Informatie

12.1: Een overzicht van aangeboren en adaptieve immuniteit - biologie


leerdoelen

  1. Vergelijk adaptieve (verworven) immuniteit met aangeboren immuniteit.
  2. Definieer het volgende:
    1. antigeen
    2. immunogeen
    3. epitoop
    4. humorale immuniteit
    5. celgemedieerde immuniteit

Zoals vermeld in Unit 5, heeft het lichaam twee immuunsysteem: aangeboren immuniteit en adaptieve immuniteit. Unit 5 behandelde aangeboren immuniteit. In Unit 6 zullen we adaptieve immuniteit behandelen. Laten we eerst nog eens kort de verworven en aangeboren immuniteit vergelijken.

Aangeboren immuniteit

Aangeboren immuniteit is een antigeen-niet-specifiek verdedigingsmechanisme dat een gastheer onmiddellijk of binnen enkele uren na blootstelling aan bijna elke microbe gebruikt. Dit is de immuniteit waarmee iemand wordt geboren en is de eerste reactie van het lichaam om microben te elimineren en infectie te voorkomen. Aangeboren immuniteit kan worden onderverdeeld in onmiddellijke aangeboren immuniteit en vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit.

Onmiddellijke aangeboren immuniteit begint 0 - 4 uur na blootstelling aan een infectieus agens en omvat de werking van oplosbare voorgevormde antimicrobiële moleculen die in het bloed circuleren, die worden aangetroffen in extracellulaire weefselvloeistoffen, en worden uitgescheiden door epitheelcellen. Deze omvatten: antimicrobiële enzymen en peptiden; complement systeem eiwitten; en anatomische barrières voor infectie, mechanische verwijdering van microben en bacterieel antagonisme door normale florabacteriën. Deze voorgevormde aangeboren verdedigingsmoleculen zullen later in deze eenheid in meer detail worden besproken.

Vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit begint 4 - 96 uur na blootstelling aan een infectieus agens en omvat de rekrutering van afweercellen als gevolg van pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMPS-binding aan patroonherkenningsreceptoren of PRR's. Deze gerekruteerde afweercellen omvatten: fagocytische cellen: leukocyten zoals neutrofielen, eosinofielen en monocyten; weefselfagocytische cellen in het weefsel zoals macrofagen; cellen die ontstekingsmediatoren afgeven: ontstekingscellen in het weefsel zoals macrofagen en mestcellen; leukocyten zoals basofielen en eosinofielen; en natuurlijke killercellen (NK-cellen).

In tegenstelling tot adaptieve immuniteit herkent aangeboren immuniteit niet elk mogelijk antigeen. In plaats daarvan is het ontworpen om moleculen te herkennen die worden gedeeld door groepen verwante microben die essentieel zijn voor het overleven van die organismen en die niet worden geassocieerd met zoogdiercellen. Deze unieke microbiële moleculen worden pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMPS genoemd en omvatten LPS van de gramnegatieve celwand, peptidoglycaan en lipotechoïnezuren van de grampositieve celwand, de suikermannose (een eindsuiker die veel voorkomt in microbiële glycolipiden en glycoproteïnen, maar zeldzaam bij mensen), bacterieel en viraal niet-gemethyleerd CpG-DNA, bacterieel flagelline, het aminozuur N-formylmethionine gevonden in bacteriële eiwitten, dubbelstrengs en enkelstrengs RNA van virussen en glucanen van celwanden van schimmels. Bovendien werken unieke moleculen die worden weergegeven op gestresste, beschadigde, geïnfecteerde of getransformeerde menselijke cellen ook als PAMPS. (Omdat alle microben, niet alleen pathogene microben, PAMP's bezitten, worden pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen soms microbe-geassocieerde moleculaire patronen of MAMP's genoemd.)

De meeste lichaamsverdedigingscellen hebben patroonherkenningsreceptoren of PRR's voor deze veelvoorkomende PAMPS (Figuur (PageIndex{1})) en dus is er een onmiddellijke reactie tegen het binnendringende micro-organisme. Pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen kunnen ook worden herkend door een reeks oplosbare patroonherkenningsreceptoren in het bloed die functioneren als opsoninen en de complementroutes initiëren. In totaal wordt gedacht dat het aangeboren immuunsysteem ongeveer 10 procent herkent3 van deze microbiële moleculaire patronen.

Voor meer informatie: Leukocyten van Unit 5

Voorbeelden van aangeboren immuniteit zijn onder meer anatomische barrières, mechanische verwijdering, bacterieel antagonisme, niet-antigeen-specifieke afweerchemicaliën, de complementroutes, fagocytose, ontsteking, koorts en de acute-fasereactie. In deze huidige unit zullen we elk van deze in meer detail bekijken.

Adaptieve immuniteit

Adaptieve (verworven) immuniteit verwijst naar antigeenspecifieke afweermechanismen die enkele dagen nodig hebben om beschermend te worden en zijn ontworpen om te reageren met een specifiek antigeen en dit te verwijderen. Dit is de immuniteit die men gedurende het hele leven ontwikkelt. Er zijn twee hoofdtakken van de adaptieve immuunresponsen: humorale immuniteit en celgemedieerde immuniteit.

  1. humorale immuniteit: humorale immuniteit omvat de productie van antilichaammoleculen als reactie op een antigeen en wordt gemedieerd door B-lymfocyten.
  2. celgemedieerde immuniteit: Celgemedieerde immuniteit omvat de productie van cytotoxische T-lymfocyten, geactiveerde macrofagen, geactiveerde NK-cellen en cytokinen als reactie op een antigeen en wordt gemedieerd door T-lymfocyten.

Tijdens adaptieve immuniteit worden antigenen getransporteerd naar lymfoïde organen waar ze worden herkend door naïeve B-lymfocyten en T-lymfocyten. Deze geactiveerde B- en T-lymfocyten prolifereren en differentiëren vervolgens tot effectorcellen. Een antigeen wordt gedefinieerd als een stof die reageert met antilichaammoleculen en antigeenreceptoren op lymfocyten. Een immunogeen is een antigeen dat door het lichaam wordt herkend als niet-zelf en een adaptieve immuunrespons stimuleert. Voor de eenvoud zullen we de term antigeen gebruiken wanneer we verwijzen naar zowel antigenen als immunogenen. De eigenlijke delen of fragmenten van een antigeen die reageren met antilichamen en lymfocytreceptoren worden epitopen genoemd. Over het algemeen wordt aangenomen dat de grootte van een epitoop gelijk is aan 5-15 aminozuren in het geval van eiwitantigenen (Figuur (PageIndex{2})); 3-4 suikerresiduen in het geval van polysacharide-antigenen (Figuur (PageIndex{3})).

Voor meer informatie: Antigenen en immunogenen

Voor meer informatie: Antilichamen van Unit 6

Het lichaam herkent een antigeen als vreemd wanneer epitopen van dat antigeen binden aan epitoopspecifieke receptormoleculen op het oppervlak van B-lymfocyten en/of T-lymfocyten. De epitoopreceptor op het oppervlak van een B-lymfocyt wordt een B-celreceptor (BCR) genoemd en is eigenlijk een antilichaammolecuul. De receptor op een T-lymfocyt wordt een T-celreceptor (TCR) genoemd.

  • B-celreceptoren (BCR's) kunnen direct binden aan epitopen op peptide-, eiwit-, polysacharide-, nucleïnezuur- en lipide-antigenen (Figuur (PageIndex{4})).
  • T-celreceptoren (TCR's) van de meeste T4-lymfocyten en T8-lymfocyten kunnen alleen peptide-epitopen herkennen van eiwitantigenen die door de lichaamseigen cellen worden gepresenteerd door middel van speciale moleculen die MHC-moleculen worden genoemd (Figuur (PageIndex{4})) .

Er wordt geschat dat het menselijk lichaam het vermogen heeft om 10 . te herkennen7 of meer verschillende epitopen en tot 109 verschillende antilichamen, elk met een unieke specificiteit. Om dit immense aantal verschillende epitopen te herkennen, produceert het lichaam 107 of meer verschillende klonen van zowel B-lymfocyten als T-lymfocyten, elk met een unieke B-celreceptor of T-celreceptor. Onder deze grote verscheidenheid aan B-celreceptoren en T-celreceptoren is er ongetwijfeld één die een epitoopbindingsplaats heeft die in staat is om, althans tot op zekere hoogte, te passen bij elk antigeen dat het immuunsysteem uiteindelijk tegenkomt. Met de adaptieve immuunresponsen is het lichaam in staat om elk denkbaar antigeen te herkennen dat het uiteindelijk kan tegenkomen.

Het nadeel van de specificiteit van adaptieve immuniteit is dat slechts een paar B-cellen en T-cellen in het lichaam een ​​epitoop herkennen. Deze paar cellen moeten zich vervolgens snel vermenigvuldigen om voldoende cellen te produceren om een ​​effectieve immuunrespons op te bouwen tegen dat specifieke epitoop, en dat duurt meestal enkele dagen. Gedurende deze tijd kan de ziekteverwekker aanzienlijke schade aanrichten en daarom is aangeboren immuniteit ook essentieel.

Adaptieve immuniteit verbetert meestal bij herhaalde blootstelling aan een bepaalde infectie en omvat het volgende:

  • antigeenpresenterende cellen (APC's) zoals macrofagen en dendritische cellen;
  • de activering en proliferatie van antigeenspecifieke B-lymfocyten;
  • de activering en proliferatie van antigeenspecifieke T-lymfocyten; en
  • de productie van antilichaammoleculen, cytotoxische T-lymfocyten (CTL's), geactiveerde macrofagen en cytokinen.

Verworven immuniteit omvat zowel humorale immuniteit als celgemedieerde immuniteit en zal het onderwerp zijn van Unit 5.

We zullen nu de adaptieve immuniteit nader bekijken.

Samenvatting

  1. Het lichaam heeft twee afweersystemen: het aangeboren immuunsysteem en het adaptieve immuunsysteem.
  2. Aangeboren immuniteit is een antigeen-niet-specifiek verdedigingsmechanisme dat een gastheer onmiddellijk of binnen enkele uren na blootstelling aan bijna elke microbe gebruikt.
  3. Aangeboren immuniteit is de immuniteit waarmee iemand wordt geboren en is de eerste reactie van het lichaam om microben te elimineren en infectie te voorkomen.
  4. Onmiddellijke aangeboren immuniteit begint 0 - 4 uur na blootstelling aan een infectieus agens en omvat de werking van oplosbare voorgevormde antimicrobiële moleculen die circuleren in het bloed en in extracellulaire weefselvloeistoffen.
  5. Vroeg geïnduceerde aangeboren immuniteit begint 4 - 96 uur na blootstelling aan een infectieus agens en omvat de rekrutering van afweercellen als gevolg van pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen of PAMPS-binding aan patroonherkenningsreceptoren of PRR's.
  6. Adaptieve (verworven) immuniteit verwijst naar antigeenspecifieke afweermechanismen die enkele dagen nodig hebben om beschermend te worden en zijn ontworpen om te reageren met een specifiek antigeen en dit te verwijderen.
  7. Adaptieve immuniteit is de immuniteit die men gedurende het hele leven ontwikkelt.
  8. Een antigeen wordt gedefinieerd als een stof die reageert met antilichaammoleculen en antigeenreceptoren op lymfocyten.
  9. De eigenlijke delen of fragmenten van een antigeen die reageren met antilichamen en lymfocytreceptoren worden epitopen genoemd.

Immuniteit

Invoering

Immuniteit is een uitgebreid onderwerp, een eigen encyclopedie waardig. Hier kunnen we het veld niet in detail samenvatten, maar zullen de belangrijkste concepten identificeren. Deze concepten omvatten (1) het verschil tussen aangeboren en verworven immuniteit en hoe ze zich tot elkaar verhouden (2) de noties van specificiteit en immuungeheugen (3) de soms antagonistische concepten van zelf en gevaar en (4) de wederzijds gedefinieerde ideeën van een antigeen en zijn receptor. Dit artikel zal de microbioloog niet wapenen met een schat aan informatie, het klassieke doel van een encyclopedie, maar met een basis van begrip waarmee hij de grotere literatuur over immuniteit kan lezen.

Het woord ‘immuniteit’ is afgeleid van het Latijn immunitas, de juridische status van Romeinse stadstaten verleende immuniteit van het betalen van eerbetuigingen aan Rome of aan personen die zijn vrijgesteld van gemeentelijke taken de wortel München verwijzend naar wisselgeld en (ruil)goederen. Dit is de directe oorsprong van de juridische betekenis van 'immuniteit tegen vervolging', maar in de eerste eeuw, Lucan (De Bello Civile) had het woord al metaforisch gebruikt om de Psylli van Noord-Afrika te beschrijven als immuun voor de beten van giftige slangen. Biologische immuniteit kan verwijzen naar constitutieve fysieke aangeboren mechanismen, zoals de fysieke bescherming die wordt geboden tegen infectie door de huid, de activiteit van natural killer (NK)-cellen tegen met virus geïnfecteerde cellen, of de natuurlijke weerstand van muizen tegen difterietoxine vanwege de afwezigheid van een receptor voor dat toxine. Immuniteit kan ook aangeboren maar induceerbaar zijn, zoals in de antivirale toestand die wordt veroorzaakt door blootstelling aan dubbelstrengs RNA (dsRNA). Ten slotte kan immuniteit tegen specifieke microben worden verkregen tijdens het leven van het individu door infectie of vaccinatie.

De oorsprong van immunologie als wetenschap is in de oudheid verloren gegaan, maar is altijd fundamenteel verbonden geweest met microbiologie. Het was zeker vóór het begin van de gewone tijdrekening bekend dat overlevenden van bepaalde plagen (misschien pokken) immuun waren voor herhaling ervan. Dergelijke waarnemingen werden onzeker gemaakt door onnauwkeurige diagnoses van de ziekte, maar waren zo ver gevorderd dat tegen het einde van het eerste millennium, Chinese en hindoeïstische genezers uit de gewone tijdrekening zich bewust waren van de werkzaamheid van de homeopathische praktijk van insufflatie, waarbij korstjes in poedervorm van de getroffenen werden door rietjes in de longen van gezonde individuen geblazen. Deze observatie bracht deze oude artsen tot een fundamenteel inzicht in verworven immuniteit - een eigenschap van de zieke zou langdurige en specifieke bescherming kunnen veroorzaken bij naïeve individuen. Eeuwen van observaties en herconceptualiseringen over de specificiteit van deze bescherming leidden tot Fracastoro's veertiende-eeuwse kiemtheorie van infectieziekten, die stelde dat infectieziekten werden veroorzaakt door ziektespecifieke agentia. Dit kernconcept kreeg eind 18e eeuw een kleine klap, toen Jenner ontdekte dat vaccinatie met koepokken bescherming bood tegen de verschillende, maar nauw verwante ziekte pokken. De successen van zowel variolatie als vaccinatie waren echter de aanleiding voor de opzettelijke experimenten van Pasteur in de volgende eeuw om verzwakte vaccins en een moderne versie van de specifieke kiemtheorie van infectieziekten te ontwikkelen. De moderne concepten van verworven immuniteit stellen dat geïnduceerde bescherming specifiek is voor elk infectieus agens, maar erkennen specificiteit op het niveau van moleculen in plaats van microben, wat kruisreactiviteit en zelfreactiviteit (auto-immuniteit) mogelijk maakt.


Wat is aangeboren immuniteit?

Het aangeboren immuunsysteem, ook bekend als het niet-specifieke immuunsysteem, is het deel van het immuunsysteem dat de eerste lijn van immunologische verdediging tegen infectie biedt. De moleculen en receptoren van het immuunsysteem bieden een breed scala aan bescherming. In feite is het de natuurlijke immuniteit van alle planten en dieren. Het genereert een diverse reeks moleculen die vrijwel elke binnendringende ziekteverwekker kunnen herkennen.

Figuur 01: Aangeboren immuuncellen

Kortom, de eerste reactie is traag en zeer specifiek voor binnendringende ziekteverwekkers. De reactie op een tweede aanval is echter sneller en vormt de basis voor vaccins. Het aangeboren immuunsysteem omvat verschillende cellen zoals eosinofielen, monocyten, macrofagen, natuurlijke killercellen, tor-achtige receptoren (TLR's) en een reeks oplosbare mediatoren zoals het complementsysteem.


Interne verdediging

Wanneer ziekteverwekkers het lichaam binnenkomen, reageert het aangeboren immuunsysteem met een verscheidenheid aan interne afweermechanismen. Deze omvatten de ontstekingsreactie, fagocytose, natuurlijke killercellen en het complementsysteem. Witte bloedcellen in het bloed en de lymfe herkennen ziekteverwekkers als lichaamsvreemd. Een witte bloedcel is groter dan een rode bloedcel, is genucleëerd en kan doorgaans bewegen met behulp van amoeboïde motoriek. Omdat ze zelfstandig kunnen bewegen, kunnen witte bloedcellen het bloed verlaten om naar geïnfecteerde weefsels te gaan. Een monocyt is bijvoorbeeld een type witte bloedcel die in het bloed en de lymfe circuleert en zich ontwikkelt tot een macrofaag nadat deze in geïnfecteerd weefsel is terechtgekomen. Een macrofaag is een grote cel die vreemde deeltjes en ziekteverwekkers opslokt. Mestcellen worden op dezelfde manier geproduceerd als witte bloedcellen, maar in tegenstelling tot circulerende witte bloedcellen, nemen mestcellen hun intrek in bindweefsel en vooral mucosale weefsels. Ze zijn verantwoordelijk voor het vrijgeven van chemicaliën als reactie op lichamelijk letsel. Ze spelen ook een rol bij de allergische reactie, die later in dit hoofdstuk zal worden besproken.

Wanneer een ziekteverwekker als vreemd wordt herkend, komen chemicaliën, cytokinen genaamd, vrij. Een cytokine is een chemische boodschapper die celdifferentiatie (vorm en functie), proliferatie (productie) en genexpressie reguleert om een ​​verscheidenheid aan immuunresponsen te produceren. Er bestaan ​​ongeveer 40 soorten cytokinen bij de mens. Naast het vrijkomen van witte bloedcellen na herkenning van pathogenen, worden cytokinen ook vrijgegeven door de geïnfecteerde cellen en binden ze aan nabijgelegen niet-geïnfecteerde cellen, waardoor die cellen ertoe worden aangezet cytokinen af ​​te geven. Deze positieve feedbacklus resulteert in een uitbarsting van cytokineproductie.

Een klasse van vroegwerkende cytokinen zijn de interferonen, die door geïnfecteerde cellen worden afgegeven als een waarschuwing voor nabijgelegen niet-geïnfecteerde cellen. Een interferon is een klein eiwit dat een virale infectie naar andere cellen signaleert. De interferonen stimuleren niet-geïnfecteerde cellen om verbindingen te produceren die de virale replicatie verstoren. Interferonen activeren ook macrofagen en andere cellen.


Immuunsysteem

De lucht, het water, het voedsel en de oppervlakken om ons heen zijn bevolkt met micro-organismen. Sommige zijn vrij onschadelijk, sommige zijn nuttig en een percentage ervan is behoorlijk gevaarlijk. Die laatste groep kan ernstige ziekten veroorzaken die ons lichaam kunnen beschadigen, van een simpele verkoudheid tot voedselvergiftiging. Maar gelukkig worden de meeste mensen niet snel ziek. Ze hebben verschillende defensieve barrières op hun plaats. Naast deze barrières is er een complex verdedigingssysteem dat potentieel schadelijke organismen actief vernietigt via verschillende mechanismen. Het heet de immuunsysteem.

Laten we ons voorstellen dat er buiten een smerig micro-organisme is dat echt in ons lichaam wil komen. Er zijn zoveel cellen die kunnen worden binnengedrongen en in zijn voordeel kunnen worden gebruikt, en ons bloed heeft allerlei voedingsstoffen waar een parasiet gewoon voor zou sterven. Maar om die schatten van ons te bereiken, moet hij er eerst in. En dat is niet zo eenvoudig. Zelfs voordat het het immuunsysteem tegenkomt, moet het de aanwezige passieve barrières overwinnen.

Eerste verdedigingslinie: huid, enzymen en zuren

Kijk naar jezelf in de spiegel. Ons hele lichaam is bedekt met een complexe structuur die de huid wordt genoemd. Het heeft meerdere lagen en is zeer moeilijk door te dringen. Je hebt een speciaal instrument nodig om de huid te breken, bijvoorbeeld een slurf van een mug, een klauw of een steek. Dan kunnen de micro-organismen mogelijk binnendringen.

Ons gezicht heeft verschillende potentiële toegangspunten voor ziekteverwekkers. De mond en het oog kunnen typische voorbeelden zijn. Het oog is een zeer complexe structuur en sommige van de meest delicate componenten worden constant aan de buitenkant blootgesteld - zodat we kunnen zien. En de mond is natuurlijk een plaats waar het voedsel binnenkomt. En met voedsel kunnen ook allerlei soorten micro-organismen binnendringen. Maar er is een oplossing! In gebieden waar het lichaam geen dikke barrières kan vormen, gebruikt het chemie. Onze tranen en ons speeksel hebben een speciaal enzym dat bacteriën zeer effectief kan doden. Het heet lysozym. Ons speeksel bevat ook spijsverteringsenzymen die zowel kunnen helpen bij het verteren van het voedsel als de bacteriën die het mogelijk kan bevatten.

Als je ze niet kunt vernietigen, houd ze dan vast. Deze aanpak wordt zeer effectief gebruikt in onze neuzen en onze oren. De slijmvliezen in onze neus produceren een complexe stof genaamd slijm. Het omringt het stof en de potentiële ziekteverwekkers en dan kunnen we ze allemaal elimineren als we niezen. De cellen in onze oren gebruiken een vergelijkbare benadering - ze produceren oorsmeer. Het omringt ook alle vreemde voorwerpen en dan kunnen ze allemaal gemakkelijk worden geëlimineerd.

Zelfs als een micro-organisme de moeilijke omgeving van onze mond heeft overleefd, kan het mogelijk later worden vernietigd. Wanneer we voedsel verteren, is de maag gevuld met extreem actief zuur. De meeste micro-organismen kunnen het niet overleven.

Maar ondanks die effectieve mechanische en chemische barrières komen de ziekteverwekkers nog steeds in ons lichaam. Ze hebben verschillende manieren om onze muren te overwinnen. En dat is waar de tweede verdedigingslinie op hen wacht: ons immuunsysteem.

Het leger achter de muur: het immuunsysteem

Ons immuunsysteem is uniek. In de meeste systemen van ons lichaam hebben we een keten van organen, waarbij elk orgaan zijn eigen specifieke functie heeft. Het immuunsysteem is anders georganiseerd. Het is verspreid over ons lichaam. En de belangrijkste drijfveren zijn geen organen, maar immuuncellen. En deze immuuncellen vervullen op hun beurt verschillende functies:

  • ziekteverwekkers vernietigen
  • vernietig geïnfecteerde, beschadigde en oude cellen
  • potentiële kankercellen vernietigen
  • antistoffen produceren
  • produceren antitoxines

Zoals je kunt zien, vernietigen immuuncellen niet alleen potentiële vreemde organismen, ze ondersteunen ook de integriteit van het lichaam - de homeostase.

Onze immuuncellen worden ook wel witte bloedcellen. Er zijn verschillende soorten immuuncellen en ze worden allemaal geproduceerd in de beenmerg van speciaal stamcellen. Deze cellen worden ook wel hematopoëtisch, omdat ze het startpunt zijn voor de productie van alle cellen in het bloed – rode bloedcellen en witte bloedcellen.

Hoewel er meerdere soorten immuuncellen zijn, kunnen ze worden gegroepeerd in twee hoofdafdelingen, afhankelijk van de manier waarop en hoe ze reageren op de invasie: er zijn aangeboren immuniteitscellen en adaptieve immuniteitscellen.

Voorbeelden van aangeboren en adaptieve immuniteitscellen

Hoe zijn zij verschillend?

Aangeboren immuniteit: eerstehulpverleners

De cellen van aangeboren immuniteit zijn de eersten ter plaatse. Ze zijn als patrouille officieren. Ze circuleren in onze bloedbaan, zijn aanwezig in onze lymfeklieren en zelfs in onze longen. Er zijn verschillende belangrijke aangeboren immuniteitscellen:

  • macrofagen
  • neutrofielen
  • dendritische cellen

Macrofagen en neutrofielen zijn fagocytisch cellen. Nadat ze de indringer hebben geïdentificeerd, omringen ze hem en gebruiken speciale enzymen en waterstofperoxide om hem te vernietigen. Dit proces heet fagocytose.

Het proces van fagocytose

Dendritische cellenzijn op hun beurt geen krijgers. Maar ze zijn ook heel belangrijk. Ze nemen stukjes van de binnendringende bacteriën of virussen op en duwen ze naar hun celmembranen, zodat de receptoren van andere cellen ermee kunnen interageren. Dit proces heet antigeen presenteren.

Alles kan een antigeen – een vreemd molecuul, een molecuul van het lichaam zelf, of zelfs een hele ziekteverwekker zoals een virus. En het is belangrijk om het aan andere cellen te "presenteren" vanwege een zeer interessant mechanisme dat ons immuunsysteem heeft. Zie je, de aangeboren immuuncellen zijn alleen geïnteresseerd als het object dat ze ontmoeten vreemd is of niet. Ze onderscheiden alleen "zelf" van "niet-zelf". Ze zijn niet-specifiek. Maar de cellen van adaptieve immuniteit weten precies met wie ze te maken hebben.

Adaptieve immuniteit: speciale troepen

De cellen van het adaptieve immuniteitssysteem worden genoemd: lymfocyten. Er zijn twee hoofdtypen lymfocyten. Elk type zet zijn eigen specifieke verdediging op tegen de binnenvallende vijand.

Als een dendritische cel zijn stukje van een antigeen naar een T-lymfocyt, of een T-cel, het zou beginnen als cellulaire immuniteit antwoord. T-cellen hebben specifieke receptoren op hun oppervlak. Elke specifieke T-cel heeft receptoren voor delen van een specifieke bacterie, virus of ander agens. Dus wanneer een dendritische cel zijn antigeen vertoont, stromen T-cellen met geschikte receptoren naar het infectiegebied. Vervolgens vernietigen ze de betreffende bacteriën of geïnfecteerde cellen.

Als onze antigeen presenterende cel zou gaan naar een ander type lymfocyt genaamd de B-lymfocyt of een B-cel, het zou triggeren humorale immuniteit antwoord. B-cellen doden niet direct. Ze produceren specifieke eiwitten die zich stevig aan de ziekteverwekker kunnen hechten antistoffen. Nogmaals, er zijn specifieke antilichamen die alleen reageren met specifieke organismen. Ze zijn niet universeel. Wanneer het organisme is "gemarkeerd" met antilichamen, is het veel gemakkelijker om te doden en te vernietigen.

Het mooie van adaptieve immuniteit is het feit dat als ze ooit een bepaald infectieagens tegenkomen, ze het zich zouden herinneren. En als het opnieuw probeert binnen te vallen, zullen ze de verdediging twee keer zo snel beklimmen en het snel opruimen. Dat is de reden waarom we zeggen dat we immuniteit hebben tegen rode hond of waterpokken - zodra we deze specifieke ziekte hebben gehad, wordt de informatie opgeschreven door onze immuuncellen. En de volgende keer zouden ze hetzelfde virus gemakkelijk elimineren.

Ditzelfde principe zit achter vaccinaties. Een vaccin bevat delen van bepaalde virussen en bacteriën. Ze zijn zwak genoeg om geen echte ziekte te veroorzaken, maar vreemd genoeg om onze immuuncellen te dwingen antilichamen tegen hen te produceren. En wanneer we de infectie daadwerkelijk tegenkomen, zouden we het ofwel helemaal niet hebben, of we zouden slechts een milde ziekte hebben, geen volledige ziekte met veel complicaties.

Gelukkig is ons lichaam niet zo gemakkelijk te vernietigen. Maar we moeten ook niet vergeten dat door het op elke mogelijke manier te ondersteunen - voedzame maaltijden te eten, schoon en fit te blijven - we het helpen zichzelf beter te verdedigen.

Referenties en verder lezen:

[4.] Janeway, C.A. et al. (2001) Immunobiologie: het immuunsysteem in gezondheid en ziekte. 5e editie. New York. Garlandwetenschap, 2001.


Fysische en chemische barrières

De aangeboren immuunrespons heeft fysieke en chemische barrières die de eerste verdedigingslinie vormen tegen infectieuze pathogenen.

Leerdoelen

Beschrijf fysieke en chemische barrières in de aangeboren immuunrespons

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • De huid, of het epitheeloppervlak, dient als de primaire barrière tegen microbiële toegang tot het lichaam. Huidschilfers, uitdroging en de zuurgraad van de huid dienen allemaal om vreemde ziekteverwekkers los te maken of te doden.
  • Openingen zoals de ogen en mond, die niet door de huid worden bedekt, hebben andere mechanismen waardoor ze voorkomen dat tranen binnendringen, microben wegspoelen, terwijl trilhaartjes in de neusholtes en luchtwegen slijm (dat ziekteverwekkers vasthoudt) uit het lichaam duwen.
  • Er bestaan ​​ook veel chemische barrières zodra ziekteverwekkers de buitenste fysieke barrières passeren. De zuurgraad van de maag zorgt ervoor dat er maar weinig organismen die met voedsel aankomen het spijsverteringsstelsel overleven.

Sleutelbegrippen

  • cilium: een haarachtig organel dat uitsteekt uit een eukaryote cel (zoals een eencellig organisme of een cel van een meercellig organisme), dat dient voor voortbeweging door te bewegen of als sensoren
  • microbicide: werking om de besmettelijkheid van microben te verminderen

Fysische en chemische barrières

Het immuunsysteem omvat zowel aangeboren als adaptieve immuunresponsen. Aangeboren immuniteit komt van nature voor als gevolg van genetische factoren of fysiologie. Het wordt niet geïnduceerd door infectie of vaccinatie, maar is constant beschikbaar om de werklast voor de adaptieve immuunrespons te verminderen. De adaptieve immuunrespons breidt zich in de loop van de tijd uit, slaat informatie op over eerdere infecties en bouwt pathogeen-specifieke verdedigingen op. Zowel de aangeboren als de adaptieve niveaus van de immuunrespons omvatten uitgescheiden eiwitten, receptor-gemedieerde signalering en ingewikkelde cel-naar-cel communicatie. Historisch gezien ontwikkelde het aangeboren immuunsysteem zich vroeg in de evolutie van dieren, ongeveer een miljard jaar geleden, als een essentiële reactie op infectie. Bij de aangeboren immuunrespons veroorzaakt elke pathogene dreiging een consistente reeks gebeurtenissen die het type pathogeen kunnen identificeren en ofwel de infectie onafhankelijk kunnen verwijderen of een zeer gespecialiseerde adaptieve immuunrespons kunnen mobiliseren.

Voordat er immuunfactoren worden geactiveerd, functioneert de huid (ook bekend als het epitheeloppervlak) als een continue, ondoordringbare barrière tegen potentieel infectieuze pathogenen. De huid wordt beschouwd als de eerste verdediging van het aangeboren immuunsysteem, het is de eerste van de niet-specifieke barrière-afweer. Ziekteverwekkers worden op de huid gedood of geïnactiveerd door uitdroging (uitdroging) en door de zuurgraad van de huid. Bovendien concurreren nuttige micro-organismen die naast elkaar op de huid voorkomen met binnendringende pathogenen, waardoor infectie wordt voorkomen. Afschilfering, of afbladderende huid, dient ook om organismen los te maken die zich aan het oppervlak van het lichaam hebben gehecht en wachten op binnenkomst. Gebieden van het lichaam die niet door de huid worden beschermd (zoals de ogen en slijmvliezen) hebben alternatieve verdedigingsmethoden. Deze omvatten tranen in de ogen slijmvliezen die gedeeltelijke bescherming bieden ondanks dat ze moeten worden opgenomen en uitgescheiden slijmafscheidingen die ziekteverwekkers opsluiten en wegspoelen en trilharen (enkelvoud cilium) in de neusholtes en luchtwegen die het slijm met de ziekteverwekkers uit de lichaam. Bovendien bevatten tranen en slijmafscheidingen microbicide factoren die voorkomen dat veel infecties via deze routes binnendringen.

Cilia van dichtbij: Cilia zijn een type organel dat wordt aangetroffen in eukaryote cellen. In het aangeboren immuunsysteem dienen ze om ziekteverwekkers via een gecoördineerde zwaaibeweging uit het ademhalingssysteem te verwijderen.

Ondanks deze barrières kunnen ziekteverwekkers het lichaam binnendringen via schaafwonden of puncties, of door zich in grote aantallen op slijmvliesoppervlakken te verzamelen die het slijm of de trilhaartjes overwinnen. Sommige pathogenen hebben specifieke mechanismen ontwikkeld waarmee ze fysieke en chemische barrières kunnen overwinnen.

Eenmaal binnen heeft het lichaam nog vele andere verdedigingsmechanismen, waaronder chemische barrières. Sommige hiervan omvatten de lage pH van de maag, die de groei van pathogenen remt, bloedeiwitten die bacteriële celmembranen binden en verstoren, en het proces van urineren, dat pathogenen uit de urinewegen spoelt. De bloed-hersenbarrière beschermt het zenuwstelsel ook tegen ziekteverwekkers die al in de bloedbaan zijn gekomen, maar zou aanzienlijk meer schade aanrichten als ze het centrale zenuwstelsel zouden binnendringen.


Onderdelen van het aangeboren immuunsysteem

Het aangeboren immuunsysteem omvat fysieke en anatomische barrières, evenals effectorcellen, antimicrobiële peptiden, oplosbare mediatoren en celreceptoren (tabel 1). Huid en slijmvlies zorgen voor een effectieve immuunbarrière tussen de interne en externe omgeving. De huid fungeert niet alleen als een fysieke barrière, maar ook als een chemisch schild. De meest buitenste laag van de opperhuid bestaat voornamelijk uit keratinocyten, die nauw verbonden zijn door desmosomen en ingebed zijn in een laag extracellulaire matrixeiwitten. Keratinocyten fungeren niet alleen als een fysieke barrière, maar brengen ook patroonherkenningsreceptoren (PRR's) tot expressie en zijn in staat cytokinen en antimicrobiële peptiden te produceren die op hun beurt respectievelijk een ontstekingscascade en microbiële vernietiging induceren (6,7). Bovendien produceren talgklieren die geassocieerd zijn met haarzakjes grote hoeveelheden vetzuren die een zure omgeving creëren die vijandig is voor micro-organismen. Slijmvliezen in de spijsverterings-, ademhalings- en urogenitale kanalen hebben een continu epitheel dat voorkomt dat micro-organismen de gastheer binnendringen. Bovendien produceren deze epitheelcellen antimicrobiële peptiden zoals defensines. De productie van defensines wordt ook versterkt door de werking van inflammatoire cytokinen, waaronder interleukine (IL)-1 en tumornecrosefactor-alfa (TNF-α) die worden geproduceerd door macrofagen en andere immuuncellen als reactie op binnendringende pathogenen (2,8 -11).

Tafel 1

Onderdelen van het aangeboren immuunsysteem.

Een storing in de epidermis kan leiden tot een ontoereikende reactie van de gastheer op een pathogeen of een aanhoudende ontstekingstoestand. Atopische dermatitis is de meest voorkomende inflammatoire huidaandoening. Het wordt gekenmerkt door afwijkingen in de huidbarrièrestructuren (d.w.z. stratum corneum en tight junctions), een robuuste TH2-respons op omgevingsantigenen, defecten in de aangeboren immuniteit en een veranderd microbioom. Veel van deze afwijkingen kunnen optreden als gevolg van epidermale disfunctie door patroonherkenningsreceptoren.

Epitheelcellen in de gastro-intestinale en respiratoire mucosa hebben trilhaartjes, een verlenging van het celoppervlak die het vermogen heeft om heen en weer te bewegen en zo de mucosa vrij te houden van slijm, stof en mogelijk binnendringende micro-organismen. Bovendien bevinden zich intra-epitheliale lymfocyten in de huid en het slijmvliesepitheel. Deze lymfocyten zijn voornamelijk gamma/delta T-lymfocyten (LT-γδ), die betrokken zijn bij de verdediging van de gastheer door middel van cytokineproductie, fagocytactivering en vernietiging van geïnfecteerde en tumorcellen. In dit compartiment bevindt zich een subpopulatie van B-lymfocyten (LB-1) die immunoglobuline M (IgM) afscheidt, ook wel natuurlijke antilichamen genoemd. Deze natuurlijke antilichamen beschermen tegen microbiële pathogenen door herkenning van sterk geconserveerde epitopen en oefenen ook homeostatische functies uit (2,10,11).

Structuur van en immunologische bedreiging voor de luchtwegen

Het menselijke ademhalingsapparaat bestaat uit neus, orofarynx, strottenhoofd, geleidende luchtwegen en het ademhalingsoppervlak. Ondanks dat het een volume van ongeveer 5 L bevat, is het totale ademhalingsoppervlak van de long groter dan 120 m 2 (12), wat meer dan 60 keer het lichaamsoppervlak is. This is due to the presence of millions of small alveoli, spheroid sacs at the terminal end of the conducting airways that provide an extremely thin epithelium. This is optimized for the diffusion of respiratory gases. A recent re-estimation of the total number of alveoli in the human lung represent 480 million units with a remarkably narrow size distribution that is around 4.2*106 /ml. This is equal to an alveolar radius of approximately 100 ml (13). There is continuous intense confrontation between the extensive surface of the respiratory tract and noxious airborne threats and potentially pathogenic microorganisms. As a result, the mucosal tissue in the nasal passages and oropharynx is always colonized by a multitude of bacteria.

An effective system of surveillance and cleaning has evolved in order to constantly monitor and maintain the sterility of the lung. This system is characterized by a unique design for the conducting airways and alveoli. Starting in the nose, a coarse filter consisting of hair and mucus will obstruct the entry of material exceeding a certain size limit. Combined with a rapid sneezing reflex, potentially hazardous or allergenic material will immediately be removed from the airways or trapped in the mucus. Despite being very sticky and viscous, the mucus also contains many antibiotic factors such as antimicrobial peptides or oxidizing enzymes (14). Thus, mucus not only constitutes a physical trap but also has considerable antibiotic properties. Specialized epithelial cells containing a ciliated surface line the airways. The design of an alveolus directly reflects its main function in the respiratory surface. It is covered by two types of alveolar epithelial cells (AECs), type I and type II. Type I AECs provide the thin respiratory surface of an alveolus. Type II AECs are almost round in appearance and contain the so-called lamellar bodies. They are storage sites for surfactant, a thin liquid film that is constantly produced by type II AECs (15). This film covers the entire surface of the alveolus and has important functions for the biology of the lung. AECs II are considered precursors for type I AECs and can replace them at sites of alveolar damage (16). Individual alveoli are separated from each other by thin septae, within which the capillaries of the pulmonary blood vessels flow. Alveoli are connected to each other by multiple holes within the septae, the so-called pores of Kohn. Immune cells recruited to the surface of alveoli can migrate through these pores (17).

Immunological control of alveolar integrity: Surfactant

Surfactant is a compound mixture of phospholipids (90%) and proteins (10%). An important physical effect of the thin surfactant layer is that it compresses cells lying under its surface very flat. In the conducting airways, surfactant surface forces transport particulate matter from the rigid surface (gel phase) of the surfactant layer into the more liquid underlying sol phase, which is in direct contact with the mucocilliary border of the epithelium. The presence of particles in the sol phase facilitates their mucocilliary transportation (18).

Surfactant contains four types of proteins (SP-A to SP-D) of which three have important immunological functions. Among them are the binding of bacterial lipopolysaccharide to or the direct absorption of surfactant proteins into the surface of pathogens. Surface binding of surfactant proteins can lead to pathogen aggregation and direct killing or the increase of the phagocytosis and killing activity of attached immune cells. In addition, surfactant proteins can also interfere with dendritic cell (DC) maturation or inhibit T cell proliferation and thus have an immunoregulatory function. Absence of surfactant proteins leads to the deviation of a protective T-helper 1 (Th1) towards a non-protective Th2 response during pulmonary hypersensitive reactions against Aspergillus antigens (19).

Effector molecules and microbicidal mechanisms of innate immunity

There are several chemical and enzymatic compounds capable of inhibiting and destroying microbial pathogens. These include: lysozyme, which is present in the saliva, tears, and nasal secretions and is able to affect microbial growth hydrochloric acid and digestive proteins such as pancreatin and peptidase in the gastrointestinal tract, which destroy microbial pathogens and fatty and bile acids, transferrin, lactoferrin and fibronectin that can control the growth of the host’s normal microbiota as well as the entrance of microbial pathogens through the mucosa (4,20).

Plasma proteins include the secreted PRRs: MBL and CRP. These molecules recognize carbohydrates which are acting as opsonins. In addition, these PRRs may bind and activate complement factors such as C1q thus enhancing the inflammatory response (21,22).

The coagulation system, in addition to its role in controlling bleeding and clotting formation during a tissue injury, is also involved in the innate immune response by preventing microbial dissemination. Fibrinogen, one of the coagulation system components, can sense microorganisms and act as an opsonin (21).

Complement is considered one of the most important enzymatic systems involved in the innate immune response (See chapter 4). This enzymatic system is activated three different ways. Some of the components of this system act as opsonins or anaphylatoxins that enhance the immune response (23).

Activation of the innate immune system is initiated by soluble pattern recognition molecules, which may be expressed on innate immune cells, bound to the extracellular matrix, or circulate in the blood as soluble molecules. One such soluble pattern recognition molecule is MBL, which is primarily synthesized in the liver and secreted to circulation (24,25). Small amounts of MBL are also synthesized in the kidney, thymus, tonsils, small intestine, and vagina, where mRNA has been detected (25-27).

MBL protein has also been found in other organs such as the skin, brain, and lung although its mRNA has not been detected in those areas (24-29). In the lung, MBL is found in the bronchial alveolar lavage of healthy individuals and also on the smooth muscle in airways following infection (28,30). In the skin and the brain, MBL is observed only following burn and trauma injury respectively (28,29,31).

MBL functions as an opsonin and activates the complement through the lectin complement pathway. The lectin pathway is also activated by ficolins, which are structurally similar to MBL and circulate in the blood. The lectin pathway requires activation of MBL-associated serine proteases (MASPs) (24,28,31-34).

There are two genes and five MASP gene products. MASP-1, MASP-3, and MAp44 (or MAP-1) are the alternative splice products of the MASP-1/3 gene while MASP-2 and MAp19 (or sMAP) are the alternative splice products of the MASP-2 gene (35). MASPs form complexes with MBL (35, 36), and MBL binding to carbohydrate ligands is thought to induce conformational changes that enhance proteolytic activities in the associated MASP. MASP-1 and MASP-2 have been shown to activate the alternative pathway and the lectin complement pathway (37�).

MBL deficiency increases susceptibility to infection by reduced opsono-phagocytic activity and a reduced activation of the lectin complement pathway. The MBL deficiency may manifest as disseminated intravascular coagulation and organ failure with infection.

Successful innate immune protection is achieved through two steps. First, identifying targets, such as pathogens and abnormal tissues and cells. Second, by orchestrating humoral and cell effectors to neutralize and eliminate the identified targets. In this sense, MBL contributes to both immunity from pathogens and maintenance of tissue integrity and homeostasis.

MBL deficiency

MBL deficiency can be caused by inherited gene defects, which have been identified in 5%�% of the population. MBL deficiency is a common primary immunodeficiency (41-43). There are three coding region single nucleotide polymorphisms (SNPs) at codons 52, 54 and 57, termed the C, B, and D alleles respectively (44). All of these SNPs are located in the collagen-like domain (all are located close to the N-terminus side of the kink and produce aberrant proteins) [44]. The frequency of these alleles varies depending on ethnicities. While all three alleles are observed in Caucasians, alleles C and D are very rare in Asians (45,46).

Most MBL deficiency is due to the heterozygosity of these SNPs and results in a wide range of MBL blood concentrations from undetectable to as high as 10 μg/ml (45, 47). Some aberrant MBLs were found to be dysfunctional in activating the lectin complement pathway. Mechanisms for this lack of complement pathway activation are related to reduced ligand binding due to decreased oligomerization and decreased activation of MASPs due to impaired association with mutant MBL (48,49).

MBL-deficient hosts may present with systemic infection involving multiple organs, including blood (bacteremia), and uncontrolled inflammation due to cytokine storm. Such infection and subsequent cytokine release may establish an autocrine loop with further escalating complications.

Other effector microbicidal mechanisms

Oxygen-dependent mechanisms: Reactive oxygen species (ROS)

Reactive oxygen species (ROS) and reactive oxygen intermediates (ROI) are produced by mammalian cells, particularly phagocytes, as a reaction against several microbial pathogens (50). These molecules are generated by activation of the enzymatic complex nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase (NOX2) and include superoxide anion (O2 - ), waterstofperoxide (H2O2), hydroxyl radical (·OH), peroxynitrite (ONOO-),hypochlorous acid (-OCl), etc. (50). Both ROS and ROI are known to play diverse roles in inflammation, host defense, and homeostasis. Chronic granulomatous disease (CGD) is an inherited condition in which a deficiency of NOX2 results in the inability of phagocytes to generate microbicidal superoxide anion and its metabolites. Thus, patients with CGD have recurrent, life-threatening bacterial and fungal infections as well as chronic inflammatory diseases due to dysregulated inflammatory pathways (51).

Oxygen-independent mechanisms

Innate cells, mainly phagocytes, are equipped with an enzymatic arsenal capable of destroying several microorganisms. These enzymes include proteases, cationic proteins, lysozyme, elastases, capthesin G, defensins, etc., all of which exhibit microbicidal activities (52-55). In addition, antimicrobial peptides and other mechanisms involving reactive nitrogen intermediates (RNI) and DNA extracellular traps have been described and will be discussed below.

Antimicrobial peptides (AMPs)

AMPs are host defense peptides secreted mainly by innate and epithelial cells including keratinocytes. Their antimicrobial activity is broadly based especially against fungi, bacteria, and viruses (20). About 1700 AMPs have been described so far. They are found constitutively or can be induced after activation of the host cells through several PRRs during an infection or injury (6). Additionally, these AMPs are involved in other cell processes including cell migration, proliferation, differentiation, cytokine production, angiogenesis, and wound healing, along with other functions (6). Several families of AMPs have been described.

Cathelicidin or LL-37 is released by neutrophils and epithelial cells. This AMP has the ability to kill Gram-negative and Gram-positive bacteria, fungi, and viruses. It induces an immune response which triggers inflammatory cell recruitment and cytokine release by host cells (6). Of note, LL-37 is induced by vitamin D3, and the absence of this vitamin is associated with the development of certain infectious diseases (20,56-59).

Defensins include α- and β-defensins. α-defensins (h㬝-1, -2, -3, -4) are stored in the azurophil granules of neutrophils, and H㬝-5 and -6 are synthesized by the Paneth cells in the gastrointestinal tract (60). β-defensins (h㬭-1, -2, -3) are produced mainly by keratinocytes. Defensins also exhibit antimicrobial activity, and like cethelicidins, they are chemotactic and induce cytokine and chemokine synthesis (6,61,62).

Other AMPs include dermicidin and psoriasin, which also show antimicrobial activities. Alterations in the AMP expression are related to atopic dermatitis and psoriasis (6).

Nitric oxide (NO)

Nitric oxide (NO) is considered to be one of the most important RNI and is produced by an oxidative mechanism involving the catabolism of L-arginine (63). NO production by the enzymatic action of inducible nitric oxide synthase (iNOS) represents one of the major microbicidal mechanisms that phagocytic cells use against several pathogens (64). In turn, iNOS can be induced by several stimuli, including IFN-γ, TNF-α, and LPS, and is expressed by immune cells such as macrophages, neutrophils, dendritic cells, and NK cells (63). Like ROS, NO may be involved in inflammation and its regulation process.

Extracellular traps

Extracellular DNA traps are part of innate immunity and are associated with infectious processes and allergic and autoimmune diseases. These structures are generated by different leukocytes including neutrophils, eosinophils, monocytes, and mast cells. They are called NETs, EETs, METs, and MCETs respectively. Extracellular traps are composed of DNA, histones, and the content of the intracellular granules such as elastase, myeloperoxidase (MPO), cathelicidins, tryptase, cationic proteins, and major basic protein, etc. These traps are induced by the action of the granulocyte/macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF), interferons, IL-8, C5a, and LPS. Once formed, extracellular traps are capable of binding to and killing microbial pathogens. As was mentioned, these DNA traps may be involved in the development of autoimmune and chronic inflammatory diseases (65) (See chapter 13).

Effector cells of innate immunity

Cell components encompass phagocytic cells, epithelial and endothelial cells, natural killer cells, innate lymphoid cells, and platelets (Figure 1). Phagocytic cells consist of granulocytes (i.e., neutrophils, eosinophils, basophils, and mast cells), monocytes/macrophages, and dendritic cells. These cells participate in not only the phagocytosis but also the inflammatory process. “The majority of cell components expresses PRRs on the cell surface, and they are able to secrete cytokines: thus exhibiting microbicidal mechanisms”. These cells with effector mechanisms of innate immunity are modulated by both the innate and acquired immune systems (66,67).

Figuur 1

Effector mechanisms of the innate immune response: The innate immune response involves a set of cells that produce cytokines/chemokines that participate in phagocytosis, inflammation, and the synthesis of acute phase proteins.

Granulocytes

Granulocytes are effector cells that predominate during the early or acute phase of the innate immune response. The main function of these cells is to identify, ingest, and destroy microbial pathogens through receptors, oxidative mechanisms, and enzymes including lysozyme, collagenase, and elastase, etc. This group of cells is composed of neutrophils, eosinophils, basophils and mast cells (53,68).

Neutrophils

These cells are most abundant and effective during the inflammation and phagocytosis processes. Neutrophils (PMN) are characterized as being the first cell line that is recruited at the inflammation site after chemotactic stimuli. These stimuli include the complement factors such as the C5a factor, chemokines such as IL-8, and leukotrienes (L) including the L-B4, which exerts a paracrine and autocrine function on other neutrophils. All these substances that allow migration to the injury site are recognized by specific receptors or PRRs. These phagocytes possess Fc or complement receptors (RFc or CR) that recognize the immunoglobulin Fc fractions or complement factors respectively. This allows the phagocytosis of tagged (opsonized) microorganisms by antibodies (mainly IgG) or complement (mainly C3b or iC3b). Moreover, neutrophils have stored an enzymatic arsenal capable of exerting a lytic effect on microbial pathogens or inducing microbicidal systems through oxygen-dependent and -independent mechanisms (53,55,68,69) in their granules. In addition to proinflammatory cytokines, the hematopoietic growth factors, granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) are critical for recruitment and activation of PMNs (70). Three different PMN subsets have been described in mice based on their cytokine and chemokine production as well as on the toll-like receptor (TLR) and surface antigen expression and macrophage activation. Normal PMNs (PMN-N) which are CD49d- and CD11b- express TLR2, TLR4, TLR9, and have no cytokine/chemokine production or effect on macrophage activation. PMN-I subsets which are CD49+ and CD11b− and express TLR2, TLR4, TLR5, TLR8, produce IL-12 and CCL3 and activate type-1 macrophages or classically activated macrophages. PMN-II subsets, which are CD49- and CD11b+, express TLR2, TLR4, TLR7, and TLR9, produce IL-10 and CCL2 and activate macrophages alternatively (71). Two additional populations have been described based on the expression of the surface marker Gr-1 (Gr-1 high and Gr-1 medium) (72). More recently, a subset of mature neutrophils which express the surface markers CD11c brigth, CD62L dim, CD11b bright, and CD16 bright have been identified in humans. Apparently, this circulating population of myeloid cells is capable of suppressing T cell proliferation (73). Once PMNs have completed their tasks, they die by apoptosis, netosis or necrosis (see Chapter 13). The latter process can cause tissue damage through the release of their granule contents, thus prolonging the inflammatory reactions (72).

Eosinofielen

These granulocytes are present in the respiratory, gastrointestinal, and urinary tract, and they are less abundant than neutrophils. Their effector function is mediated by degranulation and release of histamine, cationic proteins, major basic protein, sulfatases, and chemotactic factors such as leukotrienes and prostaglandins. The degranulation process is mediated by the IgE or other chemotactic factors, including the IL-5. The main function of these cells is to destroy microbial pathogens, mainly parasites, but they also play an important role in the allergic processes together with mast cells (74).

Basophils and mast cells

These cells are not phagocytic in nature and have several receptors including IgE receptors. The proportion of basophils in circulation is lower than the proportion of other granulocytes. Mast cells are located in tissues, mainly in mucosa, and their granules contain heparin, serotonin, and histamine. They may also release a variety of cytokines that enhance the inflammatory process, especially during the early events. These cells are involved in allergic and viral processes. Mast cells are present mainly in the connective tissue. They expressTLR-1, -2, -4, and -6, complement receptors (CR), mannose receptor (MR) in their cell membrane and release TNF-α, IL-8, platelet activator factor, proteases, antimicrobial peptides (catelicidin LL-37 and defensins), and other inflammatory mediators (75-79).

Monocytes/macrophages

Monocyte/macrophages together with DC are considered important actors in both innate and adaptive immunity. Monocytes circulate in peripheral blood and have the ability to not only migrate to the inflammatory site but also exhibit the plasticity to transform themselves into tissue macrophages (80). Once in the tissue, these cells are named macrophages and have different functions: i) they are phagocytic and exhibit a microbicidal mechanism through oxygen -dependent and-independent mechanism ii) they are able to present antigens and activate lymphocytes iii) once activated, they release and stimulate cytokine secretion iv) they modulate the immune response v) they participate in tissue reorganization after the inflammation process has ceased through production of extracellular matrix proteins (i.e., collagen and elastase) and matrix metalloproteinases and vi) they produce cytotoxic factors involved in the immunity against tumors (80). Based on the biological function, there are three populations of macrophages: i) classically activated macrophages or type 1-activated macrophages ii) alternatively activated macrophages and iii) type 2-activated macrophages (81). Type 1-activated macrophages are usually stimulated by IFN-γ or TNF-α in combination with microbial products such as LPS and are considered effector cells in the Th1 immune response. Once activated, type 1 macrophages up-regulate expression and production of pro-inflammatory cytokines and chemokines [TNF-α, IL-23/IL-12, IL-6, IL-1, IP-10, macrophage inflammatory protein 1 alpha (MIP-1α), and monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1)], major histocompatibility complex (MHC) class II, and co-stimulatory molecules and enhance their ability to kill microbial pathogens through NO and ROS production (81,82). The alternatively activated macrophages are stimulated mainly by IL-4 and glucocorticoids, and once activated, they synthetize IL-10, IL-8, MIP1β, MCP-1, and RANTES. They also produce high levels of fibronectin and other extracellular matrix, as well as arginase. These are involved in polyamine and proline synthesis which, in turn, induces cell growth and collagen formation and thus participates in tissue repair. These alternative macrophages do not produce NO and subsequently fail to kill intracellular microorganisms (81,82). The type 2-activated macrophages are stimulated after recognition of IgG complex and TLR ligands. Once FcγRs recognize their ligands IgG complex), macrophages become activated and produce IL-10, TNF-α, and IL-6. These cells do not produce arginase but induce T cells to produce IL-4 (81,82).

Dendritic cells (DCs)

DCs are considered to be professional antigen-presenting cells (APC). They reside in and patrol the skin and mucosal surfaces, thus playing an important role in the innate immune system with subsequent activation of T cell responses to provide a cell-mediated immunity against microbial pathogens. Antigen uptake occurs through different mechanisms including phagocytosis, endocytosis, picnocystosis, and macropicnocytosis. DCs have the ability to transport and carry the antigens from peripheral to primary lymphatic nodes where the antigen presentation takes place. These APC lead to the processing and presentation of antigens via major histocompatibility complex (MHC) class II molecules, thus bridging the innate and acquired immune response (83). Additionally, DCs participate in the induction of peripheral immunological tolerance, regulate the types of T cell immune responses, and function as effector cells in innate immunity against several microbial pathogens. These diverse functions depend on the diversity of DC subsets (83). In fact, there are various subsets of DCs including immature DCs (imDCs) and precursors (pre-DCs).

imDCs display different phenotypes and functions and are produced from hematopoietic stem cells (HSC) within the bone marrow. Thus, CD34+ HSC differentiate into common lymphoid progenitors (CLP) and common myeloid progenitors (CMP). CD34+ CMP differentiate into CD34+CLA+ and CD34+CLA−, which, in turn, differentiate into CD11c+CD1a+ and CD11c+CD1a-imDCs respectively (84). CD11c+CD1a+imDCs migrate to the skin epidermis and become Langerhans cells while CD11c+CD1a-imDCs migrate to the skin dermis and other tissues and become interstitial imDCs (85).

There are two types of pre-DCs: monocytes (pre-DC1) and plasmacytoid cells (pre-DC2). Pre-DC1 expresses the myeloid antigens (CD11b, CD11c, CD13, CD14, and CD33), CD1a-d, and mannose receptor. it also produces IL-12 and induces a Th1 pattern and cytotoxic T lymphocyte responses. Pre-DC2 expresses specific markers for lymphocyte lineage. It also produces IL-10 and induces a Th2 profile and CD8+T suppressor cells (83). Functionally, imDCs are involved in the antigen presentation while pre-DCs participate directly as effector cells in innate immunity to microbial pathogens.

Innate lymphoid cells (ILC)

ILCs have been identified as new members of the lymphoid linage that are involved in regulating tissue homeostasis and inflammation. These cells do not express a T cell receptor and, consequently, do not respond antigen-specifically. Moreover, these cells do not express cell-surface markers associated with other immune cell lineages (86). These cells are divided in three subsets: i) Group I, ILCs, which is made up of ILC1 and NK cells. Both of these produce proinflammatory and type 1 cytokines and induce cytotoxicity through the expression of perforin and granzymes. ii) Group II, which consists of ILCs2, is characterized by the production of type-2 cytokines and is present in the mesenteric fat-associated lymph clusters, mesenteric lymph nodes, spleen, liver, intestines, and Peyers’ patches. Group II plays a role in the antihelminthic response and allergic lung inflammation. iii) Group III, is composed of ILCs3 and lymphoid tissue-inducer (LTi) cells. ILCs3 express the NK cell activating receptor NKp46 but lack cytotoxic effects and do not produce type-1 cytokines. These ILC3 cells reside in mucosal tissue and appear to play a crucial role in mediating the delicate balance between symbiotic microbiota and the intestinal immune system. LTI cells produce IL-17 and IL-22 and express molecules required for the development of lymphoid tissue. Subsequently they appear to be involved in the generation of lymph nodes and Peyers’ patches (86). Note that disruption of the intestinal homeostasis maintained by these ILC cells is associated with the development of inflammatory bowel diseases such as Crohn’s disease and ulcerative colitis (86).

Natural killer (NK) cells

NK cells exhibit an immunomodulatory role in the cell-mediated immune responses due their cytotoxic activity. They are also involved in antimicrobial defense and in the immunological surveillance by controlling tumoral growth and maintaining the immunological homeostasis (Figure 2). These cells employ a strategy known as “negative recognition.” While a T or B cell is activated after recognition of an antigen via MHC, NK cells are activated when the antigen cannot be recognized the same way (87,88). NK cell receptors are “inhibitory receptors” in nature due to the fact that they keep the lytic activity of these cells suppressed since they detect the presence of MHC antigens. These cells detect infected cells (mainly infected by viruses) or malignant cells in which expression of MHC molecules has decreased, is altered or abolished. NK cells have the ability to distinguish the normal host cells through the killer cell immunoglobulin-like receptor (KIR) and CD94-NKG2A inhibitory receptors which recognize the MHC class I expressed on the surface of these normal cells (88,87). The binding of these receptors inhibits lysis and cytokine secretion by NK cells (89). In addition, NK cells have granules with perforins and granzymes that act on target cells inducing lysis or apoptosis and also express PRRs including TLR-2, -3, -4, -5, -7, and -8 (90,91). Once activated, NK cells secrete IFN-γ, TNF-α growth factors, IL-5, IL-10, IL-13, and chemokines (92-94).

Figuur 2

Recognition mechanisms and cellular innate immune response: functional characteristics of NK cells. NK cells trigger their activation once virus-infected or tumor cells suppress the expression of MHC molecules through the interaction of inhibitor or activator (more. )

Epithelial and endothelial cells

In addition to acting as a physical barrier, epithelial and endothelial cells express PRRs on their surface that recognize pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) from microorganisms secrete proinflammatory cytokines including IL-1, IL-6, and IL-8 and release antimicrobial peptides (8). Epithelial cells, mainly alveolar epithelial cells, are the most studied innate immunity component so far. In addition to providing an anatomic barrier that separates the organism from the external environment, alveolar epithelium serves as a defense mechanism against potential inhaled pathogens (58). This alveolar epithelium consists of two cell types: alveolar type I and alveolar type II cells. The former is

95% of the alveolar epithelium and expresses TLR-4, a receptor for lipopolysaccharides (LPS). It produces pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-6 and IL-1β in response to LPS stimulation (57). Type II alveolar cells are

5% of the alveolar epithelium and produce cytokines and chemokines including TNF-α, IL-6, IL-1β, MCP-1, growth related oncogene alpha (GRO-α), and GM-CSF, etc.,in response to various stimuli such as bacteria and viruses. Moreover, these cells also produce surfactant proteins which enhance chemotaxis and phagocystosis (58). Both type I and type II alveolar epithelial cells are important players in the innate immune response.

Platelets

Platelets are recognized by their participation in the coagulation process, control of bleeding, and defense against infectious agents (95,96). These cells express PRRs on their surface and produce cytokines and chemotactic molecules to recruit leukocytes at the inflammatory site. Platelets interact with leukocytes and endothelial cells through the expression of the adhesion molecule, P-selectin, which mediates proinflammatory events (95).


Stafylokokken

Immuniteit

Immunity to staphylococcal infections is poorly understood. Normal healthy humans have a high degree of innate resistance to invasive infections. Experimental infections are difficult to establish in animals and require large inocula containing millions of organisms. In humans, the organism is able to colonize mucosal and epidermal surfaces with little resistance, and as long as they remain intact, these barriers are the main source of natural immunity to infection. After invasion, however, phagocytosis by polymorphonuclear leukocytes is the main humoral defense. Because of repeated exposure to S. aureus en S. epidermidis in natural settings, antibodies to various components of the cell and its products (both cell surface and soluble) are prevalent in animals. Nevertheless, with the exception of toxic shock syndrome where antibody is an important factor in immunity, serological studies have not successfully related immunity and antibody titer. Moreover, prior infection fails to elicit immunity to reinfection. In spite of these drawbacks, vaccine research is being pursued strongly. Although there is currently no vaccine that stimulates active immunity in humans, a vaccine based on fibronectin-binding protein has been shown to confer protective immunity against mastitis in cattle. Among the vaccines being studied for use in humans, the most promising is a polysaccharide conjugate vaccine that was given Fast Track Status by the FDA in 2004 for the prevention of bacteremia in certain at-risk patient populations however, the vaccine failed to reduce the incidence of S. aureus infections when used in clinical trials.


12.1: An Overview of Innate and Adaptive Immunity - Biology

Tutorial to help you answer the question:

The significance of the major histocompatibility complex (MHC) in the immune response:

A. Serves to minimize autoimmunity or "self-reactivity" of the immune system
B. Serves to present fragments of antigens to T-cells.
C. Used by helper T-cells to regulate the expansion of antibody producing B-cells.
NS. Alle bovenstaande.

Zelfstudie

The major histocompatibility complex (MHC) is a series of genes that code for cell surface proteins which control the adaptive immune response. The system is called H2 in mice and HLA (human lymphocyte antigen) in humans. Class I MHC contains three genes called HLA-A, B, and C proteins from these genes are expressed on almost all cells. Class II MHC genes are called HLA-DR, DQ, and DP their proteins are expressed on antigen-presenting macrophages, dendritic cells and B cells.

The function of these proteins is to present fragments of antigens to T cells. The receptor of T cells can only recognize antigen fragments in complex with MHC proteins.

Following phagocytosis of a pathogen, fragments of the pathogen are complexed with MHC proteins and displayed on the surface of the macrophage or dendritic cells of the innate immune system. If the cell encounters a dangerous pathogen, a co-receptor called B7 is produced. This is a crucial step for turning on the adaptive immune response and developing a memory of pathogen threats. Those helper T cells with a receptor that recognized the antigen fragment of the MHC complex can be stimulated to proliferate and be activated if the co-receptor is also displayed.

The dendritic cell of the innate system is used to initiate adaptive immunity.

Following activation by an antigen presenting cell, the Helper T cell signals B cells and cytotoxic T cells to launch an immune response. This activation of helper T cells occurs in the lymph nodes. Following activation is another clonal selection, and helper T cells with the correct receptor are activated and proliferate.

Additional detail of MHC molecule/antigen binding

The space between the helices of this class I MHC molecule (HLA-A2) can bind peptides inside the cell and carry them to the cell surface. This is the form recognized by the T cell receptor on cytotoxic T cells. Class II have similar structures, but are specific for presenting antigen fragment to helper T cells.


Types of Immunity: Innate and Acquired

It refers to all the defence elements with which an individual is born and always available to protect the body. It is a non-specific type of defence system.

(i) It is present from the time of birth and inherited from parents.

(ii) It consists of four types of barrier system that prevent the entry of pathogen or foreign element in to the body.

Types of Barrier in Immune System:

Various types of barriers in immune system are as follows:

Skin is the first line of mucous coating on defence. It prevents the entry of the pathogens of the body. Mucous coating on the epithelium lining the respiratory, gastrointestinal and urogenital tracts also help in trapping microbes.

(ii) Physiological Barrier:

Acid in the stomach, saliva in the mouth, tears from the eyes, etc., prevent the entry of microbes.

Special types of cells in our body, which kill the disease causing agents. Example are WBCs, Lymphocytes, Polymorpho Nuclear Leukocytes (PMNL—neutrophils, monocytes, macrophages, etc.

Cells which are virus-infected, release types of protein called interferon’s. Interferons protect the uninfected cells from further infection.

Acquired Immunity:

It is pathogen specific and is not present from the birth and develops during an individual’s lifetime.

This type of immunity is acquired after the birth, either by contracting the disease or by vaccination.

It has the following characters given below:

It has the ability to distinguish many different foreign molecules accordingly.

It is a unique feature, which helps in producing an intensive response when the pathogen attacks the second time.

Types of Acquired Immunity:

Acquired immunity can also be classified as:

(i) Active Immunity:

It is the immunity developed by the body, when it is exposed to the antigens. Antibodies are produced by the body in this case.

Introduction of pathogens or microbes either during immunisation or by any infection induce active immunity. It is slow but long lasting process and has no side effects.

Few examples of this immunity are as follows:

(a) Immunity developed by vaccination

(b) Immunity developed during natural infection

(ii) Passive Immunity:

It occurs when antibodies are directly given into the body. It is used when the immune response has to be faster.


Bekijk de video: Examen biologie - Overzicht immuniteit Afweersysteem (Januari- 2022).