Mikrobiologie

Humorální imunita označuje mechanismy adaptivní imunitní obrany, které jsou zprostředkovány protilátkami vylučovanými B-lymfocyty, neboli B buňkami. V této části se zaměříme na B buňky a probereme jejich produkci a zrání, receptory a mechanismy aktivace.

Tvorba a zrání B buněk

B buňky se stejně jako T buňky tvoří z multipotentních hematopoetických kmenových buněk (HSC) v kostní dřeni a postupují cestou přes lymfoidní kmenovou buňku a lymfoblast (viz obrázek 1 v části Buněčná obrana). Na rozdíl od T buněk však lymfoblasty určené k tomu, aby se staly B buňkami, neopouštějí kostní dřeň a necestují do brzlíku, kde dozrávají. Případné B buňky spíše pokračují ve zrání v kostní dřeni.

Prvním krokem zrání B buněk je posouzení funkčnosti jejich receptorů vážících antigen. K tomu dochází prostřednictvím pozitivní selekce B buněk s normálně funkčními receptory. Mechanismus negativní selekce se pak používá k eliminaci samoreagujících B buněk a k minimalizaci rizika autoimunity. Negativní selekce sebereagujících B buněk může zahrnovat eliminaci apoptózou, úpravu nebo modifikaci receptorů tak, aby již nebyly sebereaktivní, nebo indukci anergie v B buňce. Nezralé B buňky, které projdou selekcí v kostní dřeni, pak putují do sleziny, kde projdou závěrečnou fází dozrávání. Tam se z nich stanou naivní zralé B buňky, tj, zralé B buňky, které ještě nebyly aktivovány.

Receptory B-buněk

Obrázek 1. B-buněčné receptory jsou zabudovány v membránách B-buněk. Variabilní oblasti všech receptorů na jedné buňce vážou stejný specifický antigen.

Stejně jako buňky T mají i buňky B antigenně specifické receptory s různou specifitou. Přestože jejich optimální funkce závisí na T-buňkách, mohou být B-buňky aktivovány i bez pomoci T-buňky. Receptory B-buněk (BCR) pro naivní zralé B-buňky jsou membránově vázané monomerní formy IgD a IgM. Mají dva identické těžké řetězce a dva identické lehké řetězce spojené disulfidickými vazbami do základního tvaru „Y“ (obrázek 1). Kmen molekuly ve tvaru písmene Y, konstantní oblast dvou těžkých řetězců, se rozprostírá přes membránu B-buňky. Dvě vazebná místa pro antigen vystavená na vnější straně B buňky se podílejí na vazbě specifických epitopů patogenu a zahajují tak aktivační proces. Odhaduje se, že každá naivní zralá B buňka má na své membráně až 100 000 BCR a každý z těchto BCR má identickou specifitu pro vazbu epitopů.

Aby byly B buňky připraveny reagovat na širokou škálu mikrobiálních epitopů, používají stejně jako T buňky genetickou přestavbu stovek genových segmentů k zajištění potřebné rozmanitosti receptorových specifit. Variabilní oblast těžkého řetězce BCR se skládá ze segmentů V, D a J, podobně jako řetězec β TCR. Variabilní oblast lehkého řetězce BCR je tvořena segmenty V a J, podobně jako řetězec α TCR. Genetické přeskupení všech možných kombinací V-J-D (těžký řetězec) a V-J (lehký řetězec) poskytuje miliony jedinečných vazebných míst pro antigen BCR a pro protilátky vylučované po aktivaci.

Jedním z důležitých rozdílů mezi BCR a TCR je způsob, jakým mohou interagovat s antigenními epitopy. Zatímco TCR mohou interagovat pouze s antigenními epitopy, které jsou prezentovány v antigenní vazebné štěrbině MHC I nebo MHC II, BCR nevyžadují prezentaci antigenu pomocí MHC; mohou interagovat s epitopy na volných antigenech nebo s epitopy zobrazenými na povrchu neporušených patogenů. Dalším důležitým rozdílem je, že TCR rozpoznávají pouze proteinové epitopy, zatímco BCR mohou rozpoznávat epitopy spojené s různými molekulárními třídami (např. proteiny, polysacharidy, lipopolysacharidy).

Aktivace buněk B probíhá různými mechanismy v závislosti na molekulární třídě antigenu. Aktivace B buňky proteinovým antigenem vyžaduje, aby B buňka fungovala jako APC a prezentovala proteinové epitopy s MHC II pomocným T buňkám. Vzhledem k závislosti aktivace B buněk na T buňkách jsou proteinové antigeny klasifikovány jako T-dependentní antigeny. Naproti tomu polysacharidy, lipopolysacharidy a další neproteinové antigeny jsou považovány za antigeny nezávislé na T, protože mohou aktivovat buňky B bez zpracování antigenu a jeho prezentace buňkám T.

Aktivace B buněk nezávislá na T buňkách

Aktivace B buněk bez spolupráce pomocných T buněk se označuje jako aktivace nezávislá na T buňkách a dochází k ní při interakci BCR s antigeny nezávislými na T buňkách. Antigeny nezávislé na T (např. polysacharidové kapsle, lipopolysacharid) mají ve své struktuře opakující se epitopové jednotky a toto opakování umožňuje zkřížení více BCR, což poskytuje první signál pro aktivaci (obrázek 2). Protože T-lymfocyty nejsou zapojeny, musí druhý signál pocházet z jiných zdrojů, například z interakcí toll-like receptorů s PAMPs nebo interakcí s faktory komplementového systému.

Jakmile je B-buňka aktivována, prochází klonální proliferací a dceřiné buňky se diferencují v plazmatické buňky. Plazmatické buňky jsou továrny na protilátky, které vylučují velké množství protilátek. Po diferenciaci zmizí povrchové BCR a plazmatická buňka vylučuje pentamerické molekuly IgM, které mají stejnou antigenní specifitu jako BCR (obrázek 2).

Odpověď nezávislá na T buňkách je krátkodobá a nevede k produkci paměťových B buněk. Nevyústí tedy v sekundární odpověď na následné expozice antigenům nezávislým na T.

Obrázek 2. Antigeny nezávislé na T mají opakující se epitopy, které mohou vyvolat rozpoznání a aktivaci B buněk bez účasti T buněk. Pro aktivaci B buňky je nutný i druhý signál, například interakce TLR s PAMP (není zobrazeno). Po aktivaci B buňka proliferuje a diferencuje se v plazmatické buňky vylučující protilátky.

Aktivace B buněk závislá na T buňkách

Obr. 3. Cytokiny stimulují klonální proliferaci a diferenciaci v paměťové B buňky a plazmatické buňky secernující protilátky. Kliknutím získáte větší obrázek. Při aktivaci B buněk závislé na T buňkách B buňka rozpozná a internalizuje antigen a předloží jej pomocné T buňce, která je specifická pro stejný antigen. Pomocná T buňka interaguje s antigenem prezentovaným B buňkou, což aktivuje T buňku a stimuluje uvolňování cytokinů, které pak aktivují B buňku. Aktivace B buňky spustí proliferaci a diferenciaci na B buňky a plazmatické buňky.

Aktivace B buněk nezávislá na T buňkách je složitější než aktivace nezávislá na T buňkách, ale výsledná imunitní odpověď je silnější a rozvíjí se paměť. K aktivaci závislé na T buňkách může dojít buď v reakci na volné proteinové antigeny, nebo na proteinové antigeny spojené s neporušeným patogenem. Interakce mezi BCR na naivní zralé B buňce a volným proteinovým antigenem stimuluje internalizaci antigenu, zatímco interakce s antigeny spojenými s neporušeným patogenem iniciuje extrakci antigenu z patogenu před jeho internalizací. Po internalizaci uvnitř B buňky je proteinový antigen zpracován a prezentován pomocí MHC II. Prezentovaný antigen je poté rozpoznán pomocnými T-lymfocyty specifickými pro stejný antigen. TCR pomocné buňky T rozpozná cizí antigen a molekula CD4 buňky T interaguje s MHC II na B buňce. Koordinace mezi buňkami B a pomocnými buňkami T, které jsou specifické pro stejný antigen, se označuje jako vázané rozpoznávání.

Po aktivaci vázaným rozpoznáváním buňky TH2 produkují a vylučují cytokiny, které aktivují buňky B a způsobují proliferaci do klonálních dceřiných buněk. Po několika kolech proliferace stimulují další cytokiny poskytované buňkami TH2 diferenciaci aktivovaných klonů B buněk na paměťové B buňky, které budou rychle reagovat na následné expozice stejnému bílkovinnému epitopu, a plazmatické buňky, které ztratí své membránové BCR a zpočátku vylučují pentamerické IgM (obr. 3).

Po počáteční sekreci IgM stimulují cytokiny vylučované buňkami TH2 plazmatické buňky k přechodu od produkce IgM k produkci IgG, IgA nebo IgE. Tento proces, nazývaný přepínání tříd nebo přepínání izotypů, umožňuje plazmatickým buňkám klonovaným ze stejné aktivované B-buňky produkovat různé třídy protilátek se stejnou epitopovou specifitou. Přepínání tříd se provádí genetickým přeskupením genových segmentů kódujících konstantní oblast, která určuje třídu protilátky. Variabilní oblast se nemění, takže nová třída protilátek si zachovává původní epitopovou specifitu.

Primární a sekundární odpovědi

Aktivace B buněk závislá na T buňkách hraje důležitou roli v primárních i sekundárních odpovědích spojených s adaptivní imunitou. Při prvním kontaktu s proteinovým antigenem dochází k primární protilátkové odpovědi závislé na T-buňkách. Počáteční fází primární odpovědi je období zpoždění neboli latentní období trvající přibližně 10 dní, během něhož nelze v séru detekovat žádné protilátky. Toto zpožděné období je doba potřebná pro všechny kroky primární odpovědi, včetně naivní vazby zralých B buněk na antigen s BCR, zpracování a prezentace antigenu, aktivace pomocných T buněk, aktivace B buněk a klonální proliferace. Konec období zpoždění je charakterizován vzestupem hladiny IgM v séru, protože TH2 buňky stimulují diferenciaci B buněk na plazmatické buňky. Hladiny IgM dosahují svého maxima přibližně 14 dní po expozici primárnímu antigenu; přibližně v téže době TH2 stimuluje změnu třídy protilátek a hladiny IgM v séru začínají klesat. Mezitím se hladiny IgG zvyšují, až dosáhnou vrcholu asi tři týdny po primární odpovědi (obrázek 4).

Během primární odpovědi se některé z klonovaných B buněk diferencují v paměťové B buňky naprogramované k odpovědi na následné expozice. Tato sekundární odpověď probíhá rychleji a silněji než primární odpověď. Doba prodlevy se zkracuje na pouhých několik dní a produkce IgG je výrazně vyšší, než bylo pozorováno u primární odpovědi (obrázek 4). Kromě toho jsou protilátky vytvořené během sekundární odpovědi účinnější a vážou se s vyšší afinitou k cílovým epitopům. Plazmatické buňky produkované během sekundární odpovědi žijí déle než plazmatické buňky produkované během primární odpovědi, takže hladiny specifických protilátek zůstávají zvýšené po delší dobu.

Obrázek 4. Ve srovnání s primární odpovědí dochází k sekundární protilátkové odpovědi rychleji a vytváří vyšší a trvalejší hladiny protilátek. Sekundární odpověď se většinou týká IgG.