Prof. Univ. Dr. Carmen Panaitescu 2013 Rolul sistemului imun. Reacia de hipersensibilitate de tip I CURSUL 2 allergy

Obiective I.Rolul sistemului imun (background) II.Reacia de hipersensibilitate de tip I III.Expresia clinic ă a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

3 Sistemul imun = totalitatea organelor, celulelor, produşilor celulari şi a proceselor biologice care asigură protecţia împotriva infecţiilor şi a tumorilor Componente: imunitatea nespecifică (înnăscută) şi imunitatea specifică (adaptativă) I. Rolul sistemului imun (background) Abbas, Immunology, 2009

4 1. Apărarea împotriva agenţilor patogeni: 2. Distincia între antigene (Ag) self i non-self: –Self = structuri proprii organismului –Non-self = elemente străine organismului, inclusiv celule infectate de ageni patogeni sau tumorale 3. Depistarea şi distrugerea celulelor tumorale 4. Rejetul grefei şi răspunsul grefă contra gazdă (GVHD) 1. Funciile sistemului imun Bacterii Virusuri Parazii Fungi Distincia între agenii patogeni Răspuns imun agenii inofensivi Tolerană Abbas, Immunology, 2009

5 Prima linie de apărare a organismelor eucariote Cuprinde celule şi mecanisme care apără gazda de agenii patogeni în mod nespecific Nu diferenţează între patogeni Componente: –Bariere anatomice: pielea şi mucoasele –Bariere fizice: t°C, pH –Sistem complement –Enzime: lectine, lizozim –Celule fagocitare –Interferon (IFN) 2. Imunitatea nespecifică Roluri: 1.Inflamaţia = efectul acţiunii conjugate a componentelor 2.Activarea imunităţii specifice 3.Identificarea şi eliminarea Ag non-self

6 Doar la vertebrate Recunoaşte specific agenţii patogeni Răspuns imun specific primar i secundar la fiecare nouă întâlnire cu acelaşi patogen se produce un răspuns imun mai intens i mai rapid Mecanisme: 1. Imunitatea umorală: –Faţă de agenţi extracelulari –Efectori: anticorpii (Ac) - produşi de limfocitele B (LB) 2. Imunitatea celulară: –Faţă de agenţi intracelulari –Efectori: limfocite T citotoxice CD8 (LTc) 3. Imunitatea specifică (adaptativă) În ambele cazuri este necesar ajutorul limfo- citelor T helper CD4 (LTh), care recunosc antigenele (Ag) prezentate de către celulele prezentatoare de antigen (CPA) Abbas, Immunology, 2009

7 3. Imunitatea specifică (adaptativă) Activarea LTh după prezentarea Ag Imunitate celulară Imunitate umorală Ag extracelulare Proliferare + difereniere LB activate LB memorie PlasmociteSinteză Ac specifici Legare Ac-Ag LTh2 LB activat Activarea Macrofagelor Macrofage activate LTh1 Distrugerea celulelor infectate cu Ag intracelulare Celulele infectate cu Ag intracelulare exprimă la suprafaă fragmente antigenice LTc activat CD8 Proliferare + difereniere LTc activate LTh (CD4) activat

8 3. Imunitatea specifică (adaptativă)

9 Activarea LTh (CD4) LTh activat Monokine HLA clasa II Receptorul LT Celula prezentatoare de antigen CD4 Antigen peptidic Antigenul este procesat LTh in repaus HLA clasa II Limfokine Recptorul LTh recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II Macrofag Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II Antigen LTh National Cancer Institute, USA

10 Activarea LTc (CD8) Antigen procesat si HLA clasa I Limfokine HLA clasa I HLA clasa II Antigenul procesat este expus impreuna cu HLA clasa II Antigen Receptorul LTh in repaus recunoaste antigenul procesat + HLA clasa II Macrofag Monokine LTc Celula infectata HLA clasa I Antigen peptidicReceptorul LT CD8 LTh in repaus LTc LTc se activeaza Antigen (virus) Antigen procesat (proteine virale) Celula moare Celula infectata LTc activata LTh activat Antigenul este procesat National Cancer Institute, USA

11 Activarea LB (CD3)

12 IgD: pe suprafaţa LB naïve; au rol de receptor de antigen pe suprafaa LB IgM: pe suprafaţa LB naïve; au rol în faza precoce a răspunsului imun umoral (înaintea IgG) IgG (1, 2, 3, 4): în cantitate mare în circulaţie; au rol major în răspunsul imun umoral IgE: cele mai importante în alergii + rol în apărarea antiparazitară IgA: în mucoase (intestin, tract respirator, tract urogenital) precum i în secreţii (saliva, lacrimi, lapte) previn colonizarea locală cu patogeni 3.5. Imunoglobulinele IgD, IgG, IgE IgA IgM

IgE<0,001% din totalul Ig serice = 0,1-0,4 μg/ml Timp de înjumătăire = 3 zile IgE se leagă de suprafaa mastocitelor prin interaciunea cu receptorii FcεRI ai acestora degranulare mastocitară reacie de hipersensibilitate de tip imediat dacă se leagă de receptorii FcεRII de pe monocite i macrofage, mediază reaciile citotoxice faă de parazii concentraia serică în boli alergice i parazitare 3.6. Imunoglobulinele E - IgE 13

14 FcεRI: –Receptor de înaltă afinitate –Structură tetramerică –Lanţul FcεRIα se leagă de porţiunea Fc a lanţului greu al IgE –Cele două lanţuri FcεRIγ reprezintă proteine de semnalizare (împreună cu protein tirozin kinaze) –Lanţul FcεRIβ face legătura între aceste porţiuni –Crosslinkarea imunoglobulinelor E fixate pe suprafaţa celulelor efectoare fosforilarea tirozinei degranularea mastocitelor, sinteza şi secreţia de mediatori lipidici şi de citokine 4. Receptorii IgE Kuby, Immunology, 2006

15 FcεRII (CD23): –Receptor de joasă afinitate –Rol în reglarea intensităţii răspunsului alergic –Pe suprafaţa: limfocitelor B, a macrofagelor activate, a eozinofilelor, a celulelor dendritice foliculare, şi a trombocitelor 4. Receptorii IgE Kuby, Immunology, 2006

16 Răspunsul imun primar –Apare la primul contact cu Ag –Constă în generarea de: a)Celule efectoare specifice: LB (plasmocite) capabile să producă Ac specifici faă de Ag LTc activate, capabile să distrugă celulele care exprimă Ag b)LB sau LTc de memorie –Perioadă de latenă pâna la apariia reaciei: (14 zile) –Intensitatea răspunsului: Răspunsul imun umoral primar vs secundar 5. Răspunsul imun primar i secundar Răspuns primar anti-A Răspuns primar anti-B Răspuns secundar anti-A Săptămâni Nivel seric Ac

17 Răspunsul imun secundar –Apare la un nou contact cu Ag –Constă în activarea LB sau LTc de memorie activarea rapidă i intensă a celulelor efectoare specifice: LB (plasmocite) produc cantităi mari de Ac specifici LTc specifice, capabile să distrugă rapid celulele care exprimă Ag –Perioadă de latenă pâna la apariia reaciei: –Intensitatea răspunsului: Răspunsul imun umoral primar vs secundar Răspuns primar anti-A Răspuns primar anti-B Răspuns secundar anti-A Săptămâni Nivel seric Ac 5. Răspunsul imun primar i secundar

18 6. Proprietăţile imunităţii specifice Imunitatea nespecificăImunitatea specifică Răspunsul este independent de AgRăspunsul este dependent de Ag Există un răspuns imediat maximalExistă perioadă de latenă între contactul cu Ag şi răspunsul maximal Nu este Ag-specificEste Ag-specific Expunerea repetată nu duce la formarea imunităţii de memorie Expunerea repetată duce la formarea imunităţii de memorie Specificitate Diversitate: Repertoriu bogat de limfocite mature şi Ac – specifici (pentru 10 7 Ag diferite) Memorie Distinge self-ul de non-self Capacitate de a recruta alte mecanisme de aparare

19 Intrauterin: –Primele săptămâni: mezoderm intraembrionar şi extraembrionar (în sacul vitelin) –La făt: ficat –Începând cu S20: hematopoieză exclusiv medulară Extrauterin: –Organe limfoide primare: măduva hematopoietică, timusul –Organe limfoide secundare: splina, ganglionii limfatici, MALT (mucose- associated lymphoid tissue), SALT (skin-ALT) 7. Organele sistemului imunitar Roecken, Color Atlas of Allergic Diseases

20 MALT este expus la o mare varietate de Ag, unele dintre ele patogene, iar altele implicate în alergii Tipuri: BALT (bronşic), NALT (nazal), GALT (gastro-intestinal) 8. Ţesutul limfoid asociat mucoaselor - MALT Kiyono 2004, Nature Reviews Immunology

Obiective I.Rolul sistemului imun II.Reacia de hipersensibilitate de tip I III.Expresia clinic ă a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

22 Reaciile de hipersensibilitate = răspuns imun exagerat şi/sau inadecvat pe care îl generează sistemul imunitar, la contactul cu diferite Ag Apar doar după ce organismul-gazdă a fost sensibilizat în prealabil, în urma unui prim contact cu antigenul Rezultatul acţiunii imunităţii specifice umorale sau mediate celular Clasificare în funcţie de: –Mecanismul imunologic implicat –Moleculele şi celulele participante –Momentul apariţiei simptomelor II. Reacţia de hipersensibilitate de tip I

23 Clasificare Gell-Coombs - tipuri de HS (anii 60) Philip George Houthem Gell, Robert Royston Amos (Robin) Coombs, Reacii mediate de imunitatea umorală: 1.Hipersensibilitatea de tip I (imediată) sau anafilactică –mediată prin Ac de tip IgE 2.Hipersensibilitatea de tip II sau citotoxică –datorată prezentării anormale de Ag pe membranele celulelor neprezentatoare de Ag –mediată prin Ac de tip IgM i IgG, care distrug celulele intă 3.Hipersensibilitatea de tip III sau prin complexe imune –caracterizată prin hiperproducie de complexe imune Ag-Ac circulante (CIC) sau tisulare Reacii mediate de imunitatea celulară: 4.Hipersensibilitatea de tip IV sau întârziată –mediată prin limfocite T cu producere de leziuni tisulare importante

24 Clasificarea Gell-Coombs

Reacia de hipersensibilitate de tip I 25 Debut rapid – câteva minute de la contactul cu alergenul (inhalator, alimentar, medicamentos) Apare la persoane cu predispoziţie genetică - teren atopic Necesită cel puin un contact sensibilizant anterior cu alergenul răspuns imun primar Contactele ulterioare cu alergenul sensibilizant răspuns imun secundar - desfăurat în două etape: –faza precoce –faza tardivă Mediată prin Ac de tip IgE sintetizai în exces Celulele efectoare: mastocitele, bazofilele, eozinofilele Implicată în patogenia rinitei alergice, astmului bronic, dermatitei atopice, ocului anafilactic

26 Crosslinkarea IgE IgE specifice produse difuzează în întregul organism, venind în contact cu mastocite sau cu bazofile IgE se leagă de FcεRI membranari, fără efect imediat Mastocitele sunt sensibilizate pentru o nouă întâlnire cu alergenul Primul contact cu alergenul Al doilea contact cu alergenul Alergenul se leagă de două sau mai multe IgE de pe suprafaţa mastocitelor = crosslinkare Degranularea mastocitelor

27 Răspunsul alergic - schema generală Singh 2008, Trends in Plant Science (a) (b) (c)

1.Alergenul traversează bariera epitelială preluare+procesare a fragmentelor alergenice de către celulele dendritice (CD) 2.Activarea LTh naive prin recunoaterea complexului Ag-MHC clasa II de pe suprafaa CD LTh2 activate 3.LTh2 activate sinteza IL4/IL13 1. Răspunsul alergic primar: (a) prezentarea Ag 28 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

4.LTh2 stimulează LB cu orientarea izotipului spre sinteza IgE 5.IgE difuzează local la nivelul tisular IgE se leagă de receptorii specifici de înaltă afinitate pentru IgE (FcεRI) de pe mastocite Sensibilizarea mastocitelor, pentru a răspunde la o nouă expunere la alergen 1. Răspunsul alergic primar: (b) sinteza IgE + sensibilizarea mastocite 29 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce 30 Debut: la 10 min după reexpunerea la alergene Nivel maxim: la 30 min Durează 1-3 h Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

2. Răspunsul alergic secundar (c): faza precoce 31 Alergenele străbat bariera epitelială Legarea alergenelor de complexele IgE-FcεRI pe suprafaa membranei mastocitelor (mc) Determină activare + degranulare mastocite Eliberare de mediatori preformai i de novo Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008) Efecte: contracie muchi neted, vasodilataie, crete permeabi- litatea vasculare, hipotensiune, secreie de mucus, prurit

Debut: la câteva ore de la contactul cu alergenul (2-8 ore) Amplifică răspunsul inflamator precoce 3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă 32 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

Cauza: aciunea factorilor chemotactici i a mediato- rilor inflamatori: IL-4, IL-5, IL-13, TNF-α Efect: infiltrat inflamator cu LTh2, eozinofile, neutrofile, bazofile i monocite perpetuarea răspunsului inflamator i producerea de leziuni tisulare elastaza neutrofilică degradare colagen tip III proteina bazică eozinofi- licălezare celule epiteliale 3. Răspunsul alergic secundar (c): faza tardivă 33 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

34 Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv (c) Histamina – vasodilataţie PGD 2 – bronhoconstricţie LTC 4 – secreţie de mucus Răspuns imediat Răspuns tardiv IL-4, TNF-α LTC 4 – adeziune endotelială PAF, IL-5, ECF – migrare leucocitară IL-4, IL-5 – activare leucocitară infiltrat inflamator celular Kuby, Immunology, 2006

35 În răspunsul imediat, după eliberarea mediatorilor preformaţi, mastocitele trec printr-un proces de refacere a mediatorilor pentru un nou răspuns, care poate dura mai multe zile sau săptămâni este necesar un sistem de rezervă = răspunsul tardiv: –Apare la 6-8 ore de la contactul cu alergenul –Amplifică răspunsul inflamator imediat –La nivel cutanat: reacţia imediată de tip wheal and flare (intensitate maximă la 15 min de la contactul cu alergenul, dispare în ~60 de minute) se transformă după 6-8 ore în reacţie de tip tardiv: infiltrat inflamator celular (Ne, L, Eo) atras de diferite IL (IL-1, IL-4, IL-6) –La nivel nazal: infiltrat celular constituit din Ne, Eo, Mo, depuneri de fibrină Răspunsul imediat şi răspunsul tardiv (c)

36 Consecinţele răspunsului alergic la nivel bronşic Kuby, Immunology, 2006

Se dezvoltă prin expunere repetitivă/persistentă la alergene Se caracterizează prin: acumularea tisulară de eozinofile, bazofile, neutrofile, monocite, LTh2 creterea numărului de mastocite în esuturi expresie crescută de FcεRI, care leagă IgE Interaciuni complexe între celulele recrutate, rezidente i structurale 4. Inflamaia alergică cronică 37 Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

Inflamaia alergică cronică lezare epiteli- ală, exacerbată de expu- nerea la patogeni i fac- tori de mediu Activare răspunsului reparator: 1.îngroarea peretelui căilor respiratorii 2. depunerii de proteine în matricea extracelulară (fibronectină, colagen I,III,V) 3.hiperplazia celulelor mucoase produciei de mucus Inflamaia alergică cronică Adaptat după Galli S.J., Nature 454, (2008)

39 Implicarea mastocitelor în răspunsul alergic tardiv Kuby, Immunology, 2006

40 Implicarea macrofagelor în răspunsul tardiv Kuby, Immunology, 2006

41 Secretă mediatori care produc liză celulară În astm se găsesc numeroase Eo activate în sânge, spută, lichidul de lavaj bronhoalveolar, biopsiile de mucoasă bronşică Prezenţa Eo e direct proporţională cu HRB şi severitatea bolii Implicarea eozinofilelor în răspunsul tardiv Kuby, Immunology, 2006

42 Lezarea epiteliului: celulele columnare se detaşează de cele bazale prin clivarea desmozomilor şi a joncţiunilor strânse Îngroşarea aparentă a membranei bazale prin depozitarea de colagen în lamina reticularis (submembranar) Hiperplazia şi activarea miofibroblaştilor Dilatarea şi hiperpermeabilizarea vaselor Obstrucţia mucoasă a căilor aeriene: mucus, proteine plasmatice, celule epiteliale, celule inflamatorii Consecinţele inflamaiei alergice cronice

1.Mediatori primari Mediatori preformai Histamina Serotonina Factori chemotactici pentru eozinofile (ECF-A) i neutrofile (NCF-A) Mediatori derivai din matricea granulelor Proteaze Hidrolaze Proteoglicani Peroxidaze Factori inflamatori ai anafilaxiei 5. Mediatorii mastocitari ai reaciei alergice 43 Adaptat după

44 2.Mediatori secundari Mediatori sintetizai de novo Leucotriene(LTB4, C4, D4, E4) Prostaglandine (PGD2) Tromboxani PAF Metabolii toxici ai oxigenului Bradikinină Citokine Interleukine: IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-11 Proinflamatoare i activatoare: TNF-α, IL-1β, endotelina-1 Adaptat după 5. Mediatorii mastocitari ai reaciei alergice

45 Efecte asupra: –Vaselor –Musculaturii netede –Celulelor: eozinofile, neutrofile, monocite, limfocite T, trombocite Mediatorii mastocitari Histamina Proteaze Heparină Factorul chemotactic pentru eozinofile (ECF-A) Factorul chemotactic pentru neutrofile (NCF-A) Leucotriene Prostaglandine Bradikinină Citokine Primari (preformaţi) Secundari (de novo)

46 Efectele histaminei Receptorii H1Receptorii H2Receptorii H3Receptorii H4 Piele Musculatură netedă Endoteliu SNC Celule parietale gastrice Musculatura vasculară SNC Uter Inimă Mastocite şi bazofile SNC SNP (mai puţin) Măduva hematogenă Bronhoconstricţie Contracţie intestinală Creşterea permeabilităţii vasculare Vasoconstricţie pulmonară Creşterea secreţiei de mucozităţi nazale Dilatarea musculaturii respiratorii Producere crescută de mucus pe căile respiratorii Stimularea secreţiei gastrice Activarea limfocitelor Ts Inhibarea degranulării bazofilelor şi a mastocitelor cutanate Inhibarea sintezei histaminei la nivelul SNC Chemotaxie

47 Mediatori secundari Metabolizarea acidului arahidonic acţiune târzie Leucotrienele şi prostaglandinele Răspuns de tip wheal and flare Activare endotelială Edem dermic Scăderea debitelor cardiace Bronhoconstricţie Creşterea producţiei de mucus Remodelarea căilor respiratorii Inducerea hiperreactivităţii bronşice Vasodilataţie Constricţie pulmonară Constricţie intestinală Flushing şi hipotensiune in mastocitoză Inhibarea agregării plachetare in vitro Leucotrienele Prostaglandinele

48 Efecte locale Reglare a diferenţierii mastocitelor Alte acţiuni: Citokinele IL-1 IL-6 TNF-α IL-3 IL-5 GM-CSF Proinflamatorii Sinteza IgE IL-4 IL-13 Stimularea creşterii, longevităţii, localizării, activării eozinofilelor Remodelarea căilor respiratorii IL-9

Obiective I.Rolul sistemului imun II.Reacia de hipersensibilitate de tip I III.Expresia clinic ă a reacției de hipersensibilitate tip I L. C.

Rinita alergică alergenii inhalatorii eliberarea histaminei şi a altor mediatori din mastocitele sensibilizate ale mucoasei nazale şi conjunctivale vasodilataţie locală, permeabilităii capilare exudat conjuctival şi nazal apos, strănut, tuse unele particule din aer (clor, detergenţi), care în mod normal sunt tolerate, pot agrava simptomele prin iritaţia produsă Astmul bronşic alergic –faza precoce: în primele minute după contactul cu alergenul eliberare de histamină, leucotriene, prostaglandine bronhoconstricţie, edemul mucoasei, secreţia de mucus –faza tardivă: după mai multe ore eliberare de citokine continuă inflamaţia bronşică III. Expresia clinică a reaciei de hipersensibilitate tip I 50

Alergiile alimentare reacţie la alergene ingerate cu mecanism imunologic diferit de intoleranţele alimentare, reacţiile farmacologice sau reacţiile toxice degranularea mastocitelor din tractul gastrointestinal contracţia musculaturii netede intestinale, vasodilataţie vărsături, crampe abdominale şi diaree creşterea permeabilităii mucoasei pătrundere alergene în torentul circulator crize de astm, rinoree, urticarie Dermatita atopică boală inflamatorie cutanată asociată, de obicei, cu atopia factori determinani: substanţe iritante, alergeni alimentari şi de mediu eritem, prurit dezechilibru al sistemului imunitar producţia de LTh2 51 IV. Expresia clinică a reaciei de hipersensibilitate tip I

ocul anafilactic reacţie sistemică severă, cu potenţial letal foarte ridicat se dezvoltă la câteva minute după contactul cu un alergen ingerat, inhalat sau injectat eliberarea mediatorilor mastocitari determină: vasodilataţie sistemică cu hipotensiune severă edem al mucoasei bronşice cu bronhoconstricţie şi dispnee severă edem al căilor respiratorii superioare (faringe, laringe, trahee) permeabilităii capilarelor periferice extravazarea plasmei, hipovolemie, hemoconcentraţie ţesuturi hipoxice, acidotice 52 IV. Expresia clinică a reaciei de hipersensibilitate tip I

53 1.Alergiile: –Răspuns nedorit al sistemului imunitar, faă de Ag nepatogene –Hipersensibilitate imun-mediată de tip I –Activarea excesivă a mastocitelor şi a bazofilelor de către IgE duce la eliberarea mediatorilor din acestea, care produc un răspuns inflamator de tip alergic în care sunt implicate diferite citokine, celule, şi mecanisme 2.Răspuns alergic imediat: –Apare în primele minute după contactul cu alergenul –Declanşat de către mastocite, prin eliberarea mediatorilor preformaţi (cel mai important mediator – histamina) 3.Răspuns alergic tardiv: –Apare la mai multe ore de la contactul cu alergenul –Apare prin acţiunea mediatorilor de novo şi a celulelor proinflamatorii inflamaie locală Take home messages

54