Teoretisk Immunologi. Samling af resumeer fra forelæsninger i immunologi Overlæge, lektor Claus Koch ckoch@health.sdu.

Transkript

1 Teoretisk Immunologi Samling af resumeer fra forelæsninger i immunologi Overlæge, lektor Claus Koch ckoch@health.sdu.dk Lektor Institut for Molekylær Medicin Cancer og Inflammation Syddansk Universitet J.B.Winsløwsvej 21,

2 Indholdsfortegnelse FORORD... 5 IMMUNFORSVARET: DEN INNATE OG DEN ADAPTIVE IMMUNITET... 6 DE GRUNDLÆGGENDE FORSKELLE PÅ DET INNATE OG DET ADAPTIVE IMMUNSYSTEM... 7 FASERNE I IMMUNSYSTEMETS REAKTION PÅ INDTRÆNGEN AF EN MIKROORGANISME... 8 BESKYTTENDE IMMUNITET... 9 DE CELLULÆRE OG HUMORALE ELEMENTER I DET SPECIFIKKE INNATE IMMUNSYSTEM...10 DET INNATE IMMUNSYSTEMS RECEPTORER...10 FAGOCYTOSE...11 OPSONISERING...11 DEN INFLAMMATORISKE REAKTION...12 KOMPLEMENTSYSTEMET...13 NK-CELLER...15 B1-B LYMFOCYTTER...15 γ/δ-t-lymfocytter...16 NKT-LYMFOCYTTER...16 GRANULOCYTTER...16 IMMUNSYSTEMETS CELLER OG ORGANER...16 MODNINGSORGANERNE ELLER DE PRIMÆRE LYMFOIDE ORGANER...17 KNOGLEMARVEN...17 THYMUS...18 DE SEKUNDÆRE LYMFOIDE ORGANER...18 LYMFEKNUDERNE...19 MILTEN...19 MALT EN DE MUCOSA ASSOCIEREDE LYMFATISKE VÆV...19 BLODETS CELLER...20 ET ADAPTIVT IMMUNRESPONS INITIERES I ET PERIFERT LYMFATISK ORGAN...21 ANTIGENER OG ANTISTOFFER...23 ANTIGENER...23 HVAD ANTISTOFFERNE GENKENDER...24 HVAD T-LYMFOCYTTERNE GENKENDER...25 ANTISTOFFER...26 DEN GENERELLE STRUKTUR AF ANTISTOFFER...26 INDDELINGEN AF IMMUNGLOBULINERNE I FEM KLASSER (DEN ISOTYPISKE VARIATION)...27 IMMUNGLOBULINGENER OG REAKTIONEN MELLEM ANTIGEN OG ANTISTOF...29 DE MANGFOLDIGE ANTISTOFFER...29 OPBYGNINGEN AF DIVERSITETEN I ANTISTOF-SYSTEMET...30 VARIATIONERNE I ANTISTOFFERNES KONSTANTE OMRÅDER...31 B-CELLENS ANTIGEN-RECEPTOR OG B-CELLE AKTIVERING...32 B-LYMFOCYTTERNES ANTISTOFDANNELSE...32 REAKTIONEN MELLEM ANTIGEN OG ANTISTOF...33 ANTISTOF-MOLEKYLETS INTERAKTION MED SPECIFIKT ANTIGEN...33 BEGREBET SPECIFICITET...34 FC-RECEPTORER OG FC-FUNKTIONER...35 HVORDAN MAN KAN INDUCERE, MÅLE, OG MANIPULERE ET IMMUNSVAR...36 FREMSTILLING AF ANTISTOFFER

3 IMMUNISERINGSPARAMETRE:...38 T-CELLERECEPTOREN OG MHC...39 MHC: STRUKTUR, ORGANISATION OG POLYMORFI IKKE-KLASSISKE MHC I MOLEKYLER...41 SUPERANTIGENER...41 T-LYMFOCYTTENS RECEPTOR OG DENS INTERAKTION MED SPECIFIKT ANTIGEN...41 STIMULATION VIA T-CELLENS ANTIGEN SPECIFIKKE RECEPTOR:...41 ANTIGEN PROCESSERING OG PRÆSENTATION...41 DEN EKSOGENE PROCESSERING...42 DEN ENDOGENE PROCESSERING...42 MODNINGEN AF B- OG T-LYMFOCYTTER I KNOGLEMARV OG THYMUS...44 B-LYMFOCYTTER I KNOGLEMARVEN...44 B-CELLE HETEROGENITET...46 DANNELSEN AF AKTIVEREDE EFFEKTOR B-CELLER (PLASMACELLER)...47 MODNINGEN, AKTIVERINGEN OG EFFEKTORFUNKTIONEN AF T-LYMFOCYTTER...49 THYMUS OG UDVIKLINGEN AF T LYMFOCYTTER...49 T-CELLE RECEPTOR GEN-REARRANGERINGER OG RECEPTOR EXPRESSION...49 POSITIV OG NEGATIV SELEKTION AF T CELLER...50 T-LYMFOCYTTERNE EFTER MODNINGEN I THYMUS...50 LYMFOCYTTERNES VANDRINGER...50 DANNELSEN AF AKTIVEREDE EFFEKTOR T-CELLER...51 EFFEKTOR T-CELLERS GENERELLE EGENSKABER...52 T-CELLE MEDIERET CYTOTOKSISITET...52 MAKROFAG-AKTIVERING VED HJÆLP AF ARMEREDE CD4 T H 1-CELLER...53 MAKROFAG-AKTIVERING VED HJÆLP AF EFFEKTOR CD4 T H 2-CELLER...53 T H 1-LYMFOCYTTER SOM HJÆLPECELLER FOR T C -CELLER...53 T H 17-CELLER...54 REGULATORISKE T-LYMFOCYTTER (T REG )...54 NKT CELLER...54 IMMUNSYSTEMETS REGULERINGSMEKANISMER...54 REGULERING AF DET ADAPTIVE RESPONS PÅ ANTIGEN-NIVEAU...54 REGULATORISKE T-LYMFOCYTTER...55 JERNES IDIOTYPISKE NETVÆRK...55 GENETISKE FAKTORER...55 NEUROENDOCRINE OG ANDRE FAKTORER...56 IMMUNOLOGISK PRIVILLIGEREDE OMRÅDER...56 LEUKOCYTTERNES VANDRINGER, HERUNDER HOMING-BEGREBET...56 LEUKOCYTTERNES VANDRINGER...56 INFLAMMATION...58 CYTOKINER...58 CYTOKINER ER ET VIGTIGT ELEMENT I DEN INFLAMMATORISKE REAKTION...60 DE ANTIGENPRÆSENTERENDE CELLERS AKTIVERING AF T-LYMFOCYTTER...61 T H 1-LYMFOCYTTER...61 CHEMOKINER...62 CYTOKINER OG VIRUSINFICEREDE CELLER...62 CYTOKINER SOM VIRKER SOM VÆKSTFAKTORER I KNOGLEMARVEN...62 NEDREGULERENDE CYTOKINER...62 CYTOKINER I INTERAKTIONEN MELLEM MAKROFAGER OG NK-CELLER...63 KOMPLEMENTSYSTEMET...63 GENERELT...63 KOMPLEMENT TERMINOLOGI...63 KOMPLEMENTSYSTEMETS OPBYGNING...63 DEN KLASSISKE AKTIVERINGSVEJ (CCP)

4 DEN MANNAN ELLER FICOLIN-BINDENDE LEKTIN AKTIVERINGSVEJ (LEKTIN-CP)...66 DEN ALTERNATIVE AKTIVERINGSVEJ (ACP)...67 KOMPLEMENTFAKTOREN C DANNELSE AF EN C5-KONVERTASE...68 DET TERMINALE KOMPLEKS ELLER MEMBRAN ANGREBS KOMPLEKSET (MAC)...69 KOMPLEMENTSYSTEMET ER INVOLVERET I INFEKTIONSFORSVARET OG DEN INFLAMMATORISKE REAKTION PÅ FLERE FORSKELLIGE MÅDER:...70 REGULATORER AF KOMPLEMENTSYSTEMET...70 KOMPLEMENT RECEPTORER...71 KOMPLEMENTSYSTEMETS GENETIK OG KOMPLEMENTDEFEKTER...71 INFEKTIONSIMMUNOLOGI...73 VACCINATION...75 INDDELINGEN AF VACCINER...76 ORALE VACCINER...77 KONJUGEREDE VACCINER...77 VACCINATIONSVEJLEDNINGER...78 VACCINATIONSTEKNIK...78 INTERVALLER MELLEM VACCINATIONER MED FORSKELLIGE VACCINER...79 INTERVALLER MELLEM VACCINATIONER MED SAMME VACCINE...79 HVOR HURTIGT VIRKER EN VACCINE?...80 DEN IMMUNOLOGISKE HUKOMMELSE OG VACCINATIONSPROGRAMMER...80 ER HUKOMMELSEN TILSTRÆKKELIG FOR BESKYTTELSE?...80 VACCINATION AF SMÅ BØRN OG AF ÆLDRE...80 VACCINATION AF IMMUNDEFEKTE ELLER IMMUNKOMPROMITTEREDE PERSONER...81 VACCINATION AF PERSONER MED BLØDERSYGDOM ELLER PERSONER, DER ER I ANTIKOAGULANSBEHANDLING...82 GRAVIDITET OG AMNING...82 KONTRAINDIKATIONER...82 DOKUMENTATION AF FORETAGNE VACCINATIONER...83 HYPERSENSITIVITET...84 TYPE I-REAKTIONER...84 ANDRE HYPERSENSITIVITETS SYGDOMME...85 TYPE II-REAKTIONER...85 TYPE III-REAKTIONER...86 TYPE IV-REAKTIONER...86 T H 1-CELLER OG HYPERSENSITIVITET...86 TOLERANS...88 CENTRAL TOLERANS...88 PERIFER TOLERANS...88 AUTOIMMUNITET...89 TRANSPLANTATION...91 IMMUNDEFEKTER...92 TUMOR (CANCER) IMMUNOLOGI

5 Forord Dette kortfattede kompendium er opstået som en sammenskrivning af resumeer til de enkelte forelæsninger i Teoretisk Immunologi for biomedicinere og biologer ved Syddansk Universitet. Da det er resumeer fra forelæsninger vil adskillige af emnerne forekomme beskrevet flere steder. Resumeerne kan på ingen måde erstatte de anbefalede lærebøger i immunologi men kan muligvis være et supplement til eksamenslæsningen med henblik på at opnå et overordnet overblik. København efteråret 2011 Claus Koch 5

6 Immunforsvaret: den innate og den adaptive immunitet Begrebet immunitet stammer fra det latinske immunis, som betyder fritaget for en byrde. Denne byrde kunne være at betale skat eller at være soldat - men det kunne også betyde, at man undgik en sygdom. I sin levetid er en organisme udsat for en lang række trusler fra omgivelserne. Immunsystemet er udviklet med det formål at danne et forsvar mod sådanne trusler, først og fremmest ved at forhindre indtrængen af sygdomsfremkaldende mikroorganismer på organismens enemærker. Desuden er immunsystemet vigtigt i fjernelse af beskadigede celler og apoptotiske celler. Organismens forsvarssystemer mod den omgivende biosfæres mikroflora er meget komplekst opbyggede. Man kan skelne mellem et ikke-specifikt infektionsforsvar (de ydre barrierer, huden og slimhinderne, og disses sekreter) og et specifikt infektionsforsvar (det specifikke innate (medfødte) immunforsvar og det specifikke adaptive (tilpassede) immunforsvar). Begrebet specificitet er her anvendt generelt som en evne til at skelne mellem (reagere med) forskellige kemiske strukturer, men ikke mindst evnen til at skelne mellem selv og fremmed. Skemaet neden for er en summarisk oversigt over organismens forsvarssystemer, som omfatter både mekaniske barrierer, biologisk aktive stoffer i vævsvæsker (humorale faktorer) og cellulære mekanismer. Som det vil fremgå er forsvaret opbygget af talrige elementer, som foruden selvstændige virkninger også i mange tilfælde har indflydelse på hinanden. Det er derfor ofte vanskeligt at vurdere den enkelte faktors betydning i dette komplicerede samspil. De uspecifikke innate (medfødte) forsvarssystemer Mekaniske barrierer, huden og slimhinderne. Mange patogene mikroorganismer kan ikke penetrere intakt hud eller slimhinde Mange sekreter indeholder baktericide eller neutraliserende bestanddele. Desuden påvirkes overlevelsen af patogene mikroorganismer af fx ciliebevægelser, ph og proteolytisk aktivitet. De specifikke innate (medfødte) forsvarssystemer Specificiteten er her knyttet til såkaldte pattern recognition receptors, PRR (mønstergenkendende receptorer), hvor genkendelsen er meget bred. Disse strukturer genkender pathogen associated molecular pattern, PAMP. Cellulære elementer: Fagocyterende celler, især celler af monocytlinien og neutrofile granulocytter. Desuden NK-celler nogle vil også inkludere γ/δ T-lymfocytter, NKT celler og B1-B lymfocytter. Humorale faktorer: Opsoniserende faktorer (komplementfaktoren C3 og antistoffers konstante haledel, Fc). Komplementsystemet (udover opsonisering inflammationsudvikling og celledrab). Andre inflammationsskabende systemer fx cytokiner, dannelse af plasmakininer, koagulationsfaktorer, vasoaktive aminer og derivater af arakidonsyre, som er produkter fra fx mastceller, bindevævsceller, diverse blodceller og endotelceller. De specifikke adaptive (tilpassede) forsvarssystemer T-lymfocytsystemets effektorfunktioner (T-hjælpeceller, T-dræberceller, Regulatoriske T-celler) B-lymfocytsystemets effektorfunktioner (Antistoffer) Udgangspunkttet er populationerne af naïve lymfocytter, som udover til effektorceller kan udvikles til hukommelses B- og T-lymfocytter 6

7 De grundlæggende forskelle på det innate og det adaptive immunsystem Fælles for det specifikke innate og det adaptive immunsystem er genkendelsesmolekylernes evne til at skelne mellem selv og fremmed. De innate genkendelsesmolekyler besidder pattern recognition eller mønster-genkendende strukturer (receptorerne kaldes pattern recognition receptors, PRR) med brede specificiteter som genkender ikke-varierede, konstante fælles strukturer på potentielt patogene mikroorganismer (kaldes PAMP, pathogen associated molecular pattern), men de kan ikke yde beskyttelse mod visse udvalgte mikroorganismer, som gennem evolutionen har erhvervet overflade-egenskaber, som gør at de kan skjule sig for det innate immunsystem. På samme måde genkender PRR beskadigede selvstrukturer, kaldet DAMP eller damage associated molecular pattern. Det innate immunsystem har ikke hukommelse, d.v.s. det reagerer på samme måde hver gang det udsættes for en bestemt mikroorganisme. For det adaptive immunsystem er et af de unikke egenskaber netop at det har hukommelse hvad der een gang er set vil efterlade hukommelsesceller, som ved senere udsættelse for dette antigen vil bevirke en hurtigere og også en stærkere reaktion. Og ikke mindst har det evnen til at genkende finstrukturer, der er unikke for den enkelte mikroorganisme. Hvor det innate system reagerer nu og her når noget fremmed erkendes, så bygger det adaptive immunsystem på en genkendelse af et bestemt antigen som først vil bevirke en klonal selektion blandt en population af lymfocytter med en høj grad af diversitet og derefter en ekspansion af lymfocytterne med de specifikke receptorer som passer til det bestemte antigen. Den store diversitet i receptorrepertoiret hos det adaptive immunsystem som er udviklet ved tilfældig re-arrangering af gensegmenter har den konsekvens at der løbende må foregå en elimination af selv-reaktive celler, en skabelse af selv-tolerans, mere om dette senere. For at være sygdomsfremkaldende må en mikroorganisme først etablere kontakt med værten, og derfra etablere et infektionsfokus. Forskellige mikroorganismer har vidt forskellige livsformer, overfladestrukturer, og måder at virke sygdomsfremkaldende på (patogenisitet). Derfor er det nødvendigt med muligheden for et ligeså mangesidet forsvar fra værtens immunsystem. Immunsystemets betydning demonstreres tydeligt af det forhold at børn der fødes med svære defekter i visse elementer af immunsystemet ubehandlet vil dø tidligt af infektioner, ofte forårsaget af mikroorganismer hvis patogenisitet hos individer med et normalt immunsystem er meget lav (såkaldte opportunistiske infektioner). Ud over forsvaret mod mikroorganismer er der også evidens for at immunforsvaret kan have betydning ved visse former af maligne tumorer, lige som immunsystemet er involveret i fjernelse af fx beskadigede, aldersforandrede eller apoptotiske celler. Omvendt kan immunsystemets reaktioner være skadelige og endda livstruende ved såkaldte hypersensitivitets-reaktioner, hvor en reaktion mod en ellers uskadelig struktur medfører sygdom (eksempler er IgE-betingede allergiske reaktioner), eller immunsystemet kan reagere mod kroppens egne molekyler og væv og derved forårsage sygdomme (såkaldte autoimmune sygdomme). Endelig kan immunsystemet siges at reagere uhensigtsmæssigt i forbindelse med transplantationer og bevirke afstødning af transplantatet (en host-versus-graft reaktion) eller graftets immunkompetente 7

8 celler kan angribe værten (en graft-versus-host reaktion som det typisk ses ved knoglemarvstransplantation). Generelt kan man sige at immunsystemet effektivt kan forhindre langt de fleste mikroorganismer i at være sygdomsfremkaldende ved at hindre et eller flere af de elementer der er typiske for en mikroorganisme der bevirker sygdom: evnen til invasion, formering (multiplikation), spredning eller direkte skadelig påvirkning (patogenisitet). De typer af mikroorganismer der kan forårsage sygdom kan inddeles i grupper efter om de er encellede (virus, bakterier, visse former for gærsvampe, og protozoiske parasitter) eller flercellede (svampe, parasitære orme) og efter om deres livsform udspilles alene ekstracellulært (bakterier som stafylokokker og streptokokker) eller overvejende intracellulært (virus, visse bakterier som mykobakterier, eller protozoer som plasmodier). Faserne i immunsystemets reaktion på indtrængen af en mikroorganisme Immunforsvaret kan tidsmæssigt inddeles i faser, og første fase består af de mekanismer som er til stede når og hvor mikroorganismen møder organismen og som straks kan modvirke opståen af infektion. Organismens epiteloverflader holder patogener ude og beskytter mod kolonisation og beskytter mod virus og bakterier som invaderer via specialiserede overflade-receptorer. Dette gøres bl.a. ved at hæmme mikroorganismernes tilhæftning (adhærence) til epitelcellerne. Bakterier, virus og parasitter som kan bryde denne barriere via binding til overfladereceptorer eller via brud på barrieren (sår, inflammation) mødes så af makrofager som har overflade-receptorer, som kan genkende og binde mikroorganismen, og derefter fagocytere den. Samtidig aktiveres enzymkaskade systemet komplementsystemet, som kan fremme fagocytosen og evt. dræbe mikroorganismen. Disse reaktioner medfører et inflammatorisk respons (en betændelsesreaktion), som bevirker en tilstrømning af plasma-proteiner fra blodbanen som bidrager med humoral immunitet, bl.a. ved yderligere komplement-komponenter og evt. eksisterende antistoffer. Desuden tiltrækkes andre celler (fagocyterende celler, først og fremmest neutrofile granulocytter, monocytter, men også NK-celler, eosinofile granulocytter og effektor T-lymfocytter) til infektionsstedet. Denne innate (eller medfødte) immunitet er immunforsvarets front-linie forsvarsmekanisme, og den virker direkte på mikroorganismen, og denne reaktion er i øvrigt ens hver gang en mikroorganisme erkendes det innate immunforsvar har ikke som det adaptive immunsystem en hukommelse som gør at en mikroorganisme som tidligere er erkendt næste gang bevirker et hurtigere og kraftigere svar fra immunsystemet. Disse innate mekanismer er ofte tilstrækkelige til at bekæmpe en infektion. Hvis ikke forstærkes forsvaret ved tiltrækning af yderligere fagocyterende celler til stedet og ved øget produktion af effektor-molekyler. Desuden vil det innate immunsystem virke inducerende på det adaptive immunsystem, hvad der i sidste ende leder til dannelse af specifikke effektor T- og B-lymfocytter. Første fase omfatter det øjeblikkelige innate immunforsvar: Det øjeblikkelige innate immunforsvar De første 3-4 timer En mikroorganisme (eller noget andet fremmed) trænger ind Genkendes som fremmed af makrofager og komplement Det fremmede bliver uskadeliggjort og fjernet 8

9 Herefter indtræder Anden fase, som er den inducerede del af det innate immunforsvar: Det tidlige inducerede innate immun-forsvar De første 3-4 dage Det fremmede er endnu ikke uskadeliggjort Der tilkaldes ædeceller og NKceller fra blodet, leveren danner akut-fase proteiner, knoglemarven stimuleres, feber Betændelsesreaktion, øget ædecellefunktion, virkningen af CRP, MBL o.l. Stimulationen af det adaptive immun-system sættes i gang Infektionen bekæmpes, holdes i skak, til lymfocytter er aktiverede De to faser af det innate immunforsvar er ofte fuldt tilstrækkelige til at bekæmpe infektionen, men i alle tilfælde stimuleres det adaptive immunforsvar, så dette er aktivt. Men det varer 4-5 dage før T- celle immunsystemet er aktivt, og op til 7-8 dage før antistofferne er til stede: vi går ind i den Tredie fase: Det adaptive immunforsvar Efter 4-5 dage Infektionen er holdt i skak, men ikke endeligt bekæmpet Antigen (mikroorganisme) transporteres til lymfatisk organ Antigenet genkendes af specifikke naive T- og B-lymfocytter De specifikke lymfocytter stimuleres, formerer sig, og bliver til effektorceller Mikroorganismerne uskadeliggøres ved de adaptive mekanismer Den Fjerde fase er nu en lang periode med øjeblikkelig beskyttende immunitet: Beskyttende immunitet Måneder til år Der kommer en ny infektion med samme mikroorganisme Genkendes straks af de eksisterende antistoffer og effektor-tlymfocytter Mikroorganismen uskadeliggøres Den direkte beskyttende immunitet baseret på tilstedeværende effektorfunktioner bliver langsomt mindre, men afløses af hukommelsen: immunsystemet glemmer aldrig hvad det een gang har set. Det er kun den adaptive immunitet der har denne hukommelse, det innate immunforsvar vil altid reagere ens. Den Femte fase: Immunologisk hukommelse Eksisterer resten af livet Der kommer en ny infektion med samme mikroorganisme Genkendes af hukommelses T- og B-lymfocytter Hurtig ekspansion og udvikling til effektor-celler Mikroorganismen uskadeliggøres 9

10 De cellulære og humorale elementer i det specifikke innate immunsystem Det innate immunsystems receptorer Det innate immunsystem anvender forskellige receptorer til at genkende og reagere på patogener. Receptorererne er såkaldte pattern-recognition receptorer, PRR s, som genkender mønstre fx repeterede strukturer som kulhydrater eller lipid-strukturer som er karakteristiske for mikroorganismer, men som ikke findes på værtsceller. Binding til nogle af disse receptorer fx Toll-like receptorer (TLR), makrofagens mannose receptor, scavenger receptor, formylmethioninreceptor stimulerer direkte makrofagen til fagocytose og aktiverer makrofagen til dannelse af inflammatoriske cytokiner. Det innate immunsystems receptorer som genkender patogener spiller derfor også en vigtig rolle for de inducerede responser, som bevirker lokal inflammation, tilkaldelse af nye effektor-celler, afskærmning af den lokaliserede infektion, og initiering af det adaptive respons. Disse signaler kan bl.a. overføres via en familie af signal-receptorer, som under et betegnes Toll-lignende receptorer (TLR), som er højt konserverede i dyrearter og som tjener til at aktivere værts forsvars-mekanismer. Disse receptorer tjener også til at initiere det adaptive immunsystem. Der er beskrevet 9 forskellige TLR: nogle i cellemembranen (TLR 1,2,4,5,6), andre knyttet til endosomale membraner (TLR 3,7,8,9), og endelig er der tilsvarende receptorer (NLR, RLR) som findes i cytoplasmaet. Fig 1. TLR som eksempler på Pattern recognition receptors på en fagocyterende celle TLR bundet til den ydre cellemembran virker aktiverende på den fagocyterende celle. TLR-4 er involveret i genkendelse af Gram-negative bakterier via associering med receptoren CD14, som er receptor for LPS bundet til LPS-bindende protein (LBP). En tilsvarende receptor for peptidoglykan (TLR-2) er relateret til infektion med Gram-positive bakterier. Stimulation via TLR bevirker en aktivering af transskriptions-faktorer (NFκB) og induktion af udtryk af gener for cytokiner (herunder chemokiner) og ikke mindst co-stimulatoriske molekyler (B7), som spiller en vigtig rolle ved forløbet af det adaptive immun respons. Efter det umiddelbare forsøg på elimination af patogene mikroorganismer følger en serie af inducerede effektor-mekanismer. Disse inducerede mekanismer beror på dannelsen af en række chemokiner, som virker tiltrækkende på nye effektorceller fra blodbanen, og på cytokiner, som har både lokale og systemiske effekter. Det drejer sig for chemokinernes vedkommende fx om IL-8, og for cytokinernes vedkommende af TNFα, IL-1, IL-6 og IL-12. Et vigtigt element er her de mekanismer, som via aktivering af receptorer på endotelcellers overflade bevirker en tiltrækning af først neutrofile granulocytter, siden monocytter/makrofager til området med inflammation via interaktioner mellem celle-adhæsionsmolekyler (CAM) fx selektiner på endotelcellerne og kulhydratstrukturer på celler i blodbanen. 10

11 Den inducerede innate immunitet omfatter også feber (IL-1, TNFα og IL-6), akut-fase proteiner fra leveren (C-reaktiv protein, serum-amyloid protein, MBL), aktivering af NK-celler (IL-12) og chemotaksi (IL-8). Fagocytose Endocytose er den generelle betegnelse for optagelse (opslugning) i celler af væske eller makrostrukturer. Fig 2. 3 typer af endocytose: fagocytose, pinocytose og receptor medieret endocytose Man kan her skelne mellem pinocytose (af græsk pino, at drikke: optagelse af væske i små vesikler i en celle) og fagocytose (af græsk, phagein, at spise, optagelse af noget partikulært i store vesikler i en celle). Fagocytose er således indtagelse af makromolekyler/partikulære strukturer, fx bakterier, fra omgivelserne og er den mest primitive del af det cellulære forsvarssystem. Den russiske zoolog Metchnikoff iagttog i 1883, hvorledes store, amøbelignende, bevægelige celler i søstjernelarver samlede sig omkring fremmedlegemer, som han havde anbragt i larverne. Cellerne optog det fremmede materiale og blev derfor døbt fagocytter. Dette fund viste, at ikke bare opløste, kemiske stoffer, men også celler, var aktive i forsvarssystemet. Fagocytose er en proces, hvorved en partikel, for eksempel en bakterie, bindes til receptorer på en ædecelle og herefter bliver omsluttet af pseudopodier fra den fagocyterende celle og til sidst optages af cellen. Receptorerne er af typen mønster-genkendende receptorer (Pattern recognition receptors, PRR) med bred specificitet, som genkender patogen-associerede molekylære mønstre (PAMP) på mikroorganismen. Af disse receptorer er visse alene aktiverende, som fx Toll like receptorer (familie med mange medlemmer), mens andre inducerer fagocytose (scavenger receptorer, mannose receptor, desuden receptorer for opsoninerne, complement C3/C4 og Fc-delen af antistoffer). Der dannes en afsnøret sæk fra cellemembranen, en vesikel eller vakuole (et fagosom), som smelter sammen med enzymholdige lysosomer (som også indeholder toksiske ilt og kvælstofforbindelser). Herved opstår et fagolysosom. Inde i fagolysosomet falder ph, hvorefter enzymerne har mulighed for at nedbryde den fremmede struktur og de toksiske molekyler kan virke dræbende. Det nedbrudte materiale kan kataboliseres eller fjernes fra cellen ved eksocytose. Man kan dele fagocyttens drabsmekanismer op i følgende elementer: 1. Reaktive ilt-forbindelser dannet ud fra molekylær O 2 (som -O 2 -, H 2 O 2, HOCl) 2. Kvælstof oksid (dannelsen katalyseres af enzymet nitrogen oxyd synthase, NOS) 3. Ilt-uafhængige mekanismer: Cathepsin, Defensiner, Lysozym, Proteolytiske enzymer m.m. Opsonisering Englænderen Wright viste i 1903, at der i organismen findes ekstracellulære, opløselige stoffer, der kan hjælpe (fremme) fagocytosen. Disse faktorer fik navnet opsoniner (af græsk: at tilberede føde for), fordi de ved binding til partikler og fremmed materiale fremmer fagocytosen og altså 11

12 »tilbereder føde«for de fagocyterende celler. Fig 3. Opsonisering via Fc-receptorer eller C3b receptorer Hos invertebrater kan påvises opsoniner, som har slægtsskab med komplementfaktorer. Hos vertebrater har udover komplementfaktorerne C3 og C4 desuden immunglobulinerne opsonin-effekt via Fc-delen. Den inflammatoriske reaktion Når fremmed (ikke-selv) trænger ind i organismen er det vigtigt, at de celler, der er aktive i immunforsvaret, når frem til det pågældende fokus. Inflammationen er vigtig for denne proces, og skabes af en række opløselige, ekstracellulære molekylære systemer, der for eksempel kan stimuleres ved forekomsten af fremmede mikroorganismer. En del af den biologiske aktivitet udøves af ret små peptider, der dannes når komplementsystemet bliver aktiveret. Andre fremkommer, når plasmakinin- eller koagulationssystemet aktiveres. Endelig frigøres flere typer af aktive molekyler (vasoaktive aminer, arakidonsyre-derivater, cytokiner etc.) fra stimulerede makrofager, endotelceller, mastceller, lymfocytter, neutrofilocytter, eosinofilocytter m.fl. De virker via dannelse af en koncentrationsgradient tiltrækkende på inflammatoriske celler (kemotaksi) og virker vasomotorisk, membranmodulerende og celleaktiverende: der udvikles inflammation. Summarisk kan inflammationsprocessen beskrives på følgende måde (hvor en indtrængende bakterie illustrerer den udløsende faktor (ofte kaldet et faresignal) (se figuren): Den indtrængende bakterie stimulerer makrofagen eller fagocyteres af en makrofag. Dette aktiverer makrofagen til dannelse af inflammatoriske cytokiner, IL1, IL6 og TNFα. Desuden dannes chemokinet IL8. Cytokinerne aktiverer endotelceller i mikroomgivelserne, som nu udtrykker celleadhesionsmolekyler (CAM), som fanger de forbipasserende neutrofile granulocytter (og ligeledes monocytter, NK-celler, eosinofile og aktiverede T-lymfocytter), som nu trækkes ind og via chemokin-gradient vandrer til inflammationsfokus. Blodkarene dilateres med øget blodtilstrømning, og plasma passerer ud mellem endotelcellerne og bevirker ødem. Den indtrængende bakterie vil også aktivere komplementsystemet, hvad der bl.a. bevirker at der dannes spatningsprodukter (C3a, C4a og C5a, kaldes anafylatoxiner), som aktiverer lokale mastceller til dannelse af vasoaktive aminer som histamin og dannelse af arakidonsyrederivater (prostaglandin, leukotriener) og dannelse af de inflammatoriske cytokiner, som tilsammen øger den inflammatoriske reaktion. 12

13 Fig 4. Elementerne i den inflammatoriske proces Symptomerne på inflammation er rødme og varme (dilatation af arterioler med øget blodtilførsel), hævelse (udsivning af plasma mellem kapillærernes aktiverede endotelceller), smerte (tryk på sensoriske nerveender). Inflammationen kan bevirke vævsbeskadigelse, det må imidlertid i et evolutionært perspektiv fremhæves, at den inflammatoriske reaktion vel kan fremkalde vævsbeskadigelse, men at den samtidig må betragtes som et system til destruktion og fjernelse af uønskede molekyler, celler eller organismer og inflammationen virker som et grundlag for den efterfølgende opheling. Inflammatoriske reaktioner ses hos selv meget lavtstående invertebrater. Den såkaldte alternative makrofagaktivering og T H 17-celler er vigtige i denne proces se senere Komplementsystemet Fig 5. Kompementsystemets tre reaktionsveje Komplement-systemet er som fagocytosen og inflammationen en vigtig del af det innate immunsvar. Det er et enzym-kaskade system, som aktiveres enten direkte, når en fremmed overflade erkendes i kroppen (den alternative reaktionsvej og/eller den mannan-bindende lektin reaktionsvej) eller indirekte, når et antistof har bundet sig til en mikroorganisme eller et antigen - 13

14 og hvor komplement altså er et effektor-element i det adaptive immunforsvar. Disse komplementreaktioner foregår fx på overfladen af en mikroorganisme, og udløser effektive effektormekanismer. Den alternative reaktionsvej aktiveres, når C3 spontant aktiveres (C3 C3a + C3b) og C3b binder sig til en fremmed overflade (bindes C3b til en værts-celle (altså til selv ) vil den hurtigt blive inaktiveret ved interaktion med regulerende faktorer, der virker som cofaktorer for komplementfaktoren faktor I, der til sidst inaktiverer C3b ved proteolyse). Den mannan-bindende reaktionsvej aktiveres når proteinerne mannan-bindende lektin (MBL) eller ficolin bindes til kulhydrat-strukturer på en mikroorganismes overflade (værtsceller har andre kulhydratstrukturer, som ikke binder MBL). Endelig aktiveres den klassiske reaktionsvej (kaldes klassiske fordi den blev erkendt først) af antistoffer IgG eller IgM), som er bundet til en mikroorganisme (den første faktor i den klassiske reaktionsvej C1q kan dog også binde direkte til visse overfladestrukturer, fx LPS (lipopolysakkarid fra Gram-negative bakteriers cellevæg) eller CRP (C-reaktivt protein, som dannes i leveren og bindes til phosphocholin på visse mikroorganismer og på døende (apoptotiske) celler). CRP er et vigtigt akut-fase protein hvis koncentration stiger ved inflammation. Aktiveringen af komplement kan beskrives som en række reaktioner, hvor aktiveringen bevirker at først et aktiveret enzym som sit substrat har zymogen-formen (pro-formen) af næste faktor, som så bliver til et aktivt enzym, der som substrat har næste pro-faktor o.s.v. De tre reaktionsveje konvergerer og har som fælles punkt en spaltning (aktivering) af komplementfaktoren C3 til C3b og C3a ved hjælp af en C3-konvertase. Denne C3-konvertase kan nu binde yderligere et C3bmolekyle, hvorved substrat-specificiteten ændres så den nu er en C5-konvertase, hvilken reaktion så igangsætter den fælles sidste del af komplement-kaskaden: dannelsen af membran-angrebskomplekset (MAC, C5bC6C7C8C9), som bevirker en dannelse af huller i den angrebne mikroorganisme, hvad der bevirker at mikroorganismen dør. Binding af et stort antal C3bmolekyler (eller C4b-molekyler) til en overflade bevirker en opsonisering af mikroorganismen hvad der betyder at en fagocyterende celle lettere kan genkende og internalisere mikroorganismen. Således vil bindingen af C3b genkendes af specifikke receptorer på fagocyterende celler (CR1 og CR3). De små fragmenter der opstår under komplementaktiveringen (C3a, C4a og især C5a) virker som anafylatoksiner og stimulerer bl.a. mastceller og fremmer dermed inflammation og fagocytose. Dannelse af C5b initierer samlingen af et membran-angrebs kompleks (først C5b67 (som nedbindes i cellemembranen), så C5b678 og til sidst C5b6789, hvor mange C9-molekyler danner et hul (en pore) i cellemembranen, som kan bevirke drab (lysis) af mikroorganismen. Aktiveringen af komplementsystemet kan altså bevirke: 1. Opsonisering 2. Cytolyse (celledrab) 3. Inflammation Desuden har komplementsystemet betydning for en effektiv fjernelse af immunkomplekser (binding af immunkomplekser til CR1 på erythrocytter), for stimulering af B-celler, og for binding af immunkomplekser til folliculære dendritceller (FDC) i kimcentre i sekundære lymfoide organer. Komplement-systemet reguleres af en lang række regulatoriske proteiner, som dels bevirker at aktiveringen kun foregår i mikroomgivelserne af den initierende proces, og dels forhindrer vævsskade p.gr. af utilsigtet binding af aktiverede komplement-komponenter til egne (værts) celler eller spontan aktivering af komplement komponenter i plasma. Komplementsystemet beskrives mere indgående i et senere afsnit. 14

15 NK-celler Til det innate immunsystem hører også NK-celler, og muligvis også en speciel type af B- lymfocytter, de såkaldte B-1 B-lymfocytter og γ/δ-t-lymfocytterne. NK-cellerne (Natural Killer celler) hører til den lymfoide cellerække, men er hverken B-celler eller T-celler. De har således hverken re-arrangeret deres B-celle receptor eller deres T-celle receptor, men anvender som receptorer såkaldte KIR-receptorer og KAR-receptorer (de sidste er lectinlignende receptorer). Deres genkendelse må derfor beskrives som pattern recognition og deres funktion er en del af det innate immunforsvar. De er ret store lymfocytter, som udgør ca. 5% af det totale lymfocyttal i blodet. De har vist sig at have betydning for forsvaret mod virus-inficerede celler og for bekæmpelsen af cancer-celler. Deres genkendelse af fremmed eller ændret selv er en kompliceret mekanisme, hvor der i interaktionen med target-celle eksisterer såvel aktiverende (fremmende) signaler som hæmmende signaler. En manglende genkendelse (fx via KIR-receptorer) af normal ekspression på target-cellen af MHC I er et vigtigt signal ledende til at NK-cellen ikke kan aktiveres, hvorimod fravær eller lavt niveau af MHC I leder til aktivering (via KAR-receptorer). NK-cellens drab foregår ved induktion af apoptose. NK-cellerne stimuleres af cytokinet IL12, som dannes af aktiverede makrofager. De nu stimulerede NK-celler vil så danne IFNγ som vil stimulere makrofagerne. Ud over deres T C -lignende effektor-funktioner har NK-cellen en yderligere cytotoksisk funktion: ADCC eller antibody dependent cell-mediated cytotoxicity. NK-cellen har Fc-receptorer for IgG, og kan derfor bindes til target-celler (selv-celler), til hvis overflade antistoffer er bundet. Denne genkendelse vil medføre drab af target-cellen. NK-cellen virker dog kun på selv-celler som virus inficerede eller tumorceller, hvor til er bundet antistoffer mod virus-specifikke epitoper der udtrykkes i den inficerede celles cllemembran eller tumor-celler, hvortil er bundet tumorspecifikke antistoffer. (Andre celler med effektor-funktioner på target-celler via Fc-receptorer er makrofager og eosinofile og neutrofile granulocytter. Deres effekt er på opsoniserede mikroorganismer). De virker alle ved at udskille lytiske enzymer og desuden perforin (NK-celler og eosinofile), granzymer (NK-celler) og TNFα (Neutrofile, eosinofile og makrofager) B1-B lymfocytter B1-B-lymfocytterne er en speciel subpopulation af B-lymfocytter, som tidligt i individets udvikling (ontogenesen) modnes i hæmatopoietiske væv (milt og lever). De homer under slimhinder, i relation til pleura og peritonæum, og lever her deres eget liv. De er selv-replikerende, bruger ikke T-celle hjælp. Derfor er de næsten udelukkende IgM-producerende, de har ikke klasseskift, hukommelse eller memory. De har en meget begrænset diversitet, nærmest af samme karakter som Pattern- Recognition-molekyler og henregnes derfor til den innate immunitet. De har oftest specificitet for komplekse kulhydrater. Mange B1-B lymfocytter har CD5 i cellemembranen (CD5 er ellers en T- celle markør). De menes at have betydning for beskyttelse mod bakterier der kommer ind over slimhinder. De synes også at være ansvarlige for visse typer af autoimmunsygdomme. 15

16 γ/δ-t-lymfocytter γ/δ-t-lymfocytter kan opfattes som B1-B-cellernes modstykke i T-celle systemet. Også de optræder primært tidligt i ontogenesen men modnes i thymus, og også de har en meget begrænset diversitet. De er ikke MHC-restriktede, genkender forskellige antigener (fx glykolipid) som frit antigen eller præsenteret på ikke-klassiske MHC molekyler. Deres betydning er ikke klar de er muligvis regulatoriske celler. NKT-lymfocytter Er T-lymfocytter, der har membranstrukturer som NK celler, men som har TCR med begrænset specificitet. Genkender specielt lipid, der præsenteres på ikke-klassiske MHC-molekyler (CD1). Betydningen er uklar. Granulocytter Inddeles i neutrofile, som er vigtige fagocyterende celler, eosinofile, som er involverede i immunsvaret på visse parasitter og har rceptorer for IgE. Basofile granulocytter kan minde om mastceller men deres betydning er uklar. Mastceller er forskellige fra basofile, har højaffine receptorer for IgE og er involveret i immunsvaret mod parasitære orme (helminths) og type 1 hypersensitivitet (allergi). De er desuden vigtige ved den inflammatoriske reaktion (via receptorer for anafylatoksinerne C5a, C4a og C3a). Immunsystemets celler og organer Immunsystemet forsvarer individet mod infektion. Det innate immunsystem er first line of defence men mangler evnen til at genkende en række patogener og evnen til at give en fin-specifik beskyttende immunitet og/eller hukommelse, som kan forhindre gen-infektion. Den adaptive immunitet bygger på klonal selektion af lymfocytter, som har højt diversificerede antigen-specifikke receptorer på overfladen, og som derfor tillader immunsystemet at genkende og binde sig til enhver tænkeligt molekylær konformation (kaldet epitop). I det adaptive response efterfølges genkendelsen af en antigen-specifik proliferation og differentiering til antigen-specifikke effektor-celler, som kan eliminere patogener. Individets forsvar mod forskellige patogener kræver mange forskellige genkendelsessystemer og effektor-systemer for effektivt at fange og destruere den store mangfoldighed af patogener, som kan optræde forskellige steder i kroppen og på dens overflader. Ikke bare kan det adaptive immunsystem eliminere et patogen, i forløbet af immunsvaret udvikles også et forøget antal af differentierede memory-celler under den klonale selektion, og dette tillader en hurtigere og mere effektiv response ved re-infektion. Reguleringen af immunsvaret hvad enten for at hæmme det når det er uønsket (allergi, autoimmunitet, transplantation), eller for at stimulere det når det er ønsket (vaccination), er et vigtigt element i den basale og kliniske immunologi. Såvel det innate som det adaptive immunsystem bygger på cellulære reaktioner, lige som begge systemer involverer en række humorale faktorer. De fleste celletyper er hæmatologiske celler, der er udviklet fra hæmatopoietiske stamceller. Udgangspunktet er her en selvfornyende, pluripotent stamcelle, som udvikles via en myeloid retning til det innate systems celler (bortset fra NK cellen der udvikles fra den lymfoide retning) og 16

17 via en lymfoid retning til B- og T-lymfocytter, til NK-celler, og til visse celler af linien af antigen præsenterende celler (APC). De lymfoide organer er dels de centrale, også kaldet de primære eller modningsorganerne, dels de sekundære eller perifere lymfatiske organer. I de centrale organer modnes B-lymfocytterne og T-lymfocytterne ud fra multipotente stamceller via lymfoide progenitorer til modne, naïve lymfocytter. For B-lymfocytternes vedkommende sker modningen i knoglemarven, mens for T-lymfocytternes vedkommende den sidste del af modningen foregår i thymus (brisselen). Modningen af B- og T-lymfocytter omfatter udviklingen af den store diversitet af specificiteter (ved gen-rearrangeringer og koblingen af to kæder, for B-celle receptorens vedkommende af en tung (H) kæde og en let (L) kæde, for T-celle receptorens vedkommende af en β og en α kæde) og bortselektionen af selv-reaktive celler (I foetallivet sker modningen af de hæmatopoietiske celler først i blommesækken, dernæst i milt og lever, og i slutningen af fostertilværelsen i knoglemarven). Fig 6. Primære og sekundære lymfatiske organer Modningsorganerne eller De primære lymfoide organer Knoglemarven Alle blodets celler udvikles i knoglemarven processen kaldes hæmatopoiesen. I fostertilstanden dannes cellerne først i blommesækken, fra måned i leveren, og derefter til knoglemarven. Knoglemarven er opdelt af trabekler, og mellem disse er der netværk af stromaceller. Stromacellerne er beklædt med endotelceller, og i de sinusoide rum er der hæmatopietiske celler i forskellige modningstrin. Når cellerne er modnede vandrer de ud i blodkar og forlader knoglemarven. Cellerne modnes i to linier: den myeloide linie (monocytter, granulocytter, mastceller, blodplader og erythrocytter) og den lymfoide linie (B-celler, T-celler, NK-celler og en type af monocytter der senere modnes til dendritceller). Bortset fra T-lymfocytterne sker færdigmodningen i knoglemarven. Monocytterne forlader knoglemarven og bliver senere i vævene modnet til makrofager eller dendritceller. Celler af den lymfoide linie der er bestemt til udvikling til T- lymfocytter forlader knoglemarven som forstadier til T-celler og vandrer til thymus, hvor de færdigmodnes. 17

18 Fig 7. Knoglemarven Thymus Thymus er beliggende foran i thorax, bag sternum. Den er opbygget som to lobi, hver yderligere opdelt af fibrøse septa i lobuli, som hver er omgivet af en kapsel og består af en ydre cortex og en indre medulla. I den ydre cortex ses talrige modnende thymocytter. I medulla er talrige makrofager og dendrit-celler. Spredt i thymusvævet er epiteloide celler der har betydning for selektionen af de modnende T-lymfocytter beskrives senere. Fig 8. Thymus De sekundære lymfoide organer For at blive selekteret til og stimuleret til effektor-celler skal de modne (naive celler eller memoryceller) B- og T-lymfocytter møde deres antigen. De forlader modningsorganerne som naïve B- og T-lymfocytter og mødet med antigen foregår i de perifere eller sekundære lymfoide organer, lymfeknuderne, milten, og de slimhinde-associerede lymfatiske væv (MALT, mucosa associated lymphoid tissue) 18

19 Lymfeknuderne Antigener fra vævene bliver transporteret via afferente lymfekar til lymfeknuder, hvor lymfen tømmes i en marginal sinus. Fra lymfeknuden fører så fraførende (efferente lymfekar lymfestrømmen videre, de samles og ender i vena subclavia. Strukturen fremgår af fig 10. Yderst er der en fibrøs kapsel, og under den en marginal sinus, hvortil lymfen strømmer. Herunder er der en bark (cortex) også kaldet B-celle zonen, som er domineret af B-lymfocytter i follikler. I folliklerne findes også de follikulære dendritiske celler (FDC). Herunder er der paracortex, eller T-celle området, der er domineret af T-celler og antigen præsenterende celler (APC). Endelig er der et område, marven, hvor der fx er antistofproducerende plasmaceller. Lymfeknudernes rolle beskrives nærmere senere. Milten Hvor lymfeknuder opfanger antigener fra væv via lymfekar og MALT opfanger antigener der kommer ind over slimhinder opfanger milten antigener fra blodbanen. Milten er beliggende under diafragma i ve side af abdomen. Blod fra en miltarteriole ender i et netværk af sinusoider og mikrobielle antigener og immunkomplekser opfanges af de talrige dendritceller og makrofager. Arteriolerne ender blindt i netværket af sinusoider omkring arteriolerne findes en skede af T- lymfocytter (PALS periarteriolar lymphatic sheets). B-lymfocytterne findes spredt i vævet og indeholder follikler og kimcentre. Tilsammen danner disse strukturer den grå substans mens de blodfyldte sinusoider udenfor den grå substans udgør den røde substans. I grænsen mellem rød og grå pulpa ligger en speciel type af B-lymfocytter, de såkaldte marginalzone celler. Fig 9. Milten MALT en de mucosa associerede lymfatiske væv Under slimhinder og i nogen grad under huden findes lymfoide strukturer, der er mindre velorganiserede end lymfeknuder, men som har de samme elementer og funktioner: antigener fra slimhinde overfladen fanges af antigen præsenterende celler, og transporteres til T-celle og B-celle områder de sidste med follikler og kimcentre. Områderne findes spredt enkelte strukturer minder mere om lymfeknuder: tonsiller, adenoide vegetationer i svælget og de Peyerske plaques i ileum. Der er i tarmepitelet specialiserede celler, kaldes M-celler, som optager antigenerne, hvorefter de optages af APC. 19

20 Det adaptive immunsystems celler består af: B-lymfocytter (herunder de antistofsecernerende plasmaceller) T-lymfocytter Blodets celler. Tabellen viser antallet af de forskellige celletyper i blod Leukocytterne (de hvide blodlegemer) deles op i monocytter, lymfocytter, og granulocytter. Granulocytterne deles videre op i neutrofile, eosinofile og basofile granulocytter, som alle er blodceller, som først trænger ud i vævene ved inflammation. De neutrofile granulocytter er vigtige fagocyterende celler. De eosinofile granulocytter ses i øget tal i blodet og i inflammeret væv ved allergiske manifestationer har betydning ved parasitære sygdomme. Betydningen og funktionen af de basofile granulocytter er fortsat noget uklar. Mastceller findes spredt i vævene og er relateret til det inflammatoriske respons (aktiveres af anafylatoksinerne C3a, C4a, og C5a) og til IgE-responset, hvor mastcellen aktiveres ved antigen-afhængig krydsbinding af IgE, der sidder bundet til mastcellens IgE receptorer (FcεR1). Monocytter/makrofager (og dendritiske celler) har betydning ved fagocytose og ved præsentation af antigen for T- lymfocytterne. Monocytterne er de umodne forstadier, som findes i blodbanen. Lige som mastcelle-forstader migrerer de til vævene, hvor de modnes til makrofager/dendritceller, mens immunsystemets øvrige celler forbliver cirkulerende i blodet. Ved inflammation sker der en øget transport af monocytter til det inflammerede væv, hvor de modnes til dendritiske celler (de professionelle antigenpræsenterende celler) eller til makrofager. Makrofagerne er de professionelle fagocyterende celler, men kan også være antigen-præsenterende. De dendritiske celler i thymus er vigtige ved den negative selektion af T-lymfocytter omtales senere. NK-cellerne er lymfoide celler som ikke udtrykker BCR eller TCR, men har betydning som celler der kan genkende modificerede selv-celler (fx visse virusinficerede celler og cancerceller) og celler hvortil der er bundet antistof (ADCC, antibody dependent cellular cytotoxocity, ADCC). De korticale epiteloide celler i thymus er vigtige ved den positive selektion af T-lymfocytter. De follikulære dendritiske celler i B-celle områdernes follikler er trods navnet ikke antigenpræsenterende og er ikke blodceller, men har betydning ved B-lymfocytternes T-celle afhængige klasseskift og affinitetsmodning i de perifere lymfoide organers kimcentre samt for udviklingen af specifikke B-lymfocytter til plasmaceller eller memory-celler. 20

21 Der er to hovedtyper af lymfocytter: B-lymfocytterne, som modnes i knoglemarven, og som udtrykker immunglobulin i deres cellemembran (ved stimulation kan de modnes til antistofproducerende plasmaceller) og T-lymfocytterne, som modnes i brisselen (thymus) til enten T H (hjælpe) eller T C (dræber) lymfocytter, som indgår i cellemedierede reaktioner eller til regulatoriske T-celler (T REG er). Et adaptivt immunrespons initieres i et perifert lymfatisk organ De naïve lymfocytter recirkulerer bestandigt fra blodet gennem de perifere lymfoide organer og til lymfen og fra lymfen tilbage til blodet. I de perifere lymfoide organer kan de eventuelt (men uhyre sjældent) møde "deres" antigen og i så fald bliver de fastholdt her. Der er som nævnt tre typer af perifere lymfoide organer, som alle grundlæggende har samme struktur og funktion: milten, som opfanger antigener fra blodet, lymfeknuderne, som opfanger antigener fra vævene, og det MucosaAssocieredeLymfatiskeVæv (MALT), som opfanger antigener fra slimhinderne. Dele af MALT kan underinddeles i det fordøjelseskanal-associerede (GALT) og det respirationsvejassocierede (BALT). Det adaptive immunrespons initieres altid i de perifere lymfoide organer, hvor de "naïve", også kaldet jomfruelige, evigt recirkulerende lymfocytter afsøger de lymfoide væv for "deres" antigen. Lymfeknuderne kan bruges som eksempel: Strukturen er her opdelt i en ydre bark (cortex) området herunder benævnes paracortex, og området ved hilus benævnes marven eller medulla. Fig 10. En lymfeknude De recirkulerende lymfocytter kommer med blodet til det karområde i T-celle området der benævnes HEL (high endotelial venules), hvis endotelceller har receptorer der fanger de naïve lymfocytter og de kommer ind i vævet i paracortex. B-cellerne vandrer videre ud i B-celle-området (cortex), hvor de lægger sig i folliklerne, mens T-cellerne forbliver i paracortex, hvor de vil starte en søgning efter deres antigen, siddende i bindingskløften på et MHC I eller II på en antigen præsenterende celle. Finder de antigenet stimuleres de. De stimulerede T-celler vandrer nu ud til grænseområdet mellem cortex og paracortex, hvor de kan møde tilsvarende stimulerede B-celler (Bceller som i B-celle området har mødt sit antigen, internaliseret det og præsenteret antigene peptider i MHC II). B-celler som har mødt deres antigen vil tilsvarende vandre til grænseområdet cortex/paracortex, hvor de så kan blive stimuleret af aktiverede T-celler. De første stimulerede B- lymfocytter som er stimuleret med T-cellehjælp eller T-celle uafhængigt kan udvikles til 21

22 plasmaceller, som lægger sig i medulla og eksisterer som relativt kortlevede plasmaceller. B- lymfocytterne kan nu vandre op til primær-follikler i cortex, som udvikles til kimcentre. Her sker den videre T-celle afhængige stimulation, som fører til klasseskift, affinitetsmodning og modning til memoryceller og plasmaceller. De follikulære dendritiske celler (FDC) som binder antigen-antistof komplekser er her vigtige for fastholdelse af de specifikke B-celler. Det foregår ved en mekanisme hvor antigen, som har bundet antistof, aktiverer komplement (leder til at C3 bindes til immunkomplekset). FDC erne har receptorer for C3 og for antistof (Fc), og kan nu fastholde antigen-antistofkomplekserne. Disse FDC-bundne antigen-komplekser har betydning for selektionen af B-lymfocytter med højest affinitet for antigen. Modnede B-celler (plasmaceller) vandrer til knoglemarven og secernerer der deres antistoffer som langtlevende plasmaceller (kan leve i flere år). 22

23 Antigener og antistoffer Antigener Når et artsfremmed molekyle, for eksempel et protein, indføres i organismen, vil dette blive opfattet som ikke-selv og ofte som konsekvens have, at organismen producerer antistoffer, som kan reagere med det fremmede molekyle. Tilsvarende kan der stimuleres en dannelse af specifikke T- lymfocytter. Det artsfremmede molekyle kaldes i denne forbindelse for et antigen, oprindeligt betegnelsen for et stof, der kan give anledning til dannelse af antistof (antigen = antibody generator). Første gang et antigen (fx en mikroorganisme eller en vaccine) trænger ind i en organisme, udløses en lang og kompliceret række af begivenheder. Det første element vil være at det innate immunsystem vil reagere, og dette har som resultat en transport af antigen til et sekundært lymfatisk organ og en aktivering af det adaptive immunsystem. Ved aktiveringen af det adaptive immunsvar kommer antigenet først i kontakt med antigenpræsenterende celler af monocyt-linien (som for eksempel en Langerhansk celle i huden), som vil internalisere, processere og transportere antigenet til den regionale lymfeknude, til milten, eller til lymfatisk væv knyttet til slimhinder, afhængig af hvor i kroppen antigenet trænger ind. Antigen, som ikke er processeret i en antigenpræsenterende celle (altså intakt antigen) vil ligeledes kunne blive transporteret til disse lymfatiske organer, og her vil recirkulerende naive B- og T-lymfocytter med specifik reaktionsevne over for det pågældende antigen blive fanget af antigenet, og der foregår nu et kompliceret samspil mellem B-celler og antigen og mellem antigen-præsenterende celler og T-lymfocytter af forskellig funktionel type (T H - eller T C -lymfocytter) og endelig mellem B-lymfocytter og hjælpe-t-lymfocytter. Dette er allerede beskrevet i store træk. Dette samspil, som involverer frigivelse af cytokiner, vil aktivere og udvikle immunsystemets effektor systemer, nemlig de specifikke antistoffer og de specifikt reaktive T- effektor-lymfocytter. Desuden vil der etableres specifikke hukommelses-celler. Det stærke vævstypesystem (MHC, major histocompatibility complex) har en fundamental betydning for disse processer, idet T-lymfocytsystemets erkendelse af et antigen (vel og mærke antigener med et element af protein/peptid) sker med antigenet i form af korte peptid-sekvenser bundet til vævstypeantigener (MHC Klasse I eller Klasse II molekyler), som kodes for af gener inden for MHC. Også visse komplementfaktorer (og andre proteiner som er vigtige for immunsystemets funktion) er genprodukter fra MHC, og komplementsystemet spiller en vigtig rolle for antistoffernes effektorfunktioner. I det følgende beskrives antigenerne og antistofferne. Reaktionen mellem antigen og antistof og mellem T-celle receptor og antigen vil blive diskuteret senere. Et antigen er karakteriseret ved to egenskaber: dets immunogenisitet og dets antigene specificitet (eller antigenisitet). Det skal dog allerede her fremhæves, at antigenpåvirkningen også kan resultere i udvikling af en antigenspecifik ikke-reaktivitet mod det pågældende antigen. Dette ses især ved immunisering med meget lave eller med meget høje antigenmængder. Fænomenet kaldes immunologisk tolerans. Begrebet immunogenisitet siger direkte noget om, hvorvidt indførelsen af antigenet vil medføre dannelse af specifikt reaktive antistoffer og/eller T-effektor-lymfocytter. Et stærkt immunogen vil således være et antigen, som fremkalder en høj titer af antistoffer og/eller effektor T-lymfocytter, mens et svagt immunogen kun udløser en lav titer eller slet ingen påviselig antistofdannelse. Mange faktorer påvirker immunogenisiteten Man kan her skelne mellem egenskaber ved antigenet, immuniseringsmåden og faktorer ved det individ, der immuniseres. Antigenet skal have en vis størrelse. Store antigener (høj molekylvægt) er generelt stærkere antigener (mere immunogene) end små. For polypeptider synes der at være en nedre grænse ved 7-8 aminosyrer og for polysakkarider ved 5-6 monosakkarider. Aggregering af et antigen øger 23