Immuunijärjestelmä on kehon biologisten rakenteiden ja prosessien järjestelmä, joka suojaa sitä infektioita , myrkkyjä ja pahanlaatuisia soluja vastaan . Jotta immuunijärjestelmä toimisi kunnolla, sen on kyettävä tunnistamaan monenlaisia taudinaiheuttajia viruksista monisoluisiin matoihin ja erottamaan ne kehon omista terveistä kudoksista . Monilla lajeilla on kaksi alajärjestelmää: synnynnäinen immuunijärjestelmä ja hankittu (adaptiivinen) immuunijärjestelmä. Molemmat alajärjestelmät käyttävät sekä humoraalisia mekanismeja ettäsolumekanismit . Eläinten immuunijärjestelmän vanhimpia mekanismeja ovat fagosytoosi , komplementtijärjestelmä ja antimikrobiset peptidit . Mukautuva immuunijärjestelmä evoluution aikana ilmestyi leukaisille selkärankaisille [ 1] . Yksi adaptiivisen immuunijärjestelmän tärkeimmistä mekanismeista on immunologinen muisti , jonka ansiosta elimistö kehittää vahvemman immuunivasteen taudinaiheuttajalle sen ensimmäisen kohtaamisen jälkeen. Immunologinen muisti on rokotuksen perusta .
Häiriöt immuunijärjestelmän toiminnassa johtavat autoimmuunisairauksien , tulehdussairauksien ja syövän esiintymiseen [2] . Kun immuunijärjestelmä toimii heikosti, havaitaan immuunipuutostiloja , joiden seurauksena elimistö tulee alttiimmaksi infektioille. Immuunikato voi olla joko synnynnäinen, geneettisistä poikkeavuuksista johtuva tai hankittu esimerkiksi HIV-infektion tai immunosuppressiivisten lääkkeiden käytön seurauksena .
Immuunijärjestelmän toimintaa tutkii immunologian tiede .
Immuunijärjestelmän muodostavat elimet ja anatomiset rakenteet, jotka sisältävät imukudosta ja jotka osallistuvat solujen muodostukseen, jotka suorittavat kehon suojaavan reaktion ja luovat immuniteetin . Ihmisillä 13. hedelmöittymisen jälkeisestä viikosta lähtien jotkut kantasolut siirtyvät kateenkorvaan ja luuytimeen , joita kutsutaan ensisijaiseksi (keskeiseksi ) imusolmukkeeksi . Kaikki verisolut , mukaan lukien valkoiset verisolut , ovat peräisin yhteisestä esiasteesta, luuytimen pluripotentista kantasolusta . Lymfosyytit - T-lymfosyytit (T-solut), B-lymfosyytit (B-solut), NK-solut [3] - erottuvat erillisiin solulinjoihin varhaisessa vaiheessa ja granulosyytit kehittyvät jonkin aikaa yhdessä erytrosyyttien ja verihiutaleiden kanssa . Suojaavia tehtäviä suorittavien granulosyyttien joukossa ovat basofiilit , eosinofiilit , neutrofiilit , jotka kiertävät verenkierrossa, ja makrofagit , jotka sijaitsevat kudoksissa. Erityinen makrofagiryhmä ovat mikrogliasolut , jotka muodostavat 10–15 % aivosoluista [4] . Mikrogliasolut imevät tartuntaaineita ja amyloidiplakkeja aivojen ja selkäytimen hermokudoksesta , tuhoavat vaurioituneita hermosoluja ja tarpeettomia synapseja [5] [6] [7] . T-lymfosyytit läpäisevät välttämättä kypsymisvaiheen kateenkorvassa ja B-lymfosyytit täysin kypsyvät luuytimessä. Kypsät T- ja B-solut jättävät erilaistumispisteet ja siirtyvät toissijaisiin (perifeerisiin) imusolmukkeisiin - pernaan , imusolmukkeisiin , limakalvoon liittyviin imusolmukkeisiin ( MALT ) ja muihin elimiin [8] .
Immuunijärjestelmä suojaa elimistöä infektioilta useilla tasoilla spesifisyyden lisääntyessä. Keholla on fyysisiä esteitä, jotka estävät virusten ja bakteerien pääsyn siihen . Jos patogeeni onnistuu voittamaan ne, se kohtaa synnynnäisen immuunijärjestelmän, joka tarjoaa nopean, mutta epäspesifisen vasteen. Kasveilla ja eläimillä on luontainen immuunijärjestelmä [9] . Selkärankaisilla, jos patogeeni voittaa synnynnäisen immuunivasteen, se kohtaa seuraavan puolustuslinjan, mukautuvan immuunijärjestelmän. Mukautuva immuunijärjestelmä tarjoaa spesifisen immuunivasteen, joka on suunnattu tiettyä taudinaiheuttajaa vastaan. Kun taudinaiheuttaja on tuhottu, adaptiivinen immuunijärjestelmä "muistaa" sen immunologisen muistin avulla, minkä ansiosta elimistö voi nopeasti kohdatessaan taudinaiheuttajan kehittää spesifisen immuunivasteen sitä vastaan [10] [11] . Alla olevassa taulukossa luetellaan synnynnäisen ja mukautuvan immuunijärjestelmän pääkomponentit.
synnynnäinen immuunijärjestelmä | Mukautuva immuunijärjestelmä |
---|---|
Vastaus on epäspesifinen | erityinen vastaus |
Tarjoaa välittömän kohtalaisen immuunivasteen | Tarjoaa viivästyneen vahvan immuunivasteen |
Siinä on solu- ja humoraalinen komponentti | Siinä on solu- ja humoraalinen komponentti |
Ei immunologista muistia | Ensimmäisen taudinaiheuttajan kohtaamisen jälkeen ilmaantuu immunologinen muisti |
Melkein kaikilla elämänmuodoilla on | Löytyy vain leukaisista selkärankaisista |
Sekä synnynnäinen että mukautuva immuunijärjestelmä luottavat kehon kykyyn erottaa itsensä ei-itsestä. Immunologiassa "itse" viittaa molekyyleihin , jotka ovat normaalin terveen organismin komponentteja. "Ei-itse"-molekyylit ovat vieraasta alkuperää olevia molekyylejä, joita ei ole terveessä organismissa. Jotkut vieraat molekyylit voivat sitoutua immuunisolujen spesifisiin reseptoreihin ja laukaista immuunivasteen; tällaisia molekyylejä kutsutaan antigeeneiksi [12] .
Vastasyntyneet ovat erityisen alttiita infektioille, koska he eivät olleet alttiina taudinaiheuttajille ennen syntymää. Vastasyntynyt saa äidiltään useita passiivista Raskauden aikana G-luokan vasta- aineet ( immunoglobuliinit G , IgG) siirtyvät äidiltä sikiölle suoraan istukan kautta , joten ihmisellä vastasyntyneellä on syntymästä lähtien korkea vasta-ainetaso, joka vastaa niitä antigeenejä, joita hänen äitinsä kohtasi [13] . Äidinmaito tai ternimaito sisältää myös vasta-aineita, jotka myös suojaavat vastasyntynyttä, kunnes sen oma immuunijärjestelmä alkaa tuottaa omia vasta-aineita [14] . Koska vastasyntyneen keho ei itse tuota vasta-aineita eikä muodosta muistisoluja, sen immuniteetti on passiivinen. Vastasyntyneen passiivinen suojaus on yleensä lyhytaikaista ja kestää muutamasta päivästä muutamaan viikkoon. Passiivinen immuniteetti voidaan luoda myös keinotekoisesti tuomalla runsaasti vasta -aineita sisältävää seerumia kehoon [15] .
Kehoa suojaavat patogeenien tunkeutumiselta useat pintaesteet: mekaaniset, kemialliset ja biologiset. Kasvien lehtiä peittävä vahamainen kynsinauho , hyönteisten ulkorunko , kuoret, munankuoret ja iho ovat esimerkkejä mekaanisista esteistä, jotka ovat ensimmäinen este infektiolle kehossa [16] . Koska kehoa ei kuitenkaan voida täysin eristää ympäristöstä, jotkin elimet, jotka ovat suorassa kosketuksessa ulkoiseen ympäristöön ja sen komponentteihin - keuhkot , maha-suolikanava ja virtsaelimet - tarvitsevat lisäsuojan. Eläimen kehoa suojaa ulkoiselta ympäristöltä epiteeli , joka ympäröi ruoansulatuskanavaa, hengitysteitä ja virtsaelimiä. Ulkoisen ympäristön kanssa kommunikoivia elimiä peittävää epiteeliä kutsutaan limakalvoksi. Epiteelisolut erittävät erilaisia yhdisteitä, jotka tappavat bakteereja tai estävät niiden kasvua (lisätietoja epiteelin suojaavista aineista, katso seuraava kappale). Paikallisten kemiallisten tekijöiden lisäksi limakalvoissa on fagosyyttisoluja (niitä on erityisen paljon keuhkojen limakalvoissa) [17] . Yskimisen ja aivastelun kautta taudinaiheuttajat poistuvat mekaanisesti hengitysteistä . Kyyneleet ja virtsa huuhtelevat ulos taudinaiheuttajat, kun taas hengitysteiden ja ruoansulatuskanavan solujen erittämä lima kiinnittyy ja immobilisoi patogeenisoluja [18] .
Kemiallisia esteitä ovat antimikrobiset peptidit , kuten β - defensiinit , joita hengitysteiden ja ihon solut erittävät [19] . Antimikrobisia proteiineja , kuten lysotsyymiä ja fosfolipaasi A2 :ta, löytyy syljestä, kyynelistä ja rintamaidosta [20] [21] . Kuukautisten jälkeen emätin alkaa erittää aineita, jotka muodostavat kemiallisen esteen ympäristön happamoitumisen vuoksi. Siemenneste sisältää defensiinejä ja sinkki - ioneja , joilla on antimikrobista vaikutusta [22] [23] . Mahalaukussa joidenkin mahan seinämän solujen erittämä suolahappo tarjoaa tehokkaan suojan nieltyjä taudinaiheuttajia vastaan [24] .
Ruoansulatus- ja virtsaelimistöllä on oma kommensaalinen mikroflooransa , joka toimii biologisena esteenä, koska se kilpailumekanismien vuoksi riistää patogeenisiltä mikro -organismeilta resurssit olemassaoloon tai tekee ympäristöstä niille epäsuotuisan happamoittamalla ympäristöä [25] . Näin ollen näissä elimissä on symbioottinen suhde mikroflooran ja immuunijärjestelmän välillä. Koska useimmat antibiootit kuitenkin vaikuttavat bakteereihin epäspesifisesti ja tappavat patogeenisten bakteerien ohella hyödyllistä mikroflooraa, antibioottien ottamisen jälkeen sienet , kuten Candida - hiiva , jotka aiheuttavat kandidiaasia , voivat kolonisoida vapautuneen tilan [26] . Siksi antibioottien ottamisen jälkeen määrätään prebiootteja ja probiootteja normaalin mikroflooran palauttamiseksi . Terve mikrofloora tarjoaa tehokkaan suojan bakteeriperäistä gastroenteriittiä , tulehduksellista suolistosairautta , virtsatieinfektioita ja bakteerikomplikaatioita leikkauksen jälkeen 27] [28] [29] .
Mikro-organismit ja toksiinit, jotka onnistuvat voittamaan kehon fyysiset suojaesteet, kohtaavat luontaisen immuunijärjestelmän vastustusta. Luontainen immuunivaste laukeaa yleensä sen jälkeen, kun patogeenit tunnistavat patogeenintunnistusreseptorit, jotka tunnistavat molekyylejä, joita löytyy useimmista suurten patogeeniryhmien edustajista (kuten lipopolysakkaridi gramnegatiivisissa bakteereissa ) [30] . Luontainen immuunivaste laukeaa myös, kun reseptorit tunnistavat signaalit vaurioituneista tai stressaantuneista soluista kehossa . Synnynnäinen immuunijärjestelmä on epäspesifinen ja tarjoaa vasteen monenlaisille patogeeneille niiden erityisominaisuuksista riippumatta [16] [31] . Synnynnäinen immuniteetti ei tarjoa pitkäaikaista suojaa taudinaiheuttajaa vastaan, mutta tämä immuniteetin muoto hallitsee useimmissa organismeissa [9] .
Synnynnäisen immuunijärjestelmän solut tunnistavat mikrobisolujen tuottamia molekyylejä ja molekyylikomplekseja käyttämällä kuviontunnistusreseptoreita ( PRR ) [ 32 ] . PRR:itä koodaavat geenit pysyvät muuttumattomina, eivätkä ne joudu uudelleenjärjestelyihin organismin eliniän aikana. PRR :itä ilmentävät pääasiassa synnynnäiset immuunisolut, erityisesti dendriittisolut , makrofagit , neutrofiilit ja epiteelisolut . PRP:t tunnistavat kaksi luokkaa molekyylikuvioita : patogeeneihin liittyvät molekyylikuviot ( PAMP ) vaurioihin liittyvät molekyylimallit ( DAMP ) . PAMP:t tunnistavat patogeenisolut, kun taas DAMPit tunnistavat kehon solut, jotka ovat stressaantuneet tai vaurioituneet [33] .
Solunulkoisten tai endosomeihin upotettujen PAMP-proteiinien tunnistaminen tapahtuu kalvon läpäisevien proteiinien avulla, jotka tunnetaan nimellä Toll-like receptors ( TLRs ) [34] . TLR: illä on tyypillinen [ , joka tunnetaan nimellä Leusine rich toistot ( LRR) , joilla on tärkeä rooli sekä TLR:ien rakenteen ylläpitämisessä että niiden toiminnassa [35] . Ensimmäiset TLR:t kuvattiin hedelmäkärpäsessä Drosophilassa . TLR:t laukaisevat sytokiinien synteesin ja erittymisen , jotka aktivoivat synnynnäisen tai adaptiivisen immuniteetin suojaavia ohjelmia. Ihmisillä on kuvattu 10 toiminnallista TLR:ää [36] .
Synnynnäisen immuunijärjestelmän soluilla on sytosolissa reseptoreita, jotka tunnistavat vaarallisia molekyylikuvioita, jotka viittaavat infektioon tai soluvaurioon . Näiden reseptorien joukossa on kolme avainluokkaa: NOD:n kaltaiset reseptorit , RIG:n kaltaiset reseptorit ja sytosoliset DNA -anturit [37] . Vasteena sytosolisille PAMP:ille ja DAMP:ille tulehdussolut muodostuvat - moniproteiinikomplekseja , joiden efektorikomponentti on kaspaasi 1 . Inflammasomit tuottavat aktiivisia tulehduksellisten sytokiinien IL-1β ja IL-18 muotoja [38] .
Leukosyyteillä on tärkein rooli synnynnäisen immuniteetin toiminnassa [16] . Luontaisen immuniteetin leukosyyteistä erotetaan fagosyytit (makrofagit, neutrofiilit, dendriittisolut), synnynnäiset lymfoidisolut , syöttösolut , basofiilit , eosinofiilit ja luonnolliset tappajat . Nämä solut tunnistavat patogeenisolut ja tappavat ne [39] . Synnynnäisillä immuunisoluilla on tärkeä rooli lymfoidisten elinten kehityksessä ja adaptiivisen immuniteetin aktivoinnissa [40] .
Monilla synnynnäisen immuniteetin soluilla on kyky fagosytoosiin eli patogeenisten aineiden imeytymiseen. Fagosyytit "partioivat" kehossa etsiessään patogeenisiä soluja tai siirtyvät infektiokohtaan sytokiinipitoisuusgradientin osoittamaan suuntaan [16] . Kun fagosyytti imee patogeenisen solun, se sijoitetaan erityisen rakkula - fagosomin sisään , joka sitten sulautuu lysosomiin muodostaen fagolysosomin . Fagolysosomin sisällä patogeeninen solu kuolee hapettavan räjähdyksen seurauksena syntyneiden hajottavien entsyymien tai vapaiden radikaalien vaikutuksesta [41] [42] . Fagosytoosi on luultavasti vanhin puolustusmekanismi, koska sekä chordaateissa että selkärangattomissa on fagosyyttejä [43] .
Suurimmat fagosyyttiryhmät ovat neutrofiilit ja makrofagit [44] . Neutrofiilit kiertävät normaalisti verenkierrossa ja ovat lukuisin fagosyyttiryhmä, ja ne muodostavat 50–60 % kaikista veren leukosyyteistä [45] . Tulehduksen akuutin vaiheen aikana neutrofiilit siirtyvät tulehduskohtaan kemotaksin kautta ja ovat yleensä ensimmäisiä immuunisoluja, jotka saapuvat infektiokohtaan. Makrofagit, toisin kuin neutrofiilit, sijaitsevat kudoksissa eivätkä kierrä verisuonten läpi . Makrofagit erittävät erilaisia aineita, kuten entsyymejä, komplementtiproteiineja ja sytokiinejä, absorboivat kuolleiden kehon solujen jäänteitä ja toimivat myös antigeeniä esittelevinä soluina , jotka aktivoivat adaptiivisen immuunivasteen [46] .
Kudoksissa, jotka ovat kosketuksissa ulkoisen ympäristön kanssa, on fagosyyttejä, jotka kuuluvat dendriittisolujen määrään. Dendriittisoluja löytyy ihosta, sieraimien epiteelistä , keuhkoista, mahasta ja suolistosta. Dendriittisolut ovat saaneet nimensä hermosolujen dendriittejä muistuttavien tunnusomaisten prosessien vuoksi , mutta niillä ei ole mitään tekemistä hermoston kanssa . Dendriittisolut toimivat linkkinä kehon kudosten ja immuunijärjestelmän välillä, koska ne pystyvät esittelemään antigeenejä T-lymfosyyteille (T-soluille) [47] .
Leukosyyttejä, jotka sisältävät rakeita sytoplasmassa, kutsutaan kollektiivisesti granulosyyteiksi. Granulosyyttejä ovat neutrofiilit, basofiilit ja eosinofiilit. Sidekudoksissa ja limakalvoissa on syöttösoluja , jotka sisältävät rakeita sytoplasmassa ja säätelevät tulehdusvastetta [48] . Syötösoluilla on tärkeä rooli allergisten reaktioiden ja anafylaksian kehittymisessä [45] . Eosinofiilit ja basofiilit erittävät aineita, joiden tarkoituksena on torjua monisoluisia loisia , ja ne osallistuvat myös allergisiin reaktioihin [49] .
Synnynnäiset lymfoidisolut ovat immuunisolujen yhteisen esisolun johdannaisia. Niillä ei ole myeloidi- tai dendriittisolujen molekyylimarkkereita , eivätkä ne sisällä T- ja B-solureseptoreita [50] . Synnynnäisiä lymfoidisoluja ovat luonnolliset tappajasolut (NK-solut), jotka eivät suoraan tuhoa tartunnanaiheuttajia, vaan tappavat viruksen tai solunsisäisen bakteerin infektoimia kehon soluja sekä pahanlaatuisia soluja [51] . Infektoituneiden solujen pinnalla ei yleensä ole suuria histokompatibiliteettikompleksin (MHC) luokan I molekyylejä ( MHC-I ) [39] , ja NK-solut tuhoavat ne ilman ennakkoaktivaatiota. Normaalit kehon solut ilmentävät MHC-I:tä eivätkä joudu NK-solujen saaliiksi [52] .
Tulehdus on yksi immuunijärjestelmän ensimmäisistä vasteista kehittyvään infektioon [53] . Tulehduksen oireita ovat tulehtuneen alueen punoitus, turvotus, kuume ja arkuus, jotka johtuvat lisääntyneestä verenkierrosta tulehduskohdassa. Vaurioituneet ja infektoituneet solut erittävät eikosanoideja ja sytokiinejä, jotka houkuttelevat immuunisoluja tulehduskohtaan. Yksi eikosainoidien ryhmä, prostaglandiinit , aiheuttaa kuumetta ja tulehdukseen liittyvää verisuonten laajentumista, kun taas toisen eikosaiinoidiryhmän, leukotrieenien , jäsenet houkuttelevat joitakin leukosyyttejä tulehduskohtaan [54] [55] . Yleisimpiä sytokiinejä ovat interleukiinit , joiden avulla leukosyytit "kommunikoivat" keskenään, kemokiinit , jotka stimuloivat kemotaksia, sekä interferonit , joilla on antiviraalisia ominaisuuksia, koska ne estävät proteiinisynteesiä infektoidussa solussa [56] . Tulehduksesta vapautuu myös sytotoksisia tekijöitä ja kasvutekijöitä . Kaikki nämä aineet houkuttelevat immuunisoluja infektiokohtaan ja edistävät vaurioituneen kudoksen paranemista patogeenisten solujen tuhoutumisen jälkeen [57] .
Komplementtijärjestelmä on biokemiallinen kaskadi , jonka tarkoituksena on häiritä vieraiden solujen eheyttä. Komplementtijärjestelmä sisältää yli 20 proteiinia, jotka täydentävät ("komplementoivat") vasta-aineiden toimintaa patogeenien tuhoamiseksi [58] [59] . Komplementtijärjestelmä on synnynnäisen immuniteetin tärkein humoraalinen komponentti. Komplementtijärjestelmää ei ole vain selkärankaisilla, vaan myös selkärangattomilla ja jopa kasveilla [39] .
Ihmisellä komplementtijärjestelmän komponentit sitoutuvat joko mikrobisoluihin jo kiinnittyneisiin vasta-aineisiin tai mikrobisolujen pinnalla oleviin hiilihydraattifragmentteihin . Komplementtiproteiinien sitoutuminen kohteeseen laukaisee signalointikaskadin, jonka jokaisessa vaiheessa signaali voimistuu johtuen proteolyysin kautta komplementtijärjestelmään kuuluvien proteaasien aktivaatiosta [60] . Aktivoidut proteaasit aktivoivat edelleen uusia proteaaseja proteolyysin vuoksi ja niin edelleen, eli komplementtijärjestelmä aktivoituu positiivisen palautemekanismin avulla [61] . Viime kädessä komplementtijärjestelmän aktivointi johtaa peptidien tuotantoon, jotka houkuttelevat muita immuunisoluja taudinaiheuttajalle, lisäävät verisuonten seinämien läpäisevyyttä ja opsonoivat (peittävät) patogeenisen solun, mikä merkitsee sitä myöhempää tuhoamista varten. Komplementtijärjestelmän proteiinit voivat myös suoraan tappaa mikrobisoluja sisällyttämällä niiden kalvoihin ja häiritsemällä niiden eheyttä [58] .
Evoluution aikana adaptiivinen immuunijärjestelmä ilmestyi leuallisiin eläimiin. Adaptiivinen immuniteetti tarjoaa vahvan spesifisen vasteen sekä immunologisen muistin muodostumisen. Adaptiivinen immuunivaste on spesifinen tietylle antigeenille, jonka adaptiiviset immuunisolut tunnistavat antigeenin esittelyprosessin aikana. Patogeenin tuhoutumisen jälkeen jäljelle jää adaptiivisen immuniteetin soluja, jotka tallentavat tietoa sen antigeeneistä ja tarjoavat immunologista muistia. Sen ansiosta taudinaiheuttajan tunkeutuessa uudelleen se kehittää nopean spesifisen immuunivasteen [62] .
Adaptiivisen immuniteetin soluja edustaa tietty ryhmä leukosyyttejä - lymfosyyttejä, jotka on jaettu T-lymfosyytteihin (T-solut) ja B-lymfosyytteihin (B-soluihin). Lymfosyytit muodostuvat luuytimessä olevista hemosytoblasteista, ja sitten T-solut kypsyvät kateenkorvassa ja B-solut kypsyvät luuytimessä. T-solut tarjoavat solujen mukautuvan immuunivasteen, kun taas B-solut tarjoavat humoraalisen adaptiivisen immuunivasteen. T- ja B-solut kantavat pintareseptoreitaan (vastaavasti T- ja B-solureseptoreita), jotka tunnistavat antigeenejä. Tyypillisesti T-solut eivät pysty tunnistamaan antigeenejä niiden alkuperäisessä muodossa; ne tunnistavat vain käsitellyt antigeenifragmentit, jotka liittyvät MHC-molekyyleihin antigeeniä esittelevien solujen pinnalla. T-tappajat tunnistavat MHC-I:een liittyvien antigeenien fragmentteja, ja T-auttajat ja säätelevät T-solut tunnistavat antigeenifragmentteja kompleksissa MHC-II :n kanssa . Erityinen T-soluryhmä, γδ-T-solut , voivat tunnistaa ehjät antigeenit, jotka eivät liity MHC: hen [63] . B-solureseptori on B-solun pintaan ankkuroitu vasta-ainemolekyyli, joka tunnistaa antigeenin ilman lisäkäsittelyä. Eri B-solulinjojen B-solureseptorit vastaavat erilaisia antigeenejä ja näyttävät koko valikoiman vasta-aineita, joita voidaan muodostaa [64] .
T-soluja on kolme pääpopulaatiota: tappaja-T-solut, T-auttajasolut ja säätelevät T-solut. T-tappajat tuhoavat infektoituneita ja vaurioituneita soluja [65] . Kuten B-solut, saman linjan T-solut tunnistavat saman antigeenin. T-tappajat aktivoituvat, kun niiden T-solureseptorit ( esim. T-solureseptorit, TCR:t ) tunnistavat antigeenifragmentin kompleksissa MHC-I:n kanssa antigeeniä esittelevän solun pinnalla. Jotta T-tappajat tunnistavat tällaisen kompleksin, tarvitaan TCR: iden lisäksi CD8 -koreseptori . Kun tappaja T on aktivoitu, se kulkeutuu verenkierron läpi etsimään samaa antigeeniä kuin se, joka sille esiteltiin. Kun T-tappaja kohtaa solun, jossa on haluttu antigeeni, se vapauttaa proteiineja, joilla on sytotoksisia ominaisuuksia, kuten perforiineja , jotka liitetään kohdesolun kalvoon muodostaen huokosia ja häiritsevät sen eheyttä. Toisen proteiinin, granulisiiniproteaasin tunkeutuminen kohdesoluun laukaisee kohdesolun apoptoosin [66] . Tappaja-T-soluilla on erityisen tärkeä rooli viruksen replikaation estämisessä tappamalla infektoituneita soluja. Tappaja-T-solujen aktivaatio on tiukasti säädeltyä ja tapahtuu vain, jos T-solureseptorin ja antigeenin välillä on lähes täydellinen yhteensopivuus, lisäksi tappaja-T-solujen aktivoitumiseen tarvitaan lisäsignaaleja, joita T-solut lähettävät. toisen tyyppisiä, T-auttajia [66] .
T-auttajat säätelevät adaptiivisia ja hankittuja immuunivasteita. T-auttajilla ei ole sytotoksista aktiivisuutta; ne eivät tuhoa patogeenisoluja tai infektoituneita soluja [67] [68] . T-auttajien pinnalla on TCR:itä, jotka tunnistavat antigeenifragmentteja kompleksissa MHC-II:n kanssa. Kuten T-tappajien tapauksessa, TCR:n lisäksi T-auttajat käyttävät MHC:antigeenikompleksin tunnistamiseen rinnakkaisreseptoria, mutta eivät CD8:aa, vaan CD4 :ää , joka laukaisee T-auttajaa aktivoivia signalointikaskadeja. T-auttajat sitoutuvat MHC:antigeenikompleksiin heikommin kuin T-tappajat, ja T-auttajan aktivoitumiseksi on välttämätöntä, että sen pinnalla oleva 200-300 TCR:ää liittyy MHC:antigeenikompleksiin, kun taas T-auttajan aktivoituminen on välttämätöntä. T-tappaja esiintyy jo silloin, kun vain yksi reseptori liittyy MHC:antigeenikompleksiin. Lisäksi T-auttajien aktivoituminen vaatii pidemmän vuorovaikutuksen antigeeniä esittelevän solun kanssa [69] . Aktivoitu T-auttaja vapauttaa sytokiinejä, jotka vaikuttavat monenlaisiin soluihin. T-auttajien sytokiinisignaalit parantavat makrofagien bakterisidisiä ominaisuuksia ja T-tappajien aktiivisuutta [16] .
Säätely-T-solut, jotka tunnettiin aiemmin nimellä suppressori-T-solut, suppressoivat efektori-T-solujen toimintaa ja proliferaatiota , mikä estää autoimmuunisairauksien kehittymisen [70] ja ovat alkuperältään sukua T-auttajiin. Kuten T-auttajat, säätelevät T-solut ilmentävät CD4-koreseptoria [71] . γδ-T-solut ilmentävät vaihtoehtoista TCR-muotoa, joka eroaa CD4+- ja CD8+-T-soluista ja yhdistää T-auttajien, T-tappajien ja NK-solujen ominaisuudet [72] .
B-solut tunnistavat antigeenit B-solureseptorien kautta, jotka ovat B-solujen pintaan ankkuroituja vasta-aineita [73] . Kun B-solureseptori sitoutuu antigeeniin, se sisäistyy ja B-solussa antigeeni pilkkoutuu peptideiksi proteolyysin kautta. Saadut antigeenifragmentit B-solut ovat pinnallaan kompleksina MHC-II:n kanssa. Antigeeni:MHC-II-kompleksi aktivoi T-auttajaa, joka erittää B-soluja aktivoivia lymfokiineja [74] . Aktivoitu B-solu alkaa jakautua, ja sen jälkeläissolut, joita kutsutaan plasmasoluiksi , erittävät miljoonia vasta-ainemolekyylejä, jotka ovat identtisiä antigeenin alun perin sitoneen B-solureseptorin kanssa. Vasta-aineet kiertävät veressä ja imusolmukkeissa , sitoutuvat patogeenisoluihin, jotka ekspressoivat vastaavaa antigeeniaan, ja merkitsevät ne tuhottavaksi komplementtiproteiinien tai fagosyyttien toimesta. Vasta-aineilla voi itsessään olla suojaavia ominaisuuksia, ne sitoutuvat bakteerimyrkkyihin ja neutraloivat niitä tai kilpailevat virusten ja bakteerien kanssa reseptoreista ja estävät niitä infektoimasta solua [75] .
Immuunijärjestelmä on tiiviissä vuorovaikutuksessa muiden elinjärjestelmien, erityisesti endokriinisen [76] [77] ja hermoston [78] [79] [80] kanssa . Immuunijärjestelmällä on myös tärkeä rooli kudosten korjaamisessa ja uudistamisessa .
Hormonit toimivat immunomodulaattoreina ja säätelevät immuunijärjestelmän herkkyyttä. Esimerkiksi naissukupuolihormonit ovat immunostimulantteja sekä synnynnäiselle että adaptiiviselle immuniteetille [81] [82] [83] [84] [85] . Jotkut autoimmuunisairaudet, kuten systeeminen lupus erythematosus , vaikuttavat pääasiassa naisiin, ja ne alkavat samaan aikaan murrosiän kanssa . Samaan aikaan mieshormoneilla, erityisesti testosteronilla , on immunosuppressiivisia ominaisuuksia [86] . Immuunijärjestelmään vaikuttavat myös muut hormonit, kuten glukokortikoidit , prolaktiini , somatotropiini ja D-vitamiinijohdannaiset [87] [88] .
Glukokortikoidiryhmän hormonit ovat immuunijärjestelmän tärkeimpiä säätelijöitä, koska ne lisäävät anti-inflammatoristen proteiinien (kuten lipokortiini I , p11 , SLPI ja MAPK-fosfataasi [89] ekspressiota. ) ja vähentää tulehdusta edistävien proteiinien tuotantoa. Selkeän anti-inflammatorisen vaikutuksen vuoksi glukokortikoideja käytetään autoimmuunisairauksien , allergioiden ja sepsiksen hoidossa [90] . Glukokortikoidit osallistuvat myös T-solujen kehityksen säätelyyn [91] .
Kun T-solu kohtaa patogeenin, se paljastaa D-vitamiinireseptorin . Hänen ansiosta T-solu on vuorovaikutuksessa D-vitamiinin aktiivisen muodon - steroidihormonin kalsitriolin kanssa . Mutta T-solujen suhde D-vitamiiniin ei rajoitu tähän. T-solut ilmentävät CYP27B1 -geeniä , joka koodaa entsyymiä, joka muuttaa D-vitamiinijohdannaisen kalsidiolin kalsitrioliksi. T-solut voivat suorittaa suojatoimintonsa vasta kalsitrioliin sitoutumisen jälkeen. CYP27B1-geeniä ilmentää myös jotkin muut solut, jotka pystyvät myös muodostamaan kalsitriolia kalsidiolista: dendriittisolut, makrofagit ja keratinosyytit [92] [93] .
On oletettu, että hormonitasojen asteittainen lasku iän myötä voi johtua immuunipuutteellisista vanhemmista aikuisista [94] . Lisäksi immuunijärjestelmä vaikuttaa myös endokriiniseen järjestelmään, erityisesti kilpirauhashormoneihin [95] . Ikään liittyvä immuniteetin heikkeneminen korreloi vanhusten D-vitamiinitason laskun kanssa [96] .
Uni ja lepo vaikuttavat immuunijärjestelmään [97] , erityisesti unen puute heikentää sen toimintaa [98] . Monimutkainen takaisinkytkentäsilmukka, johon liittyy useita sytokiinejä, kuten interleukiini 1 ja TNFα , jotka muodostuvat infektion aikana, on osallisena ei-REM-unen säätelyssä [99] . Tästä johtuen infektion aikana unisykli voi muuttua, nimittäin hidasaallon unen osuuden kasvu [100] .
Unen puutteesta kärsivien ihmisten immuunivaste voi olla heikentynyt normaaleihin ihmisiin verrattuna ja heikentynyt vasta-aineiden tuotanto vasteena infektiolle. Lisäksi vuorokauden valon ja pimeän ajan syklien rikkominen häiritsee NFIL3- proteiinin toimintaa , joka on osallisena paitsi vuorokausirytmien myös T-solujen erilaistumisen säätelyssä. Vuorokausirytmin rikkominen yhdessä immuunijärjestelmän toiminnan häiriöiden kanssa voi aiheuttaa sydänsairauksia , astmaa ja kroonista kipua [101] .
Unen puutteen immuunijärjestelmän toimintaan kohdistuvan negatiivisen vaikutuksen lisäksi unella ja vuorokausirytmeillä on vahva säätelyvaikutus sekä synnynnäiseen että adaptiiviseen immuniteettiin. Hitaan aallon unen aikana kortisolin , adrenaliinin ja norepinefriinin tasot laskevat jyrkästi , minkä seurauksena leptiinin , somatotropiinin ja prolaktiinin pitoisuus kasvaa. Nämä hormonit liittyvät tulehdusta edistävien sytokiinien IL-1, IL-12 , TNFa ja INFy muodostumiseen, jotka aktivoivat immuunisoluja, edistävät niiden lisääntymistä ja erilaistumista. Hitaiden aaltojen unen aikana erilaistumattomien tai huonosti erilaistuneiden naiivi- ja muisti-T-solujen määrä saavuttaa huippunsa hitaasti kehittyvän adaptiivisen immuunivasteen aikana Lisäksi ei-REM-unen aikana aktiivisesti tuotetut hormonit (leptiini, somatotropiini ja prolaktiini) tukevat antigeeniä esittelevien solujen ja T-solujen vuorovaikutusta, lisäävät T-auttajien lisääntymistä ja naiivien T-solujen kulkeutumista imusolmukkeisiin. Uskotaan, että nämä samat hormonit edistävät pitkäaikaisen immunologisen muistin muodostumista aktivoimalla T-auttajavastetta [102] .
Sen sijaan hereillä ollessaan tappavien T-solujen ja NK-solujen määrä sekä anti-inflammatoristen aineiden, kuten kortisolin ja katekoliamiinien , pitoisuus saavuttavat huippunsa . On olemassa kaksi hypoteesia siitä, miksi immuunijärjestelmän tulehdusta edistävät signaalit aktivoituvat unen aikana. Ensinnäkin, jos aktiivinen tulehdusreaktio tapahtuisi valveilla ollessa, se aiheuttaisi vakavan fyysisen ja kognitiivisen heikkenemisen. Toiseksi melatoniini voi edistää tulehdusta unen aikana . Tulehduksen aikana muodostuu valtavia määriä vapaita radikaaleja ( hapetusstressi ), ja melatoniini voi estää niiden muodostumisen unen aikana [102] [103] .
Ylisyöminen on yhdistetty sairauksiin, kuten diabetekseen ja liikalihavuuteen , jotka vaikuttavat immuunijärjestelmän toimintaan. Kohtalainen aliravitsemus sekä tiettyjen hivenaineiden ja ravintoaineiden puute voivat vaikuttaa haitallisesti immuunijärjestelmän toimintaan [104] . On näyttöä siitä, että runsaasti rasvahappoja sisältävät ruoat vaikuttavat positiivisesti immuunijärjestelmään [105] , ja riittämätön sikiön ravitsemus raskauden aikana voi vaarantaa immuunijärjestelmän loppuelämän ajaksi [106] .
Immuunijärjestelmällä, erityisesti sen synnynnäisellä komponentilla, on kriittinen rooli kudosten korjaamisessa vaurion jälkeen [107] [108] [109] [110] [111] . Makrofagit ja neutrofiilit ovat avaintoimijoita tässä prosessissa, mutta γδ-T-solut, synnynnäiset lymfoidisolut ja säätelevät T-solut ovat myös tärkeitä. Tärkeimmät tekijät haavan paranemisessa ovat immuunisolujen plastisuus ja tasapaino tulehdusta edistävien ja anti-inflammatoristen signaalien välillä. Immuunijärjestelmä on myös mukana uusiutumisprosessissa, erityisesti sammakkoeläimissä . Erään hypoteesin mukaan lajit, joilla on korkea kyky uusiutua, ovat vähemmän immuunikompetenssia kuin lajit, joilla on alhainen regeneraatiopotentiaali [112] [113] .
Immuunijärjestelmän häiriöt voidaan jakaa kolmeen luokkaan: immuunipuutokset, autoimmuunisairaudet ja yliherkkyysreaktiot [114] .
Immuunipuutos ilmenee, kun immuunijärjestelmä ei ole tarpeeksi tehokas, kun yksi tai useampi sen komponenteista ei toimi. Immuunijärjestelmän aktiivisuus 50 ikävuoden jälkeen laskee vähitellen, tätä prosessia kutsutaan immunosenescenceiksi ( englanniksi immunosenescence ) [115] [116] . Kehittyneissä maissa immuunijärjestelmän tehokkuuden heikkenemisen tärkeimmät syyt ovat liikalihavuus, alkoholismi ja huumeriippuvuus [116] . Kehitysmaissa immuunijärjestelmän häiriöt johtuvat useimmiten aliravitsemuksesta. Kun ruokavaliosta puuttuu proteiinia, immuunijärjestelmän solumekanismien toiminta häiriintyy, komplementtijärjestelmä häiriintyy, sytokiinien ja immunoglobuliinien A (IgA) muodostuminen vähenee [116] . Jotkut immuunipuutokset ovat perinnöllisiä [ 16] , esimerkiksi krooninen granulomatoottinen sairaus , jossa fagosyytit tuhoavat patogeenisoluja alhaisella tehokkuudella. Immuunipuutos voi johtua HIV-infektiosta tai tietyistä syövistä [117] [118] .
Autoimmuunisairaudet liittyvät immuunijärjestelmän lisääntyneeseen hyperaktiivisuuteen, joka alkaa hyökätä kehon proteiineja vastaan. Näin ollen autoimmuunisairauksissa rikotaan oman ja toisen tunnistamismekanismia. Normaalisti T-solut, jotka pystyvät tunnistamaan kehon omat proteiinit, tuhoutuvat erityisillä mekanismeilla [119] . Solujen ja kudosten autoimmuunituhomekanismi ei poikkea siitä, mikä tapahtuu normaalisti adaptiivisessa immuunivasteessa. Yleisiä autoimmuunisairauksia ovat nivelreuma , insuliinista riippuvainen diabetes mellitus ja autoimmuuni kilpirauhastulehdus [120] .
Yliherkkyys viittaa liialliseen immuunivasteeseen antigeenille. Yliherkkyysreaktiot jaetaan useisiin tyyppeihin niiden keston ja taustalla olevien mekanismien mukaan. Tyypin I yliherkkyyteen sisältyy välittömiä anafylaktisia reaktioita, joihin usein liittyy allergioita. Tämän tyyppiset reaktiot voivat aiheuttaa lievää epämukavuutta tai johtaa kuolemaan. Tyypin I yliherkkyys perustuu immunoglobuliineihin E (IgE), jotka aiheuttavat basofiilien ja syöttösolujen degranulaatiota. Tyypin II yliherkkyydestä sanotaan, että elimistössä on vasta-aineita, jotka tunnistavat sen omat proteiinit ja merkitsevät niitä ekspressoivien solujen tuhoamista varten. Tyypin II yliherkkyys, jota kutsutaan myös vasta-aineriippuvaiseksi tai sytotoksiseksi yliherkkyydeksi, perustuu immunoglobuliineihin G (IgG) ja M (IgM). Immuunikompleksit, jotka ovat antigeenien, komplementtiproteiinien, IgG:n ja IgM:n kertymiä, laukaisevat tyypin III yliherkkyysreaktioita. Tyypin IV yliherkkyys, joka tunnetaan myös nimellä viivästynyt yliherkkyys, kehittyy 2–3 päivän kuluessa. Tyypin IV yliherkkyysreaktioita havaitaan monissa autoimmuuni- ja tartuntataudeissa, ja ne perustuvat T-soluihin, monosyytteihin ja makrofageihin [121] .
Immunosuppressiivisia lääkkeitä (immunosuppressiivisia aineita) käytetään autoimmuunisairauksien, liiallisen tulehduksen hoidossa ja elinsiirron jälkeisen hylkimisen estämiseksi [ 122] [123] . Tulehduskipulääkkeitä käytetään aktiivisesti tulehdusprosessien vaikutusten hallitsemiseen . Glukokortikoidit ovat tehokkaimpia tulehduskipulääkkeitä , mutta niillä on monia vakavia sivuvaikutuksia, kuten keskuslihavuus, hyperglykemia ja osteoporoosi , joten niiden käyttöä tulee valvoa tiukasti [124] . Pieniä annoksia tulehduskipulääkkeitä käytetään usein yhdessä sytotoksisten lääkkeiden ja immunosuppressiivisten lääkkeiden, kuten metotreksaatin ja atsatiopriinin , kanssa . Sytotoksiset lääkkeet estävät immuunivastetta tappamalla jakautuvia soluja, mukaan lukien aktivoidut T-solut. Tämä vaikuttaa kuitenkin myös muiden kudosten jakautuviin soluihin, joten sytotoksisilla lääkkeillä on paljon sivuvaikutuksia [123] . Immunosuppressiiviset lääkkeet, kuten syklosporiini , estävät T-solujen vastetta solunulkoisiin ärsykkeisiin estämällä niiden signaalireittejä [125] .
Aktiivinen immuniteetti voidaan luoda keinotekoisesti rokottamalla. Rokotuksen eli immunisaation perusperiaate on viedä jonkin patogeenin antigeeni elimistöön spesifisen immuniteetin kehittämiseksi sitä vastaan ilman taudin siirtämistä [16] . Se, että antigeeni laukaisee selektiivisesti immuunivasteen eikä patogeeni kokonaisuudessaan, riippuu immuunijärjestelmän luonnollisesta spesifisyydestä. Rokotus on yksi menestyneimmistä esimerkeistä immuunijärjestelmän manipuloinnista, joka tarjoaa suojan useilta tartuntataudeilta [122] [126] . Useimmat rokotteet virusinfektioita vastaan sisältävät eläviä heikennettyjä viruksia, ja monet rokotteet bakteerisairauksia vastaan perustuvat mikro-organismien ei-sellulaarisiin komponentteihin, kuten myrkkyjen vaarattomiin komponentteihin [16] . Koska monet ei-sellulaarisissa rokotteissa käytetyt antigeenit eivät tarjoa riittävän voimakasta adaptiivista immuunivastetta, useimpiin antibakteerisiin rokotteisiin lisätään adjuvantteja , jotka aktivoivat antigeeniä esitteleviä synnynnäisen immuniteetin soluja ja lisäävät rokotteen immunogeenisyyttä [127] .
Keho voi kehittää neutraloivan immuunivasteen sellaisten lääkkeiden käyttöönoton jälkeen, jotka ovat suuria peptidejä ja proteiineja, jotka painavat yli 500 Da , varsinkin jos niitä annetaan toistuvasti suurina annoksina. Joskus itse lääke ei ole immunogeeninen, vaan aine, jonka kanssa sitä annetaan, kuten joskus tapahtuu syöpälääkkeen taksolin kanssa . Proteiinien ja peptidien immunogeenisyyden arvioimiseksi on kehitetty laskennallisia menetelmiä, jotka ovat erityisen tärkeitä vasta-aineisiin ja muihin peptidiluonteisiin aineisiin perustuvien lääkkeiden kehittämisessä sekä viruksen vaippaproteiinien mutaatioiden vaikutusten tutkimiseen sen virulenssiin . . Varhaisimmat menetelmät immunogeenisyyden arvioimiseksi perustuivat havaintoon, että hydrofiilisten aminohappotähteiden osuus epitoopeissa on paljon suurempi kuin hydrofobisten [128] . Uusimmat lähestymistavat perustuvat koneoppimisen ja tunnettujen epitooppien (yleensä hyvin tutkittujen virusproteiinien) tietokantojen käyttöön harjoitussarjana [129] . Alan, joka käsittelee immunogeenisyyden tutkimusta bioinformatiikan lähestymistapojen avulla, on kutsuttu immunoinformatiikaksi [130] .
Immunologinen toleranssi viittaa immuunivasteen puuttumiseen tietylle antigeenille. Luettelo antigeeneistä, joille toleranssi voi kehittyä, on käytännössä mahdoton erottaa antigeenien joukosta, jota vastaan kehittyy spesifinen immuunivaste. Spesifinen reagoimattomuus tietyille antigeeneille on tarpeen joissakin ontogeneesin vaiheissa sekä nisäkkäiden normaalissa raskauden kulussa ( immunologinen toleranssi raskauden aikana ). Toleranssin kehittyminen joillekin antigeeneille tapahtuu organismin kehityksen varhaisessa vaiheessa. Lisäksi sietokykyä voidaan keinotekoisesti indusoida ontogeneaation alkuvaiheissa, erityisesti viemällä antigeeni vastasyntyneeseen organismiin, jonka immuunijärjestelmä on epätäydellisesti muodostunut. Organismin kehityksen alussa ja aikuisiässä muodostuneet solu- ja molekyylimekanismit vaihtelevat usein. Joten vastasyntyneissä hiirissä makrofageja on vähän, joten immuunijärjestelmä ei voi kehittää tehokasta vastetta. Säätely-T-soluilla , jotka suppressoivat T-auttajia , on tärkeä rooli immunologisen toleranssin kehittymisessä [131] .
Patogeenien torjunnan lisäksi immuunijärjestelmän tärkeä tehtävä on tunnistaa ja tuhota pahanlaatuisia soluja. Pahanlaatuisen transformaation läpikäyneet kasvainsolut ilmentävät usein pinta-antigeenejä, jotka puuttuvat normaaleista soluista. Immuunijärjestelmä havaitsee nämä antigeenit vieraiksi, joten ne laukaisevat immuunivasteen pahanlaatuisia soluja vastaan. Kasvainantigeeneillä voi olla eri alkuperää [132] : ne voivat olla peräisin onkogeenisistä viruksista , kuten ihmisen papilloomaviruksesta , joka aiheuttaa kohdunkaulan [133] ja muiden elinten syöpää [134] , ja muut kasvainantigeenit ovat itse asiassa kehon syöpää. omia proteiineja, joita on normaalisti soluissa alhaisella tasolla ja kasvainsoluissa huomattavasti korkeammalla tasolla. Esimerkki on tyrosinaasientsyymi , jota tarvitaan melaniinin synteesiin. Tämän proteiinin voimakas ilmentyminen johtaa melanosyyttien muuttumiseen pahanlaatuisiksi soluiksi [135] [136] . Kolmas kasvainantigeenien lähde ovat proteiinit, jotka normaalisti säätelevät solujen kasvua ja eloonjäämistä, jotka usein mutatoituvat ja muuttuvat onkogeeneiksi [132] [137] [138] .
Kasvaimenvastainen immuunivaste koostuu pääasiassa kasvainsolujen tuhoamisesta T-tappajien toimesta, joskus T-auttajien osallistuessa [136] [139] . Kasvainantigeenit esitetään kompleksina MHC-I:n kaltaisten virusproteiinien kanssa, minkä ansiosta T-tappajat voivat tunnistaa pahanlaatuisia soluja [140] . NK-solut tuhoavat myös kasvainsoluja, varsinkin jos ne ekspressoivat MHC-I:tä normaaliin verrattuna alhaisella tasolla, mikä tapahtuu melko usein kasvainsoluilla [141] . Joissakin tapauksissa elimistössä muodostuu vasta-aineita kasvainantigeeneille ja komplementtijärjestelmä tuhoaa pahanlaatuisia soluja [137] .
Jotkut kasvaimet onnistuvat pakenemaan immuunivasteelta [142] [143] . Niiden solut ekspressoivat MHC-I:tä alhaisella tasolla, joten T-tappajat eivät tunnista niitä [140] [142] . Jotkut kasvainsolut erittävät aineita, jotka suppressoivat immuunivastetta, kuten sytokiinia TGFβ , joka vaimentaa makrofagien ja lymfosyyttien aktiivisuutta [142] [144] . Lisäksi immunologinen toleranssi voi kehittyä kasvainantigeeneille, jolloin immuunijärjestelmä menettää kykynsä tunnistaa pahanlaatuisia soluja [142] [143] .
Makrofagit voivat edistää kasvaimen kasvua niiden sytokiinien ansiosta, joita ne käyttävät houkuttelemaan muita makrofageja, kuten TNFa [145] . Lisäksi hypoksian , jossa kasvain useimmiten sijaitsee , ja makrofagien vapauttamien sytokiinien yhdistelmä voi aktivoida kasvaimen etäpesäkkeitä [142] .
Monikomponenttinen adaptiivinen immuunijärjestelmä evoluution aikana ilmaantui todennäköisimmin leukaisille selkärankaisille, koska selkärangattomilla ei ole lymfosyyttejä eikä vasta-aineita [1] . Monilla organismeilla on kuitenkin periaatteeltaan samanlainen puolustusjärjestelmä kuin selkärankaisten adaptiivinen immuniteetti. Jopa bakteereilla ja arkeilla on immuunijärjestelmän toiminnallisia analogeja , esimerkiksi restriktio-modifikaatiojärjestelmä tai CRISPR /Cas-järjestelmä, joka on suunniteltu suojaamaan viruksilta [146] . CRISPR/Cas-järjestelmää voidaan pitää myös eräänä hankitun immuniteetin muotona, koska se sisältää sen kohtaamien virusten sekvenssien liittämisen bakteerin tai arkean genomiin, joten kun se infektoidaan uudelleen samalla viruksella, spesifinen suojareaktio syntyy nopeasti. CRISPR/Cas-järjestelmissä virusreplikaatio estyy johtuen CRISPR- lokuksen välikappaleista luettujen lyhyiden RNA:iden komplementaarisesta vuorovaikutuksesta vieraiden nukleiinihappojen kanssa ja niiden myöhemmästä tuhoamisesta Cas-proteiinien toimesta [147] [148] . Prokaryooteilla on myös muita antiviraalisia puolustusmekanismeja [149] [150] . Joitakin immuunijärjestelmän elementtejä on yksisoluisissa eukaryooteissa , mutta niitä ymmärretään huonosti [151] .
Jotkut synnynnäisen immuniteetin komponentit, kuten kuviontunnistusreseptorit, ovat läsnä käytännössä kaikissa organismeissa. Kasveilla ja eläimillä on antimikrobisia peptidejä, ja selkärangattomilla juuri antimikrobiset peptidit ovat systeemisen immuniteetin päämuoto [1] . Useimmilla selkärangattomilla on myös komplementtijärjestelmä ja fagosyytit. Päärooli antiviraalisessa suojauksessa viruksia vastaan on ribonukleaasientsyymeillä ja RNA-interferenssimekanismilla, jotka ovat säilyneet lähes kaikissa eukaryooteissa [152] .
Toisin kuin eläimillä, kasveilla ei ole fagosytoosiin kykeneviä soluja, mutta kasveilla on immuunijärjestelmä, joka perustuu kemiallisten signaalien välittämiseen koko kasvin kehossa [153] . Yksittäiset kasvisolut voivat myös reagoida PAMP:iin [154] . Kun kasvikudoksen alue on infektoitunut, muodostuu paikallinen yliherkkyysreaktio, jonka seurauksena vaurioituneella alueella sijaitsevat solut läpikäyvät apoptoosin eivätkä pysty välittämään taudinaiheuttajia muihin soluihin. Kasviorganismi voi saada resistenssin patogeenille kokonaisuutena puolustusreaktion kautta, joka tunnetaan nimellä systeeminen hankittu vastustus [153] . Tärkeä rooli kasvien systeemisessä vasteessa virusinfektioon on RNA-interferenssillä, joka estää viruksen replikaation [155] .
Vaikka klassisia adaptiivisia immuunijärjestelmän molekyylejä, kuten immunoglobuliineja ja T-solureseptoreita, löytyy vain leuallisista eläimistä, on ehdotettu, että muilla organismeilla on vaihtoehtoinen adaptiivinen immuunijärjestelmä. Esimerkkejä ovat primitiiviset leuattomat selkärankaiset , kuten nahkiaiset ja hagfish . Niillä on niin sanottuja vaihtelevia lymfosyyttireseptoreita ( englanniksi variable lymphocyte receptors, VLRs ), joita koodaa yksi tai kaksi geeniä. VLR:t sitovat antigeenejä samalla tavalla kuin vasta-aineet ja samalla spesifisyydellä [156] .
Minkä tahansa taudinaiheuttajan menestys riippuu siitä, kuinka menestyksekkäästi se voi voittaa kehon immuunijärjestelmän esteet. Siksi patogeenit ovat kehittäneet useita mekanismeja, jotka auttavat niitä kiertämään tai tuhoamaan immuunijärjestelmän [157] . Bakteerit ylittävät usein kehon suojaesteet erittämällä niitä tuhoavia entsyymejä esimerkiksi käyttämällä tyypin II eritysjärjestelmiä [158] . Tyypin III eritysjärjestelmät tarjoavat yhteyden bakteerisolun ja isäntäsolun välillä onttojen putkien kautta, minkä ansiosta patogeeniproteiinit kuljetetaan suoraan isäntäsoluihin. Usein nämä proteiinit on suunniteltu sammuttamaan isännän puolustusmekanismit [159] .
Jotkut patogeenit, kuten solunsisäiset, pakenevat immuunivastetta piiloutumalla isäntäsolujen sisään. Tällaiset patogeenit viettävät suurimman osan elinkaarestaan isäntäsolujen sisällä, missä ne ovat suojassa immuunisolujen, vasta-aineiden ja komplementtijärjestelmän toiminnalta. Solunsisäisiä patogeenejä ovat virukset, jotkin bakteerit (kuten Salmonella ) ja jopa eukaryootit ( malariaplasmodium Plasmodium falciparum ja Leishmania -suvun protistit ). Jotkut bakteerit, kuten Mycobacterium tuberculosis , elävät kapseleiden sisällä , jotka suojaavat niitä komplementtiproteiinien aiheuttamalta hajoamiselta [160] . Monet taudinaiheuttajat erittävät aineita, jotka mitätöivät immuunivasteen tai vievät sen väärään suuntaan. Jotkut patogeeniset bakteerit muodostavat biofilmejä , joissa kaikki bakteerisolut ovat luotettavasti suojassa immuunijärjestelmän toiminnalta. Biofilmit muodostavat ihmisen patogeenejä, kuten Pseudomonas aeruginosa ja Burkholderia cenocepacia [161] . Muut bakteerit syntetisoivat pintaproteiineja, jotka sitovat vasta-aineita ja inaktivoivat ne; Esimerkkejä ovat Streptococcus - suvun bakteerien G-proteiini , Staphylococcus aureuksen A -proteiini ja Peptostreptococcus magnuksen L-proteiini [162] .
Mekanismit adaptiivisen immuunivasteen välttämiseksi ovat monimutkaisempia. Yksinkertaisin niistä on antigeeninen variaatio , jolloin pintaepitooppien ei-olennaiset osat voivat muuttua nopeasti. Esimerkiksi HIV :ssä kohdesoluun pääsemiseksi tarvittavat viruksen vaippaproteiinit muuttuvat jatkuvasti. Toistuvat muutokset antigeeneissä voivat selittää sen, ettei tätä virusta vastaan ole kehitetty rokotetta [163] . Samanlaista pintaproteiinien vaihtelumekanismia käyttää eukaryoottinen yksisoluinen loinen Trypanosoma brucei , minkä ansiosta se voi olla askeleen immuunijärjestelmää edellä [164] . Toinen yleisesti käytetty strategia on antigeenin peittäminen. Esimerkiksi HIV- virionit , erottuaan solusta, ympäröivät itsensä isäntäsolukalvosta peräisin olevalla lipidikalvolla , mikä tekee immuunijärjestelmän vaikeammaksi tunnistaa ne vieraiksi esineiksi [165] .
Ensimmäiset tunnetut tiedot koskemattomuuden olemassaolosta ovat peräisin vuodelta 430 eaa. e. kun rutto raivosi Ateenassa . _ Thukydides huomasi, että ihmiset, jotka olivat sairastuneet ruttoon edellisen epidemian aikana, pystyivät hoitamaan sairaita sairastumatta uudelleen [166] . 1000-luvulla persialainen lääkäri Abu Bakr Muhammad al-Razi esitteli ensimmäisen kerran adaptiivisen immuniteetin käsitteen ja kuvasi isorokon suojaavan vaikutuksen uusiutumista vastaan [167] . Vaikka immuniteetti koostui hänen mielestään "ylimääräisen kosteuden" erittymisestä vereen ensimmäisen taudin aikana, mikä esti toisen taudin, al-Razin teoria pystyi selittämään joitakin tuolloin saatavilla olevia havaintoja isorokosta. [168] .
1700-luvulla Pierre Louis de Maupertuis suoritti sarjan kokeita skorpionin myrkkyllä ja havaitsi, että jotkut koirat ja hiiret olivat vastustuskykyisiä sen vaikutukselle [169] . Immuniteetin käsitettä kehitettiin edelleen Louis Pasteurin ansiosta , joka kehitti rokotuksen periaatteet ja taudin itioteorian [170] . Pasteurin teoria oli ristiriidassa sen aikaisten käsitysten kanssa sairauksista, erityisesti laajalle levinneen miasmien teorian kanssa . Pasteurin ajatukset vahvistivat vuonna 1891 Robert Koch , joka sai vuonna 1905 fysiologian tai lääketieteen Nobelin infektiotautien mikrobisyyn selvittämisestä [171] . Virusten rooli ihmisten sairauksissa osoitettiin vuonna 1901, kun Walter Reed löysi keltakuumeviruksen [172] .
Immunologia kehittyi nopeasti 1800-luvun lopulla. Tuohon aikaan immuniteetin solu- ja humoraalisia perusteita tutkittiin intensiivisesti [173] . Erityisen tärkeä oli Paul Ehrlichin panos , joka ehdotti sivuketjujen teoriaa selittämään antigeeni-vasta-ainevuorovaikutuksen spesifisyyttä. 1800-luvun lopussa ja 1900-luvun alussa solu- ja humoraalinen immuniteorioiden välillä oli vastakkainasettelu. Soluteoriaa puolusti Ilja Mechnikov , joka löysi immuunisolujen kyvyn fagosytoosiin. Immuniteetin humoraalisen teorian kannattajat, mukaan lukien Paul Ehrlich ja Emil Adolf von Behring , väittivät, että immuniteetin komponentit ovat kehon nesteisiin liuenneita vapaita molekyylejä, eivät erikoistuneita soluja. Humoraalisen immuniteetin mekanismeja tutkivasta työstään Ehrlichille myönnettiin fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinto vuonna 1908, jonka hän jakoi Metchnikovin kanssa [174] .
1950-luvulla Frank Macfarlane Burnet muotoili teorian immuunijärjestelmän klonaalisesta valinnasta [175] . Burnetin mukaan immuunivasteen laukaiseminen perustuu eroon "itsen" (terveen kehon komponentit, jotka eivät laukaise immuunivastetta) ja "vieraan" (patogeenit ja siirteet, jotka aktivoivat immuunivasteen) välillä [176] . . Burnetin teoriaa muutettiin edelleen uusien havaintojen mukaisesti, jotka koskivat suurta histokompatibiliteettikompleksia ja sen osallistumista kaksivaiheiseen T-soluaktivaatioon [177] .
Temaattiset sivustot | |
---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Ihmisen elinjärjestelmät | |
---|---|