Francisella a protilátky 1. časť

Abstrakt:

Imunitné odpovede na vnútrobunkové patogény do značnej miery závisia od aktivácie mechanizmov závislých od 1-pomocníka T. Príspevok B buniek k vytvoreniu ochrannej imunity bol dlho podceňovaný. Francisella tularensis, vrátane niekoľkých poddruhov, poskytuje vhodný model na štúdium imunitných reakcií proti intracelulárnym bakteriálnym patogénom.

Predtým sme demonštrovali, že Francisella infikuje B bunky a aktivuje podtypy B-buniek, aby produkovali niekoľko cytokínov a exprimovali aktivačné markery. Nedávno sme zdokumentovali skorú produkciu prirodzených protilátok v dôsledku infekcie Francisella u myší. Tu zhrňujeme súčasné poznatky o vrodených a získaných humorálnych imunitných odpovediach iniciovaných infekciou Francisella a ich vzťahoch s imunitnými obrannými systémami.

Intracelulárne patogény označujú tie patogénne mikroorganizmy, ktoré môžu rásť a rozmnožovať sa v bunkách a spôsobiť poškodenie hostiteľských buniek. Medzi bežné vnútrobunkové patogény patria baktérie, vírusy, plesne atď. Na rozdiel od iných patogénov sa vnútrobunkové patogény môžu vyhnúť útoku a odstraňovaniu hostiteľského imunitného systému prostredníctvom série dômyselných mechanizmov, ako je prezliekanie sa za antigény na povrchu infikovaných buniek, vstup do vnútra hostiteľských buniek, aby sa zabránilo útoku imunitných buniek atď.

Hostiteľské bunky však majú aj nešpecifické obranné mechanizmy. Imunitné bunky môžu napríklad produkovať veľké množstvo voľných radikálov, peroxidov, fágov atď., ktoré môžu zabíjať infikované bunky a zabrániť množeniu a šíreniu vnútrobunkových patogénov. Okrem toho sa hostiteľské bunky môžu brániť proti infekcii aj prostredníctvom autoimunitných mechanizmov, ako je prezentácia molekúl antigénu imunitným bunkám a spustenie špecifických imunitných reakcií.

Imunita a vnútrobunkové patogény sú neoddeliteľne spojené. Imunita je obranný systém hostiteľského tela proti invázii rôznych patogénov, vrátane dvoch aspektov nešpecifickej imunity a špecifickej imunity. Na rozdiel od iných patogénov, intracelulárne patogény rastú a reprodukujú sa vo vnútri hostiteľských buniek. Preto špecifické imunitné vzorce, abnormálne imunitné reakcie a stavy oslabenej imunity ovplyvnia prežitie a rast intracelulárnych patogénov.

Preto je úloha imunity proti intracelulárnym patogénom veľmi dôležitá. S pomocou imunity môžu hostiteľské bunky produkovať veľké množstvo protilátok, cytotoxických T buniek atď., aby napadli infikované bunky, a tým odstránili a zabili vnútrobunkové patogény. V procese obrany proti intracelulárnym patogénom môžu hostiteľské bunky tiež eliminovať baktérie, vírusy atď. v infikovaných bunkách produkciou fagocytov.

Záverom možno povedať, že úzka interakcia medzi vnútrobunkovými patogénmi a imunitou je neoddeliteľná a pomocou imunity dokážeme lepšie odolávať hrozbe vnútrobunkových patogénov a udržiavať naše telo zdravé. Na vybudovanie silného tela potrebujeme posilniť imunitu, udržať si dobré životné návyky, posilniť telesné cvičenie a zlepšiť svoju odolnosť. Z tohto hľadiska si musíme zlepšiť imunitu. Cistanche môže výrazne zlepšiť imunitu, pretože mäsový popol obsahuje rôzne biologicky aktívne zložky, ako sú polysacharidy, dve huby, Huang Li atď. Tieto zložky dokážu stimulovať imunitný systém Rôzne typy buniek v systéme, zvyšujú ich imunitnú aktivitu.

Kliknite na výhody cistanche tubulosa

Kľúčové slová:

prirodzená imunita; prirodzené protilátky; B bunky; Francisella tularensis; intracelulárny patogén.

1. Úvod

Pri priblížení sa k téme získaných humorálnych imunitných odpovedí iniciovaných infekciou Francisella a ich vzťahom s imunitnými obrannými systémami vychádzame z prehľadového článku z júna 2007 na túto tému, ktorý publikovali Elkins et al. Títo autori vyčerpávajúco zhrnuli súčasný stav vtedajšieho poznania o vzťahoch medzi mikroorganizmami Francisella a imunitným systémom hostiteľa, ako boli získané zo zvieracích modelov a štúdia ľudských infekcií až po ich rekonvalescenciu [1]. Odvtedy boli publikované desiatky recenzií pokrývajúcich rôzne témy indukcie, regulácie a expresie hostiteľských imunitných reakcií na Francisellu na molekulárnej a bunkovej úrovni.

Máme teda dnešné všeobecné poznatky týkajúce sa vrodeného imunitného rozpoznávania [2–6] a zapojenia neutrofilov [7–9], makrofágov [10–13] a dendritických buniek [14–17] počas fázy expresie imunitnej odpovede. Naďalej však máme značné medzery v chápaní procesov počas interakcie imunitného systému Francisella – hostiteľ, kde B bunky a protilátky [18–21] môžu hrať významnú úlohu počas vrodenej imunitnej odpovede, rovnako ako v adaptačnej fáze imunitnej odpovede na Francisellu. mikróby.

Medzi dôležité charakteristiky druhov Francisella patrí ich schopnosť infikovať široké spektrum organizmov, od améb [22], kliešťov [23], komárov [24], rýb [25], obojživelníkov [26] a vtákov [27,28]. rôznym cicavcom, vrátane hlodavcov, zajacovitých, mäsožravcov [29], opíc [30] a ľudí [31], a na uskutočnenie ich replikačného cyklu v rôznorodom sortimente eukaryotických buniek. Faktory virulencie Francisella, intracelulárny životný štýl Francisella a jej interakcia s jednotlivými bunkovými organelami ešte nie sú dostatočne pochopené.

Podobne ťažkosti pri charakterizácii molekulárnych a bunkových obranných reakcií infikovaného organizmu proti Franciselle sú spôsobené charakteristickým správaním Francisella, ktorá slabo aktivuje bunky vrodeného imunitného systému cicavcov a aktívne potláča reakcie hostiteľských buniek [32]. Stále sa diskutuje najmä o dôsledkoch vzťahov medzi Francisellou, B bunkami a prirodzenými a aktívne indukovanými protilátkami.

Tu zhrňujeme najnovšie poznatky o tejto problematike a prezentujeme náš pohľad na úlohu protilátok počas interakcie Francisella s bunkovým a molekulárnym obranným systémom hostiteľa. Údaje o protilátkach proti Franciselle pochádzajú z ekologických a epidemiologických štúdií, klinických údajov, experimentálnych štúdií zameraných na interakcie imunitného systému Francisella – hostiteľ a štúdií venovaných vývoju vakcín proti tularémii.

2. Interakcie hostiteľov s Francisellou v prírode zanechávajú významné stopy protilátok

Pretože tularémia je rozšírená po celej severnej pologuli, väčšina štúdií pochádza z Európy, Ázie a Severnej Ameriky. Značný počet divých a domácich zvierat, ako aj ľudí, žijúcich v endemických ložiskách tularémie, má sérové ​​protilátky proti F. tularensis. Séroprevalencia tularémie sa pohybuje od niekoľkých desatín percenta do desiatok percent, v závislosti od oblasti a sezóny skríningu. U európskych voľne žijúcich drobných cicavcov (Apodemus flavicollis, Myodes glareolus, Sorex araneus, Apodemus sylvaticus, Apodemus agrarius, Microtus arvalis a jedna Talpa europaea) odchytených na troch lokalitách v Českej republike boli zistené protilátky proti F. tularensis a prevalencia tzv. Protilátky sa významne líšili medzi živočíšnymi druhmi a pohlavím [33].

34 vzoriek krvi od 656 švédskych divokých predátorov a mrchožrútov, medzi nimi medveď hnedý (Ursus arctos), rys ostrovid (Lynx lynx), psík medvedíkovitý (Nyctereutes procyonoides), líška obyčajná (Vulpes vulpes), diviak (Sus scrofa), vlk (Canis lupus) a rosomák (Gulo gulo) mali protilátky proti F. tularensis subsp. holarctica [34]. Značný počet divých líšok (V. vulpes), psíkov medvedíkovitých (N. procyonoides) a diviakov (S. scrofa) zozbieraných v niekoľkých oblastiach Nemecka, ako aj poľovníckych psov, boli pozitívne na protilátky proti F. tularensis [35 –37]. Expozícia divokým a domácim zvieratám exprimujúcim protilátky proti F. tularensis bola identifikovaná ako rizikový faktor pre ľudí v európskych častiach Turecka [38,39]. Hlodavce študované v západnom Iráne (provincia Hamadán) a patriace k druhom perzského jirda (Meriones persicus) a líbyjského jirda (Meriones locus) boli séropozitívne na tularémiu a nevykazovali žiadnu skríženú reaktivitu s brucelózou [40].

Ukázalo sa, že niektoré japonské divoké zvieratá, vrátane čiernych medveďov, sú séropozitívne na protilátky proti F. tularensis [41,42]. Séroprevalencia k tularémii divých zvierat bola tiež preukázaná v rôznych častiach Ruska [43–45], Arménsku [46] a Severnej Amerike. Protilátky proti Franciselle boli zistené u zajacov v Ontáriu, Alberte a Novom Škótsku [47–50], zajacov na snežniciach, ondatry a kojotov (Canis latrans) v Québecu [51], domácich psov v Novom Mexiku [52], prérijných psov v Texase [53], voľne žijúce zvieratá a ľudia na Aljaške [54] a sysle (Spermophilus beecheyi) v Oregone [55].

Všeobecne známe sú štúdie o tularémii na Martha's Vineyard v Massachusetts. U skunkov a mývalov sa často séroaktivita vyskytovala, zatiaľ čo u bielonohých myší, králikov topolových, jeleňov, potkanov a psov nie [56]. Krajinári kosiaci trávniky na Martha's Vineyard boli tiež často séropozitívni [57].

Anti-F. Testy protilátok tularensis aplikované v epidemiologických a ekologických štúdiách o tularémii preukázali rozšírenie tohto etiologického agens tularémie, ktorý sa stále považuje za biologického pôvodcu uvedeného v kategórii A, a tieto môžu slúžiť ako indikátory prevencie tularémie identifikáciou oblasti s zvýšené riziko infekcie. V mnohých prípadoch boli protilátky jediným dôkazom kontaktu s mikróbom, pretože kultivačné testy alebo PCR testy boli negatívne.

Okrem toho jednotlivé izotypy protilátok a ich špecifickosti, ktoré sú ľahko zistiteľné a dostupné v sére a slinách, sú mimoriadne dôležité pre takéto účely, pretože môžu tiež preukázať prepuknutie tularémie v anamnéze (včasný interval infekcie – iba IgM, prebiehajúci akútny stav – IgM a IgG, alebo sa infekcia vyskytla pred časom – iba IgG) v sledovanej oblasti [51,58–62]. Existuje značný počet testov a technológií, ktoré umožňujú monitorovanie protilátok špecifických pre tularémiu a ktoré možno využiť v štúdiách prirodzeného prostredia [63].

3. Humorálna imunitná odpoveď na infekciu Francisellou a očkovanie

Väčšina zdrojov v literatúre uvádza, že tvorba protilátok po prirodzenej infekcii živou Francisellou kulminuje počas druhého týždňa po infekcii. Izotypy IgM, IgG a IgA sa vo všeobecnosti vyskytli súčasne, keď sa aglutinačný test použil na vyhodnotenie titra protilátok počas prvého týždňa po infekcii. Izotypy protilátok IgG a IgA však bolo možné detegovať skôr pomocou ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) [64,65].

Jedna neskoršia štúdia ďalej špecifikovala, že vo vzorkách séra získaných od pacientov so sérologicky potvrdenou tularémiou medzi izotypmi IgG prevládali špecifické protilátky IgG2. Prítomné boli aj špecifické protilátky IgG1 a IgG3, ale nie IgG4 [66]. Vakcinácia ľudských dobrovoľníkov živým atenuovaným kmeňom F. tularensis vyvolala dlhotrvajúcu humorálnu imunitnú odpoveď, ktorú bolo možné spoľahlivo preukázať druhý týždeň po očkovaní a trvala minimálne 18 mesiacov po očkovaní [67]. Produkcia izotypov IgM, IgG a IgA začala súčasne; všetky tieto triedy imunoglobulínov boli detekovateľné až 1,5 roka po očkovaní. Krivky ich odozvy sa však líšili, pričom aglutinačný titer IgM Abs vrcholil najskôr, druhý mesiac po infekcii, a titer IgG Abs vrcholil naposledy, približne vo štvrtom mesiaci po očkovaní.

Niektoré údaje ukázali, že sérové ​​aglutiníny proti Franciselle môžu pretrvávať až 25 rokov po prirodzenej infekcii Francisellou [68]. Testy bunkami sprostredkovanej imunity však boli presvedčivejšie ako aglutinačný test použitý na hodnotenie humorálnej odpovede [68], pretože bunková odpoveď pretrváva dlhšie ako protilátková odpoveď. Bolo tiež preukázané, že antigénne determinanty podieľajúce sa na bunkami sprostredkovaných a humorálnych imunitných odpovediach nie sú identické. Determinanty zodpovedné za imunošpecifickú stimuláciu lymfocytov boli zahrnuté do skupiny proteínov, zatiaľ čo determinanty indukujúce aktivitu ELISA boli väčšinou sacharidové skupiny [69].

Aj keď je lipopolysacharid F. tularensis (LPS) slabým imunogénom a induktorom humorálnej imunitnej odpovede [70,71], ľudské periférne B bunky, ale nie myšie B bunky sleziny, produkujú detekovateľné a postupne sa zvyšujúce hladiny IgM protilátok v priebehu času [72 ].

Toto určenie viedlo k myšlienke, že cieľom protilátok môžu byť skôr glykoproteíny alebo proteíny ako LPS. Imunoproteomický prístup používaný na analýzu špecifík sérových protilátok získaných od jedincov, ktorí ochoreli na tularémiu alebo od laboratórneho personálu a účastníkov klinického skúšania, ktorí boli očkovaní dvoma typmi vakcín proti tularémii, z ktorých jedna bola LPS, jasne identifikoval proteínové ciele anti -F. tularensis protilátky [73]. Protilátky rozpoznali až 50 proteínov tularémie, z ktorých iba 10 nemá ortológy alebo analógy v eukaryotických bunkách [73].

Analogická štúdia vykonaná s použitím novozélandských bielych králikov imunizovaných teplom usmrteným živým očkovacím kmeňom F. tularensis (LVS) odhalila 28 imunoreaktívnych proteínov F. tularensis LVS, z ktorých deväť nebolo predtým identifikovaných ako imunoreaktívnych myšacím alebo ľudským sérom [74 ]. Väčšina špecifík anti-Francisella protilátok bola identifikovaná aj v iných štúdiách u ľudí [64,75–77] a niekoľkých experimentálnych štúdiách na zvieratách [78–80]. Počty anti-F. Špecifickosti protilátok tularensis v týchto štúdiách nie sú také dôležité ako skutočnosť, že mnohé z nich sú potenciálne reaktívne voči proteínovým cieľom hostiteľa.

Štúdie na rôznych živočíšnych druhoch infikovaných kmeňmi F. tularensis odhalili jednotnosť začiatku produkcie protilátok počas druhého týždňa po infekcii alebo vakcinácii, ako aj významnú závislosť intenzity produkcie protilátok od cesty infekcie alebo očkovania. Táto rutina môže určiť typ indukovanej imunitnej odpovede a mať vplyv na typ testu, ktorý sa musí použiť na detekciu protilátok [81–85].

Charakteristiky produkcie protilátok špecifických pre Francisellu prezentované vo vyššie uvedených štúdiách boli odvodené zo vzoriek odobratých počas štádia adaptívnej imunitnej odpovede. Avšak multireaktívne protilátky izotypov IgM, IgG a IgA sú prirodzene prítomné v normálnom ľudskom a zvieracom sére a boli pôvodne známe ako autoprotilátky (NAAbs). Tieto NAAb sú produkované B1 bunkami, kódovanými zárodočnými génmi so žiadnymi alebo len s malým počtom somatických mutácií a u normálnych jedincov nepodliehajú afinitnému dozrievaniu [86,87]. Cieľmi týchto NAAb sú vlastné proteíny, dokonca aj proteíny tepelného stresu [88], zložky komplementu [89], interleukíny [90], sacharidy alebo sialoglykány [91,92].

Tieto B1 bunky možno nájsť v pleurálnej a peritoneálnej dutine, zatiaľ čo v iných tkanivách, ako sú lymfatické uzliny, slezina alebo kostná dreň, je podiel B1 buniek veľmi obmedzený [93]. Bunky B1 v pleurálnych a peritoneálnych dutinách reagujú na infekcie rýchlou aktiváciou, translokáciou do lymfatického tkaniva a diferenciáciou na bunky vylučujúce protilátky [94]. Celý proces transformácie buniek B1 na plazmatické bunky IgM trvá približne 1–1,5 dňa [95]. Využitie modelu bakteriálnej infekcie F. tularensis odhalilo, že vhodná antigénna stimulácia, v tomto prípade glykolipidom F. tularensis LVS, indukuje IgM a IgG B1a protilátkové reakcie, po ktorých nasleduje tvorba dlhotrvajúcich T-nezávislých antigén-špecifických B1a pamäť, pričom obe majú výrazne odlišné odpovede od kanonickej B2 humorálnej imunity [96,97].

Ak sa peritoneálne B1 bunky dostanú do priameho kontaktu s F. tularensis kmeňom FSC200, reagujú okamžite tvorbou prirodzených protilátok, ktoré sme dočasne nazvali infekciou indukované prirodzené protilátky [98]. Životnosť týchto protilátok v obehu sa zdá byť veľmi obmedzená. Napriek šíreniu baktérií v orgánoch infikovaných myší sa pozorovalo, že spektrum špecifík sa mení počas prvých 48 hodín po infekcii.

Cieľmi pre väčšinu klonov protilátok boli bakteriálne proteíny s ortológmi alebo analógmi v cytosóle alebo mitochondriách eukaryotických buniek [98]. Myši bez mikróbov reagovali na infekciu Francisella vyššími titrami všetkých indukovaných izotypov protilátok a širším spektrom špecifík protilátok ako myši bez špecifických patogénov. V oboch prípadoch myši reagovali dominantne na proteíny fylogeneticky konzervované v prokaryotických aj eukaryotických bunkách.

Kvantita a kvalita takejto včasnej prirodzenej protilátkovej odpovede vyvolanej infekciou teda pravdepodobne závisí od fylogenetických aj ontogenetickej pamäte infikovaného organizmu. Argument pre účinok fylogenetickej pamäte môže byť založený na spektre protilátkových špecifík vyvolaných infekciou; argument pre ontogenetickú pamäť sa môže zakladať na pamäťových B1 bunkách špecifických pre zložku dlhodobej infekcie, ktoré vznikajú z okamžitej prirodzenej imunitnej odpovede [96–98]. Tvorba pamäťových buniek špecifických pre mikrobiálne zložky počas primárnej prirodzenej imunitnej odpovede potom podporuje reakciu B1 buniek na tieto ciele počas reinfekcie, a tak obmedzuje všeobecné spektrum prirodzených protilátok indukovaných primárnou infekciou.

Z celkového pohľadu teda môžeme uvažovať o tom, že opätovné vyzvanie mení preferencie seba/nepoznávania. Počas primárnej odpovede dominuje odpoveď na neinfekčné ja nad infekčným neosobným. To pokrýva vlastné aj mikrobiálne ciele a zabezpečuje elimináciu zvyškov mŕtvych buniek. V dôsledku prítomnosti pamäťových buniek imunitná odpoveď na reinfekciu uprednostňuje rozpoznanie infekčného nonself pred neinfekčným self. V tomto prípade obmedzenie mikrobiálnej proliferácie obmedzuje aj množstvo bunkového odpadu, ktorý sa musí odstrániť.

4. Úloha protilátok počas vrodených a adaptívnych fáz imunitných odpovedí

Prevládajúci názor, že imunita voči Franciselle je sprostredkovaná dominantne imunitnými odpoveďami závislými od T-buniek, sa od začiatku tisícročia postupne menil. V literatúre sú nevyvrátiteľné údaje dokumentujúce zapojenie protilátok, ako aj samotných subpopulácií B-buniek do procesov, počnúc primárnymi interakciami až po fázu sekundárnej odpovede na bakteriálnu infekciu.

4.1. Francisella a sérová rezistencia: Úloha komplementu a protilátok

Druhy rodu Francisella, ako aj kmene F. tularensis, sú v rôznej miere odolné voči usmrcovaniu v sére [99]. Poznatky týkajúce sa interakcie Francisella so zložkami séra však zostávajú nedostatočné na pochopenie povahy sérovej rezistencie. Bolo predložených niekoľko hypotéz. Všeobecne sa uznáva, že zloženie antigénu LPS O F. tularensis je dominantným faktorom, ktorý F. tularensis umožňuje odolávať komplementárnemu útoku a dychovým účinkom iných zložiek séra.

Napriek rozdielnym štruktúram F. tularensis subsp. tularensis a F. novicida, nálezy naznačujú, že O antigény oboch F. tularensis subsp. tularensis a F. novicida zohrávajú úlohu pri ochrane pred usmrcovaním v sére [100–102]. Úloha O antigénu z F. tularensis subsp. tularensis sa však zdá byť relatívne malý v porovnaní s antigénom F. novicida O. Tento rozdiel môže naznačovať, že u F. tularensis subsp. tularensis, iné povrchové štruktúry alebo zložky séra zohrávajú úlohu v rezistencii na zabíjanie séra [102]. Jeden z nich môže pozostávať z neproteínových zložiek vonkajšej membrány iných ako LPS transportovaný ValAB, ktorý je členom nadrodiny ABC transportérov [103].

Okrem toho depozícia faktora H spolu s fragmentom iC3b na bakteriálnom povrchu môže byť princípom sérovej rezistencie Francisella [104]. Faktor H je jedným zo silných rozpustných inhibítorov komplementu, ktorý po naviazaní na cieľové štruktúry na bunkách alebo mikróboch bráni aktivácii komplementu [105]. Údaje v literatúre ukázali, že fragmenty komponentov komplementu C3d, iC3b a C4b sa ukladajú na povrch F. tularensis, čo je faktor kritický pre aktiváciu klasickej dráhy. Na rozdiel od toho neexistujú žiadne údaje o ukladaní komplexu C5b – C9 membránového útoku na povrch Francisella.

Jedno z vysvetlení, prečo je aktivácia kompletnej kaskády komplementu Francisellou neúplná a umožňuje Franciselle odolávať lýze komplementu, možno vidieť v asociácii (väzbe) faktora H s povrchovými zložkami Francisella. Napriek tomu väzba faktora H na povrch F. tularensis nebola dostatočne potvrdená [106]. Okrem toho väzba niektorých regulačných proteínov komplementu môže zabrániť aktivácii komplementu na povrchu baktérie. Väzba vitronektínu, ktorý je jedným z týchto proteínov, môže byť tiež mechanizmom, ktorým sa kmene Francisella vyhýbajú útoku komplementu [99].

Povrch F. tularensis viaže fragmenty zložky komplementu, ale údaje o požiadavke C1q na optimálnu depozíciu C3 naznačujú, že je dôležité, aby sa izotypy IgM alebo IgG3 spočiatku viazali na bakteriálny povrch [107]. Môže teda vzniknúť otázka, či takáto primárna interakcia baktérií a zložiek komplementu môže nastať po naviazaní prirodzených alebo skrížene reagujúcich protilátok na povrchy baktérií. Ak takéto protilátkové špecificity nie sú v obehu, môže chýbať plnohodnotná aktivácia komplementu, čo môže byť rozhodujúce pre odolnosť Francisella voči procesom zabíjania séra.

Komplexná interakcia povrchových komponentov Francisella so sérovými protilátkami umožňujúcimi väzbu komponentov komplementu teda môže predstavovať prvý bod zapojenia protilátok počas vzájomnej interakcie Francisella s obranným systémom hostiteľa.

For more information:1950477648nn@gmail.com