Protiinfekční a protinádorová

imunita

Zapojení nespecifické a specifické imunity u akutní primoinfekce

Imunologické mechanismy uplatňující se v akutní infekci různými patogeny

Bezprostřední 0 - 4 h

Časná 4 - 96 h

Pozdní 96 - 100 h

•nespecifická •bez paměti

•nespecifická + specifická •bez paměti

•specifická •indukovatelní •paměť •specifické T ly.

bariérové funkce •kůže •epitely

•lokální zánět C5a •lokální produkce TNF-α

•IgA na sliznicích •IgE na žírných bb. •lokální zánět

extracelulární patogeny

•fagocytóza •alternativní a MBL komplementová aktivace

•MBL •CRP •Ti protilátky •komplement

•IgG protilátky a Fc nesoucí buňky •IgG, IgM protilátky + klasická dráha komplementu

intracelulární patogeny

•makrofágy

•makrofágy aktivované NK bb. •IL-1, IL-6, TNF-α, IL-12

•makrofágy aktivované IFN-γ z T ly.

viry •NK bb. •IFN-α, IFN-β •cytotoxické T ly.

Růst mikroorganismů a zapojení neutrofilů, makrofágů a T/B lymfocytů

Specifická imunitní odpověď u primoinfekce a reinfekce

Obrana proti extra a intracelulární infekci

Přímé a nepřímé poškození tkáně mikroby

Imunita proti virovým infekcím

1. Interferony typu I (IFN-α/β)

2. Nk bb

3. Protilátky

1. neutralizace

2. lýza obalených virů komplementem

3. opsonizace a fagocytóza

4. ADCVI

4. Buněčná imunita

1. Th1 (IFN-γ, IL-2, TNF)

2. CD8 CTL

Mechanismy protivirové obrany

Mechanismy protivirové obrany

Průběh vývoje imunitní odpovědi u akutní virové infekce

Průběh vývoje imunitní odpovědi u chronické virové infekce (HIV)

Polyfunkční T lymfocyty u některých virových infekcí

Betts et al., Blood 2006 107:4781-4789

CD107 degranulace (LAMP-1, LAMP-2), IFN-γ virus-specifické T lymfocyty, IL-2 iniciuje proliferaci a diferenciaci antigenně specifických T lymfocytů, MIP-1β inhibice repikace viru, TNF-α asociovaný s protektivní imunitou.

Mechanismy imunitní obrany proti virovým infekcím

Mechanismy úniku virů imunitnímu dozoru

Antigenně specifické mechanismy úniku viru imunitnímu dozoru

Antigenní drift bodové mutace (influenza virus - HA, NA; HIV env)

Antigenní shift rekombinace dvou virů uvnitř jedné buňky

Původ pandemického viru prasečí chřipky

2009

Genetická diverzita chřipkového hemaglutininu a gp160 HIV-1

J Virol. 2000 Nov;74(22):10498-507

0.10

Mechanismy úniku virů imunitnímu dozoru hostitele

Inhibice aktivace rozpustných složek komplementu (exprese homologů regulačních proteinů) Virus vakcinie, Herpes simplex virus, Human herpesvirus 8, Variola virus, HIV

Inhibice tvorby membránu atakujicího komplexu Virus vakcinie, HIV, HTLV

Inhibice funkce IgG virem kódovaného FcR - Coronaviry, Herpes simplex virus, Inhibice účinku IFN (inhibice signalizace JAK/STAT, inhibice eIF-2a…) Adenoviry, Parainfluenza, Human papiloma virus, Poliovirus, herpesviry

Produkce cytokinových inhibitorů, cytokinových analogů a rozpustných receptorů (inhibice působení IL, TNF, chemokinů, agonizace IL-10, …) Virus vakcinie, Virus kravských neštovic, herpesviry…

Produkce inhibitorů apoptózy (inaktivace p53, inhibice kaspáz…) Herpetické viry – HHV 8, Herpes simplex, Epstein-Barr virus, Lidský cytomegalovirus

Interference s prezentací antigenů prostřednictvím MHC Herpetické viry, HIV Adenovirus.

Imunita proti bakteriální infekci

Složení bakteriální stěny

Patogenní působení bakterií

Nespecifická obrana proti bakteriální infekci

Fagocytóza a opsonizace při obraně proti bakteriální infekci

Citlivost bakterií k usmrcení makrofágy bez a po aktivaci IFN-γ

Obranné působení protilátek

Streptokoky působí patologicky jak přímo tak imunologicky mediovaně

1. Spála - bakterie uvolňují exotoxin který způsobuje vyrážku na kůži i na jazyku

2. Revmatická horečka 2 - 4 týdny po infekci - bakteriální antigeny indukují protilátky zkříženě reagující s antigeny

• srdce • kloubů • kůže CNS

• antigenní mimikry indukce lokálního zánětu • po letech rozvoj

• mitrální stenózy • oslabení srdeční svaloviny

3. Akutní poststreptokoková glomerulonefritida - streptokokové antigeny

indukují tvorbu CIK s depozicí do glomerulů nebo tvorba in situ • plasminový receptor - (NAPlr, GAPDH) - vazba antigenu na ledvinové buňky • pyrogenní exotoxin B (erythrotoxin, SPEB) a jeho zymogenní prekurzory (zSPEB) • oba antigeny indukují specifické protilátkami

Specific immunity mechansms in defense against bacteria

Nepřímé patogenní působení bakteriální infekce - endotoxinový šok

1. Inhibice chemotaxe

2. Kapsula některých bakterií inhibující vazbu fagocytu

3. Inhibice fagolysosomální fúze M. tuberculosis

4. Sekrece kataláz štěpících H2O2

5. Kapsula odolná působení lysosomálního toxického prostředí M. leprae (phenolické glykolipidy)

6. Lipoarabinomanany blokují buněčnou odpověď na IFN-γ

7. Blokování prezentace antigenů na MHC

8. M. leprae únik z fagozomu do cytoplasmy

Antigenně nespecifické mechanismy úniku bakterií imunitnímu dozoru

Antigenně nespecifické mechanismy úniku bakterií imunitnímu dozoru

Komplement regulující proteiny (Borrelia) Adheze a obrana před antiadhezivními mechanismy

•Bordetella pertussis – paralýza řasinek epitelu dýchacích cest, •Vibrio cholerae – adhezivní pily •Tvorba rezistentních biofilmů – Staphylococcus, Pseudomonas •Využití absence přirozené mikroflory – Clostridium difficile

Tvorba proteáz štěpících IgA1 na slizničních površích - Neisseria gonorrhoeae, N. meningitidis, Haemophilus influenzae, S. pneumoniae, S. mutans, Clostridium ramosum - oddělení efektorové fce Ig, ochrana před komplement vážícími protilátkmi Indukce apoptózy

•fagocytů – Yersinia pestis (zvenku), Shigella sp. (zevnitř) •ostatních buněk – Bordetella pertussis, Clostridium difficile

Mechanismy úniku bakterií antigenně specifické imunitě

Vazba organismu vlastních proteinů - imunoglobulinů protein A (S. aureus), protein G (Strep. pyogenes) - vazba Fc fragmentů, opačná orientace Ig znemožňuje opsonizační aktivitu

Antigenní variabilita

•proměnlivé sérotypy (Streptococcus pneumoniae 84 sérotypů)

•VlsE (B. burgdorferi) variabilita proteinu určena genovou konverzí

Suprese antigenně specifické imunity

•enterotoxin (Stafylokoky) působí jako superantigen polyklonální aktivace

•Th1 - Th2 posuv lepromatosní lepra = Th2 směrovaná odpověď neumožňuje aktivovat makrofágy a tvořené protilátky nejsou schopny kontrolovat intracelulární bakterie

Imunita proti houbovým infekcím

Mykotické infekce - typy 1. Povrchové mykózy – epidermis, slizniční epitely

1. Kožní - kůže, adnexa vlasy, nehty dermatofyty, kandidy

2. Podkožní mykózy - indukovány traumatem, saprofytující houby, chronické ulcerace, uzlíky chromomycosis, sporotrichosis, mycetoma

3. Slizniční kandidy

2. Respirační trakt – půdní saprophyty histoplasmosis, coccidiomycosis, aspergilosis

3. Systémové mykózy - plíce, CNS, kosti, abdominální lokalizace kandidóza

Obligatorní a oportunní mykózy

• Dermatomykosy, VVC u jinak zdravých

• Cryptococcosis, aspergilosis, coccidiomycosis,

histoplasmosis, blastomycosis, candidiasis vývoj v

souvislosti s predisponujícími faktory

• primární imunodeficity (T lymfocyty, CMC)

• sekundární imunodeficity (HIV)

• imunosuprese

• malnutrice

Mechanismy přirozené protekce

• slizniční mikrobiota

• neutrofily

• alternativní a lektinová dráha

• CR3, CR1, CR4 fagocytóza MΦ (RNS, ROS)

• působení surfaktantů - MBL

Mechanismy specifické imunity

• Protektivní protilátky:

• kapsulární polysacharidy C. neoformans

• manany, glukany C. albicans, Aspergillus

• proteiny bb. stěny Hsp90 C. albicans

Mechanismy:

• osponizace

• aglutinace

• blokování adheze houby

• inhibice morfotypových změn

• T lymfocyty

• CD4+ cytokiny (IFN-γ, IL-2; IL-4, IL-5, IL-10)

• CD8+ CTL

mechanismy:

• tvorba granulomů

• poškození hyf C. albicans

• zabíjení C. neoformans

• lýza fagocytů obsahujících houby

Mechanismy specifické imunity

Morfotypové změny Candida albicans

Mechanismy obrany proti C. albicans

Candidiasis Predisponující faktory

Mechanismus protekce Poznámka

Orgánová/ systémo

vá

- leukocytopenia - invasivní

lékařské zákroky

- PMN - specifické protilátky

Poškození orgánu tlumené regulačními

CD8+ T ly.

VVC - antibiotická terapie

- hormonální dysbalance

- VEC - regulační CD4+ T ly. - specifické protilátky

- dříve Th1 T ly.

Poškoující působení PMN

OPC - HIV infekce - diabetes mellitus - korticosteroids - dětství a vysoký

věk

- OEC - PMN

- Th1 CD4+ T ly.

Zapojní specifických protilátek není jasné

Imunologické í mechanismy obrany proti houbovým infekcím

Protinádorová imunita

Metylcholantrenem indukovaný nádor

Mnoho nádorů je imunogenních a obecně pod dohledem imunitního systému 1. Přítomnost aktivovaných Th1 CD4+ a CD8+ T lymfocytů, IFN-γ aTNF-α

uvnitř nádorové tkáně a v peritumorózní mase - příspívá k dohledu

2. Nádoroví pacienti vyvíjejí vysokou hladinu nádorově specifických protilátek a T lymfocytů ne vždy ale jsou schopny eliminovat tumor

3. Imunodeficience jsou spojeny s vyšším rizikem nádorů

1. virová etiologie 1. lymfomy (Epstein-Barr virus) 2. Kaposiho sarkom (herpesviry) 3. karcinom čípku (human papillomaviry)

2. vyšší riziko malignit - kolon, plíce, pankreas, ledviny, melanom - některé jiné nikoliv

Imunoskórování na základě původních studií u kolorektálního karcinomu: přítomnost aktivovaných CD8+ T lymfocytů uvnitř nádoru a v peritumorózním stromatu má signifikantní pozitivní prediktivní hodnotu silnější než staging

platí pro: •kolorektální karconom •adenokarcinom prsu •renální karcinom •melanom •ovariální karinom •stromální nádory GIT

•většina pacientů se stage I a II karcinomy kteří nemají T lymfocytární infiltraci mají zvýšenou pravděpodobnost rekurencí během 5 let

•přítomnost T lymfocytárního infiltrátu u pacienů se stage III karcinomen mají neobvykle dlouhý interval bez choroby

•vysoký poměr CD8+ T / Treg u ovariálního karcinomu představuje ;

• Nádory jsou obecně antigenní: • nádorově specifické antigeny

• vzniklé v důsledku mutací (p53, ras) prezentovány na MHC I

• alterované povrchové buněčné glykolipidy a glykoproteiny

• s nádory asociované antigeny

• aberantní exprese normálních buněčných Ag (tyrosinasa, HER-2) - může vést k indukci imunitní odpovědi

• onkofetální antigeny (CEA, α-fetoprotein) - nejsou exprimovány v thymu - není tolerance

• diferenciační antigeny (melanocyte diferenciačníantigeny)

• karcinom testes - antigeny exprimované germinálními buňkami v testes nebo ovariích - normálně jsou silentní (CTAG1B, MAGE, NYESO-1)

• virové antigeny (HPV, EBV)

ale ....

• s nádorem asociované antigeny - většinou tolerované (když exprimovány v thymu kde nízko afinitní interakce neboť silně reaktivní T lymfocyty jsou eliminovány nebo nTreg,

• nádorově specifické Ag. - mnohem více potentní T lymfocytární odpověď (dříve vakcinace hsp-peptidy)

• spontánní protinádorová adpověď demonstrovatelná u většiny pacientů - fenotyp infiltrace nádoru T lymfocyty

Nádory u imunodeficientních a kompetentních myší jsou kvalitativně odlišné

Nicméně: u metastazujícího melanomu

CD8+ T lymfocyty specifické k antigenům melanomu infiltrují nádory

CD8 T ly., často vykazují

•abnormální produkci cytokinů a abnormální proliferační odpověď,

•ex vivo - mohou být cytokiny revertovány v normální CD8

•proto cytokinová stimulace je základem pro adaptivní přenos T lymfocytů a je úspěšná až u 50% protokolů s

dominantní inhibiční dráhy vedou k potlačení funkce T lyfocytů v mikroprostředí nádoru

APC vnímají nádorové DAMP

1. rezistence na cytotoxické působenín antiapoptotická signalizace uvnitř buňky

1. nadprodukce STAT3, BCL-2

2. ztráta exprese nádorových Ag nebo jejich prezentace na MHC-I:

1. ztráta exprese silných rejekčních antigenů

2. ztráta exprese MHC-I

3. porucha prezentace Ag na MHC I

3. vytvoření nádorově supresního prostředí uvnitř nádoru (VEGF, TGF-β, galektin, IDO, přilákání Treg lymfocytů a myeloidní supresorové buňky)

Mechanismy úniku z imunitního dozoru (equilibrium)

1. fenotyp s T lymfocytární zánětlivou infiltrací

• infiltrující T lymfocyty

• široký chemokinový profil

• chrakteristika IFN typu 1

• dominunje – aktivní suprese imunitní odpovědi

2. absence T lymfocytární zánětlivé infiltrace

• indukce

immunitní vyloučení

imunitní ignorace

Dva extrémy klasifikace tumorů

T lyfocytární infiltrát Absence infiltrátu

zánět, CD8α+ DC imunitní exkluze, ignorace

aktivní suprese imunitní odpovědi densnější stroma, alternativní M2

PD-1, IDO, Treg - anergie absence chemokinové signalizace

Dva extrémy nádorů - podle studií u melanomů

PD-L1 (B7-H1) a IDO je indukováno působením IFN-γ z CD8+ T lymfocytů in vivo produkujících CCL22 atrahující Treg

Anergie - neodpovídavost v důsledky absence kostimulačních molekul

Tvorba terciální lymfatických struktur uvnitř nádoru (TLS)

•spontání navození protinádorových T lymfocytů

•chronický zánět v nádoru

•indukce TLS

• analogie TLSs i u chronických zánětlivých stavů jako RA

•exprese CCL21 uvnitř nádoru

•atrakce naivních T lymfocytů a jejich inaktivace absence kostimulace

•exprese CCL22 atrahuje Treg

Zánět

25 MARCH 2011 VOL 331 SCIENCE

Zánět - fyziologický mechanismus homeostázy indukován

•infekcí

•poškozením tkáně

•Akutní zánět (mechanismy přirozené imunity)

•Chronický zánět (přispívá k rozvoji nádorů):

1. indukce nádorových změn indukcí genotoxického stresu

1. onkogenní mutace

2. nestabilita genomu

2. podpora rozvoje nádoru indukcí proliferace

3. progrese nádoru podporou angiogeneze a tkáňové invaze

Tumor a zánět

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Zdroj Anti-tumor

Pro-tumor Poznámka

Cytokine/chemokine IL-12 MФ ++ keep tumor dormancy - equilibrium

type I IFN ++ keep tumor dormancy - equilibrium IFN-γ NK

Th1 ++

+ keep tumor dormancy - equilibrium

NF-κB p50 homodimer nuclear inhibits M1 activation induces PD-L1 and IDO expression by tumor cells

IL-1β ++ + pro-inflammatory signal supporting development of MCA-induced tumors in late stage tumors facilitate the tumor recognition

TNF-α monocyty MФ

++ + UVB-induced tumor immune rejection of tumor

IL-23 ++ pro-inflammatory signal supporting development of MCA-induced tumors

CCL22 nádorové bb stromální bb.

++ attraction of Treg cells through CCR4

BAFF ++ CLL development in mice through Bcl-2 CCL2, CCL1,

S100A nádorové bb stromální bb.

++ attraction of MDSC, MФ through CCR2, CXCR2, RAGE, IL-1R

CCL19,CCL21 nádorové bb stromální bb.

++ ++ attraction of Th17 cells through CCR7 attraction of naive T cells to tumor induction of anergy

IL-17 T ly ++ MDSC RORC1 positive monocytes and granulocytes mark of hematopoesis

Dominantní pro/antitumorové faktory

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Zdroj Anti-tumor

Pro-tumor Notes

Transcription factors STAT3 immune cells

tumor ↑ Bcl-2, Bcl-XL, cIAP, cFLIP ↑cyclin B, D, c-Myc, ↓ p53

tumor proliferation anti-apoptotic

AP-1 ↓ Fas resistance to Fas-L apoptosis NF-κB ↑ Bcl-2, Bcl-XL, cIAP, cFLIP

↓ p53 p50 NF-κB subunit is associated with diminance M2 mcarophages

and tumor progression Porta, Sica et al,

RORγC1 M2, STAT1 +++ intracellular signaling induced

by IFN-γ Intracellular signaling molecules

BCL-2 tumor cells +++ anti-apoptotic MyD88 ++ +++ pro-inflammatory signal

supporting development of MCA-induced tumors

in late stage tumors facilitate the tumor recognition

Dominantní pro/antitumorové faktory

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Producers Anti-tumor Pro-tumor Notes Angiogenesis

NF-κB, STAT3, AP1 ++ IL-8, CXCL1, VEGF

HIF1α TAM, MDS ++ regulated by NF-κB, STAT3,

AP1 VEGF-A inflammation

activated tumor cell

++ monocyte recruitment suppression of protective

immunity VEGF-C, D ++ lymfangiogenesis

IFN-γα T cells ++ blocks tumor angiogenesis TNF-α T cells,

monocytes, M

++ blocks tumor angiogenesis

Angiogeneza je nezbytná pro růst nádoru

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Producers Anti-tumor Pro-tumor Notes Cytokine/chemokine

TNF-α •stabilize repressor of E-cadherin •Snail •survival of circulating metastatic cells

•E-cadherin loss initiate metastasizing

IL-6 stromal cells •++ •survival of circulating metastatic cells

•IL-6 knockout mice are resistant to multiple myeloma

BAFF •++ •CLL development in mice by Bcl-2

epiregulin •survival of circulating metastatic cells

•EGFR ligand

TGFβ tumor, myeloid, T cells

•early tumor suppression •inhibits MDSC attraction

•metastasizing

•survival of circulating metastatic cells

•epithelial-mesenchymal transition •elevated level has poor prognosis

CCL9, CCL2 tumor cells •metastasizing •CCR1 attracted myeloid cells make the route through extracell. matrix

CSF1, CXCL12 breast cancer •attraction of TAMФ metastasizing

•TAMФ produce EGFR ligand promoting metastasizing of breast carcinoma to lungs,

systemic inflammation

immune cels •support matastasing •integrin activation, transednothelial transmission

Zapojení imunity do metastazování

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Buněčné typy Anti-tumorové Pro-tumorové Macrophages, dendritic cells

•M1 •Antigen presentation •Production of cytokines (IL-12, type I IFN)

•M2 •Immunosuppression, Production of cytokines, chemokines, proteases. growth and angiogenic factors

Myeloid-derived suppressor cells

•production of TGF-β, activation of Treg, •depletion of arginine, cysteine, tryptophan, required for T cell function •nitrating the TCR or chemokine receptor

Mast cells •Production of cytokines Neutrophils •Direct cytotoxicity

•Regulation of CTL responses •Production of cytokines, •proteases, and ROS

B cells •Production of tumor specific antibodies?

•Production of cytokines Activation of mast cells Immunosuppression

Dominantní pro/antitumorové buňky

Immunity, Inflammation, and Cancer Cell. 2010 March 19; 140(6): 883–899. doi:10.1016/j.cell.2010.01.025.

Cell types Anti-tumor Tumor-promoting Accumulation of CD8+ T cells within the tumor predicts improved patient survival

more powerful prognostic indicator than pathological tumor staging, TNM, and oncogene expression CD8+ T cells Direct lysis of cancer cells

Production of cytotoxic cytokines Production of cytokines?

CD4+ Th2 cells Education of macrophages Production of cytokines B cell activation

CD4+ Th1 cells Help to cytotoxic T lymphocytes (CTLs) in tumor rejection Production of cytokines (IFNγ)

Production of cytokines

CD4+ Th17 cells Activation of CTLs Production of cytokines CD4+ Treg cells Suppression of inflammation (cytokines and other

suppressive mechanisms) Immunosuppression Secretion TGF-β, IL-10 Surface PD-1, CTLA-4, CD25

γδT cells Vγ9Vδ2 TCR antitumor γδ T cells supppress activation of T cells in breast cancer

NK cells Direct cytotoxicity toward cancer cells Production of cytotoxic cytokines

NK T cells Direct cytotoxicity toward cancer cells Production of cytotoxic cytokines Vα14Jα18 recognize α-galactosylceramide on CD1d, produce IFN-γ

produce IL-13 as inducer TGF-β production by myeloid cells

Dominantní pro/antitumorové buňky

NATURE IMMUNOLOGY VOLUME 14 NUMBER 10 OCTOBER 2013

Vybrané strategie imunomodulační terapie nádorů

Mechanismy účinku nádorově specifické terapie pomocí protilátek

Protinádorová terapie pomocí NK buněk

Terapie s využitím dendritických buněk (testovány pro nádory prostaty, vaječníků, plic)