IMMUNTOXIKOLÓGIA Dr. Biró Anna Országos Kémiai Biztonsági Intézet Budapest ELTE, TTK, 2011

IMMUNTOXIKOLÓGIA Az immuntoxikológia a munkahelyi, környezeti és terápiás expozíció hatására az immunrendszerben bekövetkező módosító hatásokat vizsgálja.

betegségek kialakulásának Környezeti hatások Életmód Munkahelyi ártalom Immunrendszer működésének zavara Fertőzés iránti hajlam fokozódása Daganati kockázat növekedése Krónikus, nem fertőző betegségek kialakulásának esélye nő

Az expozíció hatására kialakuló immunológiai eltérések korai kimutatása PRIMER PREVENCIÓ

Elsődleges és másodlagos nyirokszervek Immunbiológia, Erdei et al

amelyeket az immunrendszer felismer Antigén mindazok a struktúrák (sejtek, molekulák) amelyeket az immunrendszer felismer Antigén lehet: baktérium vírus daganatos sejt fehérje szénhidrát fémion mesterséges kémiai anyag Haptén: önmagában nem vált ki immunválaszt, de valamilyen makromolekulához kapcsolódva már igen

A vér alakos elemeinek eredete Immunbiológia, Erdei et al

Az adaptív immunválasz fázisai Immunbiológia, Erdei et al

Limfocitapopulációk effektor funkciói Immunbiológia, Erdei et al

A természetes és az adaptív immunrendszer PATOGÉNEK INVÁZIÓJA TERMÉSZETES IMMUNRENDSZER ADAPTÍV IMMUNRENDSZER Barrierek: bőr, nyálkahártya Szolubilis elemek: CRP, SAP, MBL, komplement rendszer Sejtes elemek Sejt-közvetitett immunitás (T sejtek) Ellenanyag-közvetített immunitás (B sejtek) NK sejtek CD5+B sejtek g/d T sejtek Fagociták pl. makrofágok neutrofil granulociták

A természetes és az adaptív immunrendszer TERMÉSZETES IMMUNRENDSZER nem specifikus rögtön reagál nincs memória 1-2 hét amíg kialakul az immunválasz specifikus memóriasejtek alakulnak ki második találkozásra gyorsan reagál A kettő egymásra épül, nem válnak szét

Tumorellenes immunválasz Daganatos elfajulást okozhatnak: Kémiai karcinogének (benzol) Sugárzás (UV, ionizáló sugárzás) Vírusok (RSV) A tumorossá fajult sejtek felismerése és elpusztítása is az immunrendster feladata, melyben a sejtközvetített immunitásnak jut fő szerep. Citotoxikus T sejtek NK sejtek

Példák immuntoxikus anyagokra rágcsálóban és emberben Toxikus vegyi anyag Immunológiai eltérés Rágcsálóban Emberben Poliklórozott bifenilek (PCB) + Polibrómozott bifenilek (PBB) Hexaklórbenzol Diklór-difenil-triklórmetán (DDT) Benz(a)pirén nem ismert 7,12-dimetilbenz(a)antracén Benzidin Benzol, toluol, xilol Ólom Kadmium Higany Azbeszt Dimetil-nitrózamin  

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Tesztelt fajok Ø   Elsősorban rágcsálók Vizsgálati Rendszerek Ø   Szisztémás hatás Ø    Lokális hatás Kezelés Ø   Orális Ø   Dermális Ø   Szem   OECD Guidelines for the Testing of Chemicals „A 14 vagy 28 napos szubakut orális toxicitás vizsgálata rágcsálókon” kvalitatív és kvantitatív vérkép lép hisztopatológiai vizsgálata „90 napos szubakut orális toxicitás vizsgálata rágcsálókon” lép,tímusz,nyirokcsomó,csontvelő hisztopatológiai vizsgálata

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Nem funkcionális vizsgálatok (1. lépcső) Kvalitatív és kvantitatív vérkép Szervsúlyok (tímusz, lép, nyirokcsomók) Hisztopatológiai elváltozások (tímusz, lép, elvezető és messzebb elhelyezkedő nyirokcsomó, Peyer-plakk, stb) Szérum immunglobulin (IgG,IgM,IgE,IgA) szint mérése Combcsontból származó csontvelő sejtek abszolút száma és megoszlása Leukocita szám a bronchoalveoláris mosófolyadékban, peritoneális üregben és bőrben Leukocita felszíni antigének vizsgálata

Hexaklórbenzol hatása az immunológiai paraméterekre (1. lépcső )

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Funkcionális vizsgálatok (2. lépcső) Makrofágok fagocitáló képességének vizsgálata NK sejtek citolitikus aktivitásának mérése Elsődleges (IgM) és másodlagos (IgG) antigén-specifikus ellenanyag válasz meghatározása B sejt proliferáció mitogén ( pl. LPS) hatására T sejt proliferáció mitogén (Concanavalin A vagy fitohemagglutinin) hatására Citotoxikus T limfociták citolitikus aktivitásának vizsgálata Késői típusú hiperszenzitivitási teszt (pl. szenzitizáció BCG-vel, majd előhívás tisztított fehérjével. Kiértékelés a talp vagy fül duzzanatának mérésével)

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Funkcionális vizsgálatok (2. lépcső) Host rezisztencia modellek vizsgálata: Baktériumok ellen (Listeria monocytogenes, Streptococcus törzsek, kiértékelés hisztopatológia vagy elhullás alapján) Vírusok ellen (Citomegalovírus, influenza) kiértékelés hisztopatológia vagy elhullás alapján) Tumorok ellen (tumorsejtek injektálása, kiértékelés a metasztázisok száma alapján) Autoimmun modellek: indukált vagy spontán autoimmun betegségek előfordulását és súlyosságát befolyásolja-e az adott anyag.

Az immunrendszert károsító anyagok Az immuntoxikus anyagok támadáspontja széleskörű: Ø  befolyásolhatják bármely immunsejt képződését, érését, osztódását, differenciálódását Ø  károsíthatják az immunsejtek működését Ø  károsíthatják az immunrendszer szabályozását   Az immunrendszer funkciójára hathatnak: Ø  gátlólag (immunszuppresszió) Ø  serkentőleg (immunstimulálás)

Az immunrendszer egyensúlya Immunszuppresszió Immunstimuláció Normal Fertőzésekre és daganatos megbetegedésekre hajlamosíthat Hiperszenzitivitás -gyulladás -allergia -asztma Autoimmunitás

Az immuntoxikus anyagok hatásai: Ø  lehetnek közvetlenül toxikusak Ø  kiválthatnak antigén-specifikus választ túlérzékenységi reakciók autoimmun betegségek gyulladásos folyamatok, szöveti roncsolás (bármely szerv érintett lehet: légzőszervek, bőr, emésztőrendszer, urogenitális szervek,ízületek központi idegrendszer)

Azonnali típusú reakciók A túlérzékenységi reakciók Elnevezés Hatás Mechanizmus Megnyilvánulási formák Azonnali típusú reakciók I. Azonnali típusú túlérzékenység (allergiás reakció) 1-2 perc IgE mediátorok (pl hisztamin) szabadulnak föl a hízósejtekből. Lokális anafilaxia, szénanátha, asztma, csalánkiütés,ekcéma, ödéma, ételallergia Szisztémás:anafilaxia II. Ellenanyag mediált citotoxikus reakció 4-8 óra IgM vagy IgG komplement aktiválás vagy ADCC révén elpusztítják a célsejteket. Transzfúziós reakció, fetális eritroblasztózis, autoimmun hemolitikus anémia III. Immun-komplex mediált reakció (immunkomplex betegség) 2-8 óra antigén-ellenanyag komplexek a szövetekben lerakódva komplement aktiválás révén gyulladást okoznak. Lokalizált: Arthus-reakció Generalizált szérumbetegség, egyes glomerulonefritiszek, SLE Késői típusú reakció IV.Sejtközvetített reakció (késői típusú hiperszenzitivitás, DTH) 1-3 nap A szenzitizált TH1 sejtekből felszabaduló citokinek aktiválják a makrofágokat és a citotoxikus T sejteket. Granulóma képződés, kontakt dermatitisz, graftkilökődés, tuberkulotikus léziók

Allergiát okozhatnak: Allergia megnyilvánulási formái szénanátha asztma csalánkiütés ekcéma ödéma ételallergia Allergiát okozhatnak: Pollen Penész Antibiotikumok Platina sói Formaldehid Organofoszfát növényvédők

Autoimmunitás Alapvetően a „saját” elleni immunitást jelenti. Akkor fordul elő, amikor az immunrendszer megtámadja a saját sejtjeit, szöveteit. De! Az immunrendszer felismeri és különbséget tesz a „saját” illetve az „nem-saját”között Mindig vannak a szervezetben autoagresszív klónok, de ezeket a szervezet kordában tartja: eliminálja, illetve a saját struktúrákkal szemben tolerancia alakul ki Autoimmun folyamatokban ez a tolerancia szűnik meg

Autoimmun betegség Lehet szervspecifikus, ilyenkor olyan struktúra/molekula ellen irányul az autoimmunitás, mely egy-egy sejtre vagy szövetre jellemzőek Autoimmun diabetes -hasnyálmirigy inzulin termelő β sejtek Sjögren szindróma – nyál és könnytermelő mirigyek Lehet szisztémás, amikor a megtámadott molekula sokféle sejten jelenik meg SLE –szisztémás lupus eritematosus – sejten belüli struktúrák ellen termelődnek ellenanyagok RA – reumatoid artritis

Autoimmun betegségeket okozhatnak érzékeny egyénekben: Vegyület/anyag Autoimmun betegség Izoniazid (antibakteriális szer) SLE Chlorpromazine (antipsychotikus vegyület) Etoszuximid (antiepileptikum) Halothane (anesztetikum) Hepatitisz SLE: Szisztémás lupus eritematusus

SLE: Szisztémás lupus eritematusus

Autoimmun betegségeket okozhatnak érzékeny egyénekben: Vegyület/anyag Autoimmun betegség Aromás szénhidrogének, pl. benzol, toluol, xilol Szkleroderma Vinilklorid Triklór-etilén Fémek higany ólom Autoantitestek fokozott termelése glomerulonephritis

Autoimmun betegségek nemi eloszlása

Ösztrogének és Autoimmunitás

Fontosabb immuntoxikus anyagok I. Toxikus vegyi anyag Hatás Immunszuppresszáns gyógyszerek pl.ciklosporin-A Sokrétű immunszuppresszió T effektor funkciók gátlása Szteroidok: Nemi hormonok Glükokortikoidok Ösztrogén hatású xenobiotikumok pl DDT, tetrahidro-kannabinol, dietil-sztilbesztrol (szintetikus ösztrogén) A hím nemi hormonok általában immunstimuláns, a női nemi hormonok immunszuppresszív hatásúak Immunszuppresszió-a sejtek aktivációjának és osztódásának gátlása Tímusz visszafejlődése, celluláris immunválasz és NK sejt aktivitás gátlása, mononukleáris fagocita-sejtek aktiválódása Növényvédőszerek Organotin vegyületek Organoklorin vegyületek DDT,chlordane Organofoszfor vegyületek parathion,malathion,dichlorvos Csökkent T és NK sejt aktivitás Csökkent T aktivitás, autoantitestek Immunszuppresszió, ellentmondó adatok

Fontosabb immuntoxikus anyagok II. Toxikus vegyi anyag Hatás Oldószerek Benzol Hexéndiol Fehérvérsejtszám csökkenés, csökkent ellenanyag válasz, fokozott érzékenység TBC-re és tüdőgyulladásra Hatására csökken a tímusz és lép nagysága, csökkent ellenanyag válasz Halogénezett szénhidrogének 2,3,7,8-tetrakloro- dibenzo-dioxin (TCDD) Hexaklórbenzol Poliklórozott bifenilek (PCB) Timusz atrófia, csökkent sejtközvetített immunitás Bőrelváltozások, arthritis Csökkent ellenanyag válasz, csökkent szérum ellenanyag szint Policiklusos aromás szénhid-rogének (PAH) pl. benz(a)pirén 3-metilkolantrén Karcinogének, immun-szuppresszánsok, gátolják a humorális és a sejtköz-vetített immunválaszt Toluol-diizocianát Kontakt dermatítisz, asztma

Fontosabb immuntoxikus anyagok III. Toxikus vegyi anyag Hatás Fémek Cd Pb Hg Csökkent sejtközvetített immunválasz, fagocitózis és NK aktivitás Csökkent ellenanyag válasz, fertőző betegségekkel szemben fokozott érzékenység, immunkoplexek által okozott glomerulonephritis Gátolja mind a természetes mind az adaptív immunválaszt, fokozza a fertőzések iránti érzékenységet (malária) autoantitestek Azbeszt Gyulladás, fibrózis, szisztémás autoimmun betegség Csökkent elsődleges ellenanyag válasz Szilícium Gátolja mind a humorális mind a sejtközvetített immunválaszt, fokozza a fertőzések iránti érzékenységet Opiátok Gátolják az ellenanyag termelést, a limfociták osztódását, az NK-sejtek ölőképességét és a fagocitózist

Toxikus anyagok előfordulása a munkahelyen/ környezetben Antibiotikum por Gyógyszeripar Citosztatikumok Onkológiai osztályok, gyógyszertárak Fémek Fémfinomítás, fémfeldolgozás Formaldehid Textilipar, laboratórium Oldószerek, pl. benzol Kőolajipar Peszticidek Mezőgazdaság Policiklusos aromás szénhidrogének (PAH), pl. benz(a)pirén, 3-metilkolantrén Fosszilis üzemanyagok égéstermékeivel szennyezett levegő

WHO által ajánlott immuntoxicitási tesztek 1.Vérkép (kvalitatív, kvantitatív) 2. Humorális immunválasz -elsődleges ellenanyag válasz fehérje antigén ellen, pl influenza oltás -szérum immunglobulin koncentráció 3. Limfocita szubpopulációk meghatározása vérből 4. Sejtközvetített immunválasz - késői típusú hiperszenzitivitási reakció 5. Autoantitestek és gyulladás - autoantitest titer -C-reaktív protein 6. Természetes immunitás -NK-sejt ölőképesség -fagocitózis mérése 7. Klinikai laboratóriumi vizsgálat

Vizsgált paraméterek Limfocita szubpopulációk meghatározása: T limfociták (CD3+) Helper T limfociták (CD3+/CD4+) Citotoxikus T sejtek (CD3+/CD8+) B limfociták (CD19+) NK sejtek (CD3/CD56+) Aktivációs markerek vizsgálata: CD25 –IL2 receptor CD71-transzferrin receptor Leukociták ölőképességének vizsgálata reaktív oxigén intermedier termelés alapján

Immunfenotípus meghatározása és reaktív oxigén intermedier termelés mérése fagocitózis Reaktív oxigén gyökök termelése Granulocita aktiváció Monocita „Bursttest” Limfocita -kontroll -fMLP -E.coli -PMA T limfocita Counts B limfocita NK sejt CD3 Citotoxikus T Helper T Counts CD3 CD3 CD3 CD19 CD8 CD4 CD56

Vizsgálati csoportok Csoport n Kontroll 98 Kőolajipari munkások 192 Kórházi személyzet 399 Fém-exponáltak 42 Összesen: 664

Limfocita szubpopulációk változása Th általában emelkedik Tc általában csökkent Th:Tc arány nő

Aktivációs antigének változása A limfociták aktiváltsága fokozódik CD25, CD71, CD8+/CD25+

Genetikai tényezők (MHC haplotípus, enzim polimorfizmus) Befolyásoló tényezők Genetikai tényezők (MHC haplotípus, enzim polimorfizmus) Kor akkumulált hibák (DNS, sejtek), gyerek≠felnőtt ≠idős Nem (autoimmunitás nő>férfi, ösztrogén) Betegség,fertőzés Gyógyszerek (immunszuppresszív, immunstimuláns) Stressz (akut, krónikus) Életmód: dohányzás táplálkozási szokások alkohol drog