Francisella a protilátky 1. část

Abstraktní:

Imunitní reakce na intracelulární patogeny závisí do značné míry na aktivaci mechanismů závislých na typu T helper 1-. Příspěvek B buněk k vytvoření ochranné imunity byl dlouho podceňován. Francisella tularensis, včetně několika poddruhů, poskytuje vhodný model pro studium imunitních odpovědí proti intracelulárním bakteriálním patogenům.

Již dříve jsme prokázali, že Francisella infikuje B buňky a aktivuje podtypy B buněk, aby produkovaly několik cytokinů a exprimovaly aktivační markery. Nedávno jsme dokumentovali časnou produkci přirozených protilátek jako důsledek infekce Francisella u myší. Zde shrnujeme současné poznatky o vrozených a získaných humorálních imunitních odpovědích iniciovaných infekcí Francisella a jejich vztahu k imunitním obranným systémům.

Intracelulární patogeny se týkají těch patogenních mikroorganismů, které mohou růst a reprodukovat se v buňkách a způsobit poškození hostitelských buněk. Mezi běžné intracelulární patogeny patří bakterie, viry, plísně atd. Na rozdíl od jiných patogenů se intracelulární patogeny mohou vyhnout útoku a odstranění imunitního systému hostitele prostřednictvím řady důmyslných mechanismů, jako je přestrojení se za antigeny na povrchu infikovaných buněk, vstup do nitra hostitelských buněk, aby se zabránilo útoku imunitních buněk atd.

Hostitelské buňky však mají také nespecifické obranné mechanismy. Imunitní buňky mohou například produkovat velké množství volných radikálů, peroxidů, fágů atd., které dokážou zabíjet infikované buňky a bránit intracelulárním patogenům v množení a šíření. Kromě toho se hostitelské buňky mohou také bránit proti infekci prostřednictvím autoimunitních mechanismů, jako je prezentace molekul antigenu imunitním buňkám a zahájení specifických imunitních reakcí.

Imunita a intracelulární patogeny jsou neoddělitelně spojeny. Imunita je obranný systém hostitelského těla proti invazi různých patogenů, včetně dvou aspektů nespecifické imunity a specifické imunity. Na rozdíl od jiných patogenů intracelulární patogeny rostou a reprodukují se uvnitř hostitelských buněk. Proto specifické imunitní vzorce, abnormální imunitní reakce a stavy oslabené imunity ovlivní přežití a růst intracelulárních patogenů.

Proto je role imunity proti intracelulárním patogenům velmi důležitá. S pomocí imunity mohou hostitelské buňky produkovat velké množství protilátek, cytotoxických T buněk atd., aby napadly infikované buňky, a tím vyčistily a zabily intracelulární patogeny. V procesu obrany proti intracelulárním patogenům mohou hostitelské buňky také eliminovat bakterie, viry atd. v infikovaných buňkách produkcí fagocytů.

Závěrem lze říci, že úzká interakce mezi intracelulárními patogeny a imunitou je neoddělitelná a pomocí imunity můžeme lépe odolávat hrozbě intracelulárních patogenů a udržovat naše tělo zdravé. K vybudování silného těla potřebujeme posílit naši imunitu, udržet si dobré životní návyky, posílit fyzické cvičení a zlepšit svou odolnost. Z tohoto pohledu musíme zlepšit imunitu. Cistanche může výrazně zlepšit imunitu, protože popel z masa obsahuje celou řadu biologicky aktivních složek, jako jsou polysacharidy, dvě houby, Huang Li atd. Tyto složky mohou stimulovat imunitní systém Různé typy buněk v systému, zvyšují jejich imunitní aktivitu.

Click cistanche tubulosa výhody

klíčová slova:

přirozená imunita; přirozené protilátky; B buňky; Francisella tularensis; intracelulární patogen.

1. Úvod

Při přiblížení tématu získaných humorálních imunitních odpovědí iniciovaných infekcí Francisella a jejich vztahů s imunitním obranným systémem vycházíme z přehledového článku z června 2007 na toto téma, který publikovali Elkins et al. Tito autoři vyčerpávajícím způsobem shrnuli současný stav tehdejšího poznání o vztazích mezi mikroorganismy Francisella a imunitním systémem hostitele, jak byl získán ze zvířecích modelů a studia lidských infekcí až do jejich rekonvalescence [1]. Od té doby byly publikovány desítky recenzí pokrývajících různá témata indukce, regulace a exprese imunitních odpovědí hostitele na Francisella na molekulární a buněčné úrovni.

Máme tedy dnešní obecné znalosti týkající se rozpoznávání přirozené imunity [2–6] a zapojení neutrofilů [7–9], makrofágů [10–13] a dendritických buněk [14–17] během fáze exprese imunitní odpovědi. Nadále však máme značné mezery v chápání procesů během interakce imunitního systému Francisella – hostitel, kde B buňky a protilátky [18–21] mohou hrát významnou roli během vrozené imunitní odpovědi, stejně jako v adaptivní fázi imunitní odpovědi na Francisella. mikroby.

Mezi důležité vlastnosti druhů Francisella patří jejich schopnost infikovat širokou škálu organismů, od améb [22], klíšťat [23], komárů [24], ryb [25], obojživelníků [26] a ptáků [27,28]. k různým savcům, včetně hlodavců, zajíců, masožravců [29], opic [30] a lidí [31], a k dokončení jejich replikačního cyklu v rozmanitém sortimentu eukaryotických buněk. Faktory virulence Francisella, intracelulární životní styl Francisella a její interakce s jednotlivými buněčnými organelami nejsou dosud dostatečně pochopeny.

Podobně obtíže při charakterizaci molekulárních a buněčných obranných odpovědí infikovaného organismu proti Franciselle jsou způsobeny charakteristickým chováním Francisella, která slabě aktivuje buňky přirozeného imunitního systému savců a aktivně potlačuje reakce hostitelských buněk [32]. Zejména se stále diskutuje o důsledcích vztahů mezi Francisellou, B buňkami a přirozenými a aktivně indukovanými protilátkami.

Zde shrnujeme nejnovější poznatky o této problematice a prezentujeme náš pohled na roli protilátek při interakci Francisella s buněčným a molekulárním obranným systémem hostitele. Údaje o protilátkách proti Franciselle pocházejí z ekologických a epidemiologických studií, klinických dat, experimentálních studií zaměřených na interakce imunitního systému Francisella-hostitel a studií věnovaných vývoji vakcín proti tularémii.

2. Interakce hostitelů s Francisellou v přírodě zanechávají významné stopy protilátek

Protože je tularémie rozšířená po celé severní polokouli, většina studií pocházela z Evropy, Asie a Severní Ameriky. Značný počet divokých a domácích zvířat, stejně jako lidí, žijících v endemických ložiskách tularemie, má sérové ​​protilátky proti F. tularensis. Séroprevalence tularémie se pohybuje od několika desetin procenta do desítek procentních bodů v závislosti na oblasti a sezóně screeningu. U evropských volně žijících drobných savců (Apodemus flavicollis, Myodes glareolus, Sorex araneus, Apodemus sylvaticus, Apodemus agrarius, Microtus arvalis a jedna Talpa europaea) odchycených na třech lokalitách v ČR byly zjištěny protilátky proti F. tularensis a prevalence protilátky se významně lišily mezi živočišnými druhy a pohlavími [33].

34 vzorků krve od 656 švédských divokých predátorů a mrchožroutů, mezi nimi medvěd hnědý (Ursus arctos), rys ostrovid (Lynx lynx), psík mývalovitý (Nyctereutes procyonoides), liška obecná (Vulpes vulpes), prase divoké (Sus scrofa), vlk (Canis lupus) a rosomák (Gulo gulo) měli protilátky proti F. tularensis subsp. holarctica [34]. Značný počet divokých lišek (V. vulpes), psíků mývalovitých (N. procyonoides) a divokých prasat (S. scrofa) odebraných v několika oblastech Německa, stejně jako loveckých psů, byl pozitivní na protilátky proti F. tularensis [35 –37]. Expozice divokým a domácím zvířatům exprimujícím protilátky proti F. tularensis byla identifikována jako rizikový faktor pro člověka v evropských částech Turecka [38,39]. Hlodavci studovaní v západním Íránu (provincie Hamadán) a patřící k druhům jird perský (Meriones persicus) a jird libyjský (Meriones locus) byli séropozitivní na tularémii a nevykazovali žádnou zkříženou reaktivitu s brucelózou [40].

Některá japonská divoká zvířata, včetně černých medvědů, byla prokázána jako séropozitivní na protilátky proti F. tularensis [41,42]. Séroprevalence k tularémii u divokých zvířat byla také prokázána v různých částech Ruska [43–45], Arménii [46] a Severní Americe. Protilátky proti Franciselle byly zjištěny u zajíců v Ontariu, Albertě a Novém Skotsku [47–50], zajíců na sněžnicích, pižmoňů a kojotů (Canis latrans) v Québecu [51], domácích psů v Novém Mexiku [52], prérijních psů v Texasu [53], volně žijící zvířata a lidé na Aljašce [54] a sysli (Spermophilus beecheyi) v Oregonu [55].

Obecně známé jsou studie o tularémii na Martha's Vineyard v Massachusetts. U skunků a mývalů byla často séroreaktivita, zatímco u bělonohých myší, králíků bavlníkových, jelenů, krys a psů nikoli [56]. Krajináři, kteří sekali trávníky na Martha's Vineyard, byli také často séropozitivní [57].

Anti-F. Testy protilátek tularensis aplikované v epidemiologických a ekologických studiích o tularemii prokázaly rozšíření tohoto etiologického agens tularemie, který je stále považován za biologického agens zařazeného do kategorie A, a ty mohou sloužit jako sentinely pro prevenci tularemie tím, že identifikují oblast s zvýšené riziko infekce. V mnoha případech byly protilátky jediným důkazem kontaktu s mikrobem, protože kultivační testy nebo PCR testy byly negativní.

Navíc jednotlivé izotypy protilátek a jejich specifity, které jsou snadno detekovatelné a dostupné v séru a slinách, jsou pro tyto účely zvláště důležité, protože mohou také prokázat propuknutí tularémie v anamnéze (časný interval infekce – pouze IgM, probíhající akutní stav – IgM a IgG, nebo k infekci došlo před časem – pouze IgG) ve sledované oblasti [51,58–62]. Existuje značný počet testů a technologií, které umožňují monitorování protilátek specifických pro tularémii a které lze využít ve studiích přirozeného prostředí [63].

3. Humorální imunitní odpověď na infekci Francisellou a očkování

Většina zdrojů v literatuře uvádí, že tvorba protilátek po přirozené infekci živou Francisellou kulminuje během druhého týdne po infekci. Izotypy IgM, IgG a IgA se obecně vyskytovaly současně, když byl aglutinační test použit pro hodnocení titru protilátek během prvního týdne po infekci. Izotypy protilátek IgG a IgA však mohly být detekovány dříve pomocí ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) [64,65].

Jedna pozdější studie dále upřesnila, že ve vzorcích séra získaných od pacientů se sérologicky potvrzenou tularémií převládaly mezi izotypy IgG specifické protilátky IgG2. Přítomny byly také specifické protilátky IgG1 a IgG3, ale nikoli IgG4 [66]. Vakcinace lidských dobrovolníků živým atenuovaným kmenem F. tularensis vyvolala dlouhotrvající humorální imunitní odpověď, kterou bylo možné spolehlivě prokázat druhý týden po vakcinaci a trvalo minimálně 18 měsíců po vakcinaci [67]. Produkce izotypů IgM, IgG a IgA začala současně; všechny tyto třídy imunoglobulinů byly detekovatelné až 1,5 roku po očkování. Jejich křivky odezvy se však lišily, přičemž aglutinační titr IgM Abs vrcholil nejdříve, druhý měsíc po infekci, a titr IgG Abs vrcholil naposledy, přibližně ve čtvrtém měsíci po vakcinaci.

Některá data prokázala, že sérové ​​aglutininy proti Franciselle mohou přetrvávat až 25 let po přirozené infekci Francisellou [68]. Testy buněčně zprostředkované imunity však byly přesvědčivější než aglutinační test používaný pro hodnocení humorální odpovědi [68], protože buněčná odpověď přetrvává déle než protilátková odpověď. Bylo také prokázáno, že antigenní determinanty účastnící se buněčně zprostředkovaných a humorálních imunitních odpovědí nejsou totožné. Determinanty zodpovědné za imunospecifickou stimulaci lymfocytů byly zahrnuty do skupiny proteinů, zatímco determinanty indukující aktivitu ELISA byly většinou sacharidové skupiny [69].

I když je lipopolysacharid F. tularensis (LPS) slabým imunogenem a induktorem humorální imunitní odpovědi [70,71], lidské periferní B buňky, nikoli však B buňky myší sleziny, produkují detekovatelné a postupně se zvyšující hladiny IgM protilátek v průběhu času [72 ].

Toto stanovení vedlo k názoru, že cílem protilátek mohou být spíše glykoproteiny nebo proteiny než LPS. Imunoproteomický přístup používaný k analýze specificit sérových protilátek získaných od jedinců, kteří onemocněli tularémií nebo od laboratorního personálu a subjektů klinických studií, kteří byli očkováni dvěma typy vakcín proti tularémii, z nichž jedna byla LPS, jasně identifikoval proteinové cíle anti -F. tularensis protilátky [73]. Protilátky rozpoznaly až 50 proteinů tularemie, z nichž pouze 10 nemá v eukaryotických buňkách žádné ortology nebo analogy [73].

Analogická studie provedená na novozélandských bílých králících imunizovaných teplem usmrceným živým očkovacím kmenem F. tularensis (LVS) odhalila 28 imunoreaktivních proteinů F. tularensis LVS, z nichž devět nebylo dříve identifikováno jako imunoreaktivní myším nebo lidským sérem [74 ]. Většina specificit protilátek anti-Francisella byla také identifikována v jiných studiích na lidech [64,75–77] a v několika experimentálních studiích na zvířatech [78–80]. Počty anti-F. Specificity protilátek tularensis v těchto studiích nejsou tak důležité, jako je skutečnost, že mnohé z nich jsou potenciálně reaktivní vůči proteinovým cílům hostitele.

Studie na různých živočišných druzích infikovaných kmeny F. tularensis odhalily uniformitu počátku produkce protilátek během druhého týdne po infekci nebo vakcinaci, stejně jako významnou závislost intenzity produkce protilátek na cestě infekce nebo vakcinace. Tato rutina může určit typ indukované imunitní odpovědi a mít vliv na typ testu, který musí být použit k detekci protilátek [81–85].

Charakteristiky produkce protilátek specifických pro Francisella prezentované ve výše uvedených studiích byly odvozeny ze vzorků odebraných během fáze adaptivní imunitní odpovědi. Nicméně multireaktivní protilátky izotypů IgM, IgG a IgA jsou přirozeně přítomny v normálních lidských a zvířecích sérech a byly původně známy jako autoprotilátky (NAAbs). Tyto NAAb jsou produkovány B1 buňkami, kódovanými zárodečnými geny s žádnými nebo jen s malým počtem somatických mutací a u normálních jedinců nepodléhají afinitnímu zrání [86,87]. Cílem těchto NAAb jsou vlastní proteiny, dokonce i proteiny tepelného stresu [88], složky komplementu [89], interleukiny [90], sacharidy nebo sialoglykany [91,92].

Tyto B1 buňky lze nalézt v pleurální a peritoneální dutině, zatímco v jiných tkáních, jako jsou lymfatické uzliny, slezina nebo kostní dřeň, je podíl B1 buněk velmi omezený [93]. B1 buňky v pleurální a peritoneální dutině reagují na infekce rychlou aktivací, translokací do lymfatických tkání a diferenciací na buňky vylučující protilátky [94]. Celý proces transformace B1 buněk na IgM plazmatické buňky trvá asi 1–1,5 dne [95]. Využití modelu bakteriální infekce F. tularensis odhalilo, že vhodná antigenní stimulace, v tomto případě glykolipidem F. tularensis LVS, indukuje protilátkové reakce IgM a IgG B1a následované tvorbou dlouhotrvajících T-nezávislých antigen-specifických B1a paměti, přičemž obě mají výrazně odlišné odpovědi od kanonické B2 humorální imunity [96,97].

Pokud se peritoneální B1 buňky dostanou do přímého kontaktu s F. tularensis kmenem FSC200, reagují okamžitě tvorbou přirozených protilátek, které jsme prozatímně nazvali infekcí vyvolané přirozené protilátky [98]. Životnost těchto protilátek v oběhu se zdá být velmi omezená. Navzdory šíření bakterií v orgánech infikovaných myší bylo pozorováno, že se spektrum specifit mění během prvních 48 hodin po infekci.

Cíle pro většinu klonů protilátek byly bakteriální proteiny s ortology nebo analogy v cytosolu nebo mitochondriích eukaryotických buněk [98]. Bezmikrobní myši reagovaly na infekci Francisella vyššími titry všech indukovaných izotypů protilátek a širším spektrem protilátkových specificit než myši bez specifických patogenů. V obou případech myši reagovaly dominantně na proteiny fylogeneticky konzervované v prokaryotických i eukaryotických buňkách.

Množství a kvalita takové časné přirozené infekce indukované protilátkové odpovědi jsou tedy pravděpodobně závislé jak na fylogenetické, tak na ontogenetické paměti infikovaného organismu. Argument pro účinek fylogenetické paměti může být založen na spektru protilátkových specifičností vyvolaných infekcí; argument pro ontogenetickou paměť může být založen na paměťových B1 buňkách specifických pro složku dlouhodobé infekce, které vznikají z okamžité přirozené imunitní odpovědi [96–98]. Tvorba paměťových buněk specifických pro mikrobiální složky během primární přirozené imunitní odpovědi pak upřednostňuje odpověď B1 buněk na tyto cíle během reinfekce, a tak omezuje obecné spektrum přirozených protilátek indukovaných primární infekcí.

Z celkového pohledu tedy můžeme uvažovat, že opětovné výzvy mění preference sebe/nesebepoznávání. Během primární reakce převládá reakce na neinfekční já nad infekčním nonself. To pokrývá jak vlastní, tak mikrobiální cíle a zajišťuje odstranění zbytků mrtvých buněk. Vzhledem k přítomnosti paměťových buněk upřednostňuje imunitní odpověď na reinfekci rozpoznání infekčního nonself před neinfekčním self. V tomto případě omezení mikrobiální proliferace také omezuje množství buněčného odpadu, který musí být odstraněn.

4. Role protilátek během vrozených a adaptivních fází imunitních odpovědí

Převládající názor, že imunita vůči Franciselle je zprostředkována dominantně imunitními reakcemi závislými na T-buňkách, se od počátku tisíciletí postupně změnil. V literatuře existují nezvratná data dokumentující zapojení protilátek i samotných subpopulací B-buněk do procesů, počínaje primárními interakcemi až do fáze sekundární reakce na bakteriální výzvu.

4.1. Francisella a sérová rezistence: Role komplementu a protilátek

Druhy rodu Francisella, stejně jako kmeny F. tularensis, jsou v různé míře odolné vůči usmrcení v séru [99]. Znalosti týkající se interakce Francisella se složkami séra však zůstávají nedostatečné pro pochopení podstaty sérové ​​rezistence. Bylo předloženo několik hypotéz. Obecně se uznává, že složení antigenu LPS O F. tularensis je dominantním faktorem umožňujícím F. tularensis odolávat jak komplementárnímu útoku, tak dechovým účinkům jiných složek séra.

Přes různé struktury F. tularensis subsp. tularensis a F. novicida, nálezy naznačují, že O antigeny obou F. tularensis subsp. tularensis a F. novicida hrají roli v ochraně před zabíjením v séru [100–102]. Role O antigenu z F. tularensis subsp. tularensis se zdá být relativně menší, nicméně ve srovnání s antigenem F. novicida O. Tento rozdíl může naznačovat, že u F. tularensis subsp. tularensis, jiné povrchové struktury nebo složky séra hrají roli v rezistenci vůči zabíjení séra [102]. Jedna z nich se může skládat z neproteinových složek vnější membrány jiných než LPS transportovaných ValAB, který je členem nadrodiny ABC transportérů [103].

Kromě toho depozice faktoru H spolu s fragmentem iC3b na povrchu bakterií může být principem sérové ​​rezistence Francisella [104]. Faktor H je jedním ze silných rozpustných inhibitorů komplementu, který po navázání na cílové struktury na buňkách nebo mikrobech brání aktivaci komplementu [105]. Údaje v literatuře prokázaly, že fragmenty složky komplementu C3d, iC3b a C4b se ukládají na povrch F. tularensis, což je faktor kritický pro aktivaci klasické dráhy. Naproti tomu neexistují žádné údaje o ukládání komplexu C5b–C9 membránového útoku na povrch Francisella.

Jedno z vysvětlení, proč je aktivace kompletní kaskády komplementu Francisellou neúplná a umožňuje Franciselle odolávat lýze komplementu, lze vidět ve spojení (vazbě) faktoru H s povrchovými složkami Francisella. Přesto nebyla vazba faktoru H na povrch F. tularensis dostatečně potvrzena [106]. Kromě toho vazba některých regulačních proteinů komplementu může bránit aktivaci komplementu na povrchu bakterie. Vazba vitronektinu, který je jedním z těchto proteinů, může být také mechanismem, kterým se kmeny Francisella vyhýbají útoku komplementu [99].

Povrch F. tularensis váže fragmenty složky komplementu, ale údaje o požadavku C1q na optimální depozici C3 naznačují, že je důležité, aby se izotypy IgM nebo IgG3 zpočátku navázaly na bakteriální povrch [107]. Může tedy vyvstat otázka, zda k takové primární interakci bakterií a složek komplementu může dojít po navázání přirozených nebo zkříženě reaktivních protilátek na bakteriální povrch. Pokud takové protilátkové specifity nejsou v oběhu, může chybět plnohodnotná aktivace komplementu, což může být rozhodující pro odolnost Francisella vůči procesům zabíjení séra.

Komplexní interakce povrchových komponent Francisella se sérovými protilátkami umožňující navázání komponent komplementu by tedy mohla představovat první bod záběru protilátek při vzájemné interakci Francisella s obranným systémem hostitele.

For more information:1950477648nn@gmail.com