Toto je základní článek: Viz Psychoneuroimunologie a behaviorální imunitní systém
Snímek z elektronového mikroskopu jednoho neutrofilu (žlutý), který pohltí bakterie antraxu (oranžový).
Imunitní systém je soubor mechanismů uvnitř organismu, který chrání před infekcí tím, že identifikuje a zabíjí patogeny. Detekuje patogeny od virů po parazity a odlišuje je od normálních buněk a tkání organismu. Detekce je komplikovaná, protože patogeny se přizpůsobují a vyvíjejí nové způsoby, jak úspěšně infikovat hostitelský organismus.
Aby přežily tuto výzvu, vyvinulo se několik mechanismů, které rozpoznávají a neutralizují patogeny. I jednoduché jednobuněčné organismy, jako jsou bakterie, disponují enzymatickými systémy, které chrání před virovými infekcemi. Další základní imunitní mechanismy se vyvinuly ve starověkých eukaryotech a zůstávají v jejich moderních potomcích, jako jsou rostliny, ryby, plazi a hmyz. Tyto mechanismy zahrnují antimikrobiální peptidy zvané defensiny, receptory pro rozpoznávání vzorů a komplementární systém. Sofistikovanější mechanismy se však vyvinuly relativně nedávno, s vývojem obratlovců. Imunitní systémy obratlovců, jako je člověk, se skládají z mnoha typů bílkovin, buněk, orgánů a tkání, které na sebe vzájemně působí v propracované a dynamické síti. V rámci této komplexnější imunitní reakce se systém obratlovců časem adaptuje, aby rozpoznal konkrétní patogeny efektivněji. Adaptační proces vytváří imunologické vzpomínky a umožňuje ještě účinnější ochranu při budoucích setkáních s těmito patogeny. Tento proces získané imunity je základem vakcinace.
Onemocnění mohou způsobit poruchy imunitního systému. Onemocnění imunitní nedostatečností nastává, když je imunitní systém méně aktivní než normálně, což vede k opakovaným a život ohrožujícím infekcím. Imunodeficience může být buď důsledkem genetického onemocnění, jako je těžká kombinovaná imunodeficience, nebo může být vyvolána farmaceutickými prostředky nebo infekcí, jako je syndrom získané imunodeficience (AIDS), který je způsoben retrovirem HIV. Naopak autoimunitní onemocnění jsou důsledkem hyperaktivního imunitního systému, který napadá normální tkáně, jako by šlo o cizí organismy. Mezi běžná autoimunitní onemocnění patří revmatoidní artritida, diabetes mellitus 1. typu a lupus erythematosus. Tyto kritické role imunologie v oblasti lidského zdraví a onemocnění jsou oblastmi intenzivního vědeckého studia.
Vrstvená obrana v imunitě
Imunitní systém chrání organismy před infekcí vrstevnatými obrannými systémy zvyšující se specifičnosti. Nejjednodušeji řečeno, fyzické bariéry brání patogenům, jako jsou bakterie a viry, ve vstupu do těla. Pokud patogen tyto bariéry prolomí, vrozený imunitní systém poskytuje okamžitou, ale nespecifickou odpověď. Vrozený imunitní systém se nachází ve všech rostlinách a zvířatech. Pokud se však patogeny úspěšně vyhnou vrozené odpovědi, obratlovci mají třetí vrstvu ochrany, adaptivní imunitní systém. Zde imunitní systém přizpůsobuje svou odpověď během infekce, aby zlepšil své rozpoznání patogenu. Tato zlepšená odpověď je pak zachována i po odstranění patogenu, ve formě imunologické paměti, a umožňuje adaptivnímu imunitnímu systému rychlejší a silnější útoky pokaždé, když se s tímto patogenem setká.
Jak vrozená, tak adaptivní imunita závisí na schopnosti imunitního systému rozlišovat mezi vlastními a ne-vlastními molekulami. V imunologii jsou vlastní molekuly ty složky těla organismu, které imunitní systém dokáže odlišit od cizích látek. Naopak jiné než vlastní molekuly jsou ty, které jsou rozpoznány jako cizí molekuly. Jedna třída ne-vlastních molekul se nazývá antigeny (zkratka pro generátory protilátek) a je definována jako látky, které se vážou na specifické imunitní receptory a vyvolávají imunitní odpověď.
Několik bariér chrání organismy před infekcí, včetně mechanických, chemických a biologických bariér. Voskovitá kůžička mnoha listů, exoskelet hmyzu, skořápkové membrány zevně uložených vajíček a kůže jsou příklady mechanických bariér, které jsou první obrannou linií proti infekci. Protože však organismy nemohou být zcela uzavřeny proti svému prostředí, jiné systémy působí na ochranu tělesných otvorů, jako jsou plíce, střeva a genitourinární trakt. V plicích kašel a kýchání mechanicky vypouští patogeny a další dráždivé látky z dýchacího traktu. Zrudnutí slz a moči také mechanicky vypouští patogeny, zatímco hlen vylučovaný dýchacím a gastrointestinálním traktem slouží k zachycování a zamotávání mikroorganismů.
Chemické bariéry také chrání před infekcí. Kůže a dýchací ústrojí vylučují antimikrobiální peptidy, jako jsou β-defensiny. Enzymy jako lysozym a fosfolipáza A ve slinách, slzách a mateřském mléce jsou také antibakteriální. Vaginální sekrety slouží jako chemická bariéra po menarche, když se stanou lehce kyselé, zatímco sperma obsahuje defensiny a zinek k hubení patogenů. V žaludku slouží žaludeční kyselina a proteázy jako silná chemická obrana proti požitým patogenům.
V rámci urogenitálního a gastrointestinálního traktu slouží komenzální flóra jako biologické bariéry tím, že soupeří s patogenními bakteriemi o potravu a prostor a v některých případech tím, že mění podmínky ve svém okolí, jako je pH nebo dostupné železo. To snižuje pravděpodobnost, že patogeny budou schopny dosáhnout dostatečného počtu, aby způsobily onemocnění. Avšak vzhledem k tomu, že většina antibiotik se nezaměřuje specificky na bakterie a neovlivňuje plísně, perorální antibiotika mohou vést k „přerůstání“ plísní a způsobit stavy, jako je vaginální kandidóza (kvasinková infekce). Existují dobré důkazy, že opětovné zavedení probiotické flóry, jako jsou čisté kultury laktobacilů běžně se vyskytujících v jogurtech, pomáhá obnovit zdravou rovnováhu mikrobiálních populací u střevních infekcí u dětí a podporuje předběžné údaje ze studií bakteriální gastroenteritidy, zánětlivých střevních onemocnění, infekcí močových cest a pooperačních infekcí.
Mikroorganismy, které úspěšně vstoupí do organismu, se setkají s buňkami a mechanismy vrozeného imunitního systému. Vrozená imunitní obrana je nespecifická, což znamená, že tyto systémy rozpoznávají patogeny a reagují na ně obecným způsobem. Tento systém neposkytuje dlouhotrvající imunitu proti patogenu. Vrozený imunitní systém je dominantním systémem obrany hostitele ve většině organismů.
Humorální a chemické bariéry
Zánět je jednou z prvních reakcí imunitního systému na infekci. Příznaky zánětu jsou zarudnutí a otok, které jsou způsobeny zvýšeným průtokem krve do tkáně. Zánět je produkován eikosanoidy a cytokiny, které jsou uvolňovány poraněnými nebo infikovanými buňkami. Mezi eikosanoidy patří prostaglandiny, které vyvolávají horečku a dilataci krevních cév spojenou se zánětem, a leukotrieny, které přitahují určité bílé krvinky (leukocyty). Běžné cytokiny zahrnují interleukiny, které jsou zodpovědné za komunikaci mezi bílými krvinkami; chemokiny, které podporují chemotaxis; a interferony, které mají antivirové účinky, jako je zastavení syntézy bílkovin v hostitelské buňce. Mohou být také uvolněny růstové faktory a cytotoxické faktory. Tyto cytokiny a další chemické látky rekrutují imunitní buňky do místa infekce a podporují hojení jakékoli poškozené tkáně po odstranění patogenů.
Komplementový systém je biochemická kaskáda, která napadá povrchy cizích buněk. Obsahuje přes 20 různých proteinů a je pojmenován pro svou schopnost „doplňovat“ zabíjení patogenů protilátkami. Komplement je hlavní humorální složkou vrozené imunitní odpovědi. Mnoho druhů má komplementový systém, včetně savců jako jsou rostliny, ryby a někteří bezobratlí.
U lidí je tato reakce aktivována vazbou proteinů komplementu na sacharidy na povrchu mikrobů nebo vazbou komplementu na protilátky, které se na tyto mikroby navázaly. Tento rozpoznávací signál spouští rychlou smrtící reakci. Rychlost reakce je výsledkem zesílení signálu, ke kterému dochází po sekvenční proteolytické aktivaci molekul komplementu, které jsou také proteázami. Poté, co se proteiny komplementu zpočátku navážou na mikroba, aktivují svou proteázovou aktivitu, která následně aktivuje další proteázy komplementu a tak dále. Tím vzniká katalytická kaskáda, která zesiluje počáteční signál řízenou pozitivní zpětnou vazbou. Výsledkem kaskády je tvorba peptidů, které přitahují imunitní buňky, zvyšují vaskulární propustnost a opsonizují (obalují) povrch patogenu a označují jej pro destrukci. Tato depozice komplementu může také zabít buňky přímo narušením jejich plazmatické membrány.
Buněčné bariéry vrozeného systému
Snímek z elektronového mikroskopu normální cirkulující lidské krve. Lze vidět červené krvinky, několik uzlovitých bílých krvinek včetně lymfocytů, monocyt, neutrofil a mnoho malých destiček ve tvaru disku.
Leukocyty (bílé krvinky) působí jako samostatné, jednobuněčné organismy a jsou druhým ramenem vrozeného imunitního systému. Vrozené leukocyty zahrnují fagocyty (makrofágy, neutrofily a dendritické buňky), žírné buňky, eozinofily, bazofily a buňky přirozeného zabijáka. Tyto buňky identifikují a eliminují patogeny, a to buď napadením větších patogenů kontaktem, nebo pohlcením a následným usmrcením mikroorganismů. Vrozené buňky jsou také důležitými mediátory v aktivaci adaptivního imunitního systému.
Fagocytóza je důležitý rys vrozené buněčné imunity, kterou provádějí buňky zvané ‚fagocyty‘, které pohlcují nebo požírají patogeny nebo částice. Fagocyty obvykle hlídkují v těle a pátrají po patogenech, ale mohou být cytokiny volány na konkrétní místa. Jakmile je patogen pohlcen fagocytem, stane se lapeným v intracelulární vezikulu zvané fagozom, který se následně spojí s jiným vezikulem zvaným lysozom a vytvoří fagolysozom. Patogen je usmrcen aktivitou trávicích enzymů nebo po respiračním výboji, který uvolňuje volné radikály do fagolysozomu. Fagocytóza se vyvinula jako prostředek získávání živin, ale tato role byla u fagocytů rozšířena tak, aby zahrnovala pohlcení patogenů jako obranný mechanismus. Phagocytóza pravděpodobně představuje nejstarší formu obrany hostitele, protože fagocyty byly identifikovány jak u obratlovců, tak u bezobratlých živočichů.
Neutrofily a makrofágy jsou fagocyty, které cestují po celém těle a pronásledují invazní patogeny. Neutrofily se běžně nacházejí v krevním oběhu a jsou nejrozšířenějším typem fagocytů, který obvykle představuje 50 až 60% z celkového počtu cirkulujících leukocytů. Během akutní fáze zánětu, zejména v důsledku bakteriální infekce, se neutrofily stěhují směrem k místu zánětu v procesu zvaném chemotaxis a jsou obvykle prvními buňkami, které dorazí na místo infekce. Makrofágy jsou všestranné buňky, které sídlí v tkáních a produkují širokou škálu chemických látek včetně enzymů, proteinů komplementu a regulačních faktorů, jako je interleukin 1. Makrofágy také působí jako mrchožrouti, zbavují tělo opotřebovaných buněk a jiných zbytků a jako antigen prezentující buňky, které aktivují adaptivní imunitní systém.
Dendritické buňky (DC) jsou fagocyty ve tkáních, které jsou v kontaktu s vnějším prostředím; proto se nacházejí hlavně v kůži, nose, plicích, žaludku a střevech. Jsou pojmenovány pro svou podobnost s neuronálními dendrity, stejně jako oba mají mnoho výběžků podobných páteři, ale dendritické buňky nejsou nijak spojeny s nervovým systémem. Dendritické buňky slouží jako spojení mezi vrozeným a adaptivním imunitním systémem, protože představují antigen pro T buňky, jeden z klíčových typů buněk adaptivního imunitního systému.
Mastní buňky sídlí v pojivových tkáních a sliznicích a regulují zánětlivou reakci. Nejčastěji jsou spojovány s alergií a anafylaxí. Basofily a eozinofily jsou příbuzné neutrofilům. Vylučují chemické mediátory, které se podílejí na obraně proti parazitům a hrají roli při alergických reakcích, jako je astma. Buňky přirozeného zabijáka (NK buňky) jsou leukocyty, které napadají a ničí nádorové buňky, nebo buňky, které byly infikovány viry.
Adaptivní imunitní systém se vyvinul u raných obratlovců a umožňuje silnější imunitní odpověď i imunologickou paměť, kdy je každý patogen „zapamatován“ svým typickým antigenem. Adaptivní imunitní odpověď je specifická pro antigen a vyžaduje rozpoznání specifických „nesvéprávných“ antigenů během procesu zvaného prezentace antigenu. Specifičnost antigenu umožňuje generovat odpovědi, které jsou šité na míru specifickým patogenům nebo patogeny infikovaným buňkám. Schopnost navázat tyto reakce na míru je v těle udržována „paměťovými buňkami“. Pokud patogen infikuje tělo více než jednou, jsou tyto specifické paměťové buňky použity k jeho rychlé eliminaci.
Buňky adaptivního imunitního systému jsou zvláštní typy leukocytů, nazývané lymfocyty. B buňky a T buňky jsou hlavními typy lymfocytů a jsou odvozeny z pluripotentiálních hemopoetických kmenových buněk v kostní dřeni. B buňky se podílejí na humorální imunitní odpovědi, zatímco T buňky se podílejí na imunitní odpovědi zprostředkované buňkami.
Přidružení T buňky s MHC třídy I nebo MHC třídy II a antigenem (v červené barvě)
B buňky i T buňky nesou receptorové molekuly, které rozpoznávají specifické cíle. T buňky rozpoznají „ne-já“ cíl, například patogen, až poté, co byly zpracovány antigeny (malé fragmenty patogenu) a prezentovány v kombinaci s „já“ receptorem, který se nazývá hlavní histokompatibilní komplex (MHC) molekula. Existují dva hlavní podtypy T buněk: zabijácká T buňka a pomocná T buňka. Zabijácké T buňky rozpoznávají pouze antigeny vázané na MHC molekuly třídy I, zatímco pomocné T buňky rozpoznávají pouze antigeny vázané na MHC molekuly třídy II. Tyto dva mechanismy prezentace antigenu odrážejí odlišné role obou typů T buněk. Třetí, vedlejší podtyp jsou γδ T buňky, které rozpoznávají neporušené antigeny, které nejsou vázané na MHC receptory.
Naproti tomu receptor specifický pro antigen B buněk je molekula protilátky na povrchu B buněk a rozpoznává celé patogeny bez potřeby zpracování antigenu. Každá linie B buněk exprimuje jinou protilátku, takže kompletní soubor receptorů pro antigen B buněk reprezentuje všechny protilátky, které tělo dokáže vyrobit.
Zabijácké T buňky přímo napadají jiné buňky nesoucí na svém povrchu cizí nebo abnormální antigeny.
Zabijácká T buňka je podskupina T buněk, které zabíjejí buňky infikované viry (a jinými patogeny), nebo jsou jinak poškozené nebo dysfunkční. Stejně jako B buňky, každý typ T buňky rozpoznává jiný antigen. Zabijácké T buňky se aktivují, když se jejich T buněčný receptor (TCR) naváže na tento specifický antigen v komplexu s MHC receptorem třídy I jiné buňky. Rozpoznání tohoto MHC:antigenového komplexu napomáhá co-receptor na T buňce, nazývaný CD8. T buňka pak cestuje po celém těle a hledá buňky, kde MHC I receptory nesou tento antigen. Když aktivovaná T buňka kontaktuje takové buňky, uvolní cytotoxiny, které tvoří póry v plazmatické membráně cílové buňky a umožňují tak vstup iontů, vody a toxinů. To způsobí, že cílová buňka podstoupí apoptózu. Zabíjení T buněk hostitelských buněk je zvláště důležité při prevenci replikace virů. Aktivace T buněk je přísně kontrolována a obecně vyžaduje velmi silný signál aktivace MHC/antigenu nebo další aktivační signály poskytované „pomocnými“ T buňkami (viz níže).
Pomocné T buňky regulují jak vrozené, tak adaptivní imunitní reakce a pomáhají určit, jaké typy imunitních reakcí tělo na konkrétní patogen vyvolá. Tyto buňky nemají žádnou cytotoxickou aktivitu a nezabíjejí infikované buňky ani jasné patogeny přímo. Místo toho řídí imunitní reakci tím, že řídí ostatní buňky, aby tyto úkoly prováděly.
Pomocné T buňky exprimují receptory T buněk (TCR), které rozpoznávají antigen vázaný na molekuly MHC třídy II. Komplex MHC:antigen je také rozpoznán pomocí koreceptoru CD4 pomocné buňky, který rekrutuje molekuly uvnitř T buňky (např. Lck), které jsou zodpovědné za aktivaci T buňky. Pomocné T buňky mají slabší vazbu na komplex MHC:antigen, než je pozorováno u zabijáckých T buněk, což znamená, že mnoho receptorů (kolem 200-300) na pomocné T buňce musí být vázáno MHC:antigenem, aby se aktivovala pomocná buňka, zatímco zabijácké T buňky mohou být aktivovány zapojením jediné molekuly MHC:antigenu. Aktivace pomocných T buněk také vyžaduje delší dobu zapojení s antigen prezentující buňkou. Aktivace odpočívající pomocné T buňky způsobí, že uvolní cytokiny, které ovlivňují aktivitu mnoha typů buněk. Cytokinové signály produkované pomocnými T buňkami zvyšují mikrobicidní funkci makrofágů a aktivitu zabijáckých T buněk. Aktivace pomocných T buněk navíc způsobuje upregulaci molekul exprimovaných na povrchu T buňky, jako je ligand CD40 (také nazývaný CD154), které poskytují extra stimulační signály typicky potřebné k aktivaci B buněk produkujících protilátky.
γδ T buňky disponují alternativním T buněčným receptorem (TCR) na rozdíl od CD4+ a CD8+ (αβ) T buněk a sdílejí charakteristiky pomocných T buněk, cytotoxických T buněk a NK buněk. Podmínky, které produkují odezvy γδ T buněk, nejsou zcela objasněny. Stejně jako jiné „nekonvenční“ podskupiny T buněk nesoucí invariantní TCR, jako jsou CD1d-restricted Natural Killer T buňky, i γδ T buňky se pohybují na hranici mezi vrozenou a adaptivní imunitou. Na jedné straně jsou γδ T buňky složkou adaptivní imunity, protože přeskupují TCR geny tak, aby vytvářely receptorovou diverzitu a mohou také vytvářet paměťový fenotyp. Na druhé straně jsou různé podskupiny také součástí vrozeného imunitního systému, protože omezené TCR nebo NK receptory mohou být použity jako receptory pro rozpoznávání vzorů. Například velké množství lidských Vγ9/Vδ2 T buněk reaguje během několika hodin na běžné molekuly produkované mikroby a vysoce omezené Vδ1+ T buňky v epiteliích reagují na stresované epiteliální buňky.
Protilátka se skládá ze dvou těžkých a dvou lehkých řetězců. Jedinečná variabilní oblast umožňuje protilátce rozpoznat odpovídající antigen.
B lymfocyty a protilátky
B buňka identifikuje patogeny, když se protilátky na jejím povrchu navážou na specifický cizí antigen. Tento antigen/komplex protilátek je B buňkou vychytán a proteolýzou zpracován na peptidy. B buňka pak tyto antigenní peptidy zobrazí na svém povrchu molekuly MHC třídy II. Tato kombinace MHC a antigenu přitahuje odpovídající pomocnou T buňku, která uvolňuje lymfokiny a aktivuje B buňku. Jakmile se aktivovaná B buňka začne dělit, její potomci vylučují miliony kopií protilátky, která tento antigen rozpoznává. Tyto protilátky cirkulují v krevní plazmě a lymfě, vážou se na patogeny exprimující antigen a označují je k destrukci aktivací komplementu nebo k vychytání a zničení fagocyty. Protilátky mohou také neutralizovat problémy přímo, vazbou na bakteriální toxiny nebo zásahem do receptorů, které viry a bakterie používají k infikování buněk.
Alternativní adaptivní imunitní systém
I když klasické molekuly adaptivního imunitního systému (např. protilátky a receptory T buněk) existují pouze u čelistních obratlovců, u primitivních bezčelistních obratlovců, jako jsou mihule a hagfish, byla objevena odlišná molekula odvozená od lymfocytů. Tato zvířata disponují velkým množstvím molekul zvaných variabilní lymfocytární receptory (VLR), které se podobně jako antigenové receptory čelistních obratlovců produkují pouze z malého počtu (jednoho nebo dvou) genů. Předpokládá se, že tyto molekuly vážou patogenní antigeny podobně jako protilátky a se stejným stupněm specificity.
Když jsou B buňky a T buňky aktivovány a začnou se replikovat, některé z jejich potomků se stanou paměťovými buňkami s dlouhou životností. Po celý život zvířete si tyto paměťové buňky zapamatují každý konkrétní patogen, se kterým se setkaly, a mohou vyvolat silnou odezvu, pokud je patogen zjištěn znovu. To je „adaptivní“, protože k tomu dochází během života jedince jako adaptace na infekci tímto patogenem a připravuje imunitní systém na budoucí výzvy. Imunologická paměť může být buď ve formě pasivní krátkodobé paměti, nebo aktivní dlouhodobé paměti.
Pasivní imunita je obvykle krátkodobá, trvá několik dní až několik měsíců. Novorozenci nejsou v minulosti vystaveni působení mikrobů a jsou zvláště náchylní k infekci. Matka jim poskytuje několik vrstev pasivní ochrany. Během těhotenství je určitý typ protilátky, zvaný IgG, přenášen z matky na dítě přímo přes placentu, takže lidské děti mají vysoké hladiny protilátek i při narození, se stejným rozsahem antigenových specifik jako jejich matka. Mateřské mléko také obsahuje protilátky, které se přenášejí do střeva kojence a chrání před bakteriálními infekcemi, dokud novorozenec nedokáže syntetizovat své vlastní protilátky. Jedná se o pasivní imunitu, protože plod ve skutečnosti nevytváří žádné paměťové buňky ani protilátky, pouze si je půjčuje. V medicíně lze ochrannou pasivní imunitu přenášet také uměle z jednoho jedince na druhého prostřednictvím séra bohatého na protilátky.
Časový průběh imunitní reakce začíná počátečním setkáním s patogenem (nebo počátečním očkováním) a vede k tvorbě a udržování aktivní imunologické paměti.
Aktivní paměť a imunizace
Dlouhodobá aktivní paměť je získána po infekci aktivací B a T buněk. Aktivní imunita může být vytvořena i uměle, prostřednictvím vakcinace. Principem vakcinace (nazývané také imunizace) je zavedení antigenu z patogenu za účelem stimulace imunitního systému a vytvoření specifické imunity proti tomuto konkrétnímu patogenu, aniž by došlo k onemocnění spojenému s tímto organismem. Toto záměrné vyvolání imunitní reakce je úspěšné, protože využívá přirozené specifičnosti imunitního systému a také jeho indukovatelnosti. Vzhledem k tomu, že infekční onemocnění zůstává jednou z hlavních příčin úmrtí v lidské populaci, představuje vakcinace nejúčinnější manipulaci s imunitním systémem, kterou lidstvo vyvinulo.
Většina virových vakcín je založena na živých atenuovaných virech, zatímco mnoho bakteriálních vakcín je založeno na acelulárních složkách mikroorganismů, včetně neškodných toxinových složek. Vzhledem k tomu, že mnoho antigenů získaných z acelulárních vakcín silně nevyvolává adaptivní odpověď, je většina bakteriálních vakcín vybavena dalšími adjuvanty, které aktivují antigen prezentující buňky vrozeného imunitního systému a maximalizují imunogenitu.
Poruchy lidské imunity
Imunodeficience nastává, když je jedna nebo více složek imunitního systému neaktivní. Schopnost imunitního systému reagovat na patogeny je snížena jak u mladých, tak u starších osob, imunitní reakce začínají klesat kolem 50 let věku. Ve vyspělých zemích jsou častými příčinami špatné imunitní funkce obezita, alkoholismus a nelegální užívání drog. Nejčastější příčinou imunodeficience v rozvojových zemích je však podvýživa. Diety postrádající dostatečné množství bílkovin jsou spojeny s narušenou imunitou zprostředkovanou buňkami, aktivitou komplementu, funkcí fagocytů, koncentrací protilátek IgA a produkcí cytokinů. Imunitní reakce snižuje také nedostatek jednotlivých živin, jako je zinek, selen, železo, měď, vitamíny A, C, E a B6 a kyselina listová (vitamin B9).
Imunodeficience může být také dědičná nebo „získaná“. Chronická granulomatózní choroba, kdy fagocyty mají sníženou schopnost ničit patogeny, je příkladem dědičné nebo vrozené imunodeficience. AIDS a některé typy rakoviny způsobují získanou imunodeficienci.
Příliš aktivní imunitní reakce tvoří druhý konec imunitní dysfunkce, zejména autoimunitních poruch. Zde imunitní systém nedokáže správně rozlišit mezi sebou a sebou a napadá část těla. Za normálních okolností mnoho T buněk a protilátek reaguje s „vlastními“ peptidy. Jednou z funkcí specializovaných buněk (umístěných v brzlíku a kostní dřeni) je prezentovat mladé lymfocyty s vlastními antigeny produkovanými v celém těle a eliminovat ty buňky, které rozpoznají vlastní antigeny, čímž zabrání autoimunitě.
Jiné mechanismy obrany hostitele
Je pravděpodobné, že s prvními obratlovci vznikl multikomponentní adaptivní imunitní systém, protože bezobratlí nevytvářejí lymfocyty nebo humorální reakci založenou na protilátkách. Mnoho druhů však využívá mechanismy, které se zdají být předchůdci těchto aspektů imunity obratlovců. Imunitní systémy se objevují i v těch strukturně nejjednodušších formách života, kdy bakterie využívají unikátní obranný mechanismus, nazývaný restrikční modifikační systém, aby se ochránily před virovými patogeny, zvanými bakteriofágy.
Receptory pro rozpoznávání vzorců jsou bílkoviny používané téměř všemi organismy k identifikaci molekul spojených s mikrobiálními patogeny. Antimikrobiální peptidy zvané defensiny jsou evolučně konzervovanou složkou vrozené imunitní odpovědi, která se vyskytuje u všech živočichů a rostlin, a představují hlavní formu systémové imunity bezobratlých. Komplementový systém a fagocytární buňky jsou také využívány většinou forem života bezobratlých. Ribonuklea a dráha RNA interference jsou konzervovány napříč všemi eukaryoty a předpokládá se, že hrají roli v imunitní odpovědi na viry a další cizí genetický materiál.
Na rozdíl od živočichů rostliny postrádají fagocytární buňky a většina imunitních reakcí rostlin zahrnuje systémové chemické signály, které jsou vysílány rostlinou. Když se část rostliny nakazí, rostlina vyvolá lokalizovanou hypersenzitivní reakci, kdy buňky v místě infekce podstoupí rychlou apoptózu, aby se zabránilo šíření choroby do dalších částí rostliny. Systémová získaná rezistence (SAR) je typ obranné reakce, který používají rostliny a který činí celou rostlinu odolnou vůči určitému infekčnímu agens. Mechanismy tlumení RNA jsou v této systémové reakci obzvláště důležité, protože mohou blokovat replikaci viru.
Makrofágy identifikovaly nádorovou buňku (velkou, špičatou hmotu). Po splynutí s nádorovou buňkou makrofágy (menší bílé buňky) vstříknou toxiny, které nádorovou buňku zabijí. Aktivní oblastí lékařského výzkumu je imunoterapie pro léčbu rakoviny.
Hlavní reakcí imunitního systému na nádory je zničení abnormálních buněk pomocí zabijáckých T buněk, někdy za pomoci pomocných T buněk. Nádorové antigeny jsou na molekulách MHC třídy I prezentovány podobně jako virové antigeny. To umožňuje zabijáckým T buňkám rozpoznat nádorovou buňku jako abnormální. NK buňky také zabíjejí nádorové buňky podobným způsobem, zejména pokud mají nádorové buňky na svém povrchu méně molekul MHC třídy I, než je obvyklé; to je u nádorů běžný jev. Někdy jsou proti nádorovým buňkám vytvářeny protilátky umožňující jejich zničení komplementárním systémem.
Je zřejmé, že některé nádory se imunitnímu systému vyhýbají a stávají se z nich rakoviny. Nádorové buňky mají na svém povrchu často snížený počet molekul MHC třídy I, a tak se vyhýbají odhalení zabijáckými T buňkami. Některé nádorové buňky také uvolňují přípravky, které inhibují imunitní odpověď; například tím, že vylučují cytokin TGF-β, který potlačuje aktivitu makrofágů a lymfocytů. Kromě toho se může vyvinout imunologická tolerance proti nádorovým antigenům, takže imunitní systém již nádorové buňky nenapadá.
Hormony mohou modulovat citlivost imunitního systému. Je například známo, že ženské pohlavní hormony stimulují adaptivní[80] i vrozené imunitní reakce.[81] Některé autoimunitní choroby, jako je lupus erythematosus, postihují přednostně ženy a jejich nástup se často kryje s pubertou. Naproti tomu androgeny, jako je testosteron, zřejmě potlačují imunitní systém.[82] Zdá se, že imunitní systém regulují i jiné hormony, především prolaktin, růstový hormon a vitamin D.[83][84] Předpokládá se, že postupný pokles hladiny hormonů s věkem je částečně zodpovědný za oslabené imunitní reakce u stárnoucích jedinců.[85] Naopak některé hormony jsou regulovány imunitním systémem, zejména činnost hormonů štítné žlázy.[86]
Imunitní systém je posílen spánkem a odpočinkem,[87] a je narušen stresem.[88]
Dieta může ovlivnit imunitní systém; například čerstvé ovoce, zelenina a potraviny bohaté na určité mastné kyseliny mohou podpořit zdravý imunitní systém.[89] Stejně tak může podvýživa plodu způsobit celoživotní poškození imunitního systému.[90] V tradiční medicíně se předpokládá, že některé byliny stimulují imunitní systém, jako je echinacea, lékořice, ženšen, astragalus, šalvěj, česnek, bezinky, houby shitake a lingzhi a yzop, stejně jako med. Studie naznačují, že takové byliny mohou skutečně stimulovat imunitní systém,[91] i když jejich způsob účinku je složitý a obtížně charakterizovatelný.
Imunosupresivní léčivo kortikosteron
Imunitní odpověď může být zmanipulována tak, aby potlačila nežádoucí reakce vyplývající z autoimunity, alergie a odmítnutí transplantátu, a aby stimulovala ochranné reakce proti patogenům, které do značné míry unikají imunitnímu systému (viz imunizace). Imunosupresivní léky se používají ke kontrole autoimunitních poruch nebo zánětu, pokud dojde k nadměrnému poškození tkáně, a k prevenci odmítnutí transplantátu po transplantaci orgánu.[92]
K potlačení účinků zánětu se často používají protizánětlivé léky. Kortikosteroidy jsou nejsilnější z těchto léků; nicméně tyto léky mohou mít mnoho toxických vedlejších účinků a jejich užívání musí být přísně kontrolováno.[93] Proto se nižší dávky protizánětlivých léků často používají ve spojení s cytotoxickými nebo imunosupresivními léky, jako je methotrexát nebo azathioprin. Cytotoxické léky inhibují imunitní odpověď tím, že zabíjejí dělící se buňky, jako jsou aktivované T buňky. Nicméně zabíjení je nevybíravé a jsou ovlivněny další orgány a typy buněk, což způsobuje toxické vedlejší účinky.[92] Imunosupresivní léky, jako je cyklosporin, brání T buňkám správně reagovat na signály tím, že inhibují cesty přenosu signálu.[94]
Větší léky (>500 Da) mohou vyvolat neutralizující imunitní odpověď, zejména pokud jsou léky podávány opakovaně, nebo ve větších dávkách. To omezuje účinnost léků založených na větších peptidech a proteinech (které jsou obvykle větší než 6000 Da). V některých případech není lék sám o sobě imunogenní, ale může být podáván společně s imunogenní sloučeninou, jak je tomu někdy v případě Taxolu. Byly vyvinuty výpočetní metody pro předpovídání imunogenity peptidů a proteinů, které jsou zvláště užitečné při navrhování terapeutických protilátek, posuzování pravděpodobné virulence mutací v částicích virového obalu a validaci navrhovaných léčebných postupů založených na peptidech. Rané techniky se opíraly hlavně o zjištění, že hydrofilní aminokyseliny jsou v oblastech epitopů nadměrně zastoupeny než hydrofobní aminokyseliny;[95] nicméně novější vývoj se opírá o techniky strojového učení využívající databáze existujících známých epitopů, obvykle na dobře studovaných virových proteinech, jako tréninkový soubor.[96] Byla zřízena veřejně přístupná databáze pro katalogizaci epitopů z patogenů, o nichž je známo, že jsou rozpoznatelné B buňkami.[97] Nově vznikající obor studií imunogenity založených na bioinformatice je označován jako imunoinformatika.[98]
Úspěch jakéhokoliv patogenu závisí na jeho schopnosti uniknout imunitním reakcím hostitele. Proto patogeny vyvinuly několik metod, které jim umožňují úspěšně infikovat hostitele a zároveň se vyhnout imunitně zprostředkované destrukci.[99] Bakterie často překonávají fyzické bariéry tím, že vylučují enzymy, které bariéru tráví – například použitím sekrečního systému typu II.[100] Alternativně mohou pomocí sekrečního systému typu III vložit do hostitelské buňky dutou trubici, která poskytuje přímý kanál pro přesun bílkovin z patogenu do hostitele; bílkoviny přenášené podél trubice se často používají k vypnutí obrany hostitele.[101]
Únikovou strategií, kterou používá několik patogenů k obcházení vrozeného imunitního systému, je intracelulární replikace (také nazývaná intracelulární patogeneze). Zde tráví patogen většinu svého životního cyklu uvnitř hostitelských buněk, kde je chráněn před přímým kontaktem s imunitními buňkami, protilátkami a komplementem. Mezi příklady intracelulárních patogenů patří viry, bakterie Salmonella, která otravuje potravu, a eukaryotičtí parazité, kteří způsobují malárii (Plasmodium falciparum) a leishmaniózu (Leishmania spp.). Další bakterie, jako je Mycobacterium tuberculosis, žijí uvnitř ochranné kapsle, která zabraňuje lýze komplementem.[102] Mnoho patogenů vylučuje sloučeniny, které snižují nebo nesprávně usměrňují imunitní reakci hostitele.[99] Některé bakterie vytvářejí biofilmy, aby se chránily před buňkami a proteiny imunitního systému. Takové biofilmy jsou přítomny u mnoha úspěšných infekcí, např. u chronických infekcí Pseudomonas aeruginosa a Burkholderia cenocepacia charakteristických pro cystickou fibrózu.[103] Jiné bakterie vytvářejí povrchové bílkoviny, které se vážou na protilátky, čímž je činí neúčinnými; příklady jsou Streptococcus (bílkovina G), Staphylococcus aureus (bílkovina A) a Peptostreptococcus magnus (bílkovina L).[104]
Mechanismy, které viry používají, aby se vyhnuly adaptivnímu imunitnímu systému, jsou složitější. Nejjednodušším přístupem je rychlá změna nedůležitých epitopů (aminokyselin a/nebo cukrů) na povrchu vetřelce, přičemž základní epitopy zůstávají skryté. Například HIV pravidelně mutuje bílkoviny na svém virovém obalu, které jsou nezbytné pro vstup do jeho hostitelské cílové buňky. Tyto časté změny antigenů mohou vysvětlit selhání vakcín zaměřených na tyto bílkoviny.[105] Maskování antigenů hostitelskými molekulami je další běžnou strategií, jak se vyhnout detekci imunitním systémem. U HIV je obal, který pokrývá viron, tvořen z vnější membrány hostitelské buňky; takové „sebemaskované“ viry ztěžují imunitnímu systému jejich identifikaci jako „nesvéprávné“.[106]
Imunologie je věda, která zkoumá strukturu a funkci imunitního systému. Vzniká z medicíny a raných studií o příčinách imunity vůči nemocem. Nejstarší známá zmínka o imunitě byla během moru v Aténách v roce 430 př. n. l. Thúkydidés poznamenal, že lidé, kteří se zotavili z předchozího záchvatu nemoci, mohli nemocné ošetřovat, aniž by se nakazili podruhé.[107] Toto pozorování získané imunity později využil Louis Pasteur ve svém vývoji očkování a své navrhované zárodečné teorii nemoci.[108] Pasteurova teorie byla v přímém rozporu se současnými teoriemi nemoci, jako je teorie miasma. Teprve důkazy Roberta Kocha z roku 1891, za které dostal v roce 1905 Nobelovu cenu, potvrdily mikroorganismy jako příčinu infekční nemoci.[109] Viry byly potvrzeny jako lidské patogeny v roce 1901, s objevem viru žluté zimnice Walterem Reedem.[110]
Imunologie učinila velký pokrok ke konci 19. století, díky rychlému vývoji ve studiu humorální imunity a buněčné imunity.[111] Zvláště důležitá byla práce Paula Ehrlicha, který navrhl teorii postranního řetězce, aby vysvětlil specifičnost reakce antigen-protilátka; jeho příspěvky k pochopení humorální imunity byly uznány udělením Nobelovy ceny v roce 1908, která byla společně udělena zakladateli buněčné imunologie, Eliemu Metchnikoffovi.[112]
Kostní dřeň – Thymus (Hassallovy krvinky)
Hilum – Trabekulae – červená buničina (Kordy Billrothovy, Okrajová zóna) – bílá buničina (Periarteriolární lymfoidní pochvy)
Subkapsulární sinus – Paracortex – Lymfatické cévy – Vysoké endoteliální venuly