynarodowych na mililitr (IU/ml) lub 0-100 kIU/ml.

Dzieci: Znacznie niższe wartości, zwykle poniżej 20-25 kIU/ml.

Wysoki poziom IgE może wskazywać na reakcje alergiczne lub inne schorzenia, takie jak choroby atopowe (np. atopowe zapalenie skóry) lub infekcje pasożytnicze.

IgD (immunoglobulina D): Rola przeciwciał IgD nie jest jeszcze w pełni poznana, ale uważa się, że biorą one udział w aktywacji innych komórek układu odpornościowego.

Cytokiny

Aby w pełni zrozumieć funkcjonowanie układu odpornościowego, na szczególną uwagę zasługują takie cząsteczki sygnalizacyjne jak cytokiny. Czym one są i do czego służą?

Aby koordynować działania komórek odpornościowych w walce z wrogami, potrzebny jest system sygnałowy, który mówi im, kiedy rozpocząć walkę, zakończyć ją lub wznowić, gdzie biec i co robić, a także wykonywać inne zadania. Rolę tę pełnią małe cząsteczki białkowe zwane cytokinami, takie jak różne interleukiny (IL-1, 2, 3 i inne). Cytokiny nie zawsze mają jednoznaczną funkcję, ale można je podzielić z przybliżeniem na pięć grup: chemokiny, czynniki wzrostu, prozapalne, przeciwzapalne i immunoregulacyjne.

Chemokiny to cząsteczki sygnałowe, które mówią komórce, dokąd ma się udać. Może to być zainfekowany obszar, w którym należy skoncentrować komórki odpornościowe, lub określony narząd układu odpornościowego, w którym komórka będzie się szkolić.

Czynniki wzrostu pomagają komórce określić jej specjalizację. Na podstawie nazwy czynników wzrostu można często określić, które komórki są przez nie stymulowane. Na przykład czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów (GM-CSF, GM-CSF) promuje granulocyty i makrofagi, a czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) odpowiada za tworzenie nowych naczyń krwionośnych.

O tym, w jaki sposób komórka wybiera swój "zawód", decyduje układ odpornościowy.

Cytokiny prozapalne, przeciwzapalne i immunoregulacyjne regulują odpowiedź immunologiczną. Cząsteczki te są wykorzystywane przez komórki do interakcji między sobą. Cytokiny prozapalne wspierają stan zapalny niezbędny do skutecznej odpowiedzi immunologicznej, podczas gdy cytokiny przeciwzapalne pomagają zakończyć proces zapalny. Sygnały cytokin immunoregulacyjnych mogą być różnie dekodowane przez komórki w zależności od ich rodzaju i innych sygnałów, które otrzymują.

Należy jednak zauważyć, że jest to podział warunkowy i może być różnie interpretowany w zależności od sytuacji, co oznacza, że cytokina, która początkowo należy do jednej grupy, w pewnych warunkach może pełnić zupełnie inne funkcje, na przykład zmieniając się z prozapalnej na przeciwzapalną.

Komunikacja i harmonizacja między różnymi typami komórek odpornościowych są ważnymi elementami skutecznej walki z infekcjami. Nadprodukcja cytokin może prowadzić do "burzy cytokinowej", w której komórki układu odpornościowego zaczynają nadmiernie produkować cytokiny, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia własnych tkanek. Stan ten wymaga ścisłej regulacji i monitorowania.

Co to jest interferon, jakie są jego rodzaje i do czego służy

Interferony (IFN) to grupa cząsteczek białkowych, które odgrywają ważną rolę w układzie odpornościowym i w odpowiedzi na infekcje wirusowe. Są one częścią wrodzonej i adaptacyjnej odporności i pełnią kilka funkcji w organizmie. Istnieje kilka rodzajów interferonów, ale główne typy obejmują:

Interferon-alfa (IFN-α): Ten rodzaj interferonu jest wytwarzany głównie przez komórki układu odpornościowego, takie jak makrofagi i neutrofile. IFN-α odgrywa ważną rolę w zwalczaniu wirusów poprzez aktywację odporności komórkowej i hamowanie replikacji wirusów.

Interferon-beta (IFN-β): IFN-β jest również wytwarzany w odpowiedzi na infekcje wirusowe i odgrywa kluczową rolę w obronie organizmu przed wirusami, zwłaszcza wirusami infekującymi komórki układu nerwowego.

Interferon-gamma (IFN-γ): IFN-γ jest produkowany głównie przez limfocyty T i komórki naturalnych zabójców. Jest ważny w regulowaniu odpowiedzi immunologicznej, wzmacnianiu makrofagów i stymulowaniu komórek prezentujących antygen.

Interferon-λ (IFN-λ): IFN-λ jest nowszym odkryciem i odgrywa rolę w ochronie błon śluzowych i dróg oddechowych przed infekcjami wirusowymi.

Interferony pełnią następujące funkcje:

Obrona przeciwwirusowa: Interferony mogą mieć działanie przeciwwirusowe poprzez spowolnienie lub zatrzymanie replikacji wirusa w zainfekowanych komórkach.

Aktywacja układu odpornościowego: Interferony aktywują inne komórki układu odpornościowego, takie jak makrofagi i limfocyty T, wzmacniając odpowiedź immunologiczną na infekcje.

Regulacja stanu zapalnego: Interferony mogą również regulować procesy zapalne w organizmie.

Interferony są szeroko stosowane w medycynie, w tym w leczeniu infekcji wirusowych i niektórych nowotworów, takich jak czerniak i białaczka. Mogą być stosowane w postaci leków w celu wzmocnienia obrony immunologicznej lub zwalczania niektórych chorób.

Nawet tutaj nie wszystko jest takie oczywiste, ponieważ wirusy mogą blokować syntezę interferonów lub szlaki sygnałowe do ich produkcji. Wirusy te opracowują różne strategie, aby uniknąć odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Oto kilka przykładów takich wirusów:

Wirus zapalenia wątroby typu C WZWC: jest znany ze swojej zdolności do blokowania syntezy interferonu typu I (IFN-alfa i IFN-beta) w zakażonych komórkach. Wykorzystuje on różne mechanizmy, w tym hamowanie czynników regulujących produkcję interferonu.

Wirus opryszczki pospolitej (HSV): HSV jest w stanie hamować syntezę i działanie interferonów. Wytwarza białka, które mogą blokować szlaki sygnalizacyjne związane z interferonem i osłabiać odpowiedź immunologiczną.

Wirus cytomegalii (CMV): CMV jest znany ze swojej zdolności do hamowania syntezy interferonu i zmniejszania działania interferonów. Wykorzystuje on swoje białka, takie jak IE86 i UL44, do tłumienia aktywacji genów interferonu, a tym samym zmniejszenia syntezy interferonu.

Epsteina-Barr (WEB). Nie można ignorować tak ważnego patogenu jak wirus Epsteina-Barr (WEB). Dziesiątki lat temu australijski naukowiec Michael P. Pender z University of Queensland przedstawił hipotezę, że przewlekłe choroby autoimmunologiczne mogą być wynikiem zakaźnej autoreaktywności limfocytów B, która rozwija się po zakażeniu wirusem Epsteina-Barr. Zauważył, że istnieje wiele dowodów epidemiologicznych wskazujących, że WEB może poprzedzać rozwój zarówno tocznia rumieniowatego układowego, jak i reumatoidalnego zapalenia stawów.

Strategia wirusowa

Wirus Epsteina-Barr jest znany ludzkości od tysięcy lat. Dr Marc S. Horwitz z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie zauważył, że długotrwałe przebywanie wirusa wewnątrz limfocytów B po zakażeniu stanowi dla niego sposób na przystosowanie się do przetrwania. Jednak limfocyty B nie są idealnym "schronieniem", ponieważ komórki te są często i szybko odnawiane, w przeciwieństwie do większości innych tkanek w organizmie. Dlatego podstawową strategią WEB jest utrzymywanie zainfekowanych komórek przy życiu i stymulowanie niskiego poziomu interferonu, co pozwala wirusowi ukryć się przed atakami układu odpornościowego. Jednakże, gdy układ odpornościowy identyfikuje wiele nowych zagrożeń, jego odpowiedź może być nadmierna i przyczyniać się do rozwoju patologii autoimmunologicznych.

Innymi słowy, wirus nie tylko zmniejsza syntezę interferonu i naśladuje antygeny gospodarza, unikając odpowiedzi immunologicznej, ale także zakłóca mechanizm apoptozy limfocytów B, zmuszając je do jak najdłuższego istnienia, co jest z kolei przyczyną nie tylko autoagresji w przypadku intensywnego obciążenia antygenowego, ale także nowotworów układu limfatycznego, spowodowanych niekontrolowanym wzrostem limfocytów B.

Co to jest niepełna fagocytoza?

Ale nie wszystko jest tak idealne w naszym królestwie. Nie zawsze makrofagi i komórki dendrytyczne są w stanie strawić patogen, czasem jak wprawny złodziej potrafi on oszukać makrofagi i nie tylko nie zostać strawionym, ale nawet namnożyć się wewnątrz makrofagów i komórek dendrytycznych, co prowadzi do trwającego w zasadzie w nieskończoność przebiegu choroby z okresami zaostrzeń i remisji.

Niekompletna fagocytoza, czyli sytuacja, w której komórki fagocytarne, takie jak makrofagi lub neutrofile, nie są w stanie całkowicie pochwycić i zniszczyć patogenów lub cząstek, może mieć różne konsekwencje dla narządów i tkanek oraz ogólnego zdrowia organizmu

Wiele mikroorganizmów może powodować niepełną fagocytozę i pasożytować wewnątrz makrofagów. Oto kilka przykładów infekcji, które powodują ten efekt:

Mycobacterium tuberculosis: Jest to bakteria wywołująca gruźlicę. Mycobacterium tuberculosis jest w stanie przetrwać i namnażać się wewnątrz makrofagów, co utrudnia działanie układu odpornościowego.

Listeria monocytogenes: To bakteria, która może powodować listeriozę. Jest ona w stanie atakować makrofagi i inne komórki fagocytarne, wykorzystując je jako narzędzie do rozprzestrzeniania się w organizmie.

Salmonella: Gatunki bakterii Salmonella, mogą atakować makrofagi i nadal się w nich namnażać, tym samym sprzyjając rozprzestrzenianiu się infekcji. Niemieccy naukowcy odkryli, że skuteczność przeciwbakteryjna makrofagów zależy od interakcji między fagolizosomami a mitochondriami. Interakcja ta jest regulowana przez czynnik transkrypcyjny TFEB, który pośredniczy w syntezie itakonianu - mitochondrialnego metabolitu o aktywności przeciwdrobnoustrojowej. Salmonella, gdy znajdzie się w makrofagu, zapobiega aktywacji TFEB, itakonian nie jest syntetyzowany, a bakteria bezpiecznie się namnaża. Kiedy naukowcy aktywowali TFEB w zainfekowanych makrofagach, szlak TFEB-Irg1-itakonian został przywrócony, a wzrost Salmonelli spowolniony.

Mówiąc prościej. Jeśli Salmonella i podobne patogeny dostaną się do makrofagów, nie umierają, ale żyją, a nawet namnażają się w nich przez lata, zakłócając cały proces tworzenia odporności adaptacyjnej i unikając odpowiedzi immunologicznej organizmu. Takich przykładów jest wiele. Źródło Schuster, EM., Epple, M.W., Glaser, K.M. et al. TFEB indukuje mitochondrialną syntezę itakonianu w celu zahamowania wzrostu bakterii w makrofagach // Nature Metabolism, 2022, DOI:

Podsumowanie

Bakterie takie jak Mycobacterium tuberculosis, Listeria monocytogenes, Salmonella, Shigella, Legionella pneumophila i Coxiella burnetii oraz inne podobne patogeny pasożytują w komórkach gospodarza dzięki swojej zdolności do blokowania lub przeprogramowywania dojrzewania fagosomów oraz do unikania bakteriobójczych właściwości fagolizosomu (połączenia między fagosomem a lizosomem komórki, który jest układem trawiennym fagocyta). Niektóre gatunki bakterii blokują połączenie między fagosomem (który jest żołądkiem komórki) a lizosomem (który jest enzymem trawiennym komórki), co zakłóca proces trawienia bakterii, przez co nie są one eliminowane, a nawet są w stanie namnażać się wewnątrz makrofaga.

W tym kontekście nie można jednak pominąć wirusów. Niektóre wirusy mogą wpływać na proces fagocytozy i zakłócać jego mechanizmy. Wirusy mogą wytwarzać białka lub cząsteczki, które hamują fagocytozę. Białka te mogą blokować receptory na powierzchni fagocytów lub zakłócać szlaki sygnalizacyjne niezbędne do fagocytozy. Takie wirusy mogą utrudniać lub spowalniać wychwytywanie i zabijanie patogenów.

Przykładem są herpeswirusy, takie jak wirus opryszczki pospolitej i wirus cytomegalii (CMV), które mogą wprowadzić się do genomu fagocytów i przetrwać w nich. Sprawia to, że są one mniej dostępne dla innych komórek układu odpornościowego.

Wirus grypy może powodować apoptozę neutrofili (zaprogramowaną śmierć komórki), co może zmniejszyć ich liczbę i aktywność.

Wirusy zapalenia wątroby typu B i C mogą infekować makrofagi i inne komórki układu odpornościowego w wątrobie, co może przyczyniać się do przewlekłego stanu zapalnego i uszkodzenia wątroby.

Retrowirusy takie jak HTLV-1 (ludzki wirus białaczki limfocytów T) mogą integrować się z genomem zainfekowanych komórek, w tym fagocytów.

Które komórki układu odpornościowego pełnią podobne funkcje i w jaki sposób niepełna fagocytoza wpływa na narządy i tkanki oraz co z tego wynika?

Oprócz makrofagów istnieje kilka innych typów komórek lub nawet bliskich krewnych tych komórek w innych narządach, które pełnią podobne funkcje fagocytozy (wychwytywania i przetwarzania mikroorganizmów i ich cząstek) w różnych tkankach organizmu, a także bardzo ważną funkcję modelowania, budowania, oczyszczania tkanek.

Dlaczego jest to dla nas bardzo ważne. Ponieważ funkcja budowania lub modelowania tkanek jest również upośledzona przez zjawisko zaburzonej fagocytozy. Niestrawione bakterie zaburzają działanie komórki i czasami zmieniają jej zachowanie, co ma duży wpływ na modelowanie lub budowanie różnych tkanek i funkcjonowanie całych układów organizmu. Komórki te są również ważne w utrzymaniu funkcji odpornościowych i obronie organizmu przed infekcjami. Wymieńmy niektóre z nich:

Neutrofile: Są najczęstszymi rodzajami białych krwinek i odgrywają kluczową rolę w zwalczaniu infekcji bakteryjnych. Neutrofile żyją tylko kilka godzin do kilku dni i mają ograniczoną żywotność. Umierają w procesie zwalczania infekcji. Neutrofile migrują do miejsc zapalenia i infekcji, gdzie aktywnie fagocytują i niszczą mikroorganizmy. Komórki te można nazwać «komórkami kamikadze». Wynika to z faktu, że podstawową funkcją neutrofili jest fagocytoza, tj. wychwytywanie i pochłanianie bakterii, wirusów i innych patogenów, ale wykonują one to zadanie kosztem własnej śmierci, tworząc zewnątrzkomórkowe pułapki neutrofili (NET), które pozwalają im wychwytywać i niszczyć patogeny. Kiedy neutrofile umierają, zawartość ich granulek-substancje o działaniu antybiotycznym — jest uwalniana, a ponadto sieć własnego DNA komórki (NETs, neutrophil extracellular tracts) jest rozproszona, aby przyciągnąć pobliskie bakterie teraz jeszcze bardziej widoczne dla makrofagów. Neutrofile często poświęcają się w walce z infekcją, a ich aktywność pociąga za sobą intensywny stan zapalny. To one wydzielają mediatory stanu zapalnego, takie jak cytokiny i leukotrieny, co powoduje zaczerwienienie, obrzęk i bolesność w miejscu infekcji.

Eozynofile: Eozynofile są również rodzajem białych krwinek. Odgrywają one rolę w zwalczaniu infekcji pasożytniczych i stanów zapalnych związanych z reakcjami alergicznymi. Główne funkcje eozynofili obejmują następujące:

Zwalczanie infekcji pasożytniczych: eozynofile są ważną częścią odpowiedzi immunologicznej organizmu na infekcje pasożytnicze.

Regulacja reakcji zapalnych: Pomagają kontrolować stan zapalny w organizmie poprzez uwalnianie mediatorów stanu zapalnego, takich jak histamina i leukotrieny. Odgrywają one rolę w regulacji reakcji alergicznych i astmy.

Udział w reakcjach alergicznych: Odgrywają rolę w reakcjach alergicznych, zwłaszcza reakcjach typu I (np. alergia na pyłki). Mogą być aktywowane przez bodźce alergiczne i uczestniczyć w procesach zapalnych.

Przebudowa tkanek: W niektórych przypadkach, takich jak przebudowa tkanek w płucach i innych narządach, eozynofile mogą odgrywać rolę w procesach regeneracji i naprawy.

Zaburzenia funkcji eozynofilów mogą mieć różne konsekwencje i mogą obejmować:

Eozynofilia: to stan, w którym poziom eozynofilów we krwi jest podwyższony. Może być związana z różnymi schorzeniami, w tym alergiami, infekcjami pasożytniczymi i niektórymi chorobami autoimmunologicznymi. Niekontrolowana aktywacja i akumulacja eozynofilów może być związana z chorobami alergicznymi, takimi jak astma i atopowe zapalenie skóry.

Monocyty: Monocyty to rodzaj białych krwinek, które mogą migrować do miejsc zapalenia i różnicować się w makrofagi po wniknięciu do tkanki. Pełnią one również funkcję fagocytozy i pomagają eliminować infekcje.

Mikroglej: Mikroglej to rodzaj makrofagów występujących w ośrodkowym układzie nerwowym. Odgrywają one ważną rolę w utrzymaniu obrony immunologicznej mózgu i rdzenia kręgowego poprzez usuwanie martwych komórek i innych cząstek. Kiedy komórki te ulegają uszkodzeniu, proces modelowania sieci neuronowej w mózgu zostaje zakłócony, co bezpośrednio wpływa na zachowanie, poziom neuroprzekaźników (serotoniny, dopaminy, glicyny...) i prowadzi do zaburzeń funkcjonowania mózgu, zaburzenia ze spektrum autyzmu lub zespół PANDAS, w którym kluczową rolę odgrywają antygeny paciorkowców hemolitycznych. Długotrwałe utrzymywanie się infekcji wewnątrzkomórkowych w mikrogleju mózgu prowadzi ostatecznie do chorób zwyrodnieniowo-dystroficznych mózgu, takich jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera.

Komórki Kupffera: Komórki Kupffera są wyspecjalizowanymi fagocytami, co oznacza, że mogą pochłaniać i niszczyć mikroorganizmy, bakterie, stare i uszkodzone komórki we krwi oraz inne cząsteczki antygenów, które krążą we krwi. Odgrywają one ważną rolę w oczyszczaniu krwi z patogenów i toksyn. Pomagają regulować odpowiedź immunologiczną organizmu. Mogą one wydzielać różne cytokiny, które wpływają na aktywację innych komórek odpornościowych. Wspomagają w ten sposób kontrolę reakcji zapalnych i immunologicznych. Są one również zaangażowane w tworzenie żółci, która jest ważnym procesem trawienia i usuwania toksyn z organizmu oraz biorą udział w modelowaniu tkanki wątroby. Jeśli komórki Kupffera nie funkcjonują prawidłowo, może to prowadzić do różnych chorób wątroby, takich jak zapalenie, marskość wątroby, hepatoza i inne. Zaburzenia funkcji komórek Kupffera mogą wywoływać przewlekłe stany zapalne, uszkodzenia wątroby z zaburzeniami jej funkcji, alergie, uczulenia organizmu i choroby skóry.

Osteoklasty: Osteoklasty to komórki odpowiedzialne za resorpcję (rozkład) kości. Pełnią one również funkcje fagocytozy, usuwając stare i uszkodzone komórki z tkanki kostnej. Gdy osteoklasty są zainfekowane przez infekcje takie jak erlichioza, może wystąpić predyspozycja do rozwoju procesów onkologicznych w tkance kostnej ze względu na fakt, że ten typ riketsji blokuje apoptozę komórek, a dotknięte komórki zaczynają się aktywnie namnażać bez ograniczania liczby podziałów.

Blokowanie apoptozy (samolikwidacji komórki)

Innym problemem dla komórek w naszym organizmie jest blokowanie apoptozy (samolikwidacji komórki) przez wirusy lub bakterie. Zaburzenie to może mieć poważne konsekwencje dla organizmu i może być niebezpieczne z kilku powodów:

Zwiększona replikacja patogenów: apoptoza komórek często służy jako mechanizm obronny organizmu poprzez niszczenie zainfekowanych komórek. Jeśli patogen blokuje ten proces, zainfekowane komórki pozostają żywe i nadal się namnażają, nasilając i rozprzestrzeniając infekcję. Może to prowadzić do przewlekłej infekcji, w której patogen pozostaje w organizmie przez długi czas i powoduje ciągłą reakcję zapalną. Prowadzi to do uszkodzenia tkanek i rozwoju przewlekłej choroby.

Unikanie przez układ odpornościowy: Jeśli zainfekowane komórki nie ulegają apoptozie, układ odpornościowy ma mniejszą zdolność do wykrywania i niszczenia zainfekowanych komórek, ponieważ apoptozie często towarzyszy uwalnianie cząsteczek sygnalizacyjnych, które przyciągają komórki odpornościowe.

Rozwój nowotworów: Zablokowanie apoptozy może sprzyjać gromadzeniu się uszkodzonych lub zmutowanych komórek, co zwiększa ryzyko rozwoju nowotworów i raka.

Jeśli chodzi o wirusy, niektóre z nich mogą blokować apoptozę, aby zapewnić sobie przetrwanie i replikację w zainfekowanych komórkach. Przykładami takich wirusów są wirus opryszczki, wirus zapalenia wątroby typu B i C oraz ludzki wirus niedoboru odporności (HIV).

Jeśli chodzi o bakterie, niektóre z nich również mogą wpływać na apoptozę komórek gospodarza. Na przykład bakteria Chlamydia trachomatis blokuje apoptozę komórek gospodarza, aby zapewnić sobie przetrwanie i replikację w zainfekowanych komórkach.

Blokada apoptozy jest strategią przetrwania patogenów, a jej zrozumienie jest niezbędne do opracowania terapii leczenia i przeciwdziałania infekcjom.

Podsumowanie:

Układ odpornościowy i patogeny to odwieczni wrogowie nie do pogodzenia w ciągłej walce o przetrwanie gatunku. Chociaż ludzki układ odpornościowy jest doskonałym produktem setek tysięcy lat ewolucji, jego wrogowie również ewoluowali i przystosowali się w drodze koewolucji, poznali wszystkie jego mechanizmy i nauczyli się je oszukiwać i manipulować nimi dla własnego przetrwania.

Mimikra molekularna, maskowanie, ukryta obecność i sabotaż to kluczowe mechanizmy, dzięki którym patogeny znajdują sposoby na omijanie odpowiedzi immunologicznej. Niemniej jednak układ odpornościowy pozostaje potężnym narzędziem w walce z infekcjami.

W dłuższej perspektywie zrozumienie tych procesów pomoże nam skuteczniej zwalczać infekcje i tworzyć innowacyjne terapie.