Răspunsul imun adaptiv este dobândit în timpul vieții și durează zile sau chiar săptămâni pentru a se institui – mult mai mult decât răspunsul imun înnăscut. Acest tip de răspuns imun este orientat spre un anumit agent patogen invadator. Imunitatea adaptivă este o imunitate care apare după expunerea la un antigen care provine de la un agent patogen sau de la un vaccin. Un antigen este o moleculă care stimulează un răspuns din partea sistemului imunitar. Această parte a sistemului imunitar este activată atunci când răspunsul imun înnăscut este insuficient pentru a controla o infecție. De fapt, fără informațiile primite de la sistemul imunitar înnăscut, răspunsul adaptiv nu ar putea fi mobilizat.
Există două tipuri de răspunsuri adaptive: răspunsul imun mediat celular, care este controlat de celulele T activate, și răspunsul imun umoral, care este controlat de celulele B activate și de anticorpi. Celulele activate T și B care au pe membrana celulară locuri de contact specifice unor molecule de pe membrana celulară a unui agent patogen se înmulțesc și atacă agentul patogen invadator. Atacul lor poate ucide direct agentul patogen sau poate secreta anticorpi care îmbunătățesc fagocitoza acestuia și perturbă infecția. Imunitatea adaptivă presupune existența unei memorii care oferă gazdei protecție pe termen lung împotriva reinfecției cu același tip de agent patogen. La reexpunere, această memorie facilitează un răspuns imun rapid și puternic din partea gazdei.
Celulele B și T
Limfocitele, care sunt o categorie de leucocite, se formează din celulele sanguine ale măduvei osoase roșii găsită în oase plate, cum ar fi omoplatul sau oasele pelvine. Limfocitele au următoarele proprietăți care le diferențiază de celelalte celule ale sistemului imunitar: sunt celule mobile, nu au capacitate de fagocitoză ca macrofagele, aderă foarte ușor la alte celule, au receptori de membrană și, sub influența anumitor substanțe mitogene, se pot transforma blastic.
În răspunsul imun adaptiv sunt implicate două tipuri de limfocite: celulele B și celulele T (Figura 12.1). Transformarea unei limfocite imature într-o celulă B sau într-o celulă T depinde de locul din corp unde acea limfocită se maturizează. Celulele B rămân în măduva osoasă pentru a se maturiza (de aici denumirea „B” pentru „măduva osoasă” sau in engleză bone marrow), în timp ce celulele T migrează către timus, unde se maturizează (de aici și numele „T” pentru „timus” sau in engleză thymus).
Maturizarea unei celule B sau T înseamnă că celula a devenit imuno-competentă, ceea ce înseamnă că poate recunoaște, prin legare, o moleculă sau un antigen specific. În timpul procesului de maturizare, celulele B și T care se leagă prea puternic de propriile celule ale corpului sunt eliminate, minimizând astfel răspunsul imun împotriva propriilor țesuturi ale corpului. Celulele care reacționează slab la propriile celule ale corpului și, in același timp, au abilitatea de a recunoaște o moleculă străină sau un antigen pe baza unor receptori foarte specifici de pe suprafețele lor celulare rămân. Acest proces de maturizare începe în timpul dezvoltării fetale și continuă pe tot parcursul vieții. Specificitatea unui asemenea receptor este determinată de genetica individului și este stabilită înainte ca o moleculă străină să fie introdusă în corp sau întâlnită. Astfel, genetica și nu experiența este cea care furnizează, de la început, o gamă largă de celule, fiecare având capacitatea de a se lega de o anumită moleculă străină, specifică fiecărei celule. Odată ce devin imuno-competente, celulele T și B migrează către splină și ganglionii limfatici. unde vor rămâne până când vor fi solicitate în timpul unei infecții.
Celulele B sunt implicate în răspunsul imun umoral, care vizează agenții patogeni liberi din sânge și limfă. Celulele T sunt implicate în răspunsul imun mediat celular, care vizează celulele infectate.
Figura 12.1: Scanarea prin micrografie electronică a unei limfocite T. Celulele T și B nu pot fi distinse prin microscopie luminoasă, dar pot fi diferențiate experimental prin sondarea receptorilor lor de suprafață celulară (credit: modificare a unei lucrări produsă de NCI; date scalate de Matt Russell).
Răspunsul imun umoral
Un antigen este o moleculă care stimulează un răspuns din partea sistemului imunitar. Nu fiecare moleculă este antigenică. Celulele B participă la răspunsul chimic împotriva antigenilor prezenți în organism prin producerea unor anticorpi specifici, care circulă prin corp și se leagă de antigeni ori de câte ori îi întâlnesc. Acest lucru este cunoscut sub numele de răspuns imun umoral. În timpul maturizării celulelor B se produce un set de celule B speciale care au pe suprafața celulară numeroși receptori antigen (Figura 12.2).
Figura 12.2: Receptorii celulelor B sunt încorporați în membranele celulare și se leagă de numeroși antigeni prin intermediul regiunilor lor variabile.
Fiecare celulă B are un singur tip de receptor de antigen, ceea ce face ca fiecare celulă B să fie specializată pentru un anumit antigen. Odată ce celulele B se maturizează în măduva osoasă, acestea migrează către ganglioni limfatici sau alte organe limfatice. Când o celulă B întâlnește antigenul specific de care se poate lega receptorul său, molecula de antigen este adusă în celulă prin endocitoză și apoi reapare pe suprafața celulei B legată de o moleculă din clasa de histocompatibilitate majoră II (MHC II). Când acest proces este complet, celula B este sensibilizată. În majoritatea cazurilor, celula B sensibilizată trebuie să întâlnească apoi un anumit tip de celulă T, numită celulă T ajutătoare, înainte de a fi activată. Celula T ajutătoare trebuie să fi fost deja activată printr-o întâlnire cu antigenul. Celula T ajutătoare se leagă de complexul antigen-moleculă MHC II și este indusă să elibereze citokine, care determină celula B să se divizeze rapid, rezultând astfel mii de celule identice (clonale).
Aceste celule fiice devin fie celule plasmatice, fie celule B de memorie. Celulele B de memorie sunt inactive în acest moment și rămân așa până când se produce o nouâ întâlnire cu antigenul, cauzată de o reinfecție cu aceeași bacterie sau același virus, ceea ce duce la divizarea acestora într-o nouă populație de celule plasmatice. Celulele plasmatice, pe de altă parte, produc și secretă cantități mari, de până la 100 de milioane de molecule pe oră, de molecule de anticorpi.
Un anticorp sau imunoglobulină (Ig) este o proteină mare, în forma literei Y, produsă de celulele plasmatice după ce sunt stimulate de către un antigen. La mamifere exista 5 tipuri de anticorpi; IgA, IgD, IgE, IgG, IgM, având proprietăți diferite. Anticorpii sunt agenții imunității umorale. Anticorpii apar în sânge, în secrețiile gastrice și din mucus și în laptele matern. Anticorpii din aceste fluide corporale se pot lega de agenții patogeni și îi pot marca pentru a fi distruși de către celulele fagocite înainte ca acei agenți patogeni să infecteze celulele.
Anticorpii circulă în fluxul sanguin și în sistemul limfatic și se leagă de antigeni ori de câte ori îi întâlnesc. Legarea anticorpilor de antigeni poate combate infecția în mai multe moduri. Anticorpii se pot lega de virusuri sau bacterii și pot interfera cu interacțiunile chimice necesare acestora pentru a infecta sau a se lega de alte celule. Anticorpii pot crea punți între diferite particule cu locuri de contact antigenice, grupându-le împreună și împiedicând astfel funcționarea lor corectă. Complexul antigen-anticorp stimulează sistemul complement distrugând celula purtătoare de antigen. Celulele fagocite precum cele descrise anterior sunt atrase de complexele antigen-anticorp și fagocitoza este îmbunătățită atunci când aceste complexe sunt prezente. În final, anticorpii stimulează inflamația iar prezența lor în mucus și pe piele previne atacul agenților patogeni.
Anticorpii acoperă agenții patogeni extracelulari și îi neutralizează prin blocarea locurilor-cheie de contact de pe suprafața acestora care le sporesc infecțiozitatea (cum ar fi receptorii care „atrag” agenții patogeni pe celulele gazdă). În urma neutralizării de către anticorpi, agenții patogeni sunt împiedicați să intre și să infecteze celulele gazdă. Apoi, agenții patogeni neutralizați sunt filtrați de splină și eliminați prin urină sau fecale. Printr-un proces numit opsonizare, anticorpii marchează agenții patogeni pentru a fi distruși de către celulele fagocite, cum sunt macrofagele și neutrofilele. Printr-un proces numit fixare de complement, unii anticorpi oferă un loc de legare a proteinelor de complement. Aceste modalități de combatere a unei infecții de către anticorpi sunt ilustrate în Figura 12.3.
Combinația de anticorpi și proteine de complement favorizează eliminarea rapidă a agenților patogeni. Producerea de anticorpi de către celulele plasmatice ca răspuns la un antigen se numește imunitate activă și ea descrie răspunsul activ al sistemului imunitar al gazdei la o infecție sau la o vaccinare. Există și un răspuns imun pasiv în care anticorpi proveniți dintr-o sursă externă (în loc de celulele plasmatice proprii ale individului) sunt introduși în gazdă. Un exemplu de astfel de anticorpi sunt anticorpii din corpul unei femei însărcinate care traversează placenta și ajung la fătul în curs de dezvoltare. Copilul beneficiază de prezența acestor anticorpi până la câteva luni după naștere. Alte exemple sunt răspunsurile imune pasive produse prin injectarea unei persoane cu anticorpi sub formă de antivenin, care poate neutraliza o toxină din veninul unui șarpe, sau cu anticorpi extrași din serul sanguin, care pot combate o infecție ca hepatita. În toate aceste exemple corpul beneficiază de protecție imediată deoarece nu are nevoie de timp pentru a-și asambla propriul răspuns.
Figura 12.3: Anticorpii pot inhiba infecția prin: (a) împiedicarea unui antigen de a se lega de ținta sa, (b) marcarea unui agent patogen pentru distrugere de către macrofage sau neutrofile, sau (c) activarea proteinelor de complement.
Imunitatea mediată celular
Spre deosebire de limfocitele B, limfocitele T sunt incapabile să recunoască agenții patogeni fără asistență. În schimb, agenții patogeni sunt înghițiți și digerați în sute, chiar mii, de bucăți de antigeni de către celulele dendritice și macrofage. După aceea, o celulă prezentatoare de antigen (APC) (în engleză antigen presenting cell) detectează antigenul, îl înghite și informează răspunsul imun adaptiv despre existența unei infecții. La detectarea unui agent patogen, APC-urile îl înghit și îl descompun prin fagocitoză. Fragmentele de antigen rezultate sunt apoi transportate la suprafața APC-urilor, unde vor servi drept indicatori pentru alte celule imune.
O celulă dendritică este o celulă imună care „mătură” materialele antigenice din împrejurimile sale și le aduce la suprafața sa. Celulele dendritice sunt localizate în piele, mucoasele nasului, plămânilor, stomacului și intestinelor. Acestea sunt locații ideale pentru a întâlni agenți patogeni invadatori. Odată ce celulele dendritice sunt activate de agenți patogeni și se maturizează pentru a deveni APC-uri, acestea migrează către splină sau către un ganglion limfatic.
Macrofagele funcționează și ele ca APC-uri. După o fagocitoză efectuată de un macrofag, vezicula fagocitară fuzionează cu un lizozom intracelular. În interiorul fagolizozomului rezultat componentele sunt descompuse în fragmente, fragmentele sunt apoi încărcate pe molecule MHC II și sunt transportate la suprafața celulară, unde urmează să fie prezentat antigenul (Figura 12.4). Celulele T ajutătoare nu pot răspunde adecvat la un antigen decât dacă acesta este procesat și încorporat într-o moleculă MHC II. APC-urile exprimă molecule MHC II pe suprafața lor și, atunci când sunt combinate cu un antigen străin, complexul rezultat semnalează un invadator.
Figura 12.4: O celulă prezentatoare de antigen (APC), cum ar fi un macrofag, înghite un antigen străin, îl digeră parțial într-un lizozom și apoi îl încorporează într-o moleculă MHC II pentru prezentare la suprafața celulară. Limfocitele răspunsului imun adaptiv trebuie să interacționeze cu molecule MHC II încorporate în antigen pentru a se maturiza în celule imune funcționale.
Celulele T au multe funcții. Unele răspund la APC-urile sistemului imunitar înnăscut și induc indirect răspunsuri imune prin eliberarea de citokine. Altele stimulează celulele B să înceapă răspunsul umoral așa cum s-a descris anterior. Un alt tip de celule T detectează semnalele trimise de APC-uri și ucide direct celulele infectate. Alte celule T sunt implicate în suprimarea reacțiilor imune inadecvate la antigeni inofensivi sau „proprii”. Există două tipuri principale de celule T: limfocitele T ajutătoare (TH) și limfocitele T citotoxice (TC).
Limfocitele T ajutătoare (TH) funcționează indirect pentru a spune altor celule imune despre agenții patogeni potențiali. Limfocitele TH recunosc antigenii specifici prezentați de complexele MHC II ale celulelor APC. Există două populații de celule TH: TH1 și TH2. Celulele TH1 secretă citokine pentru a spori activitățile macrofagelor și ale altor celule T. Celulele TH2 stimulează celulele B naive să secrete anticorpi. Dezvoltarea unui răspuns imun TH1 sau TH2 depinde de tipurile specifice de citokine secretate de celulele sistemului imunitar înnăscut, care la rândul lor depind de natura agentului patogen invadator.
Limfocitele T citotoxice (TC) sunt componenta cheie a părții mediată celular a răspunsului imunitar adaptiv și ele atacă și distrug celulele infectate. Celulele TC sunt deosebit de importante în protejarea împotriva infecțiilor virale; acest lucru se datorează faptului că virusurile se replică în interiorul celulelor, unde sunt protejate de contactul extracelular cu anticorpii circulanți. Odată activate, celulele TC creează o clonă mare de celule cu un set specific de receptori de suprafață celulară, similar scenariului de proliferare a celulelor B activate. Ca și în cazul celulelor B, clona include celule TC active și celule TC cu memorie inactivă. Celulele TC active rezultate identifică apoi celulele gazdă infectate. Din cauza timpului necesar pentru a genera o populație de celule T și B clonale, răspunsul imun adaptiv are o întârziere comparativ cu răspunsul imun înnăscut. Celulele TC încearcă să identifice și să distrugă celulele infectate înainte ca agentul patogen să se poată replica și evada, oprind astfel progresia infecțiilor intracelulare. Celulele TC sprijină, de asemenea, celulele ucigașe naturale (NK) pentru a distruge cancerele timpurii. Citokinele secretate de răspunsul TH1 care stimulează macrofagele stimulează, de asemenea, celulele TC și le sporesc capacitatea de a identifica și distruge celulele infectate și tumorile.
Un rezumat al modului în care sunt activate răspunsurile imune umoral și mediat celular este prezentat în Figura 12.5. Celulele plasmatice B și celulele TC sunt denumite în mod colectiv celule efectoare deoarece sunt implicate în „efectuarea” (provocarea) răspunsului imun al uciderii agenților patogeni și a celulelor gazdă infectate.
Figura 12.5: O celulă T ajutătoare se activează prin legarea de un antigen prezentat de o APC prin intermediul receptorului MHC clasa II, determinându-l să elibereze citokine. În funcție de citokinele eliberate, celula T ajutătoare activează răspunsul imun umoral sau răspunsul imun mediat celular.
Referințe:
- Fowler, Samantha, et al. Concepts of Biology. OpenStax College, Rice University, 2013. Download for free at: https://openstax.org/details/books/concepts-biology.
- https://anatomie.romedic.ro/limfocitele