IMUNOLOGIA
2009/2010
Licenciatura em Bioquímica 3º Ano
INTRODUÇÃO AO SISTEMA
IMUNITÁRIO
V I S Ã O G E R A L D A R E S P O S T A I M U N E
Imunidade
A Imunidade refere-se à protecção da doença, mais especificamente, da doença infecciosas. As células e as moléculas responsáveis pela imunidade constituem o sistema imunitário, e a sua resposta colectiva e coordenada à introdução de substâncias estranhas é referida como resposta imune.
Assim, as funções do sistema imunitário são:
Defender o organismo de micróbios e de substâncias estranhas não infecciosas;
Defesa contra infecções;
Defesa contra certos tumores;
Impede a transplantação;
Causador de algumas doenças.
Em adição, mecanismos que normalmente protegem individuos da infecção e eliminam substâncias estranhas são capazes de causar dano tecidular e doença em alguns casos. Portanto, podemos definir em melhor extensão:
Resposta imune – acção contra componentes dos micróbios, a macromoléculas, como proteinas e polissacarideos, e a pequenos químicos que são reconhecidos como estranhos, descuidando a consequência fisiológica ou patológica de tal reacção.
A resposta imune usa mecanismos protectores para controlar e eliminar os micróbios infecciosos. Todos esses mecanismos se baseiam na detecção de características estruturais do agente patogénico que os distinguem das células do hospedeiro. Tal discriminação entre o agente infeccioso e o hospedeiro é essencial para permitir ao hospedeiro eliminar o microorganismo patogénico sem ocorrer dano excessivo dos tecidos do hospedeiro.
A imunologia é o estudo da resposta imune no seu sentido lato e dos eventos celulares e moleculares que ocorrem após um organimo entrar em contacto com um micróbio e outras macromoléculas estranhas.
Perspectiva Histórica
A imunologia cresceu da observação de que individuos que recuperavam de certas doenças infecciosas estavam protegidos contra a doença:
Immunis isento
Na história da imunologia encontram-se vários nomes:
Thucydides, ao descrever uma praga em Atenas, escreveu em 430 a.C. que apenas aqueles que recuperaram da praga conseguiam podiam cuidar a doença pois não eram capazes de contrair a doença uma segunda vez;
Edward Jenner, um médico inglês, reparou que vacas que tinham recuperado da varíola bovina nunca contraiam a varíola mais séria. Na base da sua observação, ele injectou material de uma pústula (pequena borbulha característica da varíola) de varíola bovina no braço de um rapaz de 8 anos de idade. Quando este rapaz foi mais tarde inoculado intencionalmente com varíola, a doença não se desenvolveu. O seu trabalho quanto à vacinação (vaccinus vaca) foi publicado
em 1798. Este método permitiu que a varíola fosse a primeira doença erradicada por todo o mundo;
Louis Pasteur cresceu bactérias que pensava provocarem cólera aviária em cultura e mostrou que galinhas injectadas com as bactérias desenvolviam cólera. Após regressar de umas férias, ele injectou algumas galinhas com uma cultura antiga e estas ficaram doentes mas, para surpresa de Pasteur, elas recuperaram. Pasteur cresceu então uma nova cultura de bactérias com a intenção de as injectar noutras galinhas, mas o suprimento em galinhas era baixo e, portanto, ele usou as galinhas já anteriormente inoculadas. De novo para sua surpresa, as galinhas estavam protegidas da doença. Assim, ele mostrou que a idade enfraqueceu a virulência do patogénio e que tal estirpe atenuada pode ser usada para proteger da doença. À estirpe atenuada ele deu o nome de vacina, em honra ao trabalho de Jenner. Pasteur extendeu as suas descobertas a outras doenças, demonstrando que era possivel atenuar, ou enfraquecer, um patogénio e administrar a estirpe atenuada como uma vacina. Em 1885, Pasteur administrou pela primeira vez a sua vacina num humano, um pequeno rapaz que tinha sido mordido repetidamente por um cão com raiva. O rapaz Joseph Meister, foi inoculado com uma séria de preparações de virus da raiva atenuadas e sobreviveu.
No entanto, a vacinação com estirpes atenuadas apresenta desvantagens:
Pessoas imunodeficientes são susceptiveis a ataque pela estirpe atenuada;
Os microorganismos podem não permanecer atenuados. Podemos ainda definir dois tipos de vacinas:
Terapeuticas, que são usadas após a inoculação com o agente patogénico e que permitem lutar contra este;
Preventivas, que são usadas antes da inoculação e que previnem a resposta imune.
Imunidade Inata e Adaptativa
A defesa contra micróbios é mediada pelas primeiras reacções da imunidade inata e pelas respostas mais tardias da imunidade adaptativa:
Estes dois tipos de imunidade diferem pelas suas caracteristicas e componentes:
Imunidade Inata Imunidade Adaptativa
Caracteristicas
Especificidade Para estruturas partilhadas por grupos de microorganismos relacionados
Para antigénios dos microorganismos e para antigénios não microbianos
Diversidade Limitada; codificada pela linhagem germinativa
Elevada; receptores são produzidos por
recombinação somática de segmentos de genes
Memória Não Sim
Auto-tolerância Sim Sim
Componentes
Barreiras celulares e químicas
Pele, epitélio mucoso; químicos antimicrobianos
Linfócitos no epitélio; anticorpos secretados nas superficies epiteliais
Proteínas sanguineas Sistema complemento, outras Anticorpos
Células Fagócitos (macrófagos, neutrófilos), células naturalmente assassinas (NK cells)
Linfócitos, células dendriticas
A imunidade inata e a adaptativa constituem componentes de sistemas integrados de defesa do hospedeiro nos quais numerosas células e moléculas funcionam cooperativamente:
Os mecanismos da imunidade inata fornecem uma defesa inicial potente contra as infecções;
No entanto, vários micróbios patogénicos evoluiram de modo a resistir à imunidade inata, e a sua eliminação requer os mecanismos mais poderosos da imunidade adaptativa;
A resposta imunitária inata aos micróbios também estimula a resposta adaptativa e influência a sua natureza;
A imunidade inata é filogeneticamente o sistema de defesa do hospedeiro mais antigo.
Imunidade Inata
A Imunidade Inata, também chamada de imunidade nativa, fornece a primeira linha de defesa contra os micróbios. Consiste nos mecanismos bioquímicos e celulares de defesa que estão em vigor mesmo antes da infecção e estão bem posicionados para responder rapidamente à infecção:
Estes mecanismos reagem apenas contra micróbios e produtos de células danificadas, e respondem essencialmente do mesmo modo para repetidas infecções.
Os principais componentes da imunidade inata são:
Tipo de Componente Mecanismo
Barreiras anatómicas
Pele Barreira mecânica que retarda a entrada de micróbios; Ambiente acidico (pH 3-5) retarda o crescimento de micróbios;
Membranas mucosas Flora normal compete como micróbios para locais de ligação e nutrientes; Muco impede a entrada de microorganismos;
Cilios levam os microorganismos para fora do corpo
Barreiras fisiológicas
Temperatura Temperatura corporal normal inibe o crescimento de alguns patogénios; Febre inibe o crescimento de alguns patogénios
Baixo pH Acidez do estômago mata a maior parte dos microorganismos ingeridos
Mediadores químicos Lisozimas quebram a parede celular;
Interferon induz um estado antiviral em células não infectadas; Sistema complemento lisa microorganismos ou facilita a fagocitose;
Receptores toll-like reconhecem moleculas microbianas, sinal celular para a secreção de citocinas imunostimulatórias;
Colectinas rompem a parede celular do patogénio
Barreiras
fagociticas/endociticas
Várias células internalizam (endocitose) e quebram macromoléculas estranhas;
Células especializadas (monócitos, neutrófilos, macrofagos) internalizam (fagocitose), matam e digerem microorganismos inteiros
Barreiras inflamatórias Dano tecidular e infecção induzem células fagocitárias para a área afectada
Os mecanismos da imunidade inata são especificos para estruturas que são comuns para grupos de microorganismos relacionados e não distinguem diferenças ligeiras entre substâncias estranhas:
PAMPS – o sistema imunitário inato reconhece estruturas que são compartilhadas por várias classes de micróbios e não estão presentes nas células do hospedeiro, as pathogen associated
molecular patterns. Existem na superficie dos patogénios e avisam a entrada destes, podendo
ser reconhecidos por receptores;
DAMPS – o sistema imunitário inato reconhece estruturas encontradas nas células do hospedeiro em stress ou mortas, as danger associated molecular patterns.
Imunidade Adaptativa
Em contraste com a imunidade inata, a imunidade adaptativa é estimulada pela exposição a agentes infecciosos e aumenta em magnitude e capacidades defensivas com cada exposição sucessiva a um micróbio particular. Assim, esta forma de imunidade desenvolve-se como uma resposta à infeccção e adapta-se à infecção:
Têm grande especificidade para moléculas distintas e habilidade para relembrar e responder mais vigorosamente a esposições repetidas ao mesmo micróbio;
É capaz de reconhecer e reagir contra um grande numero de substâncias microbianas e não microbianas;
Tem uma extraordinária capacidade de distinguir entre diferentes micróbios e moléculas, mesmo que intamamente relacionadas, o que a torna muito especifica;
Os principais componentes da imunidade adaptativa são linfócitos e seus produtos secretórios, como os anticorpos. Substâncias estranhas que induzem respostas imunitárias especificas ou são os alvos de tais respostas são designados antigénios.
Tipos de respostas imunitárias adaptativas
Existem dois tipos de respostas imunitárias adaptativas que são mediadas por diferentes componentes do sistema imunitário e funcionam para eliminar diferentes tipos de micróbios:
Imunidade humoral – mediada por moléculas no sangue e nas secreções da mucosa, designados anticorpos, que são produzidos por células designadas linfócitos B. Os anticorpos reconhecem antigénios microbianos, neutralizam a infectividade dos micróbios e marcam micróbios para eliminação por variados mecanismos efectores. Este é o principal mecanismo de defesa contra micróbios extracelulares e as suas toxinas porque os anticorpos secretados podem ligar-se a esses micróbios e toxinas e assistir a sua eliminação. Os anticorpos são especializados: diferentes tipos de anticorpos promovem a fagocitose de micróbios por células do hospedeiro e outros ligam-se e provocam a libertação de mediadores inflamatórios das células;
Imunidade mediada por células – é mediada por linfócitos T. Microbios intracelulares, como os virus e algumas bactérias, sobrevivem e proliferam dentro do fagócito e de outras células hospedeiras, onde estão inacessiveis para os anticorpos circulantes. Defesa contra tais infecções é função deste tipo de imunidade, que promove a destruição de micróbios que residem em fagócitos ou a morte das células infectadas, para elimnar os reservatórios de infecção.
A imunidade protectora contra um micróbio pode ser induzida por resposta do hospedeiro ao micróbio ou pela transferência de anticorpos ou linfócitos especificos para o micróbio:
Imunidade activa – forma de imunidade que é induzida pela exposição a um antigénio estranho. Assim, o individuo imunizado tem um papel activo na resposta ao antigénio. Individuos e linfócitos que não encontraram um antigénio particular são designados de naive, implicando que sejam imunologicamente inactivos. Individuos que responderam a um antigénio microbiano e estão protegidos de subsequentes exposições ao micróbios são designados de imunes;
Imunidade passiva – forma de imunidade que é conferida a um individuo por transferência de soro ou linfócitos de um individuo especificamente imunizado. O recebedor de tal transferência torna-se imune a um antigénio particular sem nunca ser exposto ou ter respondido a esse antigénio. É um método util para conferir imunidade rapidamente. Um exemplo é a transferência de anticorpos maternais para o feto, que permite aos recém-nascidos combater infecções antes de desenvolverem a habilidade de produzirem anticorpos.
Principais Características da Resposta Imunitária Adaptativa
Ambas as respostas imunitárias mediadas por células ou humorais a antigénios estranhos têm um numero de propriedades fundamentais que reflectem as propriedades dos linfócitos que medeiam essas respostas:
Especificidade e diversidade – as respostas imunes são especificas para antigénios distintos e para diferentes porções de um único complexo proteico, polissacarideo ou outras moléculas. As partes de tais antigénios que são especificamente reconhecidas por linfócitos individuais são desigandos epitopos. Esta fina especificidade existe porque linfócitos individuais expressam receptores de membrana que são capazes de distinguir diferenças subtis na estrutura de diferentes antigénios. Clones de linfócitos com diferentes especificidades estão presentes em individuos não-imunizados e são capazes de reconhecer e responder a antigénios estranhos. O numero total de especificidades de antigénios dos linfócitos de um individuo é extremamente elevado. esta diversidade é o resultado da variabilidade em estruturas dos locais de ligação a antigénios dos receptores nos linfócitos;
Memória – exposição do sistema imunitário a antigénios estranhos aumenta a sua habilidade para responder de novo a esse antigénio. As respostas a exposições seguintes ao mesmo antigénio são normalmente mais rápidas, maiores e qualitativamente diferente da primeira. A memória imunológica ocorre parcialmente porque cada exposição ao antigénio expande a clonagem de linfócitos para antigénios especificos. Em adição, estimulação de linfócitos naive por antigénios gera células de memória de longa vida. Estas células de memória apresentam caracteristicas especiais que as torna mais eficientes na resposta e eliminação do antigénio do que os linfócitos naive. Os linfócitos B de memória produzem anticorpos que se ligam a antigénios com maior afinidades que os anticorpos produzidos nas respostas imunitárias primárias, e os linfócitos T de memória reagem muito mais rapida e vigorosamente ao antigénio do que os linfócitos T naive;
Expansão clonal – os linfócitos sofrem proliferação considerável a seguir à exposição ao antigénio. Este termo refere-se ao aumento do número de células que expressam receptores idênticos para o antigénio. Este aumento no numero de células especificas para um antigénio permite que a resposta imunitária adaptativa ocorra rapidamente;
Especialização – o sistema imunitário responde por vias distintas e especiais a diferentes micróbios, maximizando a eficiência dos mecanismos de defesa antimicrobianos. Assim, a imunidade humoral e a mediada por células são elicitadas por diferentes classes de micróbios ou pelo mesmo micróbio em diferentes estágios da infecção (extracelular e intracelular), e cada tipo de resposta imunitária protege o hospedeiro contra essa classe de micróbio. Mesmo dentro das respostas humorais ou mediadas por células, a natureza dos anticorpos ou dos linfócitos T que são gerados pode variar entre classes de micróbios;
Contracção e homeostasia – todas as respostas imunes normais desvanescem com o tempo após a estimulação pelo antigénio, sendo que o sistema imunitário retorna ao seu estado basal, o que se designa de homeostasia. A contracção da resposta imune ocorre largamente porque respostas que são provocadas por antigénios funcionam para eliminar os antigénios, sendo assim a eliminação o estimulo essencial para a sobrevivência e activação dos linfócitos;
Auto-tolerância – uma das propriedades mais importantes do sistema imunitário de todos os individuos normais é a sua habilidade para reconhecer, responder, e eliminar antigénios estranhos enquanto não reage com as substâncias antigénicas desse individuo. A ausência de resposta imunológica é chamado de tolerância. A tolerância a antigénios do próprio, ou auto-tolerância, é mantida por vários mecanismos, que incluem a eliminação de linfócitos que expressam receptores especifico para alguns antigénios do próprio e permitindo que linfócitos encontrem outros antigénios do próprio de modo a que leve à inactivação funcional ou à morte de linfócitos auto-reactivos. Anormalidades nestes sistemas levam a respostas auto-imunes. Estas caracteristicas da imunidade adaptativa são necessários caso o sistema imunitário esteja a desempenhar as suas funções normais de defesa do hospedeiro:
Componentes Celulares do Sistema Imunitário Adaptativo
As principais células do sistema imunitário são os linfócitos, as células apresentadoras de antigénios e as células efectoras.
Os linfócitos são as células que reconhecem e respondem especificamente a antigénios estranhos e são, assim, mediadores da imunidade humoral e mediada por células. Existem distintas subpopulações de linfócitos que diferem na sua função:
Linfócitos B – são as únicas células capazes de produzir anticorpos. Reconhecem antigénios extracelulares (incluindo da superficie celular) e diferenciam-se entre plasmócitos que secretam anticorpos, funcionando como mediadores da imunidade humoral;
Caracteristica Significado Funcional
Especificidade Assegura que antigénios distinctos provoquem respostas especificas
Diversidade Permite que o sistema imunitário responda a uma garnde variedade de antigénios
Memória Leva ao aumento da resposta a exposições repetidas ao mesmo antigénio
Expansão clonal Aumenta o numero de linfócitos especificos para um antigénio
Especialização Gera respostas que são óptimas para a defesa contra diferentes tipos de micróbios
Contracção e homeostasia Permite que o sistema imunitário responda e novos antigénios
Linfócitos T – as células da imunidade mediada por células. Reconhecem antigénios de micróbios intracelulares e destroem esses micróbios ou as células infectadas. Os linfócitos T não produzem anticorpos. Os seus receptores de antigénios são moléculas de membrana distintas mas estruturalmente relacionadas com anticorpos. Estas células apresentam uma especificidade restrita para os antigénios, reconhecem apenas antigénios péptidicos ligados a proteinas do hospedeiro codificadas por genes do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) e que são expressas na superficie de outras células. Como resultado, estas células T reconhecem e respondem a células associadas pela superficie mas não a antigénios soluveis;
Células naturalmente assassinas (NK) - envolvidas na imunidade inata contra virus e outros micróbios intracelulares.
Os linfócitos T consistem em populações funcionalmente distintas de células:
Linfócitos T helper (TH cells) – em resposta a estimulação antigénica, secretam proteinas
denominadas citocinas, cujas funções são estimular a proliferação e diferenciação de linfócitos T e activar outras células, incluindo linfócitos B, macrófagos e outros leucócitos. Apresentam à sua superficie CD4;
Linfócitos T citotóxicos (TC cell) – matam células que produzem antigénios estranhos, como
células infectadas por virus e outros micróbios intracelulares. Apresentam à sua superficie CD8;
Linfócitos T reguladores – alguns linfócitos T e funcionam principalmente de modo a inibir a resposta imunitária.
Diferentes classes de linfócitos podem ser distinguidas pela expressão de proteinas de superficie que são chamadas “moléculas CD” e numeradas:
A iniciação e desenvolvimento da resposta imunitária adaptativa requer que os antigénios sejam capturados e disponibilizados a linfócitos especificos. As células que têm este papel são as células apresentadoras de antigénio (APCs):
Células dendriticas – as células apresentadoras de antigénios mais especializadas e capturam antigénio microbianos que entram apartir do ambiente externo, os transportam para os orgãos linfoides e apresentam os antigénios ao linfócitos T naive para iniciar respostas imunitárias;
Outros tipos de células funcionam como ACPs em diferentes estágios das respostas imunes humoral ou mediada por células.
A activação dos linfócitos pelo antigénio leva à geração de numerosos mecanismos que funcionam para eliminar o antigénio. Esta eliminação normalmente requer a participação de células que são designadas de células efectoras porque elas ela medeiam o efeito final da resposta imunitária, que é eliminar o micróbio:
Linfócitos T activados, fagocitos mononucleares e outros leucócitos funcionam como células efectoras em diferentes respostas imunitárias.
Os linfócitos e as APCs estão concentradas em orgãos linfáticos anatomicamente discretos, onde interagem com um outro para iniciar respostas imunitárias. Os linfócitos estão também presentes no sangue, e daqui podem recircular para tecidos linfáticos e para locais periféricos onde houve exposição ao antigénio para o eliminar.
Disfunção Imunitária e suas Consequências
Embora a resposta imunitária inata e adaptativa tenham mecanismos de acção diferentes, o sinergismo entre elas é essencial para uma resposta imune eficaz. No entanto, é importante regular as vias de resposta imune:
Evitar a activação excessiva de linfócitos e o dano de tecidos durante o desenvolvimento de uma resposta protectora normal contra os micróbios;
Prevenir reacções inapropriadas contra auto-antigénios.
Por vezes, o sistema imunitário falha na protecção adequada do hospedeiro ou então desvia as suas actividades causando desconforto, doença debilitante ou mesmo morte. Existem várias manifestações comuns de disfunção imune:
Doença auto-imune;
Imunodeficiência.
Alergia e asma
A alergia e a asma resultam de respostas imunitárias inapropriadas, normalmente a antigénios comuns como o pólen, alimento ou pêlos de animais.
Reacções alérgicas constituem respostas baseadas principalmente na classe de imunoglobulinas IgE. A exposição do antigénio (ou alergénio) provoca uma estimulação pela IgE da libertação imediata de moléculas que causam sintomas que vão desde espirros e dermatites a inflamação dos pulmões num ataque asmático:
Quando o anticorpo produzido após o contacto com o alergénio é do tipo IgE, esta classe de anticorpo reage via a sua região constante com mastócitos;
A reacção subsequente do local de ligação do anticorpo com o alergénio provoca a secreção de moléculas que causam sintomas alergénicos pelos mastócitos a que a IgE está ligada.
O desconforto de alergias comuns, como a pólen de plantas, consiste numa ou duas semanas de espirros e coriza (inflamação da mucosa nasal, acompanhada de secreção e obstrução nasal), que parece trivial quando comparado com problemas como câncro, paragem cardíaca ou infecções de tratamento continuo.
A asma constitui uma resposta alérgica mais séria, uma doença crónica dos pulmões na qual a inflamação, mediada por antigénios ambientais ou infecções, causa dificuldade severa na respiração.
Resposta a transplantes
Quando o sistema imunitário encontra células ou tecidos estranhos, ele responde fortemente para proteger o hospedeiro de invasores. No entanto, em alguns casos, a transplantação de células ou de um órgão de outro individuo, apesar de ser visto pelo sistema imunitário como uma invasão, poderá ser o único tratamento possivel para uma doença:
Como o sistema imunitário irá atacar e rejeitar qualquer orgão transplantado que não reconhece como próprio, é uma barreira a este potencial tratamento vital;
Um risco adicional ao transplante está no facto de que qualquer células transplantada com actividade imunológica irá reconhecer o hospedeiro como estranho e reagir contra este, o que pode ser uma resposta fatal.
Estas reacções de rejeição podem ser suprimidas por drogas, mas este tipo de tratamento suprime toda a função imunitária, pelo que o hospedeiro deixa de estar protegido pelo seu sistema imunitário e torna-se susceptivel a doenças infecciosas.
Doença auto-imune
Em certos individuos, o sistema imunitário funciona de modo errado por perda da sua auto-tolerância, o que permite um ataque imunitário contra o hospediro. Esta condição, auto-imunidade, pode levar a várias doenças crónicas debilitantes e os sintomas diferem dependendo dos tecidos e orgãos que estão a ser sujeitos a ataque:
Esclerose múltipla – devido a ataque auto-imune do cérebro e do sistema nervoso central;
Doença de Crohn – devido a ataque dos tecidos do intestino;
Artrite reumatóide – devido a ataque nas articulações dos braços e pernas. Estas respostas podem ser provocadas e sustentadas por factores genéticos e ambientais.
Imunodeficiência
Se qualquer um dos componentes da imunidade inata ou adaptativa estiver deficiente devido a anormalidades genéticas, ou se qualquer função imunitária é perdida devido a dano por agentes quimicos, fisicos ou biológicos, ocorre imunodeficiência. Nestes casos, diz-se que o hospedeiro sofre de imunodeficiência e a sua severidade depende do numero de componentes afectados:
Imunodeficiência selectiva – quando apenas um tipo de imunoglobulina, IgA, está em falta;
Imunodeficiência combinada severa (SCID) – afecta tanto os linfócitos T e B e, se não tratada, resulta em morte por infecção na idade jovem. Normalmente, são os doentes que têm de viver dentro de “bolhas” para sobreviver;
Sindrome da imunodeficiência adequirida (SIDA) – é a forma mais comum de imunodeficiência e resulta da infecção com o retrovirus da imunodeficiência humana (HIV). Aqui os linfócitos T são infectados e e destruidos pelo HIV, causando o colapso do sistema imunitário.
I M U N I D A D E I N A T A
Imunidade Inata
A imunidade inata constitui a primeira linha de defesa contra infecções. Os mecanismos da imunidade inata existentes antes do encontro com microorganismos são rapidamente activados pelos microorganismos antes do desenvolvimento das respostas imunes adaptativas:
A imunidade inata é, filogeneticamente, o mecanismos de defesa contra microorganismos mais antigo e co-evolui com os microorganismos para proteger todos os organismos multicelulares, incluindo plantas e insectos.
A imunidade inata tem duas importantes funções:
Resposta inicial ao microorganismos – previne, controla ou elimina infecções do hospedeiro. A inibição ou eliminação qualquer um dos mecanismos da imunidade inata aumenta marcadamente a susceptibilidade a infecções, mesmo quando o sistema inume adaptativo está intacto e funcional. Muitos microorganismos patogénicos evoluiram estratégias para resistir à imunidade inata e essas estratégias são cruciais para a sua virulência. Na infecção por tais microorganismos, as defesas da imunidade inata devem manter a infecção controlada até que as respostas imunes adaptativas sejam activadas. As respostas imunes adaptativas, sendo mais potentes e especializadas, são capazes de eliminar microorganismos que resistem aos mecanismos de defesa inatos;
Estimula as respostas imunes adaptativas e influencia a sua natureza – assim, optimiza as respostas imunes adaptativas contra diferentes tipos de microorganismos. A imunidade inata não serve só como um mecanismo de defesa antes da infecção, mas também fornece o “aviso” de que uma infecção está presente contra a qual uma resposta imune adaptativa será subsequentemente montada. Ainda, diferentes componentes da resposta imune inata normalmente reagem de modos distintos a diferentes microorganismos e, portanto, influencia o tipo de resposta adaptativa que se desenvolve.
Alguns componentes da imunidade inata funcionam continuadamente, a todo o momento, mesmo antes da infecção. Estes componentes incluem barreiras à entrada microbiana fornecidas pelas superficies epiteliais, como a pele e os epitelios dos tractos gastrointestinal e respiratório. Outros componentes são normalmente inactivos mas estão prontos a responder rapidamente na presença de microorganismos, como os fagocitos e o sistema complemento.
Caracteristicas do Reconhecimento Imune Inato
A especificidade do sistema imunitário inato para produtos microbianos difere da especificidade do sistema imune adaptativo em vários aspectos:
1. Os componentes da imunidade inata reconhecem estruturas que são carateristicas de patogénios microbianos que não estão presentes nas células do hospedeiro – o sistema imune inato reconhece apenas um numero limitado de produtos microbianos, enquanto o sistema imune adaptativo é capaz de reconhecer uma gama mais ampla de substâncias estranhas mesmo que sejam ou não produtos microbianos:
As substâncias microbianas que estimulam a imunidade inata são desiganados padrões
moleculares associados a patogénios (PAMPs), e os receptores que ligam essas
estruturas conservadas são designados receptores de reconhecimento de padrões;
Diferentes classes de microorganismos expressam diferentes PAMPs. Essas estruturas incluem ácidos nucleicos que são únicos dos microorganismos (RNA de cadeia dupla encontrado em virus), caracteristicas de proteinas encontradas em microorganismos (iniciação por N-formilmetionina, tipico de proteinas bacterianas) e lipidos e carboidratos complexos que são sintetizados por microorganismos e não pelas células do hospedeiro (lipopolissacarideos em bactérias gram-positivo e oligossacarideos ricos em manose encontrados nos microorganismos e não nos mamiferos);
Devido a esta especificidade por esturutras microbianas, o sistema imune inato é capaz de distinguir células do hospedeiro de células estranhas não pertencentes ao hospedeiro.
2. O sistema inume inato reconhece produtos microbianos que são normalmente essenciais para a sobrevivência dos microorganismos - esta adaptação do hospedeiro é importante porque assegura que os alvos da imunidade inata não possam ser descartados pelos microorganimos num esforço para escapar ao reconhecimento pelo hospedeiro. Em contraste, os microorganismos podem mutar ou perder alguns dos antigénios que são reconhecidos pelo sistema imune adaptativo, permitindo assim que os microorganismos escapem à defesa pelo hospedeiro sem compremeterem a sua sobrevivência;
3. As moleculas de reconhecimento de padrões da imunidade inata incluem receptores de reconhecimento de padrões expressos na superficie ou no interior da célula, e proteinas soluveis no sangue e no fluido extracelular – os receptores associados à célula podem ter duas funções principais, traduzindo sinais que activam funções antimicrobianas e pro-inflamatorias na célula em que são expressos e podem facilitar o uptake de microorganimos pela célula. Receptores soluveis são responsáveis por facilitar a eliminação de microorganismos do sangue, estimulando o seu uptake pelas células ou activando mecanismos extracelulares de morte dos microorganismos;
4. Os receptores de reconhecimento de padrões do sistema imune inato são codificados no DNA de germline – em contraste, linfócitos T e B, os principais componentes da imunidade inata, mudam o rearranjo de genes somático para gerar os seus receptores de antigénios. Como apenas poucos receptores podem ser codificados na germline, o sistema imune inato apresenta um reportório limitado de especificidades. Ainda, enquanto o sistema imune adaptativo consegue distinguir entre antigénio de um microorganismo, a imunidade inata consegue destinguir apenas classes de microorganismos;
5. O sistema imune inato também consegue reconhecer células do hospedeiro danificadas ou sob stress – células stressadas ou danificadas normalmente expressam moléculas não encontradas em abundância em células saudáveis, sendo assim facilmente reconhecidas pelo sistema imune inato. Células que são directamente infectadas ou que estão na vizinhança de outras células infectadas podem aumentar a expressão de moléculas deste tipo. Deste modo, a imunidade inata pode contribui para a eliminação de células que albergam microorganismos,
Receptores de
Reconhecimento de Padrões Localização Exemplos Especificos e os seus Ligandos PAMP
Receptores toll-like Membrana plasmática e membranas
endossomais de células dendriticas, fagocitos, endoteliais e muitos outros tipos de células
TLRs 1-9: várias moléculas virais e microbianas
Lectinas tipo C Membrana plasmática dos fagócitos Receptor de manose: carboidratos na superficie
microbiana com terminais de manose e frutose; Dectina: glicanos presentes nas paredes celulares dos fungos
Receptores scavenger Membrana plasmática dos fagócitos CD36: diacilglicerideos microbianos
NLRs Citoplasma dos fagócitos e de outras
células
Nod1, Nod2 e NALP3: peptidoglicanos microbianos
Receptores N-formil Met-Leu-Phe
Mambrana plamsática dos fagócitos FPR e FRKL1: peptidos contendo residuos N-formilmetionil
Moleculas de
Reconhecimento Soluveis Localização Exemplos Especificos e os seus Ligandos PAMP
Pentraxinas Plasma Proteinasreactivas C (CRP): fosforilcolina e
fosfatidiletanolamina microbianas
Colectinas Plasma;
Alvéolos
Lectina de ligação à manose (MBL): carboidratos com terminação em manose e frutose;
Proteinas surfactantes SP-A e SP-D: várias estrutras microbianas
Ficolinas Plasma Ficolina: componentes N-acetilglucosamina e ácido
Receptores de Reconhecimento de Padrões
Uma grande variedade de tipos de células expressa receptores de reconhecimento de padrões e, portanto, participam na resposta imune inata. Mesmo assim, outras células também os expressam, mesmo não pertencendo à resposta imune inata. As células que os expressam são:
Neutrófilos; Macrofagos; Célula dendriticas; Células endoteliais; Células epiteliais; Linfócitos; Etc…
Estes receptores de reconhecimento de padrões associados a células estão presentes na superficie da célula, em vesiculas endossomais e no citoplasma prontos a reconhecer microorganismos em qualquer uma dessas localizações:
Receptores de reconhecimento de padrões estão ligados a vias de trasdução do sinal intracelulares que activam várias respostas celulares, incluindo a produção de moléculas que promovem a inflamação e a defesa contra o microorganismo.
Receptores toll-like (TLRs)
Os TLRs são uma familia evolucionalmente conservada de receptors de reconhecimento de padrões expressa em vários tipos de células que exercem papeis essenciais nas respostas imunes inatas aos microorganismos:
Toll foi originalmente identificada como um gene de Drosophila envolvido no estabelecimento do eixo dorso-ventral durante a embriogénese da mosca, mas subsequentemente foi também descoberto que as proteinas Toll também medeiam respostas antimicrobianas;
Existem onze TLRs humanos diferentes, desigandos de TLR1 a 11;
Todos estes receptores contêm um dominio homólogo a receptor Toll/IL-1 (TIR) na sua região citoplasmática, que é essencial na sinalização.
Os principais tipos de células que expressam TLRs incluem:
Macrófagos;
Células dendriticas;
Neutrófilos;
Células epiteliais da mucosa;
Células endoteliais.
Os TLRs dos mamiferos estão envolvidos na resposta a vários tipos divergentes de moléculas que são normalmente expressas por células microbianas mas não dos mamíferos:
TLRs são encontradas na superficie celular e nas membranas intracelulares, e são assim capazes de reconhecer microorganismos em diferentes localizações celulares;
Alguns dos produtos microbianos que estimulam a sinalização via TLR incluem LPS bacterianos gram-negativo, peptidoglicanos bacterianos gram-positivo, lipoproteinas bacterianas, ácido lipoteicoico, lipoarabinomannan, zymosan, a proteina microbiana flagelar fladelina, proteina de fusão do virus respiratório syncytial, motivos CpG não metilados, RNA de cadeia dupla, RNA de cadeia simples;
TLRs 3, 7, 8 e 9 são maioritariamentente expressos dentro das células no reticulo endoplasmático (ER) e nas membranas endossomais, onde detectam ácidos nucleicos microbianos.
Apesar dos ligandos ácidos nucleicos reconhecidos pelos TLRs não serem todos produzidos unicamente por microorganismos, os ácidos nucleicos produzidos pelas células dos hospedeiros não se encontram normalmente nos endossomas, ou seja, os TLRs 3, 7, 8 e 9 destinguem substâncias próprias de estranhas baseado na localização celular dos ligandos a que se ligam.
Várias vias de sinalização ligam o reconhecimento por TLR de ligandos microbianos com a activação de factors de transcrição, resultando na expressão de genes importantes para a resposta imune inata:
Essas vias de sinalização são iniciadas pela ligação do ligando ao TLR na superficie da célula, ou no reticulo endoplasmático ou nos endossomas, levando à dimerização das proteinas do TLR;
A dimerização do TLR é acompanhada pelo recrutamento de proteinas adaptadoras contendo um dominio TIR, que facilitam o recrutamento e a activação de várias proteinas cinases, levando à activação de diferentes factores de transcrição.
Os principais factores de transcrição que são activados pelas vias de sinalização dos TLRs são:
Factor nuclear KB(NF-KB) e/ou AP-I – estimulam a expressão de genes que codificam várias moléculas da resposta imune inata, incluindo citocinas inflamatórias (p. e. TNF e IL-1), quimiocinas (p. e. CCL2) e moléculas de adesão endotelial (p. e. E-selectina);
IRF-3 e IRF-7 – promovem a expressão de genes do interferão, importante para a resposta imune inata aos virus.
O uso de diferentes proteinas adaptadoras por diferentes TLRs fornece alguma variabilidade no tipo de resposta celular que é estimulada por produtos microbianos distintos.
Componentes do Sistema Imune Inato
O sistema imune inato consiste em:
Barreiras epiteliais;
Proteinas plasmáticas.
As principais células efectoras do sistema imune inato são:
Neutrófilos;
Fagócitos mononucleares;
Células naturalmente assassinas (NK).
Estas células atacam microorganismos que ultrapassaram as barreiras epiteliais e entraram nos tecidos ou na circulação. Cada um destes tipos de células tem um papel importante na resposta aos microorganismos. Algumas das células da imunidade inata, principalmente macrófagos e células naturalmente assassinas, secretam citocinas que activam fagócitos e estimulam a reacção celular da respsota imune, designada inflamação:
A inflamação consiste no recrutamento de leucócitos e extravasão de várias proteinas plasmáticas para o local de infeccção, e activação dos leucócitos e de proteinas para a eliminação do agente infeccioso;
A inflamação também é capaz de danificar tecidos normais.
Se os microorganismos entrarem na circulação, são combatidos por várias proteinas plasmáticas. As principais proteinas plasmáticas da imunidade inata são:
Proteinas do sistema complemento;
Outras proteinas plasmáticas que reconhecem estruturas microbianas, como a lectina que liga manose.
Barreiras Epiteliais
As superficies epiteliais intactas formam barreiras intactas entre os microorganismos no ambiente externo e os tecidos do hospedeiro.
As três principais interfaces entre o ambiente e o hospedeiro são a pele e as superificies mucosas dos tractos gastrointestinal e respiratório;
Todas as três estão protegidas pelo epitélio continuo que previnem a entrada de micoorganismos, e a perda da sua integridade comummente leva a infecção.
O epitélio, tal como os leucócitos, produz péptidos que apresentam propriedades anti-microbianas. Existem duas familias estruturalmente distintas de peptidos anti-microbianos:
1. Defensinas – pequenos péptidos catiónicos, com cerca de 29 a 34 aminoácidos de comprimento, que contêm três ligações dissulfito intracadeia. Três familias de defensinas, designadas α, β e φ, são distinguidas pela localização dessa ligações. As defensinas são produzidas pelas células epiteliais das superficies mucosas e pelos leucócitos granulócitos, incluindo neutrófilos, células NK e linfócitos T citotóxicos. O conjunto das moléculas de defensinas produzidas difere entre diferentes tipos de células. As principais produtoras de defensinas são as células de Paneth nas criptas do intestino grosso. As defensinas destas células servem para limitar a quantidade de microorganismos no lumen. As defensinas são também
produzidas noutros locais no intestino, nas células da mucosa respiratória e na pele. Algumas defensinas são constitutivamente produzidas por alguns tipos de células, mas a sua secreção é aumentada por citocinas ou produtos microbianos. As acções protectoras das defensinas incluem:
Toxicidade directa aos microorganismos, incluindo bactérias e fungos;
Activação de células envolvidas na resposta inflamatória aos microorganismos.
2. Catelicidinas – são expressas pelos neutrófilos e por várias barreiras epiteliais,incluindo a pele, as células mucosas gastrointestinais e respiratórias. Uma proteina precursora da catelicidina de 18 kD é transcrita e proteoliticamente clivada em dois péptidos, cada um com funções protectoras. Tanto a sintese do percursor como a clivagem proteolitica são estimuladas pelas citocinas inflamatórias e por produtos microbianos. O fragmento N-terminal tem actividade antimicrobianas. E o C-terminal apresenta multiplas funções que servem para protecção contra a infecção, que incluem:
Toxicidade directa a uma gama larga de microorganismos;
Activação de várias respostas nos leucócitos e noutros tipos de células que promovem a erradicação de microorganismos;
Apresenta um dominio (LL-37) que se liga e neutraliza LPS, que é um componente tóxico da parede celular externa das bactérias gram-negativo.
As barreiras epiteliais e as cavidades serosas contêm certos tipos de linfócitos, incluindo linfócitos T e B-1 (um subgrupo de células B) intra-epiteliais, que reconhecem e respondem a microorganismos que encontram nesses locais. Uma terceira população de células presente nos epitélios e nas cavidades serosas são os mastócitos, que respondem directamente a produtos microbianos secretando citocinas e mediadores lipidos que promovem a inflamação.
Fagócitos e Resposta Inflamatória
As células efectoras mais numerosas do sistema immune inato são células derivadas da medula óssea que circulam no sangue e migram para os tecidos. Estas incluem:
Células da linhagem mielóide – incluindo os neutrófilos, fagócitos mononucleares e células dendriticas;
Células da linhagem linfoide – incluindo as células naturalmente assassinas, as células dendriticas e os linfócitos T e B.
Os fagócitos, incluindo os neutrófilos e os macrófagos, são células cuja a função primária consiste na identificação, ingestão e destruição dos microorganismos. As suas respostas funcionais na defesa do hospedeiro consiste numa sequência de passos:
Recrutamento activo de células para o local de infecção;
Reconhecimento de microorganismos;
Ingestão de microorganismos pelo processo de fagocitose;
Destruição dos microorganismos ingeridos;
Produzem citocinas, que apresentam várias funções nas respostas imunes inata e adaptativa e na reparação de tecidos.
Estas funções efectoras dos fagócitos são importantes não apenas na imunidade inata, mas também nas fases efectoras das respostas imunes adaptativas:
Na imunidade mediada por células T, os linfócitos T estimulados por antigénios conseguem activar macrófagos para que estes se tornem mais eficientes na fagocitose;
Na imunidade humoral, o revestimento por anticorpos, ou opsonização, dos micróbios promove a fagocitose destes pelos macrófagos, pois estes ultimos apresentam receptores de superficie para os anticorpos.
Granulócitos
Os granulócitos são classificados em neutrófilos, eosinófilos ou basófilos com base na morfologia celular e nas caracteristicas da coloração citoplasmática:
Os neutrófilos apresentam um núcleo multilobado e um citoplasma granulado que colora tanto com colorações acidicas como básicas;
Os eosinófilos apresentam um núcleo bilobado e um citoplasma granulado que colora com a eosina (vermelho), uma coloração acidica;
Os basófilos, apresentam um núcleo lobado e um citoplasma ricamente granulado que colora de azul devido à coloração básica azul de metileno.
Tanto os neutrófilos como os eosinófilos são fagócitos, enquanto os basófilos não o são.
Os neutrófilos, que constituem 50%-70% dos leucócitos circulantes, são muito mais numerosas que os eosinófilos (1%-3%) ou os basófilos (-1%).
Os neutrófilos, também designados leucócitos polinucleares, são a população de leucócitos circulantes mais abundante e medeiam as primeiras fases das respostas inflamatórias:
Circulam como células esféricas com cerca de 12 a 15/lm de diâmetro com numerosas projecção da membrana;
O seu núcleo é segmentado em três a cinco lóbulos ligado, daí a designação de leucócito
polimorfonuclear.
O citoplasma dos neutrófilos apresenta grânulos de dois tipos:
1. Grânulos especificos – cheios de enzimas, como lisozimas, colagenase e elastase. Não coloram fortemente tanto como colorações acidicas ou básicas (eosina e hematoxilina, respectivamente), que distingue os grânulos dos neutrófilos dos dos eosinófilos e basófilos, respectivamente;
2. Grânulos azurófilos – lisossomas que contêm enzimas e outras substâncias microbicidas, incluindo defensinas e catelicidinas.
Os neutrófilos são produzidos na medula óssea e surgem de uma linhagem comum com os fagócitos mononucleares, a linhagem mielóide:
A produção de neutrófilos é estimulada pelo granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF);
Um humano adulto produz mais de 1 x 1011 neutrófilos por dia, sendo que cada um circula no sangue por apenas cerca de 6 horas.
Os neutrófilos migram para os locais de infecção poucas horas depois da entrada dos microorganismos. Mas se um neutrófilo não for recrutado para o local de infecção nesse periodo, ele sofre apoptose e é normalmente fagocitado por macrófagos residentes no fígado ou no baço. Mesmo depois de entrarem nos tecidos, os neutrófilos funcionam durante poucas horas e depois morrem.
Os eosinófilos, como os neutrófilos, são células fagociticas móveis que podem migrar do sangue para os espaços entre os tecidos. O seu papel fagocitico é menos importante que o dos neutrófilos, e parecem apresentar papel importante na defesa contra organismos parasitas:
A secreção dos conteudos dos grânulos eosinófilos danificam a membrana do parasita.
Os basófilos são granulócitos não fagocitários que funcionam pela libertação de substâncias farmacologivamente activas dos seus granulos citoplasmáticos:
Estas substâncias têm papel importante em certas respostas alérgicas.
Fagócitos Mononucleares
O sistema dos fagócitos mononucleares consiste em células que apresentam uma linhagem comum com a dos granulócitos, linhagem mielóide, e a sua função primária é a fagocitose, apresentando um papel importante na imunidade inata e adaptativa.
As células do sitema fagocitário mononuclear originam-se na medula óssea, circulam no sangue e maturam-se, tornando-se activas em vários tecidos:
Monócito – é o primeiro tipo de célula que entra no sangue periférico depois de deixar a medula, estando diferenciada de modo incompleto. Apresenta 10 a 15/lm de diâmetro e apresenta um núcleo em forma de ferredura e um citoplasma fracamente granular contendo lisossomas, vacuolos fagociticos e filamentos do citoesqueleto;
Macrófago – monócito maduro que se forma quando este entra nos tecidos. Os macrófagos podem assumir diferentes formas morfológicas depois da activação por vários estimulos externos, como os microorganismos. Alguns desenvolvem um citoplasma abundante e são designados células epitelioides devido à sua semelhança com as células epiteliais da pele. Macrófagos activados podem fundir-se formando células gigantes multinucleadas.
A diferenciação dos monócitos em macrófagos tecidulares ocorre cerca de 8h após a libertação dos monócitos na circulação quando estes entram nos tecidos e envolve um número de alterações:
A célula de tamanho 5 a 10 vezes;
Os organelos intracelulares aumentam em número e complexidade;
Aumenta a habilidade fagocitica, produzindo maiores niveis de enzimas hidroliticas e secretando uma varieade de factores soluveis.
Os macrófagos estão dispersos por todo o corpo. Alguns tomam residência num tecido particular, desigando-se macrófagos residentes, enquanto outros se mantêm moveis e são designados de
macrófagos livres e viajam através dos tecidos por movimentos amebóide.
Células do tipo macrófago apresentam diferentes funções me diferentes tecidos e são designadas de acordo com o tecido onde se localizam:
Macrófagos alveolares no pulmão;
Histiócitos nos tecidos conjuntivos;
Células de Kupffer no fígado;
Células mesangiais no rim;
Células da microglia no cérebro;
Osteoclastos no osso.
Apesar de normalmente se encontrarem num estado de repouso, os macrófagos são activados por uma variedade de estimulos activadores no decurso da resposta imune:
A fagocitose de um antigénio particular funciona como o estimulo activante inicial;
A actividade do macrófago pode também ser ainda aumentada por citocinas secretadas por linfócitos TH activados, por mediadores da resposta inflamatória e por componentes da parede
bacteriana;
Um dos activadores de macrófagos mais potentes é o interferão gama (IFN-γ) secretado pelos linfócito TH activados.
Os macrófagos activados são mais eficientes que os que se encontram em repouso na eliminação de potenciais patogénios, o que se deve ao facto de exibirem:
Maior actividade fagocitica;
Maior habilidade para matar microorganismos ingeridos;
Maior secreção de mediadores inflamatórios;
Maior habilidade para activar linfócitos T;
Secretam várias proteinas citotóxicas que ajudam a eliminar uma gama alargada de patogénios, incluindo células infectadas com virús, células de tumores e bactérias intracelulares;
Expressam elevados niveis de moléculas do MHC classe II, permitindo que funcionem mais efectivamente como células apresentadoras de antigénios;
Macrófagos e linfócitos TH facilitam mutuamente a activação de ambos durante a resposta
imune.
Devido ao facto de normalmente serem residentes num tecido, os macrófagos são as células do sistema imunitário com maior tempo de vida, mantendo-se normalmente inactivos, enquanto os neutrófilos
Células Dendriticas
As células dendriticas apresentam um papel importante nas respostas inatas a infecções e na ligação entre as respostas imunes inata e adaptativa:
Apresentam longas projecções membranares e capacidade fagociticas, e são amplamente distribuidas pelos tecidos linfóides, epitélio mucoso e parenquima dos orgãos;
São derivadas de precursores da medula óssea e as mais relacionadas em linhagem com os fagócitos mononucleares;
Expressam receptores de reconhecimento de padrões e respondem aos microorganismos pela secreção de citocinas.
Existem vários tipos de células dendriticas, apesar da maior parte das células dendriticas maduras apresentarem a mesma função principal, a apresentação de antigénios aos linfócitos TH.
são conhecidos quatro tipos de células dendrtiticas:
Células de Langerhans;
Células dendriticas intersticiais;
Células dendriticas mielóides;
Células dendriticas linfóides.
Cada um dos tipos de células dendriticas origina-se de células estaminais hematopoiéticas por diferentes vias e em diferentes localizações, podendo descender tanto da linhagem mielóide como linfóide.
Apesar das sua diferenças, todas elas constitutivamente expressam elevados niveis de moléculas do MHC classe II e membros da familia co-estimulante B7. Assim, são células apresentadoras de antigénios mais potentes que os macrófagos e as células B, pois estes ultimos precisam de ser activados antes de funcionarem deste modo:
Formas imaturas de cada um destes tipos de células dendriticas adquirem antigénior por fagocitose ou endocitose;
O antigénio é processado e as células dendrtiticas maduras apresentam-no a linfócitos TH;
Após a invasão microbiana ou durante a inflamação, formas maduras ou imaturas de células de Langerhans e celulas dendriticas intersticiais migram para nodos linfáticos de drenagem onde apresentam os antigénios a células TH, processo essencial para a iniciação da resposta por estas
células chave.
Outro tipo de células dendrtiticas, as células dendriticas foliculares, não se originam nas medula óssea e apresentam uma função diferente das células dendriticas com origem na mdeula:
Não expressam coléculas de MHC classe II, não funcionando como células apresentadoras de antigénios para a activação das células TH;
Localizadas exclusivamente em estruturas organizadas dos nodos linfáticos designados foliculos linfáticos, que são ricos em células B;
Expressam altos niveis de receptores de membranas para anticorpos, o que permite a ligação de complexos anticorpo-antigénio, assim, a interacção de células B com este antigénio ligado pode ter efeitos importantes na resposta dos linfócitos B.
Recrutamento de Leucócitos para o Local de Infecção
Os neutrófilos e os monócitos são recrutados do sangue para os tecidos pela ligação a moléculas de adesão nas células endoteliais e por quimiotaxia em resposta a quimio-atraidores produzidos em resposta à infecção:
Na ausência de infecção, estes leucócitos circulam no sangue e não migram para os tecidos;
O seu recrutamento para locais de infecção é um processo com multiplos passos envolvendo a adesão de leucócitos circulantes à superficie luminal das células endoteliais nas vénulas pós-capilares e migração através da parede do vaso.
Cada passo é orquestrado por diferentes tipos de moléculas:
1. Rolagem mediada por selectinas – em resposta aos microorganismos e a citocinas produzidas pelas células que encontram os microorganismos (e. g. macrófagos), as células endoteliais que revestem as vénulas pós-capilaresno local de infecção rapidamente aumentam a expressão de proteinas designadas selectinas à sua superficie. As citocinas mais importantes na activação do endotélio são o tumor necrosis factor (TNF) e a interleucina-I (IL-I). Os dois tipos de selectinas expressas pelas células endoteliais são a P-selectina, que é armazenada em grânulos citoplasmáticos e rapidamente redistribuida pela superficie em resposta a produtos microbianos e citocinas, e a E-selectina, que é sintetizada em resposta a IL-I e TNF como a produtos microbianos, e é expressa na superficie celular em 1 a 2 horas. Um terceira selectina, desiganada L-selectina (CD62L), é expressa nos linfócitos e outros leucócitos e funciona como receptor para linfócitos T naive e células dendriticas nos nodos linfáticos, mediando a sua ligação ao endotélio das vénulas. Nos neutrófilos, funciona para a ligação destas células a células endoteliais que foram activadas por citocinas (TNF, IL-I e IFN-γ) encontradas nos locais de
nas pontas das sua microvilosidades, facilitando interacções com moléculas na superficie das células endoteliais. As interacções selectina-ligando são de baixa afinidade e facilmente quebradas pela força do sangue que flui. Como resultado, os leucócitos repetitivamente deligam-se e ligam-se à superficie endotelial. Este abrandamento dos leucócitos no endotélio permite o próximo passo de estimulos;
2. Activação das integrinas mediada por quimiocinas – quimiocinas são pequenas citocinas péptidicas produzidas por macrófagos tecidulares, células endoteliais e outros tipos de células em resposta a produtos microbianos e IL-I e TNF, citocinas associadas a infecções. A principal função das quimiocinas é estimular a quimotaxia das células. As quimiocinas produzidas num local de infecção são transportadas para a superficie luminal das células endoteliais das vénulas pós-capilares, onde se ligam da glicosaminoglicanos, e são apresentadas em em altas concentrações. Neste local, as quimiocinas ligam-se a receptores especificos de quimiocinas nas superficie do leucócito em rolagem. Os leucócitos expressão uma familia de moléculas de adesão designadas integrinas, que estão num estado de baixa afinidade nas células inactivas e não efectivos na mediação de interacções de adesão. Duas consequências da sinalização pelo receptor de quimiocinas são o aumento da afinidade das integrinas dos leucócitos e agrupamento membranar de integrinas, resultando num aumento da força da ligação mediada por integrinas dos leucócitos à superfici endotelial;
3. Adesão estável dos leucócitos ao endotélio mediada por integrinas – em paraleo com a activação das integrinas e a sua conversão ao estado de alta afinidade, as citocinas (TNF e IL-I) também aumentam a expressão endotelial de ligandos de integrina, principalmente vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1, o ligando da integrina VLA-4) e intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1, o ligando para as integrinas LFA-1 e Mac-1). O resultado final destas alterações é a ligação firme do leucócito ao endotélio, sendo que o seu citoesqueleto se reorganiza e a célula se espalha pela superficie endotelial;
4. Migração dos leucócitos pelo endotélio (diapedése) – as quimiocinas actuam depois nos leucócitos aderentes e estimulam as células a migrar através dos espaços inter-endoteliais ao longo de um gradiente quimico de concentração das quimiocinas (i. e., para o local de infecção). Outras proteinas expressas nos leucócitos e células endoteliais, principalmente CD31, têm um papel importante nesta migração através do endotélio. Os leucócitos produzem enzimas que permite a sua passagem através das paredes dos vasos, e acumulam-se nos tecidos extravasculares à volta dos microorganismos infecciosos.
A acumulação dos leucócitos nos tecidos é o principal componente da inflamação:
É tipicamente ilicitada pelos microorganismos, mas também pode ser observada na resposta a uma variedade de estimulos não infecciosos;
Existe alguma especificidade no processo de migração de leucócitos baseado na expressão de combinações distinctas de moléculas de adesão e receptores de quimiocinas em neutrófilos e monócitos;
Padrões temporariamente distintos de expressão de moléculas de adesão e quimiocinas nos locais de infecção tipicamente resulta no recrutamento inicial de neutrófilos (horas a dias) seguida do recrutamento mais tardio de monócitos (dias a semanas);
Outras combinações de moléculas de adesão e de quimiocinas controlam a ligração de linfócitos para os tecidos linfóides ou não linfóides.
Fagocitose de Microorganismos
Os neutrófilos e os macrófagos ingerem microorganismos em vesiculas pelo processo de fagocitose:
Processo activo, dependente de energia de englobamento de particulas de grandes dimensões (> 0,5 µm de diâmetro);
A morte dos microorganismos ocorre em vesiculas formadas pela fagocitose, estando assim o mecanismos de eliminação, que potencialmente poderia danificar o fagócito, estão isolados do resto da célula.
O primeiro passo é o reconhecimento do microorganismo pelo fagócito:
Os neutrófilos e os macrófagos são constantemente expostos a células normais, que ignoram, mas ingerem especificamente vários microorganismos e particulas;
Esta especificidade deve-se ao facto de neutrófilos e macrófagos expressarem receptores que reconhecem especificamente microorganismos, e que estão funcionalmente ligados ao mecanismo de fagocitose;
Alguns destes receptores são receptores de reconhecimento de padrões, incluindo lectinas do tipo-C e receptores scavenger. Receptores de reconhecimento de padrões podem contribuir para a fagocitose de apenas microorganismos que expressão padrões moleculares particulares, como a manose;
Outro grupo de receptores nos fagócitos reconhecem certas proteinas do hospedero que revestem os microorganismos. Estas proteinas são designadas opsoninas, e incluem anticorpos, proteinas do complemento e lectinas, e cobrem o microorganismo alvo para fagocitose no processo designado de opsonização.
Os fagócitos apresentam receptores que se ligam especialmente a anticorpos, moléculas do complemento e lectinas com alta afinidade. Estes receptores são criticos para a fagocitose da maior
Um dos processo mais eficientes de opsonização de microorganismos é o seu revestimento com anticorpos. Os anticorpos apresentam locais de ligação ao antigénio numa extremidade e na outra extremidade, desiganada região Fc, o anticorpo interage com células efectoras e moléculas do sistema imune inato;
Os fagócitos expressam receptores Fc de alta afinidade (FcyRI) especificos para um único tipo de anticorpo, o IgG. Assim, se um individuo responder a uma infecção com a produção de IgG contra agentes microbianos, a molécula de IgG liga-se a esse antigénio, a extremidade Fc interage com
FcyRI nos fagócitos e o resultado final é a fagocitose eficiente dos microorganismos;
Como diferentes anticorpos podem ser produzidos pela ligação de diferentes produtos microbianos, a opsonização mediada por anticorpos contribui para a fagocitose de uma larga gama de microorganismos em comparação com o reconhecimento de padrões;
Apesar dos anticorpos IgG serem essenciais para uma fagocitose eficiente de vários organismos, eles são de facto um produto do sistema imune adaptativo (linfócitos B) que se envolve com as células efectoras do sistema imune inato (fagócitos) para que estas desempenham as sua funções;
Vários receptores de reconhecimento de padrões soluveis e moléculas efectoras do sistema imune inato, incluindo complemento e lectinas, são opsoninas importantes, sendo que estão presentes no sangue e se ligam a microorganismos facilitando a fagocitose pelos fagocitos que expressam receptores para elas.
A opsonização aumenta bastante o grau de ligação da particula a fagocitar ao fagócito, sendo que o reconhecimento de anticorpos leva a um menor aumento relativamente ao do complemento. No entanto, a combinação de ambos leva a um elevado aumento da ligação, logo da actividade fagocitica.
Quanto aos receptores de anticorpos ou do complemento, estes diferem:
Receptores Fc – dependentes de cinase de tirosina, activam cdc42 e rac, e a inflamação envolve radicais de oxigénio, TNFα, IL-1 e IL-6;
Receptores do complemento – independentes de cinases de tirosina, activam rho mas não cdc42 ou rac, e não provocam inflamação.
Assim que um microorganismo ou particula se liga ao receptor no fagócito, a membrana plasmática na região do receptor começa a redistribuir-se e extende projecções em volta do microorganismo ou particula:
Quando a membrana saliente se extende para além do diâmetro da particula, o topo das saliências fecha-se e forma-se uma vesicula intracelular – fagossoma;
Esta vesicula contém a particula estranha ingerida e distancia-se da membrana plasmática;
Os receptores na superficie da membrana também transmitem sinais activadores que estimulam as actividade microbicidas dos fagócitos;
Os micoorganismos fagocitados são destruidos e, ao mesmo tempo, são produzidos péptidos a partir de proteinas microbicidas e apresentados aos linfócitos T para que estes iniciem respostas imunes adaptativas.
Destruição de Microorganismos Fagocitados
Os neutrófilo e macrófagos activados matam microorganismos fagocitados pela acção de moléculas microbicidas nos fagolisossomas:
Vários receptores que reconhecem microorganismos, incluindo TLRs, receptores acoplados a
principalmentes de IFN-γ, funcionam de modo cooperativo para activar a destruição de microorganismos fagocitados pelos fagócitos;
A fusão dos fagossomas com lisossomas resulta na formação de fagolisossomas, onde a maior parte dos mecanismos microbicidas estão concentrados.
Os mecanismos de destruição de microorganismos fagocitados são:
1. Enzimas proteoliticas – produzidas por neutrófilos e macrófagos nos fagolisossomas e que destroem os microorganismos. Uma das enzimas importantes nos neutrófilos é a elastase, uma serina protease de larga escala necessária para matar vários tipos de bactérias. Outra enzima importante é a catepsina G sendo essencial na eliminação de microorganismos fagocitados; 2. Espécies reactivas de oxigénio (ROS) – formadas quando macrófagos e neutrófilos activados
convertem oxigénio molécular. São agentes oxidantes altamente reactivos que destroem microorganismos (e outras células). O sistema de produção de redicais livres primário é o
sistema fagócito oxidase:
Enzima com multiplas subunidades que se forma no fagócitos activados principalmente na membrana fagolizossomal;
É induzida e activada por vários estimulos, incluindo IFN-γ e sinais de TLRs;
A sua função é reduzir oxigénio molecular em ROS como radicais superóxido, com o NADPH actuando como cofacto;
