Celulele sistemului imun

CELULELE SISTEMULUI IMUN

Celulele sistemului imun sunt: limfocitele, celulele prezentatoare de Ag (CPA) si celulele efectoare

A. LIMFOCITELE

Limfocitele reprezinta componentul celular major al sistemului imun. Ele constituie o categorie de celule ce grupeaza mai multe populatii celulare similare morfologic, dar diferite din punct de vedere functional. Limfocitele provin din organele limfatice primare (timus, maduva osoasa si, in perioada intrauterina, ficatul). O parte din aceste celule trec in circulatia periferica si migreaza catre organele limfatice periferice. Restul raman pentru o perioada in circulatia generala ca limfocite circulante unde totalizeaza aproximativ 25% din elementele figurate albe. Intre cele doua sectoare exista o recirculatie permaneta, asigurand o supraveghere imuna competenta si continua folosind un numar relativ mic de celule. Recirculatia si migratia limfocitelor este reglata de moleculele de adeziune de pe suprafata lor, ce corespund unor alte molecule de adeziune de pe suprafata celulelor endoteliale sau matricei extracelulare, precum si de chemokinele secretate de la nivel tisular.

Durata de viata a limfocitelor in sangele periferic variaza intre 1 si 300 de zile, existand si populatii limfocitare care au o durata de viata lunga, de luni sau chiar ani, ele recirculand in permanenta intre cele doua sectoare ca celule cu memorie.

Limfocitele sunt singurele celule din organism capabile sa recunoasca specific diferiti determinanti antigenici, fiind astfel responsabile de doua dintre proprietatile fundamentale ale raspunsului imun, specificitate si memorie.

Din punct de vedere morfologic, limfocitele naive, care nu au fost stimulate antigenic, au un diametru cuprins intre 8 si 10 mm, un nucleu mare, cu heterocromatina densa si citoplasma putina, ce contine un numar redus de mitocondrii, lizozomi si ribozomi, aflate in stare de repaus sau in faza G₀ a ciclului celular. Dupa contactul cu Ag, celulele intra in faza G₁ a ciclului celular si isi schimba caracteristicile morfologice (cresc in dimensiune, ajungand la un diametru de 10 -12 mm, citoplasma e mai bine reprezentata si contine mai multe organite celulare).

Marea heterogenitate functionala a limfocitelor este legata de expresia anumitor receptori de suprafata. Unii dintre acesti receptori sunt exprimati numai in anumite stadii de diferentiere sau activare, pe perioade scurte de timp, pe cand altii sunt permanenti si caracteristici diverselor linii celulare limfocitare. Dupa mai multe denumiri utilizate pentru a desemna acesti receptori, s-a stabilit utilizarea indicativului CD (de la cluster of differentation), in prezent cunoscandu-se aproximativ 250 CD.

1. Limfocitele T

La adultul sanatos celulele T reprezinta 60-80% din totalul limfocitelor, cea mai mare parte avand o durata de viata lunga, fiind celule intens recirculate. La microscopia optica diferentierea dintre limfocitele T si B este practic imposibila. Prin prezenta pe suprafata lor a unor receptori caracteristici, este posibila insa identificarea lor. Care sunt acestia?

1. Receptorii limfocitului T, notati  TCR (T cell receptor). Acestia au proprietatea fundamentala de a recunoaste si a lega Ag. Sunt transmembranari si au o structura asemanatoare portiunii Fab a moleculei de Ig, fiind alcatuiti din 2 lanturi diferite de polipeptide, legate intre ele prin punti disulfidice. Se cunosc 2 tipuri de TCR: TCR1, primul care apare in timpul vietii intrauterine, compus din 2 lanturi g si d si TCR2 prezent pe suprafata a 95% din limfocitele T, alcatuit din lanturi polipeptidice notate a si b. Ambele tipuri de receptori au un domeniu variabil, in portiunea NH2-terminala, si unele constante. Acesti receptori sunt legati de membrana limfocitelor T prin intermediul unui alt grup de 5 lanturi polipeptidice notate CD3 si care au rolul de a transmite semnalul activator in interiorul celulei, formandu-se astfel un complex TCR-CD3 care are proprietatea de a se lega atat de Ag cu care vine in contact celula, cat si de moleculele Ag de histocompatibilitate.

Astfel, limfocitele T nu recunosc Ag native solubile (recunoscute de limfocitele B si Ac) ci numai pe acelea cuplate cu MHC, fiind vorba de o recunoastere asociativa.

2. CD2 - unul dintre primii markeri de suprafata, prin care celula fixeaza in jurul ei un numar de eritrocite de oaie cu formarea unor rozete (metoda este inca folosita pentru pentru identificarea si separarea limfocitelor T). E prezent pe toate tipurile de limfocite T si pe NK. Are rol in aderarea limfocitelor T la APC sau celulele tinta (prin legarea de contraligandul sau LFA3) si rol accesor in activarea celulara.

3. CD4 glicoproteina de suprafata situata predominent pe suprafata celulelor Thelper (definitorie pentru aceasta clasa de celule). CD4 reprezinta receptorul T pentru moleculele MHC de tip II. Stabilirea legaturii intre limfocitul T CD4+ si APC prin intermediul moleculei de MHC II contribuie esential la recunoasterea Ag.

4. CD8 tot de natura glicoproteica, distribuit pe membrana limfocitelor T supresoare, contrasupresoare si citotoxice. CD8 interactioneaza cu moleculele MHC I.

5. CD5 se gasesc pe toate limfocitele T si pe un subset de limfocite B.

6. CD28 prezent pe 95% dintre limfocitele T CD4+ si 50% din cele CD8+ are rol in activarea celulara, precum si rol de molecula de adeziune.

7. MHC I si II

8. Receptori limfocitari T cu functie in adeziunea celulara

Indiferent de particularitati, functiile efectorii ale diverselor celule imune implica in mod obligatoriu adeziunea intercelulara, proces caruia i se acorda in ultima vreme o atentie tot mai mare. Adeziunea celulara este implicata atat in functiile efectorii imune cat si in repartitia specifica a diverselor tipuri de limfocite in anumite arii ale sistemului imun. Principalii receptori limfocitari implicati in aderarea intercelulara LFA (Ag asociat functiei limfocitare), VLA , CD2 si CD4 pentru limfocitele Th si CD8 pentru limfocilele Tc. Astfel, moleculele de adeziune au rol in:

-respingerea fortelor electrostatice de respingere dintre 2 celule

-realizarea unui contact prelungit intre celulele care urmeazaa sa coopereze

: Membrana nucleara : Semiologia aparatului locomotor

-favorizarea recunoasterii Ag

-rol accesor in activarea celulara.

Clasificarea limfocitelor T se face dupa functia pe care o indeplinesc, precum si dupa tipul markerilor de suprafata. Se deosebesc aslfel mai multe tipuri de celule T, cele mai importante fiind:

a. Limfocitele T ajutatoare sau helper

- sunt CD4+ si recunosc Ag specifice asociate cu Ag HLA II.

- unele limfocite Th colaboreaza cu limfocitele B si macrofagele in inducerea raspunsului imun umoral, iar altele colaboreaza cu alte celule T la producerea limfocitelor Tc intervenind in raspunsul imun celular.

- exista 5 subtipuri, 2 fiind mai bine cunoscute: Th1 care intervin in raspunsul imun celular prin stimularea dezvoltarii limfocitelor Tc, cresterea activitatii macrofagice. Limfocitele Th2 care intervin in procesele atopice, coordonand secretia de IgE, IgA si IgG1, induc proliferarea eozinofilelor si a mastocitelor. Ele isi exercita actiune prin sinteza unor proteine  numite citokine. Astfel, diferentierea lor nu se face pe criterii fenotipice ci in functie de setul de IL pe care il elaboreaza. De ex. LTh1 elaboreaza: IL-2, IL-3, IFN-g, limfotoxina, TNF-a si b. LTh2 sintetizeaza: IL-4, IL-5, IL-6. Intre cele 2 subtipuri exista inter-relatii stimulatoare si inhibitoare. IFN-g (secretat de Th1) deprima maturarea Th2 cu consecinte functionale. Th2 (prin IL-10) suprima productia de Th1 actionand ca o celula supresoare.

b. Limfocite T supresoare

- sunt limfocite reglatoare care diminua atat raspunsul imun umoral cat si pe cel celular

- majoritatea sunt celule CD8+

- formarea lor din din precursori este urmarea contactului cu Ag, fara implicarea MHC.

- recunosc determinantii Ag, elaboreaza factori supresori solubili cu functie de contrareceptori blocanti

- la randul lor sunt supuse controlului inhibitor al limfocitelor T contrasupresoare.

- prin stimulare Ts de catre Ag proprii (self) este prevenit procesul de autoimunitate.

c. Limfocitele T citotoxice

- sunt responsabile de citotoxicitatea mediata celular; ea este implicata in apararea antivirala, antitumorala si respingerea grefelor.

- provoaca liza celulelor care poarta pe suprafata lor Ag

- au determinanti antigenici de tip CD8+ si mai putin CD4+

- pentru ca Ag sa fie recunoscut de catre limfocitele Tc, el trebuie sa fie asociat cu Ag MHC I, similar celui al limfocitelor Tc. Acest fenomen poarta numele de restrictie HLA.

d. Limfocite T inductoare

- sunt CD4+, si recunosc Ag asociat cu MHC II

- stimuleaza activitatea altor limfocite T (helper, suppresor, citotoxice)

e. Limfocitele T cu memorie

- sunt formate in timpul raspunsului imun primar, sunt CD4+

-au o viata lunga, de peste 40 ani, dar perioada lor activa este de numai 10-15 ani.

Se poate astfel observa ca limfocitele T joaca un rol esential in reglarea raspunsului imun, justificand afirmatia potrivit careia 'Limfocitul T este dirijorul orchestrei imunologice'

2. Limfocitele B

Limfocitele B reprezinta 5-15% din totalul limfocitelor circulante; au o durata de viata scurta (cateva zile). Ele sunt precursorii celulelor care sintetizeaza Ac, plasmocitele. In diferentierea lor se disting 2 etape:

-una independenta de Ag, care se desfasoara la om, cum am vazut, prenatal in ficat si apoi in MO (trecand prin mai multe etape celule pre-B, caracterizate prin prezenta in citoplasma a lanturilor m, celule B imature ce prezinta pe suprafata molecule de IgM). Pana la contactul cu Ag, limfocitele B sunt considerate inocente, virgine. Contactul cu Ag schimba tipul receptorilor.

-etapa dependenta de Ag, cand in urma intalnirii cu acesta sufera un proces de transformare si proliferare, amplificat si de IL secretate de limfocitele Th, si devin plasmocite, capabile sa sintetizeze Ac.

Pe suprafata limfocitelor B se gasesc mai multe tipuri de receptori:

1. receptori specifici pentru Ag, cu structura Ig, fixati de membrana limfocitara prin capatul Fc si lasand libera extremitatea de cuplare cu Ag, Fab. Se mai numesc BCR (B cell receptor). Pot functiona ca receptori IgM, IgD si mai putin celelalte clase de Ig. Acesti receptori sunt distribuiti neomogen, dar datorita proprietatilor fluide ale membranei celulare ei sufera o rearanjare si redistributie permaneta.

2. receptori pentru complement

3. Ag MHC I si II

4. CD5 (limfocitele BCD5+ se caracterizeazaprintr-o mare capacitate de a produce IL-10), CD10 sunt prezenti numai pe celulele B imature si pe celulele maligne ale bolnavilor cu LLA, cand poarta denumirea de de Ag cALLA)

5. receptori cu rol in adeziunea celulara (LFA1) si altii.

3. Celule natural killer (NK)

Celulele NK reprezinta un subset de limfocite care au capacitatea de a omori celule infectate si celule care si-au pierdut moleculele MHC I. De asemenea, celulele NK stimuleaza macrofagele sa distruga microbii fagocitati. Termenul de natural killer provine de la faptul ca aceste celule isi exercita functia citotoxica fara a necesita o activarea prealabila. De asemenea, spre deosebire de limfocitele Tc, celulele NK nu isi recunosc specific tinta, similitudinea intre Ag MHC de pe cele 2 tipuri de celule nefiind necesara. Activitate lor nu este deci supusa fenomenului de restrictiei HLA.

D.p.d.v. morfologic, aceste celule apartin unei clase de limfocite numite limfocite mari granulare, deoarece au numeroase granule citoplasmatice. Ele sunt limfocite care nu prezinta markeri celulari caracteristici limfocitelor T sau B. Au insa markeri de suprafata care le contureaza identitatea, cum ar fi CD56, cu rol de molecula de adeziune. Sunt prezente de la nastere, nefiind induse de agresiuni imune. Se formeaza din precursori medulari si se gasesc in sangele periferic si splina, si in numar mic, in interstitiul pulmonar, mucoasa intestinala si ficat. Ganglionul limfatic, placile Peyer, amigdalele si timusul nu au astfel de celule.

De asemenea sunt lipsite de receptori conventionali pentru Ag (TCR, BCR). Recunoasterea se realizeaza prin intermediul NK-R (receptorul celulei NK) care are doua componente: un receptor activator care se leaga de un ligand (NK-L) prezent pe suprafata tuturor celulelor nucleate din organism si un receptor inhibitor care se leaga de moleculele MHC I, care sunt de asemenea exprimate pe majoritatea celulelor normale ale organismului. Cand ambele tipuri de receptori sunt angajati, influenta receptorilor inhibitori este dominanta si celulele NK nu sunt activate, fiind inpiedicata astfel distrugerea celulelor normale. In conditii patologice, are loc o scadere a expresiei moleculelor MHC I de pe membrana (m.a. in cancer, celule infectate viral), astfel incat receptorul inhibitor nu mai este angajat. Astfel, celulele NK trec din starea normala de inhibitie intr-o stare activata si omoara celulele tinta.

Efectul lor citolitic este determinat de un bogat arsenal litic continut in granulele lor citoplasmatice, ca si in cazul limfocitelor T citotoxice. O astfel se molecula este perforina, care este eliberata de celulele NK dupa contactul cu celula tinta. Ea se ataseaza de membrana celulara si formeaza canale transmembranare prin care patrund enzime numite granzime care induc apoptoza celulei tinta. Complementul nu intervine in liza celulara determinata de acest tip de celule. Merita insa mentionata similitudinea structurala si functionala care exista intre perforina si componentul 9 al sistemului complementului.

Celulele NK  au pe suprafata lor si receptori pentru portiunea Fc a IgG (FcgRIII-CD16). Acest lucru explica proprietatea lor fundamentala de citotoxicitate fata de celule care au fixat pe suprafata lor Ac specifici si de care se leaga prin intermediul acestor receptori. Acest fenomen poarta denumirea de citotoxicitate mediata de Ac, la realizarea lui nefiind necesara participarea complementului.

Activitatea celulelor NK este stimulata de citokine ca: IL-15, IL-12, IFN.

B. CELULE PREZENTATOARE DE AG

Celulele prezentatoare de Ag (CPA) sunt celule specializate in capturarea Ag, prezentarea lui limfocitelor si declansarea unor semnale care favorizeaza activarea limfocitelor.

Exista 2 categorii de CPA:

a. 'profesionale': macrofagele, celulele dendritice si LB

b. 'ocazionale': PMN (m.a. neutrofilele), celulele endoteliale.

1. Macrofagele

Sistemul mononuclear fagocitic sau sistemul monocit/macrofag sau reticulo-endotelial reuneste celule (monocitul si macrofagul) care au origine medulara comuna, precum si caractere histologice (sunt celule mononucleare) functionale (capacitate de fagocitoza) similare. Rolul lor fundamental este apararea impotriva bacteriilor intracelulare si a fungilor. Au origine in seria monocitara a sistemului hematopoetic; precursorii lor sunt monoblastul-promonocitul-monocitul,

Monocitele reprezinta 1-8% din leucocite, au un T1/2 de 8-72 ore, dupa care parasesc torentul circulator si migreaza tisular, diferentiindu-se in macrofage. Ele au un diametru de 10 – 15 mm, un nucleu mare si o citoplasma bogata in lizozomi, vacuole si filamente de citoschelet. Procesul de diferentiere presupune: cresterea dimensiunilor celulare, amplificarea aparatului mitocondrial si lizozomal, dezvoltarea proprietatilor de fagocitoza si sinteza, aparitia unor receptori pe suprafata celulei.

Macrofagele tisulare sunt heterogene, avand morfologie, functii si capacitatti metabolice diferite, in functie de tesutul caruia ii apartin. Macrofagul este o celula cu diametru de 10-25m, cu nucleu mare, cu multe granule lizozomale si vacuole in citoplasma.  Ele au capatat denumiri specifice, in functie de locul de rezidenta: Mf din tesutul conjunctiv se numesc histiocite, cele din ficat - celule Kupffer, cele din tesutul nervos - celule microgliale, cele din plaman - macrofage alveolare, cele din os - osteoclaste, cele din articulatii - sinoviocite A, etc.

Activarea macrofagelor nu este un proces specific, ca in cazul limfocitelor. El poate fi realizat sub influenta multor stimuli nespecifici: citokine (IFN-g este cel mai puternic activator al macrofagului), contactul cu Ag, substante mitogene, etc. Durata de viata a macrofagului este de cateva luni.

Celulele sistemului monocit-macrofagic sunt implicate atat in apararea nespecifica cat si in cea specifica. In imunitatea nespecifica aceste celule fagociteaza unele Ag si sintetizeaza unele citokine care stimuleaza alte celule. In raspunsul imun, celule monocit-macrofagice au un rol deosebit de important si complex, atat in etapa initiala a raspunsului imun cand au functia de CPA cat si etapa finala, ca celule efectorii. 

Ele au pe suprafata lor numerosi receptori, dintre care cei mai importanti sunt:

receptori imuni:

1.- receptorii pentru fragmentul Fc al moleculele de Ig

2.- receptori pentru complement

3. receptori de adeziune celulara (LFA- antigenul asociat functiei leucocitare)

receptori neimuni: (ei au rol in recunoasterea celulelor senescente, eritrocitelor heterologe, bacteriilor, fungilor, parazitilor)

1.- pentru glicoproteine din structura peretelui bacterian,

2.- pentru proteine denaturate

3.- pentru hidrocarburi si glicoproteine care se termina in fructoza si manoza

4.- pentru fibronectina

5.- pt. unii hormoni,

6.- pt. Ag tumorale.

De asemenea, macrofagul are o capacitate secretorie mare, aceasta celula putand elabora peste 50-100 de produsi, dintre care mentionam: enzime litice (elastaze, colagenaze, etc.), componente ale complementului (C1-C5, properdina), pirogeni endogeni, factori care influenteaza diferentierea celulara (de ex. colony-stimulating factor, factori de angiogeneza), factori citotoxici, citokine (IFN, IL, TNF-a), unii factori de coagulare (V,VII, IX, X, protrombina, tromboplastina), radicali activi ai oxigenului.

2. Celulele dendritice

Celulele dendritice reprezinta o populatie leucocitara particulara, caracterizata morfologic de prezenta unor prelungiri citoplasmatice, iar functional prin capacitatea de a prezenta antigenul (sunt celule prezentatoare de antigen profesioniste) si o extraordinara capacitate de a stimula limfocitele T native si de a initia un raspuns imun.

Celulele dendritice au origine si pot indeplini rolul de CPA, datorita prezentei pe suprafata a moleculelor MHC II si a receptorilor pentru Ag. Ele au capacitatea de a capta Ag si de a-l transporta la nivelul organelor limfatice periferice. Dupa sediul lor pot fi impartite astfel:

a. cele din organele nelimfatice:

-celulele Langerhans care se gasesc in special in tegument (formeaza o retea in stratul bazal si in epiteliul scuamos), dar si la nivelul mucoasei bucale, faringe, col uterin. Pe suprafata lor au molecule HLA II, receptori pentru complement si pentru Fc. Ele pot fixa astfel complexele imune. Sunt implicate mai ales in hipersensibilitatea cutanata de contact.

-celule interstitiale situate in plaman, tractul digestiv, cord, ficat, rinichi

b. cele din organele limfatice:

-celulele interdigitale - se gasesc in zonele limfatice bogate in limfocite T, cu care coopereaza (zonele paracorticale ale ggl. limfatic, pulpa alba a splinei).

-celulele foliculare - se gasesc in foliculii limfatici din corticala ganglionilor limfatici si pulpa alba a splinei, adica zone bogate in limfocite B. Multitudinea de arborizatii le permite un contact intim cu limfocitele B, ele prezentand acestora Ag ca atare, nedegradat sau in complexe imune, intr-un proces independent de MHC.

C. CELULELE EFECTOARE

Limfocitele stimulate antigenic se transforma in celule efectoare, al caror rol esential este acela de a elimina Ag. In aceasta categorie sunt incluse: limfocitele T helper, limfocitele T citotoxice si plasmocitele. Limfocitele T helper activate exprima receptori de suprafata si secreta numerosi produsi care le permit sa interactioneze cu alte celule. Limfocitele T citotoxice activate dezvolta granule care contin proteine capabile sa omoare celulele infectate viral sau celulele tumorale. Limfocitele B stimulate antigenic se transforma in celule capabile sa sintetizeze imunoglobuline, numite plasmocite. Morfologia acestora este diferita: nuclei densi, citoplasma abundenta, cu reticul endoplamatic bine reprezentat (acesta fiind sediul de sinteza al imunoglobulinelor) si complex Golgi perinuclear cu rolul de a converti imunoglubulinele in forma finala sub care sunt sintetizate.