Az emésztőrendszer immunológiája Erdei Anna Immunológiai Tanszék ELTE

Limfociták fejlődése MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue) SALT antigének „kiszűrése” kölcsönhatás az APC-kel -antigénfüggő aktiváció a reagáló klónok pozitív szelekciója proliferáció, differenciálódás effektor sejtté érés antigéntől független érés antigénkötő receptorok (BCR, TCR) kialakulása autoreaktív sejtek negatív szelekciója - a perifériára jutó sejtek érett, naív „szűz” sejtek MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue) SALT (Skin Associated Lymphoid Tissue)

MALT – Mucosa-Associated Lymphoid Tissue A MALT a legnagyobb nyiroszervnek tekinthető A mukózális immunrendszer a test belső felületeit védi Részei: - a gyomor- és bélrendszerrel (GALT) - az alsó és felső légutakkal (BALT) - a húgy-és ivarrendszerrel asszociált limfoid szövet - Az ember gyomor- bél rendszere az immunrendszer 70%-át jelenti! - A vékonybél felülete: 400 m2 (200x akkora, mint a bőr felszíne) - A test limfocitáinak mintegy ¾-a a MALT-ban van Nincs kötőszövetes tok; Peyer plakkok (több száz tüsző) Elszórtan follikulusok (ILF – Isolated Lymphoid Follicle)

MALT – Mucosa-Associated Lymphoid Tissue A fiziológiai funkciói (táplálék felszívás, gáz-csere) miatt vékony és permeábilis a felszín, ezért könnyen áthatolnak a kórokozók is ezeken a felszíneken. Fontos, hogy ugyanekkor a nem-patogének számára is felületet ad. A vastagbélben min. 1000 különböző faj él szimbiózisban a gazdával - ezek a kommenzalista mikroorganizmusok (többnyire baktériumok). Szerepük a pathogén-fajok kiszorítása is. GALT- TOLERANCIÁT segítő környezet

MALT – Mucosa-Associated Lymphoid Tissue Az evolúció során a mukózális immunrendszer alakult ki először a gerincesekben (porcos halak) mint az adaptív immunrendszer része, mivel a bél volt első kialakult szerv, aminek szüksége volt a védelemre. (A táplálékkal idegen fehérjék + patogének tömege juthat a szervezetbe) Érdemes kiemelni, hogy a két fontos központi nyirokszerv, a timusz és a Bursa Fabricii az embrionális bélből alakult ki. Mivel az étel eredetű fehérjék és a baktériumok többnyire idegen fehérjéket tartalmaznak, az immunrendszer felismerhetné ezeket. De ezek ártalmatlan anyagok - tolerancia alakul ki ezekkel szemben. Valójában éppen ezek felismerése vezethet betegségekhez: - pl. cöliákia, amit a glutén okoz - IBD – kommenzalista baktériumokra adott válasz

- válasz hosszabb idő után - memória - finom-specificitás Ü T - szomatikusan átrendeződő gének, - válasz hosszabb idő után - memória - finom-specificitás - csíravonal-gének - azonnali válasz - nincs memória

A bél keresztmetszete a bél lumene Primer follikulus izomréteg Csíraközpont (GC) Peyer plakk

A mukózális felszínek védelme Fizikai-kémiai barrier: a bél epitélsejtenek felszínét borító nyák A veleszületett immunrendszer szerepe: - antimikrobiális peptidek - a patogének felismerése TLR és NOD-like receptorok által DC-k, makrofágok – APC epitélsejtek Az adaptív immunrendszer szerepe: - T-sejt populációk (Treg, Th17, IEL, etc.) - IgA-termelő plazmasejtek

Az antimikrobiális peptideket a Paneth-sejtek termelik; legfontosabb: a-defenzin A kriptákba a Paneth-sejtek bocsátják az a-defenzint kathelikidin, kalprotektin

PRR és PAMP kölcsönhatása bél epithelsejt mintázat-felismerés a sejt felszínén: PRR: Pathogen Recognition Receptors APC DC, mf PRR a felismert molekuláris mintázat a patogén felszínén: PAMP: Pathogen Associated Molecular Pattern baktérium PAMP

Mintázatfelismerő receptorok kifejeződése a sejtmembránon és a sejten belül Baktériumok, apoptotikus Sejtek LPS Mikrobiális Szénhidrátok, glukánok Bakteriális peptidoglikán, lipoprotein lipoteikolsav Virális hemagglutinin Bakteriális LPS, Parazita Foszfolipid, Virális burokfehérje, Gazda-HSP Bakteriális lipopeptid, lipoteikolsav Virális és bakteriális CpG DNS PAMP Bakteriális flagellin Virális RNS Virális dsRNS Virális ssRNS Virális ssRNS Bakteriális peptidoglikán Bakteriális lipopeptidek SR MR TLR1, TLR2 TLR2 TLR4 TLR5 TLR2, TLR6 PRR sejtmembrán 1.4. ábra Mintázatfelismerő receptorok kifejeződése a sejtmembránon és a sejten belül Az egyes kórokozókra jellemző molekuláris mintázatot (Pathogen Asociated Molecular Pattern - PAMP) a veleszületett immunrendszer sejtjei mintázatfelismerő receptoraik (Pattern Recognition Receptor – PRR) révén ismerik fel. Ezek közé tartoznak a toll-szerű receptorok (Toll Like Receptor –TLR), a NOD-szerű receptorok (NOD-Like Receptors - NLR), a reténsav-indukált gén I (RIG-I) terméke, a scavenger receptorok (SR) és a mannóz receptorok (MR). Az ábrán feltüntettük a receptorok ligandumait, ill. az, hogy milyen patogénből származnak. PRR NOD2 endoszoma citoplazma TLR3 CpG DNS TLR7 TLR8 TLR9 RIG1 RNS

A TLR-mediált gyulladás szabályozása patogének által bél lumen LPS ROS bél epitélsejt gyulladási citokinek kemokinek defenzinek Nat.Immunol. Rev., 2010. N.Cerf-Bensussan

Gazda – mikroba kölcsönhatás egészséges és károsodott bélben Gazda – mikroba kölcsönhatás egészséges és gyulladt bélben Az egészséges gazdában a hatékony immun-barrier. A „békefenntartó” baktériumok gyulladáscsökkentő anyagokat bocsátanak ki, ami toleranciát indukál, és megakadályozza a patogénekgyulladáskeltő hatását. Ezzel hozzájárunlak a bél homeosztázisához. Immunhiányos egyedekben (pl.IgA-hiány) a bél gyulladása alakul ki a kórokozó hatására (pl. IBD). Nat.Immunol. Rev., 2010. N.Cerf-Bensussan

A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei I. A lamina propria diffúz nyirokszöveteinek elemei a - dendritikus sejtek, - plazmasejtek, konvencionális és speciális T- és B-sejtek. Specializált T-sejtek a hámsejtek között: intraepiteliális limfocitáknak (IEL): CD8+, a/b TCR IEL IEL IEL 3.28. A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei Az izolált tüszők (Isolated Lymphoid Follicle, ILF) átmeneti, indukálható képletek, a hám alatt jelennek meg. A lamina propria diffúz nyirokszöveteinek elemei a dendritikus sejtek, plazmasejtek, konvencionális és speciális T- és B-sejtek. Egyes specializált T-sejtek a hámsejtek között találhatók meg, ezeket intraepiteliális limfocitáknak (IEL) nevezzük. A Peyer-plakkok tüszői feletti kupola (Sub-Epithelial Dome, SED) az M-sejtek által továbbított antigének és az immunsejtek találkozásának helyszíne. A tüszők csíraközpontjaiban nagyszámban képződnek IgA-t termelő plazmasejtek, a béllumenbe szekretálódó IgA a nyálkahártya nyákjában fontos védelmi szerepet tölt be. IEL

A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei II. Az izolált tüszők (ILF) átmeneti, indukálható képletek, a hám alatt jelennek meg. Az M-sejtek az epitéliumban találhatók. 3.28. A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei Az izolált tüszők (Isolated Lymphoid Follicle, ILF) átmeneti, indukálható képletek, a hám alatt jelennek meg. A lamina propria diffúz nyirokszöveteinek elemei a dendritikus sejtek, plazmasejtek, konvencionális és speciális T- és B-sejtek. Egyes specializált T-sejtek a hámsejtek között találhatók meg, ezeket intraepiteliális limfocitáknak (IEL) nevezzük. A Peyer-plakkok tüszői feletti kupola (Sub-Epithelial Dome, SED) az M-sejtek által továbbított antigének és az immunsejtek találkozásának helyszíne. A tüszők csíraközpontjaiban nagyszámban képződnek IgA-t termelő plazmasejtek, a béllumenbe szekretálódó IgA a nyálkahártya nyákjában fontos védelmi szerepet tölt be.

A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei III. A Peyer-plakkok tüszői feletti kupola (SED) az M-sejtek által továbbított antigének és a DC-k találkozásának helyszíne. A tüszők csíraközpontjaiban nagyszámban képződnek IgA-termelő plazmasejtek, a béllumenbe szekretálódó IgA a nyálkahártya nyákjában fontos védelmi szerepet tölt be. 3.28. A nyálkahártya nyirokszövetének jellegzetes képletei Az izolált tüszők (Isolated Lymphoid Follicle, ILF) átmeneti, indukálható képletek, a hám alatt jelennek meg. A lamina propria diffúz nyirokszöveteinek elemei a dendritikus sejtek, plazmasejtek, konvencionális és speciális T- és B-sejtek. Egyes specializált T-sejtek a hámsejtek között találhatók meg, ezeket intraepiteliális limfocitáknak (IEL) nevezzük. A Peyer-plakkok tüszői feletti kupola (Sub-Epithelial Dome, SED) az M-sejtek által továbbított antigének és az immunsejtek találkozásának helyszíne. A tüszők csíraközpontjaiban nagyszámban képződnek IgA-t termelő plazmasejtek, a béllumenbe szekretálódó IgA a nyálkahártya nyákjában fontos védelmi szerepet tölt be.

Treg, Th1, Th17 sejtek kialakulása A bél epitélsejtjei által termelt faktorok segítik: TSLP (Thymic Stromal Lymphopoietin), TGFb (Transforming Growth Factor-b), prosztaglandin E2, SLPI (Secretory Leukocyte Peptidase Inhibitor (SLPI), BAFF, APRIL, IL-10

M-sejtek (M - microfold) A follikulussal asszociált epitéliumban vannak jelen Ellentétben az enterocitákkal: - nincsenek mikrovillusok a luminális oldalon - a bazális membránja erősen „redőzött” „zsebeket”formál limfociták, DC-k számáa - nem szekretálnak enzimeket, nyákot - nincs vastag glikokalix réteg DC Az antigének az M-sejteken kereszetül jutnak a bél-lumenből a szervezetbe – vezikulumok útján, transzcitózissal

az ag transzcitózissal Antigénfelvétel és transzport az M-sejtek által DC DC DC az ag transzcitózissal a DC-khez jut antigénfelvétel az M-sejt által DC antigénprezentálás a T-sejtek számára

v v Y A kórokozók mintázatát felismerő receptorok szerepe az idegen anyag felvételében és bemutatásában Y Ig-termelő plazmasejt baktérium mintázat felismerő receptor B sejt T limfocita v baktérium T limfocita v antigénbemutató sejt MHC + peptid Mint ahogyan láttuk tehát tulajdonképpen kétféle immunrendszerünk van – a veleszületett és az adaptív -, ami azt is jelenti, hogy valamilyen módon mindkét rendszer fel kell, hogy ismerje a szervezetünk számára idegen, sokszor káros anyagot – köztük a vírusokat, baktériumokat, gombákat, parazitákat – vagy éppen a megváltozott saját sejteket. Ábra Az első szinten veleszületett immunrendszerünk különböző sejtjei ill. különböző molekulái az idegen anyagnak jellemző mintázatát ismeri fel. Ezt a mintázatot többnyire cukor-és lipid molekulák ismétlődő egységei jelentik, melyekkel a falósejtek megfelelő jelfogói, a mintázatfelismerő receptorok kapcsolatot létesítenek. A bekebelezést követően a kórokozó fehérjéit a sejt enzimjeivel feldarabolja, és annak egyes jellemző részletét az ún. MHC-molekulákon, azaz a szövetösszeférhetőséget meghatározó sejtfelszíni struktúrákon kifejezi a sejt felszínén A felismerés következő szintjét a az adaptív válasz fontos szereplői, a T sejtek biztosítják úgy, hogy a megfelelő fajlagossáágú receptorral rendelkező sejtek – vagyis azok, amelyek azt a bizonyos kórokozó-eredetű peptidet és az MHC molekulát együttesen felismerik –, aktiválódnak, és kialakítják az adaptív immunválaszt. Az idegen anyagról szóló felismerésben döntő szerepet játszanak az MHC-molekulák, vagy szövetösszeférhetőségi antigének.

Figure 10-26 A B IgG, IgA Th1-válasz gyulladás Az ételmérgezést okozó Salmonella typhimurium átjutása a bél epitélrétegén A B Salmonella typhimurium bélüreg bélüreg Salmonella typhimurium bélhám M-sejt IgG, IgA 17.15. ábra Az ételmérgezést okozó Salmonella typhimurium átjutása a bél epitélrétegén. A baktérium többféle módon átjuthat a bél hámsejt-rétegén. A./ A patogén a bél epitéliumában található M-sejteket fertőzi meg, melyek apoptózissal elpusztulnak a kórokozó hatására. A hámsejt rétegen átjutó kórokozó megfertőzi a makrofágokat és a bél epitélsejtjeit. A bakteriális flagellint felismerő TLR-5-ön keresztül az NFkB-út aktiválódik, és gyulladási mediátorok szabadulnak fel. A folyamat hatására meginduló Th1-válasz eredményeként Salmonella typhimurium specifikus IgG és IgA izotípusú ellenanyagok termelődnek. B./ A kórokozó oly módon is kapcsolatba kerülhet a szervezet limfoid rendszerével, hogy a bél-üregből „mintát vevő” DC-k a lumenbe nyúló „karjaival” veszik fel a baktériumot, és ezzel indul el az immunválasz. DC gyulladás Th1-válasz

A nyálkahártya védelme: az IgA szekréció mechanizmusa Bélcsatorna ürege

A poli-Ig receptor szerkezete Szekretoros komponens (SC) diszulfid-híd kialakulása transzcitózis alatt hasítási hely dimer IgA kötőhelye C.S.Kaetzel, Immunol.Rev. 2005.

IgA A szérumban főként monomér forma (IgA1, IgA2) A szérum Ig 10-15%-a Szekrétunokban dimér (tetramer) – itt szinte kizárólagos Ig tej, könny, nyál, nyák (dimér, J lánc, szekretoros darab – Poly IgR) 5-15 g of IgA szekrétumokban a cukorkomponens révén kötődik az epitélsejtek glycocalix rétegéhez

(Secretory Component) Az IgA különböző formái O-linked cukor oldalláncok N-linked Dimer IgA1 Szekretoros IgA1 J-lánc SC (Secretory Component) J-lánc Woof, Mestecky, Immuol. Rev., 2005.

Az IgA1 és az IgA2 molekuláris modellje Woof, Mestecky, Immuol. Rev., 2005.

A dimer, szekretoros IgA szerepe a mukóza-felszínek védelmében 4 5 1. Antigén-felvétel gátlása 2. Biológiailag aktív ag neutralizációja 3. Baktérium-adherencia gátlása 4. Intracelluláris neutralizáció 5. Immunkomplex elimináció

A polimer Ig-receptor összeköti a veleszületett és az adaptív immunitást C.S.Kaetzel, Immunol.Rev. 2005.

Orális tolerancia Normális körülmények között a nyálkahártyával kapcsolatba kerülő szolubilis fehérjék nem indukálnak tartós szisztémás immunválaszt. Rövid, helyi immunreakció alakul ki, amit hosszan tartó perifériás válaszképtelenség, ún. mukozális (vagy orális) tolerancia vált fel. Ennek kialakításában a bronchusok és a béltraktus lokális pH-értékei és enzimtartalma, a béltraktusban jelen lévő DC-k, és az itt termelődő citokinek játszananak szerepet.

Köszönöm a figyelmet