Mukosale Immunität
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Pathophysiologie des Vorlesungsablauf Gastrointestinaltrakts 07.05.07: Pathophysiologie Ösophagus 08.05.07: Pathophysiologie des Magens 09.05.07: Nahrungsmittelallergien/-Intoleranzen Eva Untersmayr-Elsenhuber Institut für Pathophysiologie Medizinische Universität Wien [email protected] 14.05.07: Pathophysiologie des Intestinums 15.05.07: Entzündliche u. maligne Darmerkrankungen 16.05.07: Mukosale Immunität 16.05.2007 Immunität der Mukosa - Luminale Verteidigung: sekretorisch, unspezifisch Mukus Serös Lysozym, Laktoferrin, Peroxidase, … Sekretorisch, spezifisch: IgA Flora - Statische Verteidigung: Epithelien Paneth Zellen Enterochromaffine Zellen Goblet Zellen - Mobile und rekrutierbare Verteidigung: Intraepitheliale Lymphozyten Neutrophile, Eosinophile Granulozyten Darm als Immunorgan – GALT Darmschleimhaut (400 m2) größte Kontaktfläche nach außen Schutz vor Noxen, Toxine, Pathogene Mechanismen der natürlichen und adaptiven Immunantwort Organe der spezif. Abwehr: GALT (gut associated lymphoid tissue) Aber auch Aufnahmeort für lebenswichtige Nährstoffe Nahrungsaufnahme Darm als Immunorgan – GALT Mukosale Abwehr Intestinale Mukosa • Lumen: sekretorisch, unspezifisch • Statisch • Rekrutierbar Nahrungsaufnahme Schutz von Pathogenen Fluid phase: Mukus Fluid phase: Mukus • Mucin Glykoproteine (MGs): 30 – 90% Karbohydrate mit Serin- oder Threonin-Galactosaminyl Glykopeptidbindung Mucin-2: dünn-flüssiger • verhindert Kolonisierung und virale Infektion (HIV, HSV) durch Fluid phase Karbohydrate 1 – 2 m layer Mucin-1 (MG1): größer, zäher • Barriere gegen Toxine, Enzyme, Säuren, Carcinogene • AB0 and Lewis Antigene • Lubrizierender Biofilm • Protektion vor physikalischen und chemischen Schäden 1 – 2 m layer • sIgA • Komplexe mit Amylase, Prolin-rich-Proteins (PRPs), Statherin, Histatins Fluid phase Lysozym (Muramidase) Unspezifische Immunfaktoren Kationische Proteine (in Parotis: 1-10 mg/L) Trennen β-1,4-Bindung zwischen NAG & NAM • Lysozym • Laktoferrin PRP: Baxter et al Biochemistry 1997 • Peroxidase • Histatine: Histidin-reiche -helikale Peptide, bakteriostatisch, In Saliva sind sie die wichtigsten anti-fungalen Faktoren (Candida a.), Abnahme - HIV Infektionen begünstigt • PRPs: Proline-rich proteins (25 – 40%), binden Pflanzenpolyphenole, übersättigen Saliva mit Ca-Phosphat N-acetylglucosamine NAM NAG Murein N-acetylmuraminsäure Polymerisierung • Cystatine: aus Monozyten/Makrophagen, binden bakterielle Pili – anti-adhäsiver Effect Spezifischer Faktor: sIgA Spaltung des Murins aus Bakterienwänden Lysozym (Muramidase) Laktoferrin • Bindet NAG-NAM Strukturen • Aktivität gegen Gram-positive Bakterien • tötet auch Organismen ohne Peptidoglykan (Fungi) weil kationisch • aus Neutrophilen und Epithelzellen Gram positive Bacillaceae Micrococcaceae Mycobacteriaceae Peptococcaceae Gram negative Acetobacteriaceae Gram positive Zellwand • Transferrin Familie • Eisen-bindendes Glykoprotein (Parotis: 1-10mg/L) • 10-20 mg/L in Saliva, 1g/L (!) in Muttermilch • eliminiert Fe++, Kofaktor für bakterielles Wachstum • destabilisiert äußere Bakterienwände erlaubt Attacke durch mikrobizide Peptide Alcaligenaceae Bacteroidaceae Chromatiaceae Enterobacteriaceae Legionellaceae 1. Laktoferrin – äußere Membran PEPSIN Neisseriaceae Nitrobacteriaceae Pseudomonadaceae Rhizobiaceae Rickettsiaceae Gram negative Zellwand Spirochaetaceae Vibrionaceae 2. Laktoferricin (RRWQWRMKKLG) – innere Membran Peroxidasen aus Speicheld.-Epithel H2O2 Zellen beteiligt an „sekret.“ Abwehr H2O + Oxidation eines Substrates (Elektronen-Donor) Enterochromaffine Z.: Thiocyanat ist der Haupt-Donor : SCNThiocyanat Mukosa Die Reaktion: H2O2 + SCN- Bakterien: (Streptococci) Peroxid „Gelbe Zellen“: Gehören zu APUD 1) ABWEHR Neutralisation des Peroxids H2O + OSCNHypothiocyanite Paneth Zellen: . oxidiert Thiole in Bakt. wand Sie produzieren 2) ANGRIFF Erzeugung von Hypocyanit Defensine Serotonin, Gastrin, Sekretin, Somatostatin, VIP, Enteroglukagon, Cholezysteokinin Mukosale Abwehr • In Vertebraten & Invertebraten, Pflanzen • Lysieren bakterielle Zellwände Aus UCLA-DOE Inst. for Genomics and Proteomics -Defensine -Defensine - Faltblatt - Faltblatt-Struktur, Disulfidbrücken Kationische antibiotische Peptide Kationische antibiotische Peptide Aus Neutrophilen Aus Paneth Zellen (– in Mäusen Kryptidine) Fungizide und bakterizide Aktivität gegen Gram-positive Bakterien • Lumen: sekretorisch, spezifisch • Statisch • Rekrutierbar Lysozym, Peptidase - und - DEFENSINE : antimikrobielle Polypeptide beinhalten IgG, IgA Spezifischer Faktor in Fluid phase • IgA: der prominenteste Isotyp in der Mukosa • Meist produzierte Ig-Klasse, 2/3 davon ist sIgA Sekretorisches IgA • Hauptquelle: Knochenmark Produktion (mg/Tag) IgA IgG Zirkulation 2100 2100 Saliva 200 2 Tränen 5 ? Galle 400 160 Kleines Intestinum 5200 600 Grosses Intestinum 1200 140 Nasopharynx 45 15 Urin 3 3 Total 9200 3000 Fluid phase: Spezifische Abwehr Sekretorisches IgA: Dimer - (22L)2,J Serum IgA: Monomer – (22L) IgA1 Bakt. . Haben IgAspez. Proteasen sc DisulfidBrücken J J-chain: Plasma zellen sc: polyIgR Mestecky 1986; Clin Immunol Immunopathol. Fluid phase: Spezifische Abwehr mIgA Erweiterte, hoch glykosylierte Gelenksregion sIgA Isotypische, allotypische Variation In Mukosa ist 50% IgA2 IgA1 Bakt. IgAspez. Proteasen Disulfidbrücken J-chain: Plasma Zellen Streptococcus sanguis, S.pneumoniae, Hämophilus influenzae, Neisseria gonorrh., Neisseria. mening. IgA2 hat 2 Allotypen: A2m(1) und A2m(2) (98% in Kaukasiern) IgA1 Bact. IgAspecific proteases Funktionelle Adaption: sc: polyIgR IgA1: gewöhnlich in Serum IgA2 hat keine Gelenksregion (aa 217-241 deletiert) (2)2,J IgA2 2L • verkürztes, inflexibles Gelenk • Lösliches 2L IgA: sekretorisches Immunglobulin Pathways für IgA Epithelzelle poly-IgR Plasmazelle IgA-Dimer mit J-chain IgA-Dimer + sekretorische Komponente mit 5 Ig-like Domänen Phosphorylation Mesenterial-Lymphknoten: B-Zellreifung und Proliferation Induktionsorgan •Peyers Patch 60% B-Zellen 40% T-Zellen Endo- und Transzytose 0,4% Myeloide Zellen • IgA Sekretion - Neutralisation • Antigentransport • Endogene Reinfektion, e.g. EBV Mukosale Immunität in Neonaten Kolostrom: 2 Tagen Milch: ~ 5 Monate Mukosale Abwehr 10 – 20 mg/ml sIgA 0,5 mg/ml sIgA (IgG: 0,3 – 0,5 mg/ml in Milch) Passive orale Immunotherapy • Lumen: Die Flora • Statisch • Rekrutierbar IgA Effektororgane • Urogenital-Trakt • Darm • Speichel- und Tränendrüsen • Brust • Respirationstrakt Darmflora • Wir sind steril geboren • Natürliche Abfolge Durch Ingestion – Entwicklung des Immunsystems • Bacteroides (Anaerobier), Bifidobacteria (30%), Eubacteriae (Anaerobier) E. Coli (fakultative Anaerobier) • Erwachsener Mensch 1 x 1014 Zellen - 10% menschl. Zellen • Kolon: > 400 Spezies Dichte von 1 x 1011 Organismen / mL • Kompetition mit pathogenen Populationen durch Substrat-Streit, ungünstigen pH und Colicine – antibakterielle Substanzen Mukosale Abwehr Kolonisierung in Neonaten • Brust versus Formula Fütterung • Brustmilch: unverdaubare Karbohydrate – Präbiotika unterstützen Bifidabacteria und Lactobacilli (Probiotika) • Geburt: Maternale Flora (Kolon, Vagina) bildet die hauptsächliche kindliche Darmflora • Th2 Dominanz – Gegenregulierung durch Bakterien, die TGF and IL-10 stimulieren • Bewirken IgA Antworten und natürliche Abwehr Statische Abwehr: Barriere Differenzierte Epithelien: • Lumen • Statisch: Epithelien, Paneth, Enterochromaffine, Goblet Zellen • Rekrutierbar • antimikrobielle Substanzen • Zilien, Tight junctions • Mukus Produktion • Epithelialer Turn-over: EGF oder TNF (Makrophagen und Keratinozyten) • Desquamation • Epithelialer Repair: PDGF, TGF (Thrombozyten, Keratinozyten) Mukosale Barriere - Tight junctions Big things: apikal Rezeptor-m. Endozytose Bakterien Small things: Pinozytose Brush border Epithelzelle moduliert Immunantwort second messengers Calzium, cAMP, Proteinkinase C Aktivierter Enterozyt / Keratinozyt: – Ionen Sekretion, Permeabilität – Antigen Präsentation (MHC I and II) – akt. Suppressor T-Zellen (oral Tolerance) – poly-IgR und secretory component Kisses (Membranfusion) – ICAM Expression und Langerhans Migration perijunct. Aktinomyosin-Ring basolateral parazellulär transzellulär Goblet Zellen – produziert IL1, IL-5, IL-6, IL-8, TNF- IFN, TNF Mukosale Abwehr Mukus Produktion: • Basale Sekretion • Irritantien – stimulierte Sekretion: Exozytose der Granula • Asthma: IL-4 und IL-13 binden an IL-4R -Kette, aber nur IL-13 induziert die Goblet Zell Hyperplasie • Lumen • Statisch (Kondo et al. American J. of Respiratory Cell and Molecular Biology 2002) • Mobil und rekrutierbar Intraepitheliale Lymphozyten: IEL Mastzellen und Granulozyten • Thymus-unabhängige und -abhängige T-Zellen • 80% CD8+ CD8+ Bei parasitären Erkrankungen • 50% tragen TCR or (TCR-2), 50% TCR (TCR-1) Invasion von Antigenen • -Zellen differenzieren im kleinen Intestinum TCR-1 TCR V V V V V V C C C C C C ADCC Trigger IgE • Der TCR-2 scannt nicht-klassische MHC I auf Epithelzellen nach Aktivierung – secretory (Leishman et al. Science 2002) MBP, H2O2 IgA CR Respiratory burst Phagozytose Fc-RI ECF • TCR-1: wahre IEL, dendritic epidermal T-cell (DETC), IL-6 Prod., Partizipation in Wundheilung (Jameson et al. Science 2002) • C3b Beteiligung bei viralen Infektionen und Toleranzinduktion ? Mukosale Abwehr Mukosale Abwehr: Effektor Organ Effektor • Lumen • Statisch • Rekrutierbar Neutrophile, Monozyten, T-Zellen, B-Zellen, NK-Zellen Villi intest. • Fluid phase und Kolonisation • Residierende Zellen • Mobile und rekrutierbare Zellen Goblet 0-niveau Lamina propria Glandulae intestinales (Lieberkühn crypts) Peyersche Platten (Plaques) Musc. mucosae Mukosale Abwehr: Induktor Organ Induktor Organ Antigen aus Lumen Villi intest. Die Natur des Antigens und Aufnahmestelle: entscheidend für Antwort Small things 67 % der AK-Produktion M-Zellen Goblet 0-niveau MALT: 85 % des lymphat. Gewebes Antigentransfer Big things Endozytose Phagosomen Lysosomen Lamina propria B Peyersche Plaques Glandulae intestinales (Lieberkühn crypts) M T Musc. mucosae B T Induktion von Immunität Membranöse, M-Zellen Differenzieren durch lösliche B-Zell Faktoren (Kerneis Science 277; 1987) Antigen Präsentation entscheidet zwischen Immunität und Toleranz IgA Peptid-Transfer ohne Verdau Sekretorisches IgA IgG: ADCC IgE: Mastzell Sensibilisierung Pinozytose IgA-Produktion B-cell Aktivierung Antigen Processing und Präsentation Mit MHC II und Kostimulation Plasmazelle B Th B help P B M help Th Kostimulation T- Zell Aktivierung B- Zell Aktivierung Wie wird eine T-Zelle aktiviert? Die T-Helferzelle hilft B-Zellen Signal 1: Spezifische Interaktion MHC/TCR Signal 2: Kostimulation B7/CD28 Folge: Proliferation, Zytokinsynthese Synthetisierte Zytokine induzieren Isotypswitch Charakteristika von Th-Zell Subsets Aktion Th1 Th2 Antigentransfer über Epithelzelle Th3 (T-switch cells) produziert Aktiviert durch Macht Supprimiert IFN, IL-2 IL-4, IL-5, IL-10 TGF- IL-2 IL-2/IL-4 IL-4 Type IV Reaktivität IgG1, IgE IgA Th2 Th1 Th1/Th2 AG-Erkennung ohne Kostimulation Toleranz über Anergie Lokalisation des Antigentransfer Small things Quellenangabe Big things Wörterbuch Immunologie und Allergologie (Springer Endozytose 2004) Phagosomen Lysosomen Gastrointestinaltrakt (Erika Jensen-Jarolim) B M T T B Epithelzellen: B-Zellen, Makrophagen: MHC II Präsentation, aber keine Kostimulation MHC II Präsentation und Kostimulation TOLERANZ IMMUNITÄT The contents of this presentation are designed for teaching purposes only, and may not be copied or published elsewhere.
