Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013

Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu2013

Rolul sistemului imun. Reacția de hipersensibilitate de tip I

CURSUL 2

allergy

Obiective

I. Rolul sistemului imun (background)

II. Reacția de hipersensibilitate de tip I

III. Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I

L. C.

3

• Sistemul imun = totalitatea organelor, celulelor, produşilor celulari şi a proceselor biologice care asigură protecţia împotriva infecţiilor şi a tumorilor

• Componente: imunitatea nespecifică (înnăscută) şi imunitatea specifică (adaptativă)

I. Rolul sistemului imun (background)

Abbas, Immunology, 2009

4

1. Apărarea împotriva agenţilor patogeni:

2. Distincția între antigene (Ag) self și non-self:– Self = structuri proprii organismului– Non-self = elemente străine organismului, inclusiv celule

infectate de agenți patogeni sau tumorale3. Depistarea şi distrugerea celulelor tumorale4. Rejetul grefei şi răspunsul grefă contra gazdă (GVHD)

1. Funcțiile sistemului imun

Bacterii VirusuriParaziți Fungi

Distincția între • agenții patogeni Răspuns imun • agenții inofensivi Toleranță


5

• Prima linie de apărare a organismelor eucariote

• Cuprinde celule şi mecanisme care apără gazda de agenții patogeni în mod nespecific Nu diferenţează între patogeni

• Componente:– Bariere anatomice: pielea şi

mucoasele– Bariere fizice: t°C, pH– Sistem complement– Enzime: lectine, lizozim– Celule fagocitare– Interferon (IFN)

2. Imunitatea nespecifică

• Roluri:1. Inflamaţia = efectul acţiunii

conjugate a componentelor2. Activarea imunităţii specifice3. Identificarea şi eliminarea Ag

non-self

6

• Doar la vertebrate• Recunoaşte specific agenţii patogeni Răspuns imun specific

primar și secundar → la fiecare nouă întâlnire cu acelaşi patogen se produce un răspuns imun mai intens și mai rapid

• Mecanisme:1. Imunitatea umorală:– Faţă de agenţi extracelulari– Efectori: anticorpii (Ac) - produşi

de limfocitele B (LB)2. Imunitatea celulară:– Faţă de agenţi intracelulari– Efectori: limfocite T citotoxice CD8

(LTc)

3. Imunitatea specifică (adaptativă)

În ambele cazuri este necesar ajutorul limfo-citelor T helper CD4 (LTh), care recunosc antigenele (Ag) prezentate de către celulele prezentatoare de antigen (CPA)


7


www.niaid.nih.gov

Activarea LTh după prezentarea Ag

Imunitatecelulară

Imunitateumorală Ag extracelulare

Proliferare + diferențiere LB activate

LB memorie

Plasmocite Sinteză Ac specifici Legare Ac-AgLTh2

LB activat

Activarea Macrofagelor

Macrofage activate

LTh1

Distrugerea celulelor infectate cu Ag intracelulare

Celulele infectate cu Ag intracelulare exprimă la suprafață fragmente antigenice

LTc activatCD8

Proliferare + diferențiere LTc activate

LTh (CD4) activat

8


9

Activarea LTh (CD4)

LTh activat

Monokine

HLA clasa II

Receptorul LT

Celula prezentatoare de antigen

CD4

Antigen peptidic

Antigenul este procesat

LTh in repaus

HLA clasa II

Limfokine

Recptorul LTh recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II

Macrofag

Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II

Antigen

LTh

National Cancer Institute, USA

10

Activarea LTc (CD8)

Antigen procesat si HLA clasa I

Limfokine

HLA clasa I

HLA clasa II

Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II

Antigen

Receptorul LTh in repaus recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II

Macrofag

Monokine

LTc

Celu

la in

fect

ata

HLA clasa I

Antigen peptidic Receptorul LT

CD8

LTh in repaus

LTc

LTc se activeazaAntigen (virus)

Antigen procesat (proteine virale)

Celula moare

Celula infectata

LTc activata

LTh activat

Antigenul este procesat

National Cancer Institute, USA

11

Activarea LB (CD3)

12

• IgD: pe suprafaţa LB naïve; au rol de receptor de antigen pe suprafața LB

• IgM: pe suprafaţa LB naïve; au rol în faza precoce a răspunsului imun umoral (înaintea IgG)

• IgG (1, 2, 3, 4): în cantitate mare în circulaţie; au rol major în răspunsul imun umoral

• IgE: cele mai importante în alergii + rol în apărarea antiparazitară

• IgA: în mucoase (intestin, tract respirator, tract urogenital) precum și în secreţii (saliva, lacrimi, lapte) previn colonizarea locală cu patogeni

3.5. Imunoglobulinele

IgD, IgG, IgE

IgA

IgM

• IgE<0,001% din totalul Ig serice = 0,1-0,4 μg/ml

• Timp de înjumătățire = 3 zile• IgE se leagă de suprafața

mastocitelor prin interacțiunea cu receptorii FcεRI ai acestora → degranulare mastocitară → reacție de hipersensibilitate de tip imediat

• dacă se leagă de receptorii FcεRII de pe monocite și macrofage, mediază reacțiile citotoxice față de paraziți

• concentrația serică în boli alergice și parazitare

3.6. Imunoglobulinele E - IgE

13

14

• FcεRI:– Receptor de înaltă afinitate– Structură tetramerică– Lanţul FcεRIα se leagă de porţiunea Fc a lanţului greu al

IgE– Cele două lanţuri FcεRIγ reprezintă proteine de

semnalizare (împreună cu protein tirozin kinaze)– Lanţul FcεRIβ face legătura între aceste porţiuni– Crosslinkarea imunoglobulinelor E fixate pe suprafaţa

celulelor efectoare fosforilarea tirozinei degranularea mastocitelor, sinteza şi secreţia de mediatori lipidici şi de citokine

4. Receptorii IgE

Kuby, Immunology, 2006

15

• FcεRII (CD23):– Receptor de joasă afinitate– Rol în reglarea intensităţii răspunsului alergic– Pe suprafaţa: limfocitelor B, a macrofagelor activate, a

eozinofilelor, a celulelor dendritice foliculare, şi a trombocitelor

4. Receptorii IgE


16

• Răspunsul imun primar– Apare la primul contact cu Ag– Constă în generarea de:

a) Celule efectoare specifice:→LB (plasmocite) capabile

să producă Ac specifici față de Ag

→LTc activate, capabile să distrugă celulele care exprimă Ag

b) LB sau LTc de memorie– Perioadă de latență pâna la

apariția reacției: (→14 zile)– Intensitatea răspunsului:

Răspunsul imun umoral primar vs secundar

5. Răspunsul imun primar și secundar

Răspuns primar anti-A

Răspuns primar anti-B

Răspuns secundaranti-A

SăptămâniN

ivel

ser

ic A

c

17

• Răspunsul imun secundar– Apare la un nou contact cu Ag– Constă în activarea LB sau LTc

de memorie activarea rapidă și intensă a celulelor efectoare specifice: → LB (plasmocite) produc

cantități mari de Ac specifici→ LTc specifice, capabile să

distrugă rapid celulele care exprimă Ag

– Perioadă de latență pâna la apariția reacției:

– Intensitatea răspunsului:

Răspunsul imun umoral primar vs secundar

Răspuns primar anti-A

Răspuns primar anti-B

Răspuns secundaranti-A

SăptămâniN

ivel

ser

ic A

c

5. Răspunsul imun primar și secundar

18

6. Proprietăţile imunităţii specifice

Imunitatea nespecifică Imunitatea specificăRăspunsul este independent de Ag Răspunsul este dependent de Ag

Există un răspuns imediat maximal Există perioadă de latență între contactul cu Ag şi răspunsul maximal

Nu este Ag-specific Este Ag-specific

Expunerea repetată nu duce la formarea imunităţii de memorie

Expunerea repetată duce la formarea imunităţii de memorie

• Specificitate• Diversitate: Repertoriu bogat de limfocite mature şi Ac –

specifici (pentru 107 Ag diferite)• Memorie• Distinge self-ul de non-self• Capacitate de a recruta alte mecanisme de aparare

19

• Intrauterin:– Primele săptămâni: mezoderm

intraembrionar şi extraembrionar (în sacul vitelin)

– La făt: ficat– Începând cu S20: hematopoieză

exclusiv medulară• Extrauterin:

– Organe limfoide primare: măduva hematopoietică, timusul

– Organe limfoide secundare: splina, ganglionii limfatici, MALT (mucose-associated lymphoid tissue), SALT (skin-ALT)

7. Organele sistemului imunitar

Roecken, Color Atlas of Allergic Diseases

20

• MALT este expus la o mare varietate de Ag, unele dintre ele patogene, iar altele implicate în alergii

• Tipuri: BALT (bronşic), NALT (nazal), GALT (gastro-intestinal)

8. Ţesutul limfoid asociat mucoaselor - MALT

Kiyono 2004, Nature Reviews Immunology

Obiective

I. Rolul sistemului imun



L. C.

22

• Reacțiile de hipersensibilitate = răspuns imun exagerat şi/sau inadecvat pe care îl generează sistemul imunitar, la contactul cu diferite Ag

• Apar doar după ce organismul-gazdă a fost sensibilizat în prealabil, în urma unui prim contact cu antigenul

• Rezultatul acţiunii imunităţii specifice umorale sau mediate celular

• Clasificare în funcţie de:– Mecanismul imunologic implicat– Moleculele şi celulele participante– Momentul apariţiei simptomelor

II. Reacţia de hipersensibilitate de tip I

23

Clasificare Gell-Coombs - tipuri de HS (anii 60)

Philip George Houthem Gell,

1914 - 2001

Robert Royston Amos(Robin) Coombs,

1921 - 2006

• Reacții mediate de imunitatea umorală:1. Hipersensibilitatea de tip I (imediată) sau

anafilactică– mediată prin Ac de tip IgE2. Hipersensibilitatea de tip II sau citotoxică– datorată prezentării anormale de Ag pe

membranele celulelor neprezentatoare de Ag– mediată prin Ac de tip IgM și IgG, care distrug

celulele țintă3. Hipersensibilitatea de tip III sau prin

complexe imune– caracterizată prin hiperproducție de complexe

imune Ag-Ac circulante (CIC) sau tisulare

• Reacții mediate de imunitatea celulară:4. Hipersensibilitatea de tip IV sau întârziată– mediată prin limfocite T cu producere de leziuni

tisulare importante

24

Clasificarea Gell-Coombs

Reacția de hipersensibilitate de tip I

25

• Debut rapid – câteva minute de la contactul cu alergenul (inhalator, alimentar, medicamentos)

• Apare la persoane cu predispoziţie genetică - teren atopic • Necesită cel puțin un contact sensibilizant anterior cu alergenul

→ răspuns imun primar• Contactele ulterioare cu alergenul sensibilizant → răspuns

imun secundar - desfășurat în două etape:– faza precoce– faza tardivă

• Mediată prin Ac de tip IgE sintetizați în exces• Celulele efectoare: mastocitele, bazofilele, eozinofilele• Implicată în patogenia rinitei alergice, astmului bronșic,

dermatitei atopice, șocului anafilactic

26

Crosslinkarea IgE

IgE specifice produse difuzează în întregul organism, venind în contact cu mastocite sau cu bazofile

IgE se leagă de FcεRI membranari, fără efect imediat

Mastocitele sunt „sensibilizate” pentru o nouă întâlnire cu alergenul

Primul contact cu alergenul

Al doilea contact cu alergenul

Alergenul se leagă de două sau mai multe IgE de pe suprafaţa mastocitelor = crosslinkare

Degranularea mastocitelor

27

Răspunsul alergic - schema generală

Singh 2008, Trends in Plant Science(a) (b) (c)

1. Alergenul traversează bariera epitelială preluare+procesare a fragmentelor alergenice de către celulele dendritice (CD)

2. Activarea LTh naive prin recunoașterea complexului Ag-MHC clasa II de pe suprafața CD LTh2 activate

3. LTh2 activate sinteza IL4/IL13

1. Răspunsul alergic primar: (a) prezentarea Ag

28

Adaptat după Galli S.J., Nature 454, 445-454 (2008)

4. LTh2 stimulează LB cu orientarea izotipului spre sinteza IgE5. IgE difuzează local la nivelul tisular IgE se leagă de

receptorii specifici de înaltă afinitate pentru IgE (FcεRI) de pe mastocite → Sensibilizarea mastocitelor, pentru a răspunde la o nouă expunere la alergen

1. Răspunsul alergic primar: (b) sinteza IgE + sensibilizarea mastocite

29


2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce

30

• Debut: la 10 min după reexpunerea la alergene• Nivel maxim: la 30 min• Durează 1-3 h


2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce

31

• Alergenele străbat bariera epitelială

• Legarea alergenelor de complexele IgE-FcεRI pe suprafața membranei mastocitelor (mc)

↓• Determină activare +

degranulare mastocite ↓Eliberare de mediatori preformați și de novo ↓


• Efecte: contracție mușchi neted, vasodilatație, crește permeabi-litatea vasculare, hipotensiune, secreție de mucus, prurit

• Debut: la câteva ore de la contactul cu alergenul (2-8 ore)• Amplifică răspunsul inflamator precoce

3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă

32


• Cauza: acțiunea factorilor chemotactici și a mediato-rilor inflamatori: IL-4, IL-5, IL-13, TNF-α

• Efect: infiltrat inflamator cu LTh2, eozinofile, neutrofile, bazofile și monocite → perpetuarea răspunsului inflamator și producerea de leziuni tisulare

• elastaza neutrofilică → degradare colagen tip III

• proteina bazică eozinofi-lică→lezare celule epiteliale

3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă

33


34

Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv (c)

Histamina – vasodilataţiePGD2 – bronhoconstricţieLTC4 – secreţie de mucus

Răspuns imediat

Răspuns tardiv

IL-4, TNF-α LTC4 – adeziune endotelială

PAF, IL-5, ECF – migrare leucocitară

IL-4, IL-5 – activare leucocitară

infiltrat inflamator celular


35

• În răspunsul imediat, după eliberarea mediatorilor preformaţi, mastocitele trec printr-un proces de refacere a mediatorilor pentru un nou răspuns, care poate dura mai multe zile sau săptămâni este necesar un sistem de rezervă = răspunsul tardiv:– Apare la 6-8 ore de la contactul cu alergenul– Amplifică răspunsul inflamator imediat– La nivel cutanat: reacţia imediată de tip wheal and flare

(intensitate maximă la 15 min de la contactul cu alergenul, dispare în ~60 de minute) se transformă după 6-8 ore în reacţie de tip tardiv: infiltrat inflamator celular (Ne, L, Eo) atras de diferite IL (IL-1, IL-4, IL-6)

– La nivel nazal: infiltrat celular constituit din Ne, Eo, Mo, depuneri de fibrină

Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv (c)

36

Consecinţele răspunsului alergic la nivel bronşic


• Se dezvoltă prin expunere repetitivă/persistentă la alergene

• Se caracterizează prin:‒ acumularea tisulară de

eozinofile, bazofile, neutrofile, monocite, LTh2

‒ creșterea numărului de mastocite în țesuturi → expresie crescută de FcεRI, care leagă IgE

‒ Interacțiuni complexe între celulele recrutate, rezidente și structurale

4. Inflamația alergică cronică

37


• Inflamația alergică cronică → lezare epiteli-ală, exacerbată de expu-nerea la patogeni și fac-tori de mediu → Activare răspunsului reparator:1.îngroșarea peretelui căilor

respiratorii 2.depunerii de proteine în

matricea extracelulară (fibronectină, colagen I,III,V)

3.hiperplazia celulelor mucoase → producției de mucus

38

4. Inflamația alergică cronică


39

Implicarea mastocitelor în răspunsul alergic tardiv


40

Implicarea macrofagelor în răspunsul tardiv


41

• Secretă mediatori care produc liză celulară• În astm se găsesc numeroase Eo activate în sânge, spută,

lichidul de lavaj bronhoalveolar, biopsiile de mucoasă bronşică

• Prezenţa Eo e direct proporţională cu HRB şi severitatea bolii

Implicarea eozinofilelor în răspunsul tardiv


42

• Lezarea epiteliului: celulele columnare se detaşează de cele bazale prin clivarea desmozomilor şi a joncţiunilor strânse

• Îngroşarea aparentă a membranei bazale prin depozitarea de colagen în lamina reticularis (submembranar)

• Hiperplazia şi activarea miofibroblaştilor • Dilatarea şi hiperpermeabilizarea vaselor• Obstrucţia mucoasă a căilor aeriene: mucus, proteine

plasmatice, celule epiteliale, celule inflamatorii

Consecinţele inflamației alergice cronice

1. Mediatori primari Mediatori preformați• Histamina• Serotonina• Factori chemotactici pentru

eozinofile (ECF-A) și neutrofile (NCF-A)

Mediatori derivați din matricea granulelor

• Proteaze• Hidrolaze• Proteoglicani• Peroxidaze• Factori inflamatori ai anafilaxiei

5. Mediatorii mastocitari ai reacției alergice

43

Adaptat după http://medicinembbs.blogspot.com/2011/02/hypersensitivity-reactions.html

44

2. Mediatori secundari Mediatori sintetizați de novo• Leucotriene(LTB4, C4, D4, E4)• Prostaglandine (PGD2)• Tromboxani• PAF• Metaboliți toxici ai oxigenului• Bradikinină Citokine• Interleukine: IL-3, IL-4, IL-5,

IL-6, IL-11• Proinflamatoare și activatoare:

TNF-α, IL-1β, endotelina-1

Adaptat după http://medicinembbs.blogspot.com/2011/02/hypersensitivity-reactions.html

5. Mediatorii mastocitari ai reacției alergice

45

• Efecte asupra:– Vaselor– Musculaturii netede– Celulelor: eozinofile, neutrofile, monocite, limfocite T,

trombocite

Mediatorii mastocitari

• Histamina• Proteaze• Heparină

• Factorul chemotactic pentru eozinofile (ECF-A)

• Factorul chemotactic pentru neutrofile (NCF-A)

• Leucotriene• Prostaglandine

• Bradikinină• Citokine

Primari (preformaţi) Secundari (de novo)

46

Efectele histaminei

Receptorii H1 Receptorii H2 Receptorii H3 Receptorii H4PieleMusculatură netedăEndoteliuSNC

Celule parietale gastriceMusculatura vascularăSNCUterInimăMastocite şi bazofile

SNCSNP (mai puţin)

Măduva hematogenă

BronhoconstricţieContracţie intestinalăCreşterea permeabilităţii vasculareVasoconstricţie pulmonarăCreşterea secreţiei de mucozităţi nazale

Dilatarea musculaturii respiratoriiProducere crescută de mucus pe căile respiratoriiStimularea secreţiei gastriceActivarea limfocitelor TsInhibarea degranulării bazofilelor şi a mastocitelor cutanate

Inhibarea sintezei histaminei la nivelul SNC

Chemotaxie

47

• Mediatori secundari• Metabolizarea acidului arahidonic → acţiune târzie

Leucotrienele şi prostaglandinele

• Răspuns de tip wheal and flare• Activare endotelială

• Edem dermic• Scăderea debitelor cardiace

• Bronhoconstricţie• Creşterea producţiei de mucus• Remodelarea căilor respiratorii

• Inducerea hiperreactivităţii bronşice

• Vasodilataţie• Constricţie pulmonară• Constricţie intestinală

• Flushing şi hipotensiune in mastocitoză

• Inhibarea agregării plachetare in vitro

Leucotrienele Prostaglandinele

48

• Efecte locale• Reglare a diferenţierii mastocitelor• Alte acţiuni:

Citokinele

IL-1IL-6

TNF-α

IL-3IL-5

GM-CSF

Proinflamatorii Sinteza IgE

IL-4IL-13

Stimularea creşterii, longevităţii,

localizării, activării eozinofilelor

Remodelarea căilor respiratorii

IL-9

Obiective

I. Rolul sistemului imun



L. C.

• Rinita alergică‒ alergenii inhalatorii eliberarea histaminei şi a altor

mediatori din mastocitele sensibilizate ale mucoasei nazale şi conjunctivale vasodilataţie locală, permeabilității capilare exudat conjuctival şi nazal apos, strănut, tuse

‒ unele particule din aer (clor, detergenţi), care în mod normal sunt tolerate, pot agrava simptomele prin iritaţia produsă

• Astmul bronşic alergic– faza precoce: în primele minute după contactul cu alergenul eliberare de histamină, leucotriene, prostaglandine bronhoconstricţie, edemul mucoasei, secreţia de mucus

– faza tardivă: după mai multe ore eliberare de citokine continuă inflamaţia bronşică


50

• Alergiile alimentare‒ reacţie la alergene ingerate cu mecanism imunologic diferit

de intoleranţele alimentare, reacţiile farmacologice sau reacţiile toxice

‒ degranularea mastocitelor din tractul gastrointestinal contracţia musculaturii netede intestinale, vasodilataţie vărsături, crampe abdominale şi diaree

‒ creşterea permeabilității mucoasei pătrundere alergene în torentul circulator crize de astm, rinoree, urticarie

• Dermatita atopică‒ boală inflamatorie cutanată asociată, de obicei, cu atopia‒ factori determinanți: substanţe iritante, alergeni alimentari şi

de mediu eritem, prurit‒ dezechilibru al sistemului imunitar → producţia de LTh2

51

IV. Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I

• Șocul anafilactic‒ reacţie sistemică severă, cu potenţial letal foarte ridicat‒ se dezvoltă la câteva minute după contactul cu un alergen

ingerat, inhalat sau injectat‒ eliberarea mediatorilor mastocitari determină:

vasodilataţie sistemică cu hipotensiune severă edem al mucoasei bronşice cu bronhoconstricţie şi

dispnee severă edem al căilor respiratorii superioare (faringe, laringe,

trahee) permeabilității capilarelor periferice extravazarea

plasmei, hipovolemie, hemoconcentraţie ţesuturi hipoxice, acidotice

52

IV. Expresia clinică a reacției de hipersensibilitate tip I

53

1. Alergiile:– Răspuns nedorit al sistemului imunitar, față de Ag nepatogene– Hipersensibilitate imun-mediată de tip I– Activarea excesivă a mastocitelor şi a bazofilelor de către IgE

duce la eliberarea mediatorilor din acestea, care produc un răspuns inflamator de tip alergic în care sunt implicate diferite citokine, celule, şi mecanisme

2. Răspuns alergic imediat:– Apare în primele minute după contactul cu alergenul– Declanşat de către mastocite, prin eliberarea mediatorilor

preformaţi (cel mai important mediator – histamina)3. Răspuns alergic tardiv:

– Apare la mai multe ore de la contactul cu alergenul– Apare prin acţiunea mediatorilor de novo şi a celulelor

proinflamatorii inflamație locală

Take home messages

Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013

Documents

Transcript of Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013