Читать книгу Choroby wirusowe w praktyce klinicznej - Группа авторов - Страница 17

Rozpoznanie zakażenia wirusowego przez układ immunologiczny gospodarza jest kluczowe do wzbudzenia odpowiedzi przeciwwirusowej. Komórki zwierzęce wykształciły na drodze ewolucji mechanizmy pozwalające na jak najszybsze rozpoznanie komponentów wirusowych (osłonki, białek kapsydu, kwasów nukleinowych) dzięki receptorom rozpoznającym wzorce molekularne związane z patogenami (ryc. 2.2). Rozpoznanie PAMP przez określone PRR włącza przesyłanie sygnałów wewnątrzkomórkowych koordynujących transkrypcję setek genów, których produkty są odpowiedzialne za bezpośrednią kontrolę zakażenia, jak również rozwój zapalenia oraz rekrutację komórek odpowiedzi nieswoistej i swoistej.

RYCINA 2.2

Wykrywanie zakażenia wirusowego przy udziale receptorów rozpoznających wzorce molekularne i włączanie szlaku prowadzącego do syntezy cytokin, w tym chemokin i interferonu (a) oraz indukcja stanu ochrony przeciwwirusowej (b).

MECHANIZMY NIESWOISTE

Uwalnianie rozpuszczalnych mediatorów zapalenia (takich jak chemokiny prozapalne, interferony typu I, II i III oraz inne cytokiny, składowe dopełniacza oraz prostaglandyny) w odpowiedzi na identyfikację wirusowych molekularnych wzorców rozpoczyna nieswoistą odpowiedź immunologiczną. Te kluczowe mediatory są odpowiedzialne za rekrutację i rozmieszczenie komórek w miejscu zapalenia, ich adhezję i aktywację oraz za indukcję apoptozy. Apoptoza może być uważana za jeden z mechanizmów obronnych gospodarza, ograniczający rozprzestrzenianie się wirusów w organizmie, a niekiedy nawet jest indukowana przez wirusy, często jednak w przebiegu infekcji wirusy hamują apoptozę, aby jak najdłużej zakażone komórki były funkcjonalną maszynerią enzymatyczną, umożliwiającą replikację i składanie wirionów potomnych.

Rola interferonów w odpowiedzi przeciwwirusowej. Kluczowym etapem w rozpoczęciu przeciwwirusowej odpowiedzi immunologicznej jest wytwarzanie przez zakażone komórki interferonów. Są one odpowiedzialne za zjawisko interferencji wirusowej, polegające na braku możliwości namnożenia się danego wirusa w komórce, która jest już zakażona innym wirusem. Jednak najważniejszą rolą interferonu jest wzbudzenie stanu niewrażliwości na zakażenie w komórkach sąsiadujących z zakażoną komórką, co znacząco ogranicza rozprzestrzenianie się wirusa w organizmie. Interferony są syntetyzowane w komórce de novo w odpowiedzi na rozpoznanie zakażenia wirusowego (ale nie tylko wirusowego) i z niej uwalniane, tak aby mogły wzbudzić aktywność przeciwwirusową w komórkach niezakażonych.

Obecnie są zdefiniowane 3 główne typy interferonów. Do IFN typu I zaliczanych jest wiele białek określanych jako IFN-α, IFN-β, IFN-ε, IFN-κ, IFN-ω, IFN-ζ, IFN-τ. Do IFN typu II należy IFN-γ , natomiast do typu III – IFN-λ1, IFN-λ2, IFN-λ3. Wszystkie te białka pełnią ważne funkcje w indukcji odpowiedzi przeciwwirusowej oraz wykazują działanie immunomodulujące. Bezpośredni i pośredni wpływ interferonów wymaga związania ze swoistym receptorem na powierzchni komórki docelowej, co zapoczątkowuje kaskadę wydarzeń prowadzącą do transkrypcji genów stymulowanych przez IFN (IFN-stimulated genes, ISG), których produkty zapobiegają replikacji wirusowej. Interferony typu I są wydzielane przez wiele typów komórek – limfocyty T, B, NK, plazmocytoidalne komórki dendrytyczne, makrofagi, komórki śródbłonka, osteoblasty i inne. IFN typu II (IFN-γ) jest wydzielany przez limfocyty T i komórki NK, a interferony typu III są wytwarzane przez wiele typów komórek pochodzenia mieloidalnego i limfoidalnego, jak również przez inne komórki. Konsekwencją związania interferonów przez odpowiedni receptor jest wytworzenie wewnątrzkomórkowych białek przeciwwirusowych, które muszą być zsyntetyzowane, zanim będzie możliwe wyhamowanie replikacji wirusa.

Poza indukcją syntezy białek blokujących replikację wirusów w niezakażonych komórkach interferony w sposób pośredni regulują również przeciwwirusową odpowiedź immunologiczną. Przede wszystkim są zdolne do indukcji apoptozy zakażonej komórki, co znacząco ogranicza rozwój zakażenia w organizmie. Wszystkie typy interferonów wzmagają ekspresję białek MHC klasy I, a IFN-γ dodatkowo indukuje wzrost ekspresji cząsteczek MHC klasy II. Interferony typu I wpływają na dojrzewanie komórek dendrytycznych, zwiększają ekspresję błonowych receptorów dla cytokin (w tym chemokin) oraz cząsteczek kostymulujących na ich powierzchni, co przyczynia się do prawidłowego zasiedlania drugorzędowych tkanek i narządów limfatycznych, stymuluje limfocyty T CD4⁺ i CD8⁺ oraz prowadzi do indukcji swoistej odpowiedzi immunologicznej. Pod wpływem IFN-α i IFN-β następuje podwyższenie prezentacji krzyżowej antygenu (w której antygeny egzogenne włączane są do szlaku endogennego, czyli prezentowane są w kontekście MHC klasy I) przez komórki dendrytyczne i wydzielanie IFN-γ przez nie i przez limfocyty T. IFN-γ pobudza różnicowanie limfocytów T CD8⁺ w limfocyty cytotoksyczne, aktywuje makrofagi i wzmaga fagocytozę. Wspólnie z IFN typu I jest silnym aktywatorem komórek NK. We współpracy z innymi cytokinami uczestniczy też w różnicowaniu limfocytów B w plazmocyty wytwarzające przeciwciała oraz indukuje kaskadę wydzielania innych cytokin, co dodatkowo wzmaga odpowiedź przeciwwirusową.

Rola komórek NK w zakażeniu wirusowym. Kolejna faza odpowiedzi przeciwwirusowej jest zależna od aktywacji komórek NK. Aby zwalczyć infekcję wirusową, komórki NK muszą dostać się do miejsca zakażenia i ujawnić swoje funkcje efektorowe, a więc wykryć i zabić zakażoną komórkę oraz uwolnić IFN-γ. Pod wpływem cytokin, a przede wszystkim dużych ilości IFN-α, IFN-β, IFN-γ oraz IL-12 wydzielanych w początkowej fazie odpowiedzi, a w późniejszym etapie IL-2, już kilkanaście godzin po zakażeniu można zaobserwować zwiększoną aktywność tych komórek, szczególnie w miejscu, w którym odbywa się pierwotne namnażanie wirusa. Za napływ komórek NK do miejsca zakażenia odpowiadają wydzielane lokalnie chemokiny (m.in. CCR7, CXCR4). W przypadku wielu zakażeń wirusowych miano wirusów obniża się w wyniku spontanicznej cytotoksyczności komórek NK, na długo przed rozwojem odpowiedzi swoistej zależnej od limfocytów T CD8⁺. Dzięki obecności hamujących/aktywujących receptorów komórki NK wykazują aktywność cytotoksyczną w stosunku do komórki z obniżoną ekspresją cząsteczek MHC klasy I, co jest stanem towarzyszącym replikacji wirusowej. Również rozpoznanie na powierzchni zakażonych komórek białek MICA/MICB i ULBP angażuje receptor aktywujący NKG2D, wzbudzając efekt cytotoksyczny.

Cytotoksyczność zależna od przeciwciał (ADCC) nie jest uważana za główny mechanizm przeciwwirusowego działania komórek NK, szczególnie w pierwszych dniach po zakażeniu, gdy jeszcze nie ma przeciwciał swoistych dla antygenów wirusowych lub miana ich są niskie. Bardzo duże znaczenie w obronie przeciwwirusowej ma natomiast IFN-γ i inne cytokiny wydzielane przez komórki NK i modulujące odpowiedź immunologiczną. IFN-γ pobudza w niezakażonych komórkach stan gotowości do obrony przed zakażeniem, indukuje makrofagi do zwiększonej fagocytozy i wytwarzania syntazy tlenku azotu, prowadząc do znacznego obniżenia tempa replikacji wirusów. Także inne cytokiny wydzielane przez komórki NK oddziałują na miejscowe komórki prezentujące antygen, co przyspiesza procesy prowadzące do indukcji swoistej odpowiedzi immunologicznej.

MECHANIZMY ODPOWIEDZI SWOISTEJ NA ZAKAŻENIE WIRUSOWE

Mechanizmy odporności nieswoistej nie są w stanie całkowicie zlikwidować zakażenia wirusowego, choć mogą wyraźnie ograniczyć jego rozwój. Eliminacja wirusa z organizmu wymaga udziału mechanizmów swoistej odporności humoralnej (za którą odpowiadają limfocyty B) i komórkowej (zależnej od limfocytów T).

Prezentacja antygenów. Rozpoznanie komórek zakażonych wirusem przez limfocyty T jest procesem złożonym i polega na bezpośrednim przekazaniu sygnału z APC do limfocytu T CD4⁺ za pośrednictwem synapsy immunologicznej. APC (zwykle komórki dendrytyczne) na drodze endocytozy pobierają antygeny z przestrzeni pozakomórkowej i migrują z miejsca zakażenia do regionalnego węzła chłonnego, gdzie prezentują pobrane antygeny i gdzie następuje aktywacja dziewiczych limfocytów T. Pocięte enzymatycznie na krótkie peptydy i umieszczone w rowku do prezentacji MHC, antygeny wirusowe są prezentowane w kontekście MHC II – limfocytom T CD4⁺, a w kontekście MHC I – limfocytom T CD8⁺. Jeżeli warunki prezentacji antygenu zostaną spełnione, wówczas nastąpi odpowiedź immunologiczna.

Odpowiedź komórkowa. Wypada przypomnieć, że ekspansja klonalna wysoce cytotoksycznych, antygenowoswoistych limfocytów T CD8⁺ (CTL) wymaga stosunkowo długiego czasu i nawet w przypadku ponownego zakażenia tym samym wirusem potrzeba co najmniej 2 dni do osiągnięcia odpowiedniej liczby kompetentnych komórek i skutecznej odpowiedzi komórkowej. W związku z tym zarówno obecność IFN-γ, jak i prezentacja krzyżowa antygenu są czynnikami skracającymi fazę indukcji odpowiedzi komórkowej w przebiegu wielu chorób wirusowych.

Odpowiedź immunologiczna rozpoczyna się na terenie węzłów chłonnych, gdzie – aktywowane przez APC – antygenowoswoiste limfocyty T proliferują i po kilku dniach przekształcają się w klon komórek efektorowych. Komórki efektorowe odpowiedzi powstają w dużej liczbie i charakteryzują się zmianą profilu receptorów dla chemokin i innych cytokin, zdolnością wydzielania cytokin, a w przypadku limfocytów T CD8⁺ – aktywnością cytotoksyczną. Tak przygotowane komórki efektorowe opuszczają węzły chłonne i migrują do tkanek objętych infekcją. W tkankach efektorowe limfocyty T CD8⁺ rozpoznają własne zakażone komórki na podstawie obecności kompleksów peptyd wirusowy–MHC klasy I, co prowadzi do śmierci takich komórek. Odpowiedź komórkowa zależna od cytotoksycznych limfocytów T CD8⁺ jest zhierarchizowana. Epitopy wirusowe rozpoznawane przez największą liczbę antygenowoswoistych limfocytów T określane są jako immunodominujące, natomiast epitopy rozpoznawane przez niewielką część antygenowoswoistych limfocytów CTL określane są jako subdominujące. W krótkim czasie po zakażeniu klony limfocytów T CD8⁺ rozpoznające immunodominujące epitopy zaczynają gwałtownie proliferować i to one zazwyczaj skutecznie kontrolują replikację wirusa i przebieg zakażenia.

Limfocyty T CD4⁺ również zaangażowane są w odpowiedź przeciwwirusową, uczestnicząc przede wszystkim w jej fazie induktorowej oraz w kontroli nasilenia odpowiedzi. Dzięki wydzielanym cytokinom pełnią głównie funkcje regulatorowe, wspomagając zarówno odpowiedź humoralną, jak i komórkową. Ocenia się, że w początkowej fazie odpowiedzi na zakażenie wirusowe proliferacja limfocytów T CD4⁺ jest niższa niż komórek T CD8⁺. Limfocyty T CD4⁺ są aktywowane peptydami prezentowanymi w kontekście MHC klasy II, a liczba komórek z ekspresją tych cząsteczek jest ograniczona do profesjonalnych APC. Dodatkowo limfocyty T CD4⁺ rozpoznają antygeny wirusowe prezentowane przez makrofagi i/lub niedojrzałe komórki dendrytyczne jako wynik usuwania już zakażonych komórek.

Odpowiedź humoralna. Przeciwciała wytwarzane przez komórki plazmatyczne wywodzące się z limfocytów B neutralizują aktywność biologiczną wirusów przez ich związanie i ograniczenie bądź uniemożliwienie zakażenia wrażliwych komórek, są więc kluczowym czynnikiem humoralnym kontrolującym zakażenie wirusowe w fazie wiremii pierwotnej i wtórnej. Gdy jednak wirus osiągnie komórki i/lub narządy docelowe i replikuje się w nich, zakażenie często szerzy się bezpośrednio z komórki do komórki, a wówczas kluczową rolę w eliminacji patogenu pełnią limfocyty T. Potwierdza to znany fakt ciężkiego przebiegu chorób wirusowych u osób z niedoborami odporności komórkowej.

W przebiegu ogólnej i miejscowej humoralnej odpowiedzi immunologicznej przeciwciała neutralizują wirusy, a powstałe kompleksy immunologiczne mogą być usuwane z udziałem dopełniacza lub komórek posiadających receptor dla Fc przeciwciała. W ten sposób przeciwciała kontrolują przebieg replikacji wirusa we wrotach zakażenia i podczas choroby. Neutralizacja wolnego wirusa i zabijanie komórek zakażonych będących jego źródłem odbywają się przy udziale przeciwciał IgM, IgG i IgA. W mniejszym stopniu aktywność przeciwwirusową wykazują przeciwciała IgE, które biorą udział w eliminacji przede wszystkim wirusów pneumotropowych. Mechanizmy efektorowe, indukowane przez kompleksy immunologiczne, prowadzą do eliminacji zakażonych komórek, wykazujących obecność antygenów wirusowych w błonie cytoplazmatycznej. W trakcie pierwotnej odpowiedzi humoralnej główną rolę odgrywają przeciwciała IgM, natomiast w odpowiedzi wtórnej do eliminacji zakażenia angażowane są przeciwciała klasy IgG i IgA. Lokalizacja i przebieg zakażenia wirusowego determinują znaczenie odpowiedzi humoralnej. W zakażeniach w obrębie przewodu pokarmowego (enterowirusy, rotawirusy), dróg oddechowych (rinowirusy, wirusy grypy) i układu moczowo-płciowego najważniejszą rolę odgrywają przeciwciała wydzielnicze IgA i w niewielkim stopniu IgM. Większość wirusów namnaża się w komórkach nabłonka błon śluzowych we wrotach zakażenia, co w następnym etapie może prowadzić do wiremii pierwotnej, w wyniku której wirus trafia do narządów wewnętrznych. Wówczas początkowo zaangażowane są miejscowe, wydzielnicze IgA, a następnie przeciwciała klasy IgG obecne we krwi (odra, różyczka, poliomyelitis).