Immunsystemet er et system af biologiske strukturer og processer i kroppen, der yder dens beskyttelse mod infektioner , toksiner og ondartede celler . For at immunsystemet kan fungere korrekt, skal det være i stand til at genkende en lang række patogener , fra vira til flercellede orme , og skelne dem fra kroppens eget sunde væv . Mange arter har to undersystemer: det medfødte immunsystem og det erhvervede (adaptive) immunsystem. Begge delsystemer bruger både humorale mekanismer ogcellulære mekanismer. Blandt de ældste mekanismer i dyrets immunsystem er fagocytose , komplementsystemet og antimikrobielle peptider . Det adaptive immunsystem i løbet af evolutionen optrådte i kæbede hvirveldyr [ 1] . En af de vigtigste mekanismer i det adaptive immunsystem er immunologisk hukommelse , på grund af hvilken kroppen udvikler et stærkere immunrespons på et patogen efter det første møde med det. Immunologisk hukommelse er grundlaget for vaccination .
Forstyrrelser i immunsystemets funktion fører til forekomsten af autoimmune sygdomme , inflammatoriske sygdomme og cancer [2] . Når immunsystemet fungerer dårligt, observeres immundefekt - tilstande, hvorved kroppen bliver mere sårbar over for infektioner. Immundefekt kan enten være medfødt, på grund af genetiske abnormiteter, eller erhvervet, for eksempel som følge af HIV-infektion eller indtagelse af immunsuppressive lægemidler .
Immunsystemets funktion studeres af videnskaben om immunologi .
Immunsystemet er dannet af organer og anatomiske strukturer, der indeholder lymfoidt væv og er involveret i dannelsen af celler, der udfører en beskyttende reaktion af kroppen, hvilket skaber immunitet . Hos mennesker flytter nogle stamceller fra den 13. uge efter undfangelsen til thymus og knoglemarv , som kaldes primære (centrale) lymfoide organer . Alle blodlegemer , inklusive hvide blodlegemer , er afledt af en fælles forløber, knoglemarvspluripotente stamcelle . Lymfocytter - T-lymfocytter (T-celler), B-lymfocytter (B-celler), NK-celler [3] - adskilles i separate cellelinjer på tidlige stadier, og granulocytter udvikles i nogen tid sammen med erytrocytter og blodplader . Blandt de granulocytter, der udfører beskyttende funktioner, inkluderer basofiler , eosinofiler , neutrofiler , der cirkulerer i blodbanen og makrofager , lokaliseret i væv. En særlig gruppe makrofager er mikrogliaceller , som tegner sig for 10 % til 15 % af hjernecellerne [4] . Mikrogliaceller absorberer infektionsstoffer og amyloide plaques i nervevævet i hjernen og rygmarven , ødelægger beskadigede neuroner og unødvendige synapser [5] [6] [7] . T-lymfocytter passerer nødvendigvis modningsstadiet i thymus, og B-lymfocytter modnes fuldt ud i knoglemarven. Modne T- og B-celler forlader differentieringsstederne og flytter til sekundære (perifere) lymfoide organer - milten , lymfeknuder , slimhinde-associerede lymfoide væv ( MALT ) og andre organer [8] .
Immunsystemet beskytter kroppen mod infektioner på flere niveauer med stigende specificitet. Kroppen har fysiske barrierer, der forhindrer vira og bakterier i at trænge ind i den . Hvis patogenet formår at overvinde dem, så møder det det medfødte immunsystem, som giver en hurtig, men uspecifik reaktion. Et medfødt immunsystem findes i planter og dyr [9] . Hos hvirveldyr, hvis et patogen overvinder det medfødte immunrespons, møder det den næste forsvarslinje, det adaptive immunsystem. Det adaptive immunsystem giver et specifikt immunrespons rettet mod et bestemt patogen. Efter at patogenet er blevet ødelagt, "husker" det adaptive immunsystem det ved hjælp af immunologisk hukommelse, på grund af hvilket kroppen, når den igen møder patogenet, hurtigt kan udvikle et specifikt immunrespons mod det [10] [11] . Tabellen nedenfor viser hovedkomponenterne i det medfødte og adaptive immunsystem.
medfødt immunsystem | Adaptivt immunsystem |
---|---|
Svaret er uspecifikt | specifikt svar |
Giver et øjeblikkeligt moderat immunrespons | Giver et forsinket stærkt immunrespons |
Har en cellulær og humoral komponent | Har en cellulær og humoral komponent |
Ingen immunologisk hukommelse | Efter det første møde med et patogen vises immunologisk hukommelse |
Næsten alle former for liv har | Findes kun hos hvirveldyr med kæbe |
Både det medfødte og det adaptive immunsystem er afhængigt af kroppens evne til at skelne selv fra ikke-selv. I immunologi refererer "selv" til molekyler , der er komponenter i en normal sund organisme. "Ikke-selv" molekyler er molekyler af fremmed oprindelse, som er fraværende i en sund organisme. Nogle fremmede molekyler kan binde sig til specifikke receptorer på immunceller og udløse et immunrespons; sådanne molekyler kaldes antigener [12] .
Nyfødte er særligt sårbare over for infektioner, fordi de ikke blev udsat for patogener før fødslen. En nyfødt modtager flere niveauer af passiv beskyttelse fra sin mor. Under graviditeten overføres klasse G- antistoffer ( immunoglobuliner G , IgG) fra mor til foster direkte gennem moderkagen , så hos mennesker har den nyfødte et højt niveau af antistoffer fra fødslen, hvilket svarer til de antigener, som hans mor stødte på [13] . Modermælk eller råmælk indeholder også antistoffer, som også giver beskyttelse til den nyfødte, indtil dets eget immunsystem begynder at producere sine egne antistoffer [14] . Da den nyfødtes krop ikke selv producerer antistoffer og ikke danner hukommelsesceller, er dens immunitet passiv. Passiv beskyttelse af den nyfødte er normalt kortvarig og varer fra et par dage til et par uger. Passiv immunitet kan også skabes kunstigt ved at indføre serum rigt på antistoffer i kroppen [15] .
Kroppen er beskyttet mod indtrængning af patogener af flere overfladebarrierer: mekaniske, kemiske og biologiske. Den voksagtige neglebånd , der dækker planteblade , eksoskelettet af insekter , skaller, æggeskaller og hud er eksempler på mekaniske barrierer, der er den første barriere mod infektion i kroppen [16] . Men da kroppen ikke kan isoleres fuldstændigt fra miljøet, har nogle organer, der er i direkte kontakt med det ydre miljø og dets komponenter - lungerne , mave-tarmkanalen og genitourinary system - brug for et yderligere beskyttelsesniveau. Fra det ydre miljø er dyrets krop beskyttet af epitel , som beklæder fordøjelsessystemet, luftvejene og genitourinary-kanalen. Epitelet, der forer de organer, der kommunikerer med det ydre miljø, kaldes slimhinden. Epitelceller udskiller en række forbindelser, der dræber bakterier eller hæmmer deres vækst (for mere om epitelets beskyttende stoffer, se næste afsnit). Ud over lokale kemiske faktorer er fagocytiske celler til stede i slimhinderne (de er især talrige i lungernes slimhinder) [17] . Gennem hoste og nysen fjernes patogener mekanisk fra luftvejene . Tårer og urin skyller patogener ud, mens slim udskilt af celler i luftvejene og mave-tarmkanalen adhærerer og immobiliserer patogene celler [18] .
Kemiske barrierer omfatter antimikrobielle peptider , såsom β - defensiner , som udskilles af celler i luftvejene og huden [19] . Antimikrobielle proteiner som lysozym og phospholipase A2 findes i spyt, tårer og modermælk [20] [21] . Efter menarche begynder skeden at udskille stoffer, der giver en kemisk barriere på grund af forsuring af miljøet. Sæd indeholder defensiner og zinkioner , som har antimikrobiel aktivitet [22] [23] . I maven giver saltsyre udskilt af nogle celler i mavevæggen et kraftigt forsvar mod indtagne patogener [24] .
Fordøjelses- og genitourinære systemer har deres egen kommensale mikroflora , som tjener som en biologisk barriere, da den på grund af konkurrencemekanismer fratager patogene mikroorganismer ressourcer til at eksistere eller gør miljøet ugunstigt for dem, hvilket forsurer miljøet [25] . I disse organer er der således et symbiotisk forhold mellem mikrofloraen og immunsystemet. Men da de fleste antibiotika påvirker bakterier uspecifikt og sammen med patogene bakterier dræber gavnlig mikroflora, efter at have taget antibiotika , kan svampe , såsom Candida - gær , som forårsager candidiasis , kolonisere det ledige rum [26] . Derfor, efter at have taget antibiotika, for at genoprette normal mikroflora, er prebiotika og probiotika ordineret . En sund mikroflora giver kraftfuld beskyttelse mod bakteriel gastroenteritis , inflammatorisk tarmsygdom , urinvejsinfektioner og bakterielle komplikationer efter operation [27] [28] [29] .
Mikroorganismer og toksiner, der med succes overvinder kroppens fysiske beskyttende barrierer, møder modstand fra det medfødte immunsystem. Det medfødte immunrespons udløses normalt efter genkendelse af patogener af patogengenkendelsesreceptorer , der genkender molekyler, der findes i de fleste repræsentanter for store grupper af patogener (som lipopolysaccharid i gramnegative bakterier ) [30] . Det medfødte immunrespons udløses også, når receptorer genkender signaler fra beskadigede eller stressede celler i kroppen . Det medfødte immunsystem er uspecifikt og giver et respons på en lang række patogener, uanset deres specifikke egenskaber [16] [31] . Medfødt immunitet giver ikke langsigtet beskyttelse mod et patogen, men denne form for immunitet dominerer i de fleste organismer [9] .
Celler i det medfødte immunsystem genkender molekyler og molekylære komplekser produceret af mikrobielle celler ved hjælp af mønstergenkendelsesreceptorer ( PRR'er ) [ 32 ] . De gener, der koder for PRR'er, forbliver uændrede og gennemgår ikke omlejringer i løbet af organismens levetid. PRR'er udtrykkes overvejende af medfødte immunceller, specifikt dendritiske celler , makrofager , neutrofiler og epitelceller . PRP'er genkender to klasser af molekylære mønstre : patogen-associerede molekylære mønstre (PAMP'er ) og skadesassocierede mønstre ( DAMP'er ) . PAMP'er genkender patogene celler, mens DAMP'er genkender celler i selve kroppen, der er blevet stresset eller beskadiget [33] .
Genkendelse af ekstracellulære eller endosom - indlejrede PAMP'er udføres af transmembrane proteiner kendt som Toll-lignende receptorer ( TLR'er ) [34] . TLR'er har et karakteristisk [ motiv , kendt som Leucine rich repeats ( LRR) , som spiller en vigtig rolle i både at opretholde strukturen af TLR'er og deres funktion [35] . De første TLR'er blev beskrevet i frugtfluen Drosophila . TLR'er udløser syntesen og sekretionen af cytokiner , der aktiverer de beskyttende programmer for medfødt eller adaptiv immunitet. Hos mennesker er 10 funktionelle TLR'er blevet beskrevet [36] .
Celler i det medfødte immunsystem har receptorer i cytosolen , der genkender farlige molekylære mønstre, der indikerer infektion eller celleskade . Blandt disse receptorer er der tre nøgleklasser: NOD-lignende receptorer , RIG-lignende receptorer og cytosoliske DNA -sensorer [37] . Som reaktion på cytosoliske PAMP'er og DAMP'er er inflammasomer samlet - multiproteinkomplekser , hvis effektorkomponent er caspase 1 . Inflammasomer tilvejebringer produktionen af aktive former for inflammatoriske cytokiner IL-1β og IL-18 [38] .
Den vigtigste rolle i funktionen af medfødt immunitet spilles af leukocytter [16] . Blandt leukocytterne af medfødt immunitet skelnes fagocytter (makrofager, neutrofiler, dendritiske celler), medfødte lymfoide celler , mastceller , basofiler , eosinofiler og naturlige dræbere . Disse celler genkender patogene celler og dræber dem [39] . Medfødte immunceller spiller en vigtig rolle i udviklingen af lymfoide organer og aktivering af adaptiv immunitet [40] .
Mange celler med medfødt immunitet har evnen til fagocytose, det vil sige absorption af patogene midler. Fagocytter "patruljerer" kroppen på jagt efter patogene celler eller migrerer til infektionsstedet i den retning, der er angivet af cytokinkoncentrationsgradienten [ 16] . Når en fagocyt absorberer en patogen celle, placeres den inde i en speciel vesikel - fagosom , som derefter smelter sammen med et lysosom og danner et fagolysosom . Inde i fagolysosomet dør den patogene celle under påvirkning af nedbrydende enzymer eller frie radikaler dannet som følge af den oxidative eksplosion [41] [42] . Fagocytose er sandsynligvis den ældste forsvarsmekanisme, da både chordater og hvirvelløse dyr har fagocytter [43] .
De største grupper af fagocytter er neutrofiler og makrofager [44] . Neutrofiler cirkulerer normalt i blodbanen og er den mest talrige gruppe fagocytter, der tegner sig for 50% til 60% af alle leukocytter i blodet [45] . Under den akutte fase af inflammation migrerer neutrofiler til inflammationsstedet gennem kemotaksi og er normalt de første immunceller, der ankommer til infektionsstedet. Makrofager, i modsætning til neutrofiler, findes i væv og cirkulerer ikke gennem blodkarrene . Makrofager udskiller en række stoffer, såsom enzymer, komplementproteiner og cytokiner, absorberer resterne af døde kropsceller og fungerer også som antigenpræsenterende celler , der aktiverer det adaptive immunrespons [46] .
I vævene i kontakt med det ydre miljø er der fagocytter, der tilhører antallet af dendritiske celler. Dendritiske celler findes i huden, epitelet i næseborene , lungerne, maven og tarmene. Dendritiske celler har fået deres navn på grund af de karakteristiske processer, der ligner neuronernes dendritter , men de har intet at gøre med nervesystemet . Dendritiske celler tjener som bindeled mellem kroppens væv og immunsystemet på grund af evnen til at præsentere antigener til T-lymfocytter (T-celler) [47] .
Leukocytter, som indeholder granulat i cytoplasmaet, kaldes under ét granulocytter. Granulocytter omfatter neutrofiler, basofiler og eosinofiler. I bindevæv og slimhinder er der mastceller, der indeholder granulat i cytoplasmaet og regulerer det inflammatoriske respons [48] . Mastceller spiller en vigtig rolle i udviklingen af allergiske reaktioner og anafylaksi [45] . Eosinofiler og basofiler udskiller stoffer, der har til formål at bekæmpe flercellede parasitter , og er også involveret i allergiske reaktioner [49] .
Medfødte lymfoide celler er derivater af en fælles stamcelle af immunceller. De har ikke de molekylære markører myeloide eller dendritiske celler, og de bærer heller ikke T- og B-celle-receptorer [50] . Medfødte lymfoide celler omfatter naturlige dræberceller (NK-celler), som ikke direkte ødelægger infektionsstoffer, men dræber kropsceller inficeret med en virus eller intracellulær bakterie, og ondartede celler [51] . Som regel har inficerede celler ikke større histokompatibilitetskompleks (MHC) klasse I-molekyler ( MHC-I ) [39] på deres overflade , og NK-celler ødelægger dem uden forudgående aktivering. Normale kropsceller udtrykker MHC-I og bliver ikke ofre for NK-celler [52] .
Betændelse er en af de første reaktioner fra immunsystemet på en udviklende infektion [53] . Symptomerne på betændelse omfatter rødme, hævelse, feber og ømhed i det betændte område, som er forårsaget af øget blodgennemstrømning i fokus for inflammation. Beskadigede og inficerede celler udskiller eicosanoider og cytokiner, som tiltrækker immunceller til inflammationsstedet. En gruppe af eicosainoider, prostaglandiner , forårsager feber og inflammationsrelateret vasodilatation, mens medlemmer af en anden gruppe af eicosainoider, leukotriener , tiltrækker nogle leukocytter til inflammationsstedet [54] [55] . Blandt de mest almindelige cytokiner er interleukiner , ved hjælp af hvilke leukocytter "kommunikerer" med hinanden, kemokiner , der stimulerer kemotaksi, og interferoner , der har antivirale egenskaber, da de hæmmer proteinsyntesen i en inficeret celle [56] . Inflammation frigiver også cytotoksiske faktorer og vækstfaktorer . Alle disse stoffer tiltrækker immunceller til infektionsstedet og fremmer helingen af beskadiget væv efter ødelæggelsen af patogene celler [57] .
Komplementsystemet er en biokemisk kaskade , der har til formål at forstyrre integriteten af fremmede celler. Komplementsystemet omfatter mere end 20 proteiner, der komplementerer ("komplementerer") virkningen af antistoffer til at ødelægge patogener [58] [59] . Komplementsystemet er den vigtigste humorale komponent i medfødt immunitet. Komplementsystemet er til stede ikke kun hos hvirveldyr, men også hos hvirvelløse dyr og endda planter [39] .
Hos mennesker binder komponenter af komplementsystemet enten til antistoffer, der allerede er bundet til mikrobielle celler eller til kulhydratfragmenter på overfladen af mikrobielle celler. Bindingen af komplementproteiner til målet udløser en signaleringskaskade, på hvert trin af hvilken signalet forstærkes på grund af aktiveringen af proteaser , der er en del af komplementsystemet gennem proteolyse [60] . Aktiverede proteaser aktiverer yderligere nye proteaser på grund af proteolyse, og så videre, det vil sige, at komplementsystemet aktiveres af en positiv feedback -mekanisme [61] . I sidste ende fører aktiveringen af komplementsystemet til produktionen af peptider, der tiltrækker andre immunceller til patogenet, øger permeabiliteten af blodkarvæggene og opsoniserer (dækker) den patogene celle, hvilket markerer den for yderligere ødelæggelse. Proteiner i komplementsystemet kan også direkte dræbe mikrobielle celler ved at inkorporere i deres membraner og forstyrre deres integritet [58] .
I løbet af evolutionen dukkede det adaptive immunsystem op i kæbede dyr. Adaptiv immunitet giver et stærkt specifikt respons, såvel som dannelsen af immunologisk hukommelse. Det adaptive immunrespons er specifikt for et bestemt antigen, som genkendes af adaptive immunceller under processen med antigenpræsentation. Efter ødelæggelsen af patogenet forbliver celler med adaptiv immunitet, som gemmer information om dets antigener og giver immunologisk hukommelse. Takket være det, når et patogen gentrænger, udvikler det et hurtigt specifikt immunrespons [62] .
Celler med adaptiv immunitet er repræsenteret af en specifik gruppe leukocytter - lymfocytter, som er opdelt i T-lymfocytter (T-celler) og B-lymfocytter (B-celler). Lymfocytter dannes ud fra hæmocytoblaster i knoglemarven, og derefter modnes T-celler i thymus og B-celler modnes i knoglemarven. T-celler giver et cellulært adaptivt immunrespons, mens B-celler giver et humoralt adaptivt immunrespons. T- og B-celler bærer på deres overflade receptorer (henholdsvis T- og B-cellereceptorer), der genkender antigener. Typisk er T-celler ikke i stand til at genkende antigener i deres oprindelige form; de genkender kun behandlede fragmenter af antigener forbundet med MHC-molekyler på overfladen af antigen-præsenterende celler. T-dræbere genkender fragmenter af antigener forbundet med MHC-I, og T-hjælpere og regulatoriske T-celler genkender fragmenter af antigener i kompleks med MHC-II . En særlig gruppe af T-celler, γδ-T-celler , kan genkende intakte antigener, der ikke er forbundet med MHC [63] . B-cellereceptoren er et antistofmolekyle forankret på overfladen af en B-celle og genkender et antigen uden yderligere behandling. B-cellereceptorer af forskellige B-cellelinjer svarer til forskellige antigener og viser hele repertoiret af antistoffer, der kan dannes [64] .
Der er tre hovedpopulationer af T-celler: dræber-T-celler, T-hjælperceller og regulatoriske T-celler. T-dræbere ødelægger inficerede og beskadigede celler [65] . Som med B-celler genkender T-celler af samme afstamning det samme antigen. T-dræbere aktiveres, når deres T-celle-receptorer ( eng. T-celle-receptorer, TCR'er ) genkender et antigenfragment i kompleks med MHC-I på overfladen af en antigen-præsenterende celle. Til genkendelse af et sådant kompleks af T-dræbere, foruden TCR'er, kræves CD8 - coreceptoren . Når den er aktiveret, migrerer dræberen T gennem blodbanen på jagt efter det samme antigen som det, der blev præsenteret for det. Når en T-dræber støder på en celle med det ønskede antigen, frigiver den proteiner med cytotoksiske egenskaber, såsom perforiner , som er inkorporeret i målcellens membran for at danne porer og forstyrre dens integritet. Indtrængning i målcellen af et andet protein, granulisinprotease , udløser apoptose af målcellen [66] . Dræber T-celler spiller en særlig vigtig rolle i at forhindre viral replikation ved at dræbe inficerede celler. Aktiveringen af dræber T-celler er stramt reguleret og sker kun i tilfælde af et næsten perfekt match mellem T-cellereceptoren og antigenet, derudover kræves der yderligere signaler til aktivering af dræber-T-celler, som sendes af T-celler af en anden type, T-hjælpere [66] .
T-hjælpere regulerer adaptive og erhvervede immunresponser. T-hjælpere er blottet for cytotoksisk aktivitet; de ødelægger hverken patogene celler eller inficerede celler [67] [68] . På overfladen af T-hjælpere er der TCR'er, der genkender fragmenter af antigener i kompleks med MHC-II. Som i tilfældet med T-dræbere anvender T-hjælpere udover TCR til genkendelse af MHC:antigen-komplekset en co-receptor, men ikke CD8, men CD4 , som udløser signalkaskader, der aktiverer T-hjælperen. T-hjælpere binder til MHC:antigenkomplekset svagere end T-dræbere, og for aktiveringen af T-hjælperen er det nødvendigt, at 200-300 TCR'er på overfladen associeres med MHC:antigenkomplekset, mens aktiveringen af T-dræber opstår allerede, når kun én receptor er forbundet med MHC:antigenkomplekset. Derudover kræver aktiveringen af T-hjælpere en længere interaktion med den antigen-præsenterende celle [69] . Aktiveret T-hjælper frigiver cytokiner, der påvirker mange typer celler. Cytokinsignaler fra T-hjælpere forbedrer makrofagernes bakteriedræbende egenskaber og aktiviteten af T-dræbere [16] .
Regulatoriske T-celler, tidligere kendt som suppressor-T-celler, undertrykker funktionen og proliferationen af effektor-T-celler, forhindrer udviklingen af autoimmune sygdomme [70] og er relateret i oprindelse til T-hjælpere. Ligesom T-hjælpere udtrykker regulatoriske T-celler CD4-co-receptoren [71] . γδ-T-celler udtrykker en alternativ form for TCR, der adskiller sig fra den for CD4+ og CD8+ T-celler og kombinerer egenskaberne af T-hjælpere, T-dræbere og NK-celler [72] .
B-celler genkender antigener gennem B-celle-receptorer, som er antistoffer forankret på overfladen af B-celler [73] . Når B-cellereceptoren binder til antigenet, internaliseres det, og i B-cellen spaltes antigenet til peptider via proteolyse. De opnåede fragmenter af antigener B-celle udviser på sin overflade i kompleks med MHC-II. Antigen:MHC-II-komplekset aktiverer T-hjælperen, som udskiller B-celleaktiverende lymfokiner [74] . Den aktiverede B-celle begynder at dele sig, og dens afkomsceller, kaldet plasmaceller , udskiller millioner af antistofmolekyler, der er identiske med B-cellereceptoren, der oprindeligt bandt antigenet. Antistoffer cirkulerer i blodet og lymfen , binder til patogene celler, der udtrykker deres respektive antigen, og markerer dem til ødelæggelse af komplementproteiner eller fagocytter. Antistoffer kan selv have beskyttende egenskaber, binde sig til bakterielle toksiner og neutralisere dem, eller konkurrere med vira og bakterier om receptorer, hvilket forhindrer dem i at inficere cellen [75] .
Immunsystemet interagerer tæt med andre organsystemer, især de endokrine [76] [77] og nervesystemer [78] [79] [80] . Immunsystemet spiller også en vigtig rolle i vævsreparation og regenerering .
Hormoner fungerer som immunmodulatorer, der regulerer immunsystemets følsomhed. For eksempel er kvindelige kønshormoner immunstimulerende midler til både medfødt og adaptiv immunitet [81] [82] [83] [84] [85] . Nogle autoimmune sygdomme, såsom systemisk lupus erythematosus , rammer overvejende kvinder, og deres begyndelse falder sammen med puberteten . Samtidig har mandlige hormoner, især testosteron , immunsuppressive egenskaber [86] . Immunsystemet påvirkes også af andre hormoner såsom glukokortikoider , prolaktin , somatotropin og D- vitaminderivater [87] [88] .
Hormoner fra glukokortikoidgruppen er de vigtigste regulatorer af immunsystemet, da de øger ekspressionen af anti-inflammatoriske proteiner (såsom lipocortin I , p11 , SLPI og MAPK-phosphatase [89] ) og reducere produktionen af pro-inflammatoriske proteiner. På grund af den udtalte antiinflammatoriske virkning anvendes glukokortikoider til behandling af autoimmune sygdomme , allergier , sepsis [90] . Glukokortikoider er også involveret i reguleringen af T-celleudvikling [91] .
Når en T-celle støder på et patogen, eksponerer den vitamin D-receptoren . Takket være ham interagerer T-cellen med den aktive form af D-vitamin - steroidhormonet calcitriol . Men forholdet mellem T-celler og D-vitamin er ikke begrænset til dette. T-celler udtrykker CYP27B1 genet , som koder for et enzym, der omdanner vitamin D-derivatet calcidiol til calcitriol. T-celler kan kun udføre deres beskyttende funktioner efter binding til calcitriol. CYP27B1-genet udtrykkes også af nogle andre celler, der også er i stand til at danne calcitriol fra calcidiol: dendritiske celler, makrofager og keratinocytter [92] [93] .
Det er blevet antaget, at det progressive fald i hormonniveauer med alderen kan være relateret til immunkompromitterede ældre voksne [94] . Derudover påvirker immunsystemet også det endokrine system, især skjoldbruskkirtelhormoner [95] . Aldersrelateret fald i immunitet korrelerer med faldende niveauer af D-vitamin hos ældre [96] .
Søvn og hvile har en indvirkning på immunsystemet [97] , især mangel på søvn undertrykker dets funktion [98] . En kompleks feedback-loop, der involverer flere cytokiner, såsom interleukin 1 og TNFα , produceret under infektion, er involveret i reguleringen af ikke-REM-søvn [99] . På grund af dette kan søvncyklussen under infektion ændre sig, nemlig en stigning i andelen af slow-wave søvn [100] .
Mennesker, der lider af søvnmangel, kan have et reduceret immunrespons sammenlignet med normale mennesker og reduceret antistofproduktion som reaktion på infektion. Derudover forstyrrer krænkelser af cyklusserne af vekslende lys og mørke tidspunkter på dagen funktionen af NFIL3 -proteinet , som er involveret i reguleringen af ikke kun døgnrytmer , men også T-celledifferentiering. Overtrædelse af døgnrytmer kan sammen med forstyrrelser i immunsystemets funktion forårsage hjertesygdomme , astma og kroniske smerter [101] .
Ud over den negative effekt af søvnmangel på immunsystemets funktion, har søvn og døgnrytmer en stærk regulerende effekt på både medfødt og adaptiv immunitet. Under slow-wave søvn er der et kraftigt fald i niveauet af cortisol , adrenalin og noradrenalin , på grund af hvilket koncentrationen af leptin , somatotropin og prolaktin stiger. Disse hormoner er forbundet med dannelsen af pro-inflammatoriske cytokiner IL-1, IL-12 , TNFα og INFγ , som aktiverer immunceller, fremmer deres proliferation og differentiering. Det er under slow-wave-søvn, at antallet af udifferentierede eller dårligt differentierede naive og hukommelses-T-celler topper i løbet af et langsomt udviklende adaptivt immunrespons Derudover understøtter hormoner, der aktivt produceres under ikke-REM-søvn (leptin, somatotropin og prolaktin), interaktionen af antigenpræsenterende celler og T-celler, øger spredningen af T-hjælpere og migrationen af naive T-celler til lymfeknuderne. Det menes, at disse samme hormoner bidrager til dannelsen af langtidsimmunologisk hukommelse ved at aktivere T-hjælper-responset [102] .
Under vågenhed derimod når antallet af dræber T-celler og NK-celler samt koncentrationen af antiinflammatoriske stoffer som kortisol og katekolaminer et højdepunkt . Der er to hypoteser om, hvorfor pro-inflammatoriske signaler i immunsystemet aktiveres under søvn. For det første, hvis en aktiv inflammatorisk reaktion opstod under vågenhed, ville det forårsage alvorlig fysisk og kognitiv svækkelse. For det andet kan melatonin bidrage til betændelse under søvn . Under betændelse produceres massive mængder af frie radikaler ( oxidativt stress ), og melatonin kan modvirke deres dannelse under søvn [102] [103] .
Overspisning er blevet forbundet med sygdomme som diabetes og fedme , som påvirker, hvordan immunsystemet fungerer. Moderat underernæring , såvel som mangel på visse sporstoffer og næringsstoffer , kan påvirke immunsystemets funktion negativt [104] . Der er dokumentation for, at immunsystemet påvirkes positivt af fødevarer, der er rige på fedtsyrer [105] , og utilstrækkelig føtal ernæring under graviditeten kan kompromittere immunsystemet for resten af livet [106] .
Immunsystemet, især dets medfødte komponent, spiller en kritisk rolle i vævsreparation efter skade [107] [108] [109] [110] [111] . Makrofager og neutrofiler er nøglespillere i denne proces, men γδ-T-celler, medfødte lymfoide celler og regulatoriske T-celler er også vigtige. De vigtigste faktorer i sårheling er immuncellernes plasticitet og balancen mellem pro-inflammatoriske og anti-inflammatoriske signaler. Immunsystemet er også involveret i regenereringsprocessen, især hos padder . Ifølge en hypotese er arter med en høj evne til at regenerere mindre immunkompetente end arter med et lavt regenerativt potentiale [112] [113] .
Immunsystemets lidelser kan opdeles i tre kategorier: immundefekter, autoimmune sygdomme og overfølsomhedsreaktioner [114] .
Immundefekt opstår, når immunsystemet ikke er effektivt nok, når en eller flere af dets komponenter ikke fungerer. Aktiviteten af immunsystemet efter 50 års alderen falder gradvist, denne proces kaldes immunosenescence ( engelsk immunosenescence ) [115] [116] . I udviklede lande er hovedårsagerne til faldet i effektiviteten af immunsystemet fedme, alkoholisme og stofmisbrug [116] . I udviklingslande er forstyrrelser i immunsystemet oftest forårsaget af underernæring. Med mangel på proteiner i kosten, funktionen af de cellulære mekanismer af immunitet, er komplementsystemet forstyrret, dannelsen af cytokiner og immunglobuliner A (IgA) reduceres [116] . Nogle immundefekter er arvelige [ 16] , for eksempel kronisk granulomatøs sygdom , hvor fagocytter ødelægger patogene celler med lav effektivitet. Immundefekt kan være resultatet af HIV-infektion eller visse kræftformer [117] [118] .
Autoimmune sygdomme er forbundet med øget hyperaktivitet af immunsystemet, som begynder at angribe selve kroppens proteiner. Ved autoimmune sygdomme er mekanismen for genkendelse af egne og andres således overtrådt. Normalt bliver T-celler, der er i stand til at genkende kroppens egne proteiner, ødelagt af særlige mekanismer [119] . Mekanismen for autoimmun ødelæggelse af celler og væv adskiller sig ikke fra den, der normalt realiseres i det adaptive immunrespons. Almindelige autoimmune sygdomme omfatter reumatoid arthritis , insulinafhængig diabetes mellitus , autoimmun thyroiditis [120] .
Overfølsomhed refererer til en overdreven immunreaktion på et antigen. Overfølsomhedsreaktioner er opdelt i flere typer afhængigt af deres varighed og de underliggende mekanismer. Type I overfølsomhed omfatter øjeblikkelige anafylaktiske reaktioner, der ofte er forbundet med allergier. Reaktioner af denne type kan forårsage mildt ubehag eller føre til døden. Type I overfølsomhed er baseret på immunglobuliner E (IgE), som forårsager degranulering af basofiler og mastceller. Type II-overfølsomhed siges at være, når der er antistoffer til stede i kroppen, som genkender dets egne proteiner og markerer de celler, der udtrykker dem til ødelæggelse. Type II overfølsomhed, også kaldet antistofafhængig eller cytotoksisk overfølsomhed, er baseret på immunglobuliner G (IgG) og M (IgM). Immunkomplekser, som er ophobninger af antigener, komplementproteiner, IgG og IgM, udløser type III overfølsomhedsreaktioner. Type IV overfølsomhed, også kendt som forsinket overfølsomhed, udvikler sig inden for 2 til 3 dage. Type IV overfølsomhedsreaktioner observeres i mange autoimmune og infektionssygdomme, og de er baseret på T-celler, monocytter og makrofager [121] .
Immunsuppressive lægemidler (immunsuppressiva) bruges til behandling af autoimmune sygdomme, overdreven inflammation og for at forhindre transplantatafstødning efter organtransplantation [ 122] [123] . Anti-inflammatoriske lægemidler bruges aktivt til at kontrollere virkningerne af inflammatoriske processer . Glukokortikoider er blandt de mest kraftfulde antiinflammatoriske lægemidler , men de har mange alvorlige bivirkninger, herunder central fedme, hyperglykæmi og osteoporose , så deres brug bør kontrolleres strengt [124] . Små doser af antiinflammatoriske lægemidler bruges ofte sammen med cytotoksiske lægemidler og immunsuppressive lægemidler såsom methotrexat og azathioprin . Cytotoksiske lægemidler undertrykker immunresponset ved at dræbe delende celler, herunder aktiverede T-celler. Imidlertid påvirkes også dele af andre vævs celler, så cellegift har mange bivirkninger [123] . Immunsuppressive lægemidler såsom cyclosporin undertrykker T-cellernes respons på ekstracellulære stimuli ved at hæmme deres signalveje [125] .
Aktiv immunitet kan skabes kunstigt gennem vaccination. Det grundlæggende princip for vaccination, eller immunisering, er at indføre antigenet af et patogen i kroppen for at udvikle specifik immunitet mod det uden at overføre sygdommen [16] . Den selektive udløsning af et immunrespons af antigenet snarere end patogenet som helhed afhænger af immunsystemets naturlige specificitet. Vaccination er et af de mest succesrige eksempler på manipulation af immunsystemet, som giver beskyttelse mod en række infektionssygdomme [122] [126] . De fleste vacciner mod virusinfektioner indeholder levende svækket virus, og mange vacciner mod bakterielle sygdomme er baseret på ikke-cellulære komponenter af mikroorganismer, såsom harmløse komponenter af toksiner [16] . Da mange antigener, der anvendes i ikke-cellulære vacciner, ikke giver et adaptivt immunrespons med tilstrækkelig styrke, tilsættes adjuvanser til de fleste antibakterielle vacciner , som aktiverer antigenpræsenterende celler med medfødt immunitet og øger vaccinens immunogenicitet [127] .
Kroppen kan udvikle en neutraliserende immunrespons efter introduktionen af lægemidler, der er store peptider og proteiner, der vejer mere end 500 Da , især ved gentagen administration i store doser. Nogle gange er det ikke stoffet i sig selv, der er immunogent, men det stof, det administreres med, som det nogle gange er tilfældet med kræftlægemidlet taxol . For at vurdere immunogeniciteten af proteiner og peptider er der udviklet beregningsmetoder, der er særligt vigtige for udviklingen af lægemidler baseret på antistoffer og andre stoffer af peptidkarakter, samt for at studere virkningen af mutationer i virale kappeproteiner på dets virulens . . De tidligste metoder til vurdering af immunogenicitet var baseret på den observation, at andelen af hydrofile aminosyrerester i epitoper er meget større end den for hydrofobe [128] . De seneste tilgange er baseret på brugen af maskinlæring og databaser over kendte epitoper (normalt velundersøgte virale proteiner) som træningssæt [129] . Feltet, der beskæftiger sig med studiet af immunogenicitet ved hjælp af bioinformatiske tilgange, er blevet kaldt immunoinformatik [130] .
Immunologisk tolerance refererer til fraværet af et immunrespons på et specifikt antigen. Listen over antigener, som tolerance kan udvikles over for, kan praktisk talt ikke skelnes fra det sæt af antigener, mod hvilket et specifikt immunrespons udvikles. Specifik ikke-respons på visse antigener er nødvendig i nogle stadier af ontogenesen såvel som for det normale graviditetsforløb hos pattedyr ( immunologisk tolerance under graviditet ). Udviklingen af tolerance over for nogle antigener sker tidligt i udviklingen af organismen. Derudover kan tolerance induceres kunstigt i de tidlige stadier af ontogeni, især ved at indføre et antigen i en nyfødt organisme med et ufuldstændigt dannet immunsystem. De cellulære og molekylære tolerancemekanismer dannet i begyndelsen af en organismes udvikling og i voksenalderen er ofte forskellige. Så hos nyfødte mus er makrofager få, så immunsystemet kan ikke udvikle et effektivt respons. Regulatoriske T-celler , der undertrykker T-hjælpere, spiller en vigtig rolle i udviklingen af immunologisk tolerance [131] .
Ud over at bekæmpe patogener er en vigtig rolle for immunsystemet at identificere og ødelægge maligne celler. Tumorceller, der har gennemgået ondartet transformation, udtrykker ofte overfladeantigener, der er fraværende i normale celler. Immunsystemet opfatter disse antigener som fremmede, så de udløser et immunrespons mod maligne celler. Tumorantigener kan have forskellig oprindelse [132] : de kan stamme fra onkogene vira , såsom human papillomavirus , som forårsager kræft i livmoderhalsen [133] og andre organer [134] , og andre tumorantigener er i virkeligheden kroppens egne proteiner, der normalt er til stede i celler på et lavt niveau, og i tumorceller på et væsentligt højere niveau. Et eksempel er enzymet tyrosinase , der kræves til syntesen af melanin. Høj ekspression af dette protein fører til transformation af melanocytter til maligne celler [135] [136] . Den tredje kilde til tumorantigener er proteiner, der normalt regulerer cellevækst og overlevelse, som ofte muterer og bliver til onkogener [132] [137] [138] .
Antitumorimmunresponset består hovedsageligt i ødelæggelse af tumorceller af T-dræbere, nogle gange med deltagelse af T-hjælpere [136] [139] . Tumorantigener præsenteres i et kompleks med MHC-I-lignende virale proteiner, på grund af hvilke T-dræbere kan genkende maligne celler [140] . NK-celler ødelægger også tumorceller, især hvis de udtrykker MHC-I på et lavt niveau sammenlignet med normen, hvilket sker ret ofte med tumorceller [141] . I nogle tilfælde dannes antistoffer mod tumorantigener i kroppen, og maligne celler ødelægges af komplementsystemet [137] .
Nogle tumorer formår at undslippe immunresponset [142] [143] . Deres celler udtrykker MHC-I på et lavt niveau, så de genkendes ikke af T-dræbere [140] [142] . Nogle tumorceller udskiller stoffer, der undertrykker immunresponset, såsom cytokinet TGFβ , som undertrykker aktiviteten af makrofager og lymfocytter [142] [144] . Derudover kan immunologisk tolerance udvikle sig over for tumorantigener, hvilket får immunsystemet til at miste sin evne til at genkende maligne celler [142] [143] .
Makrofager kan fremme tumorvækst på grund af de cytokiner, de bruger til at tiltrække andre makrofager, såsom TNFα [145] . Derudover kan kombinationen af hypoxi , hvor tumoren oftest er lokaliseret , og cytokiner frigivet af makrofager aktivere tumormetastaser [142] .
Et multikomponent adaptivt immunsystem i løbet af evolutionen dukkede højst sandsynligt op hos hvirveldyr med kæbe, da hvirvelløse dyr hverken har lymfocytter eller antistoffer [1] . Imidlertid har mange organismer forsvarssystemer, der i princippet ligner den adaptive immunitet hos hvirveldyr. Selv bakterier og archaea har funktionelle analoger af immunsystemet , for eksempel restriktionsmodifikationssystemet eller CRISPR /Cas-systemet, designet til at beskytte mod vira [146] . CRISPR/Cas-systemet kan også ses som en form for erhvervet immunitet, da det involverer indsættelse i genomet af en bakterie eller arkæa af sekvenserne af de vira, den er stødt på, således at en specifik beskyttende reaktion opstår hurtigt. I CRISPR/Cas-systemer undertrykkes viral replikation på grund af den komplementære interaktion af korte RNA'er læst fra spacere i CRISPR- locuset med fremmede nukleinsyrer og deres efterfølgende ødelæggelse af Cas-proteiner [147] [148] . Prokaryoter har også andre antivirale forsvarsmekanismer [149] [150] . Nogle elementer af immunsystemet findes i encellede eukaryoter , men de er dårligt forstået [151] .
Nogle komponenter af medfødt immunitet, såsom mønstergenkendelsesreceptorer, er til stede i stort set alle organismer. Planter og dyr har antimikrobielle peptider, og hos hvirvelløse dyr er det antimikrobielle peptider, der er hovedformen for systemisk immunitet [1] . De fleste hvirvelløse dyr har også et komplementsystem og fagocytter. Hovedrollen i antiviral beskyttelse mod vira spilles af ribonuklease -enzymer og mekanismen for RNA-interferens, som er konserveret i næsten alle eukaryoter [152] .
I modsætning til dyr har planter ikke celler, der er i stand til fagocytose, men planter har et immunsystem, som er baseret på transmission af kemiske signaler gennem hele plantekroppen [153] . Individuelle planteceller kan også reagere på PAMP'er [154] . Når et område af plantevæv er inficeret, dannes en lokal overfølsomhedsreaktion, på grund af hvilken cellerne i det berørte område gennemgår apoptose og bliver ude af stand til at overføre patogener til andre celler. En planteorganisme kan erhverve resistens over for et patogen som helhed gennem en defensiv reaktion kendt som systemisk erhvervet resistens [153] . En vigtig rolle i planters systemiske respons på en virusinfektion spilles af RNA-interferens, som blokerer virusreplikation [155] .
Selvom klassiske adaptive immunsystemmolekyler såsom immunoglobuliner og T-cellereceptorer kun findes i kæbede dyr, er det blevet foreslået, at andre organismer har alternative adaptive immunsystemer. Eksempler omfatter primitive kæbeløse hvirveldyr som f.eks. lampretter og tøsnefisk . De har såkaldte variable lymfocytreceptorer ( engelsk variable lymphocyte receptors, VLRs ), som er kodet af et eller to gener. VLR'er binder antigener på en måde svarende til antistoffer og med lignende specificitet [156] .
Succesen for ethvert patogen afhænger af, hvor vellykket det kan overvinde barriererne i kroppens immunsystem. Derfor har patogener udviklet flere mekanismer, der hjælper dem med at undgå eller ødelægge immunsystemet [157] . Bakterier overvinder ofte kroppens beskyttende barrierer ved at udskille enzymer, der ødelægger dem, for eksempel ved hjælp af type II sekretionssystemer [158] . Type III sekretionssystemer sørger for kommunikation mellem en bakteriecelle og en værtscelle gennem hule rør, på grund af hvilke patogenproteiner leveres direkte til værtscellerne. Disse proteiner er ofte designet til at slå værtens forsvarsmekanismer fra [159] .
Nogle patogener, såsom intracellulære, undslipper immunresponset ved at gemme sig inde i værtscellerne. Sådanne patogener tilbringer det meste af deres livscyklus inde i værtscellerne, hvor de er beskyttet mod virkningen af immunceller, antistoffer og komplementsystemet. Intracellulære patogener omfatter vira, nogle bakterier (såsom Salmonella ) og endda eukaryoter ( malariaplasmodium Plasmodium falciparum og protister af slægten Leishmania ). Nogle bakterier, såsom Mycobacterium tuberculosis , lever inde i kapsler , der beskytter dem mod lysis af komplementproteiner [160] . Mange patogener udskiller stoffer, der ophæver immunresponset eller tager det i den forkerte retning. Nogle patogene bakterier danner biofilm , hvor alle bakterieceller er pålideligt beskyttet mod immunsystemets påvirkning. Biofilm danner menneskelige patogener såsom Pseudomonas aeruginosa og Burkholderia cenocepacia [161] . Andre bakterier syntetiserer overfladeproteiner, der binder antistoffer og inaktiverer dem; Eksempler inkluderer G-proteinet fra bakterier af slægten Streptococcus , A-proteinet fra Staphylococcus aureus og L-proteinet fra Peptostreptococus magnus [162] .
Mekanismerne til at undgå det adaptive immunrespons er mere komplekse. Den enkleste af disse er antigen variation , hvorved ikke-essentielle dele af overfladeepitoper kan ændre sig hurtigt. For eksempel i HIV ændres de virale kappeproteiner, der er nødvendige for at komme ind i målcellen, konstant. Hyppige ændringer i antigener kan forklare den manglende udvikling af en vaccine mod denne virus [163] . En lignende mekanisme for overfladeproteinvariation bruges af den eukaryote encellede parasit Trypanosoma brucei , som gør det muligt for den at være et skridt foran immunsystemet [164] . En anden almindeligt anvendt strategi er antigenmaskering. For eksempel omgiver HIV- virioner sig ved adskillelse fra cellen med en lipidmembran afledt af værtscellemembranen, hvilket gør det sværere for immunsystemet at genkende dem som fremmedlegemer [165] .
De første kendte optegnelser om eksistensen af immunitet går tilbage til 430 f.Kr. e. da pesten rasede i Athen . Thukydid bemærkede, at mennesker, der havde været syge med pest under et tidligere udbrud, kunne tage sig af de syge uden at blive syge igen [166] . I det 10. århundrede introducerede den persiske læge Abu Bakr Muhammad al-Razi først begrebet adaptiv immunitet og beskrev koppernes beskyttende virkning mod tilbagefald [167] . Selvom immunitet efter hans opfattelse bestod i udskillelsen af "overskydende fugt" i blodet under den første sygdom, og derved forhindrede en anden sygdom, var al-Razis teori i stand til at forklare nogle af de observationer om kopper, der var tilgængelige på det tidspunkt [168] .
I det 18. århundrede udførte Pierre Louis de Maupertuis en række eksperimenter med skorpiongift og fandt ud af, at nogle hunde og mus var modstandsdygtige over for dets handling [169] . Begrebet immunitet blev videreudviklet takket være Louis Pasteur , som udviklede principperne for vaccination og kimteorien om sygdom [170] . Pasteurs teori var i modstrid med datidens ideer om sygdomme, især den udbredte teori om miasmer . Pasteurs ideer blev bekræftet i 1891 af Robert Koch , som i 1905 modtog Nobelprisen i fysiologi eller medicin for at fastslå den mikrobielle årsag til infektionssygdomme [171] . Vira's rolle i menneskelig sygdom blev vist i 1901, da Walter Reed opdagede gul feber-virus [172] .
Immunologien udviklede sig hurtigt i slutningen af det 19. århundrede. På det tidspunkt blev de cellulære og humorale baser for immunitet undersøgt intensivt [173] . Særligt vigtigt var bidraget fra Paul Ehrlich , som foreslog teorien om sidekæder for at forklare specificiteten af antigen-antistof-interaktionen. I slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede var der en konfrontation mellem de cellulære og humorale teorier om immunitet. Celleteorien blev forsvaret af Ilya Mechnikov , som opdagede immuncellernes evne til fagocytose. Tilhængere af den humorale teori om immunitet, herunder Paul Ehrlich og Emil Adolf von Behring , hævdede, at komponenterne i immunitet er frie molekyler opløst i kropsvæsker og ikke specialiserede celler. For sit arbejde med at studere mekanismerne for humoral immunitet blev Ehrlich tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1908, som han delte med Metchnikov [174] .
I 1950'erne formulerede Frank Macfarlane Burnet teorien om klonal selektion i immunsystemet [175] . Ifølge Burnet er udløsningen af et immunrespons baseret på en sondring mellem "selv" (komponenter af en sund krop, der ikke udløser en immunreaktion) og "fremmed" (patogener og transplantater, der aktiverer immunreaktionen) [176] . Burnets teori blev yderligere modificeret i overensstemmelse med nye resultater vedrørende det store histokompatibilitetskompleks og dets involvering i to-trins T-celleaktivering [177] .
Tematiske steder | |
---|---|
Ordbøger og encyklopædier | |
I bibliografiske kataloger |
|
Menneskelige organsystemer | |
---|---|