Lokal och systemisk immunitet

Question 1

Hur sker de flesta infektioner?

Vad avgör vilka infektioner som blir systemiska?

Answer 1

över slemhinnor!

• Kan bli systemiska infektioner beroende på egenskaper hos mikroben
• Tillväxer patogenen extracellulärt, intracellulärt (cytoplasma eller i fagosomer) avgör det vilka av immunsystemets effektorfunktioner som blir avgörande (intro till infektionsimmunologi)

Question 2

Vad leder en lokal infektion till? Hur?

Answer 2

En lokal infektion leder till ett immunsvar som är riktat mot den plats där patogenen/immuniseringen skedde

Effektor-T-celler rekryteras till den lokala inflammationen

Perifera minnes-T-celler dirigeras sedan till samma plats

Question 3

Mukosala vävnader (exempelvis tarmslemhinnan) är anpassade för att inte skapa “för kraftiga immunsvar”.
På vilket sätt?

Answer 3

• Tolerans mot föda och inte överreaktiv mot tarmfloran
• Induktion av regulatoriska T-celler och IgA
• APCs i tarmen är anpassade och mindre proinflammatoriska

Question 4

Varför ges de flesta vaccin parenteralt och inte mukosalt?

Answer 4

Svårare att tillverka mukosala adjuvans

Question 5

Lokal immunitet

Answer 5

Naiva T-celler
Dendritiska celler
Differentiering av naiva T-celler
Tarmens lymfoida vävnad

Question 6

Naiva T-celler

Answer 6

Naiva T-celler vandrar från tymus, ut till blodcirkulationen och kommer leta efter något som ens T-cellsreceptor känner igen. Hittar den inte det blir det en recirkulering till en annan lymfknuta.

Om vi skulle få en infektion i perifer vävnad vill vi leda naiva-T-celler till området och aktivera dem för att potentiera immunförsvaret som håller på att bekämpa denna lokala infektionen.

Question 7

Dendritiska celler

Answer 7

Dendritiska celler har förmågan att ta upp antigen från andra celler eller bakterier som har dött. De gör detta genom fagocytos eller pinocytos. På ytan sitter PRRs som binder till konserverade strukturer på patogener. Bindning till dessa receptorer leder till aktivering av DC vilket medför att de uttrycker co-stimuleringsmolekylerna CD80 och CD86.

Dendritceller kommer vid aktivering migrera från vävnaden via afferent lymfa till T-cellsområdet i lymfknutorna, till vilket de hittar med hjälp av CCR7 som kan binda till kemokiner som uttrycks av celler i lymfnoderna. Förutom att uppreglera costimulatoriska molekyler uppreglerar de alltså sina kemokinreceptorer vid aktivering av PRRs ute i vävnaden.

Det som händer vid en inflammationsprocess är bland annat att dendritiska celler kommer aktiveras och uppreglera CCR7. Om CCR7 uppregleras, hur kan DC:n komma till T-cellsområdet? Liganden som binder CCR7 finns alltid i perifer vävnad men är i en konformation som gör att den inte kan binda CCR7. Vid inflammation ändras dock konformationen vilket gör att CCR7 kan binda liganden och följa gradienten till lymfknutornas T-cellsområden. Man återanvänder alltså samma kemokin dels för att hitta till T-cellsområdet men också i perifer vävnad.

Question 8

Differentiering av naiva T-celler

Answer 8

Inuti T-cellsområdet krävs två signaler för att aktivera naiva T-celler:

1. Antigenspecifik signal (MHC-TCR)
2. Costimulatorisk signal (Receptorn CD28 binder till CD80/CD86)

Cytokinsekretionen av IL-2 som uppstår vid aktivering från hjälpar T-celler driver proliferation/delning av T-celler, både CD4+ och CD8+. Man kan inducera olika Th-celler vilket beror på interaktioner mellan antigenpresenterande celler. Cytokiner från APC:s orsakar differentiering till viktiga klasser som Th1, Th2, Th17, TFH och inducerade Tregs.

Question 9

Hur vandrar en T-cell mellan lymfknutor och perifer vävnad?

Answer 9

T-cellerna finns i blodet och kommer in till lymfknutorna via high endothelial venules (HEV) och går därefter via lymfan tillbaka till blodet. Så cirkulerar lymfocyterna.

Om en T-cell aktiverats kommer de komma till periferin genom att nedreglera CD62L (L-selektin) som gör att de lämnar lymfnoder och förlorar förmågan att gå till lymfnoder. De nedreglerar även CCR7 av samma anledning. De kommer istället kunna bege sig ut i perifer vävnad och fångas inte upp i lymfknutorna.

Lymfknutorna sitter som pärlor i ett pärlband. Alltså pumpas lymfocyterna normalt runt via efferenta och afferenta lymfkärl omväxlande mellan olika lymfnoder tills de via ductus thoracicus kommer ut i blodet.

Question 10

Instruktioner fr dendritceller -> homing?

Answer 10

Genom instruktioner från dendritceller till T-cellerna blir T-cellerna perifera effektorcellerna. De kan då bege sig ut till perifer vävnad. För att veta vilken perifer vävnad T-cellerna ska ta sig till använder de sig av homing.

Question 11

Tarmdendritiska cellers funktion?

Answer 11

Exempelvis tarmdendritiska celler har förmågan att berätta för T-celler var de ska. De gör detta genom att hos T-cellen inducera en uppreglering av både CCR9 och en homingreceptor som heter α4β7. Det gör att T-cellerna kan migrera ut till tarmen och bli effektor-T-celler i tarmen. α4β7 binder till MAdCAM-1 som finns på blodkärlsendotelet i tarmen. Det fungerar som en konstant adresslapp som gör att T-cellen kan ta sig ut i lamina propria.

Väl inne i lamina propria sker ytterligare förändringar hos T-cellerna som gör att T-cellerna kan binda till andra receptorer. T-cellerna har kemokinreceptorer som CCR9 som kan binda till kemokiner som CCL25 och CCL28, som finns basolateralt i tunntarm och tjocktarm, på epitelcellerna där. T-cellerna beger sig hela tiden mot kemokingradienten som alstras basolateralt vilket gör att T-cellerna hittar ut till tarmen från blodbanan.

Question 12

Hudens dendritcellers funktion?

Answer 12

Hudens DC inducerar likt tarmens DC ett minskat uttryck av CCR7 och CD62L hos T-celler men även en uppreglering av CCR4 och CLA för att styra dessa nu perifera T-celler mot blodkärlsendotel i hud. Det är alltså i princip samma process i huden som i tarmen.

Question 13

Hur inducerar dendritiska celler homing: tarm?

Answer 13

För att inducera homingreceptorerna hos T-cellerna som leder dem till tarmen drar DC nytta av vitamin A som kommer från föda. Vitamin A är ett fettlösligt vitamin som förekommer i föda som karotenoid. Vid födointag sipprar vitamin A in förbi tarmepitelet och in i de dendritiska cellerna. De tarmdendritiska cellerna kommer liksom tarmepitelcellerna kunna konvertera vitamin A till retinolsyra (RA) genom enzymet RALDH2.

T-celler kommer uttrycka RA-receptorer (RAR) och bindning till retinolsyra leder till uttrycket av tidigare nämnda homingreceptor till tarmen, α4β7 . Man har kunnat se detta in vitro.

Question 14

Hur inducerar dendritiska celler homing: hud och övriga organ?

Answer 14

I huden är det istället vitamin D3 som uppreglerar andra kemokinreceptorer som gör att T-celler kan hitta till huden.

Exakt hur man får perifer migration till andra organ är ännu inte känt. Tarmen och huden är dock de största organen och det kan vara här det är mest viktigt med instruktioner. I huden kommer en annan uppsättning av kemokinreceptorer och homingreceptorer uppregleras hos T-cellerna.

Question 15

Tarmens lymfoida vävnad

Answer 15

Utöver de lymfoida celler som finns i lamina propria har vi i tarmen peyerska plack som ligger precis vid tunntarmen och som är en lymfoid ansamling. Samlingsnamnet för dessa celler är Gut Associated Lymphoid Tissues (GALT).

Question 16

Vad innebär induktionsområde resp effektorområde?

Answer 16

Det finns ett induktionsområde där ett immunsvar induceras, t.ex. i Peyers plack. Detta immunsvar kan skydda hela tarmen och alltså få ett stort effektorområde.

Om en naiv T-cell aktiveras i tarmen kommer den att återvända till blodet via lymfnoder och ductus thoracicus och i form av flera effektorceller sedan pumpas ut i blodet till hela kroppen.

Effektorcellerna hamnar i mukosan i t.ex. lungor, tonsiller och mag-tarmkanal där det också uttrycks kemokinreceptorer och kemokiner.

Längre ner i tjocktarmen finns också lymfoid vävnad. Man använder samma ligand för att komma ut men det finns lite olika kemokiner som skiljer sig mellan tjocktarm och tunntarm.

T-cellerna kan alltså spridas från en del av tarmen till hela tarmen.
Man kommer med andra ord få effektorceller till andra perifera mukosala vävnader även om det ursprungligen skedde t.ex. en nasal induktion hos MALT (Mucosal Associated Lymphoid Tissue) - det kallas common mucosal homing.

Man kan alltså få en spridning till andra mukosala vävnader, inte enbart hela tarmen eller hela huden. Det kan fungera som en vaccinationsväg - vacciner kanske inte degraderas lika lätt om man ger dem nasalt.

Vi har utöver denna funktion en inflammatorisk reaktion vilket innebär en rekrytering av inflammatoriska celler och mediatorer. Det är rimligt - aktiveras det immunologiska minnet vill man ju ha skyddet över hela tarmen/huden/platsen.

S1P1 är en sphingolipid i lymfan som kommer göra att effektorcellerna recirkulerar till lymfan från sin perifera plats. Det finns dock även residenta effektorceller som sitter perifert och väntar.

Question 17

Homing av IgA-producerande plasmaceller

Answer 17

Återigen har vi en lokal inflammation som kommer aktivera B-celler. Hur tar sig plasmacellerna dit? Återigen är det retinolsyra som gör att plasmacellerna uppreglerar CCR9 (kemokinreceptorn) som används för att hitta till tarmen. När man aktiverar immunförsvaret och får ett germinalcentra kommer alltså i detta fallet plasmaceller vandra till tarmen och där producera IgA. I just detta fallet skickas plasmacellerna tillbaka till den lymfoida vävnaden i tarmen.

I benmärgen finns plasmaceller som ger mer systemiska svar och plasmacellerna där behöver inte dirigeras men i detta fall vill vi att IgA-antikropparna hamnar i just tarmen.

TGF-β är en cytokin som är immundämpande som finns i ganska stor mån i tunntarmen. Syftet med den är att inte ge för kraftiga immunsvar i tarmen.

Question 18

Berätta om sekretoriskt IgA

Answer 18

IgA i tarmen skickas ut och kommer till lamina propria. Varför vill vi ha den här? IgA som är bundet i en dimer med en J-chain som sammanlänkar de två antikropparna kan binda till poly-Ig-receptorn och tas upp basolateralt hos tarmens epitelceller. Komplexet av IgA och poly-Ig-receptorn endocyteras av epitelcellerna och transporteras genom epitelcellen ut till tarmlumen där IgA secerneras - det sker en transcytos. Det viktiga är att IgA utsöndras med en sekretorisk komponent vilket ger ett skydd mot degradering. Det handlar alltså om att bygga upp en hög koncentration av IgA-dimerer för att transportera ut IgA i lumen där antikropparna kan utöva sin effekt, t.ex. neutralisering av toxiner eller bakterier.

Om antikropparna behövs systemiskt är det istället optimalt att plasmacellerna sitter i benmärgen och producerar antikroppar.

Question 19

Hur är mukosala vävnader anpassade för att inte skapa “för kraftiga” immunsvar?

Answer 19

Vad gäller IgA i tarmen kommer det inte aktivera komplementsystemet vilket innebär mindre inflammation där i jämförelse med om andra antikroppar hade använts - andra antikroppar kommer kunna inducera komplementsystemet.

Anafylatoxiner, t.ex. C3a, utsöndras av komplementsystemet när det bygger MAC (Membrane Attack Complex). Dessa anafylatoxiner är proinflammatoriska. IgA i sig är mindre proinflammatoriskt och är det som utsöndras i tarmen. Med andra ord är mukosala vävnader anpassade för att inte skapa “för kraftiga” immunsvar.

Syftet är att skapa tolerans mot föda och att inte vara överreaktiv mot tarmfloran. För att få en adekvat immunrespons krävs:

1. Induktion av IgA
2. Induktion av regulatoriska T-celler
3. Anpassade (“conditioned”) APCs i tarmen som är mindre proinflammatoriska.

Hur är APCs i tarmen mindre proinflammatoriska? Vi har 4 (5) olika subgrupper av T-hjälparceller. Vi har en APC som interagerar med en naiv T-cell och de naiva T-cellerna differentierar sedan till olika typer av effektor-T-celler eller minnes-T-celler. Det som driver detta är som tidigare nämnt den cytokinmiljö som finns mellan APC:n och den naiva-T-cellen. Genom denna miljö utvecklas den naiva T-cellen till en av de fyra subgrupperna:

1. Th1 - mot intracellulära patogener i fagocyter
2. Th2 - behövs när man gör IgE-svar mot parasiter
3. Th17 - mot extracellulära bakterier
4. Treg - dämpar immunförsvaret

Beroende på vilken blandning av cytokiner som finns drivs transkriptionen av olika genprogram som ger olika celltyper. TGF-β driver utvecklingen av T-celler mot Treg i tarmen. Det är inte stor skillnad i vad som krävs för induktion av Treg och Th17.

Question 20

Hur lyckas man ha antigenpresenterande celler på en bra nivå?

Answer 20

Man lyckas ha APC:er på en bra nivå genom att dendritiska celler i mukosal vävnad anpassas av lokala mediatorer i form av cytokiner och metaboliter. Exempelvis kommer fibrer från föda att brytas ner av kommensala bakterier till metaboliter som styr dendritcellers beteende.
Det finns andra APC:er i tarmen, t.ex. makrofager, som också utsöndrar immundämpande cytokiner under steady state-förhållande.
Det finns stromala celler som utsöndrar TGF-β som påverkar dendritceller. Dendritcellen blir då anpassad av miljön den är i under steady state-förhållanden. Det gör att när DC migrerar till lymfknutan kommer den påverkas av RA och skickar T-celler med rätt affinitet tillbaka till tarmen genom tidigare nämnda mekanismer men den dendritiska cellen kommer även att inducera Treg via TGF-β för att bibehålla den immundämpande effekten.

Question 21

Makrofager i tarmen

Answer 21

Makrofager är som sagt också viktiga för att bibehålla steady state. Det man kunnat visa är att makrofager härstammar från monocyter som rekryteras hela tiden. Om det tas upp residenta bakterier från normalfloran i makrofagerna behöver makrofagerna inte hjälp för fagocytos och nedbrytning då bakterierna inte har virulensfaktorerna som krävs för att det ska ses som en allvarlig infektion. Makrofagerna kommer därför inte utsöndra proinflammatoriska cytokiner vid fagocytos ⇒ den anpassade miljön bibehålls. De utsöndrar till och med ökade mängder regulatoriska cytokiner, t.ex. IL-10. När monocyterna kommer ut till den perifera vävnaden utsätts de för regulatoriska cytokiner (IL-10 och TGF-β) som verkar immundämpande vilket leder till att monocyterna mognar ut till anpassade tarmmakrofager. Makrofager i tarmen härstammar alltså från monocyter i blodet.

När en tarminfektion av bakterier med virulensfaktorer sker kommer dock steady state-förhållandena att ändras. Nu kommer makrofagerna istället att driva på inflammationen. Tarmmakrofagerna kommer nämligen att infekteras av bakterier/patogener med en virulensmekanism vilket leder till en form av nekros eller icke-apoptotisk död hos makrofagerna. Man får alltså mycket PAMPs och man går nu över till ett stadie med lokal inflammation och produktion av proinflammatoriska cytokiner. Monocyter som rekryteras ut i vävnaden kommer att utsättas för proinflammatoriska cytokiner (t.ex. TNF-α , IL-1, IL-6) och utmognar till makrofager med proinflammatoriska egenskaper. Proinflammatoriska makrofager driver på en ökad rekrytering av monocyter från blodbanan. Vi har alltså genom en respons från makrofager drivit på en lokal inflammation.