STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII

Sistemul imun la copil - implicaţii complexe în patologie

 The immune system in children - complex implications in pathology

First published: 09 mai 2016

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

Abstract

The roles of the immune system are recognized in the interaction between the host and the external environment, functionality and features dependent on a multitude of genetic and environmental factors. Specific and nonspecific immunity undergo a maturation throughout early childhood - crucial step in the further development of the organism. Cellular and molecular mechanisms are deciphering in the era of molecular medicine and their understanding is essential for effective therapeutic approach in pediatric pathology.

Keywords
immune system, antigen, lymphocytes, interleukins

Rezumat

Rolurile sistemului imun sunt recunoscute în interacțiunea între gazdă și mediul extern, cu funcționalitate și particularități dependente de o multitudine de factori genetici și de mediu. Apărarea antiinfecțioasă specifică și nespecifică suferă o maturare de-a lungul primei copilării – etapă crucială în dezvoltarea ulterioară a organismului. Mecanismele celulare și moleculare sunt în decurs de descifrare în era medicinei moleculare iar înțelegerea acestora este esențială pentru abordarea terapeutică eficientă în patologia pediatrică.

Imunitatea reprezintă totalitatea mecanismelor prin care organismul se apără specific împotriva agresorilor externi (virusuri, bacterii, fungi, toxine), dar și faţă de molecule proprii (self), celule degradate sau modificate. Caracteristica principală a sistemului imun este de a realiza distincția între ceea ce este propriu organismului (self) și structurile străine, potențial patogene (non-self).

În general, apărarea este:

  • nespecifică - prin barierele anatomice (tegumente, mucoase), secrețiile exocrine (lacrimi, salivă, suc gastric), inflamaţia, reacţia febrilă, hemostaza, sindromul de răspuns inflamator sistemic;
  • specifică - reprezintă, de fapt, răspunsul imun.

Există mai multe tipuri de imunitate:

  • imunitate ereditară (înnăscută) - naturală, de specie;
  • imunitate dobândită - cu rolul cel mai important de-a lungul vieții; aceasta poate fi:
    • activă - dobândită natural (post-infecţioasă) sau artificial (în urma vaccinării);
    • pasivă - naturală (transplacentară, un rol important avându-l laptele matern) sau artificială (administrare de anticorpi, seruri imune sau limfocite).

Reacţiile imunităţii înnăscute sunt în general rapide, puţin diferenţiate şi nu prezintă memorie imunologică. Printre componentele care fac parte din sistemul imun înnăscut, se numără: celule rezidente (keratinocite, fibroblaste), ce pot sintetiza factori solubili ca citokine, chemokine, peptide antimicrobiene, factori ai complementului; leucocite polimorfonucleare, celule dendritice, celule natural killer, monocite/macrofage; mediatori importanţi ai răspunsurilor imune înnăscute, ca eicosanoide şi specii reactive de oxigen; receptori-cheie implicaţi în recunoaşterea structurilor patogene, din care face parte familia receptorilor TLR (toll like receptors); inflamazomii, complexe citoplasmatice, asociate cu anumite afecţiuni autoinflamatorii.

Imunitatea dobândită se dezvoltă lent și se manifestă tardiv - de la câteva zile la săptămâni, după contactul cu un antigen. Are specificitate faţă de antigen, adică posedă capacitate de a recunoaște și răspunde specific la numeroase substanțe străine, inclusiv agenți infecțioși. După acest răspuns, există memorie imunologică: la întâlniri repetate cu un antigen cunoscut. Imunitatea dobândită poate fi antibacteriană, antivirală, antifungică, antitumorală etc.

În funcţie de mecanismele reacţiilor imune și a structurilor implicate, imunitatea dobândită poate fi:

  • umorală, exercitată prin intermediul anticorpilor (Ac, Ig) produși de limfocitele B. Aceștia sunt secretați în sânge și fluide biologice și neutralizează patogenii;
  • celulară, eficientă în eliminarea paraziților intracelulari sau a celulelor tumorale. Este exercitată prin intermediul limfocitelor T (citotoxicitate directă, activarea macrofagelor, celulelor NK, secreţia citokinelor).

În ambele cazuri este necesar ajutorul limfocitelor T helper CD4 (LTh), care recunosc antigenele (Ag) prezentate de celulele prezentatoare de antigen (CPA).

Autoimunitatea reprezintă răspunsul sistemului imun dobândit îndreptat împotriva antigenelor proprii, din cauza unui defect ce poate afecta atât limfocitele T, cât şi limfocitele B, putând conduce la distrucţia tisulară în cadrul bolilor autoimune. Maladiile autoimune pot fi sistemice, ca în cazul LES, sau specifice pentru un anumit ţesut, cum se întâmplă în vitiligo. Deşi autoinflamaţia şi autoimunitatea acţionează prin intermediul inflamaţiei la nivelul structurilor proprii, la nivel molecular există diferenţe semnificative între mecanismele de acţiune ale celor două fenomene. În primul rând, fenomenele autoinflamatorii au la bază activarea sistemului imun înnăscut, în timp ce autoimunitatea implică activarea sistemului imun dobândit.

Antigenele

Sunt substanţe străine (non-self), de natură endo- sau exogenă, capabile să declanşeze un răspuns imun (umoral, celular, toleranţă imunologică, memorie imunologică, paralizie imunologică).

Antigenele au capacitatea de a fi recunoscute ca non-self și de a induce răspuns imun specific (imunogenicitate), prin reacția specifică cu anticorpul sau antigenul complementar al limfocitelor sensibilizate (antigenicitate). Proprietățile unui antigen complet, care posedă ambele caracteristici, sunt:

  • să fie substanţe străine organismului;
  • să fie formate din gruparea carrier (purtător) şi epitopi (determinante antigenice);
  • să aibă o greutate moleculară de peste 10 kDa;
  • să aibă structură chimică complexă (proteine, polizaharide, LPZ etc.);
  • să aibă o configuraţie spaţială stabilă.

Antigenele incomplete (haptenele) posedă antigenitate, dar sunt lipsite de imunogenitate. Acestea au masă moleculară mică și pot deveni imunogene, combinându-se cu macromolecule purtătoare (proteine sau polizaharide).

Superantigenele sunt molecule proteice particulare (enterotoxinele stafilococice, toxina şocului toxic stafilococic, toxina exfoliativă a stafilococilor, nucleocapsida virusului rabic), capabile să stimuleze un număr mare de limfocite T (10-40%).

Componentele celulare ale imunității

Organele centrale (primare) ale sistemului imun sunt măduva osoasă şi timusul la vertebrate (ficatul în perioada embrionară) și bursa Fabricius la păsări. Acestea sunt sursa celulelor stem și realizează „instruirea”, maturizarea şi selecția celulelor imunocompetente (limfocitele T şi B).

În măduva osoasă se află celulele stem, precursori ai limfocitelor T şi B. Prelimfocitele T migrează ulterior în timus, unde vor avea loc instruirea şi maturizarea lor, devenind celule imunocompetente, capabile să recunoască specific un singur antigen (prin achiziţionarea unor receptori specifici). Instruirea și maturizarea limfocitelor B au loc în măduva osoasă. Aceste procese sunt independente de orice stimulare antigenică a organismului. După părăsirea organelor centrale, limfocitele nu mai revin aici, ele se stabilesc în organele limfoide secundare, recirculând prin sânge, limfă.

În măduvă şi în timus, care reprezintă organele limfoide primare sau centrale, se produce diferenţierea de la celulele precursoare până la stadiul de limfocit naiv, numit şi virgin sau de repaus. Fenomenul este antigen-independent. Limfocitul naiv este imunocompetent, dar nu a fost stimulat niciodată de Ag.

Limfocitele sunt eliberate în circulaţie şi migrează în organele limfoide secundare sau periferice: ganglionii limfatici, splina, amigdalele, ţesutul limfoid asociat mucoaselor (MALT). Acolo se produce stimularea antigenică. Limfocitele se activează, se produce expansiunea clonală şi limfocitele devin funcţionale.

La adult, în orice moment, majoritatea limfocitelor (aproximativ 98%) se găsesc în organele limfoide şi în ţesuturi, în timp ce numai 2% se află în circulaţia sanguină.

Componentele celulare ale sistemului nespecific constau din celule fagocitice (neutrofile, monocite şi macrofage) şi o populaţie de limfocite. Neutrofilele sunt fagocite mobile circulante, care sunt gata să migreze către situsurile inflamatorii. Acest proces are un sens unic spre ţesuturile afectate, unde eliberează celulele capabile de procese de ingestie şi distrucţie a microorganismelor invadatoare. În contrast, macrofagele sunt celule fixe ale sistemului reticuloendotelial şi ale altor ţesuturi. Ele posedă o funcţie fagocitică importantă, în vederea eliminării substanţelor antigenice din sânge în momentul când intruşii circulă prin ţesuturi. Ingestia antigenelor non-self de către ambele tipuri celulare este amplificată de prezenţa anticorpilor specifici şi a componentelor complementului care se cuplează la suprafaţa antigenului. Sistemul imun nespecific interacţionează cu componentele răspunsului imun specific prin producţia de citokine.

Sistemul imun specific adaptativ este dependent de variate subpopulaţii de limfocite. Printre acestea, celulele T reprezintă majoritatea limfocitelor circulante (aproximativ 75%) şi au roluri reglatorii, de memorizare imună şi de efectori citotoxici (celule killer). Restul limfocitelor se împarte în mod aproximativ egal între celulele B şi NK (natural killer). Celulele B (10-15%) secretă anticorpi sau imunoglobuline şi reprezintă principalul efector celular pentru sistemul imun umoral. Celulele NK funcţionează la interfaţa dintre sistemul nespecific şi cel adaptativ. Aceste celule sunt capabile de a produce variate citokine, care au un rol important în dezvoltarea unui răspuns imun adaptativ. De asemenea, celulele NK funcţionează ca niște celule citotoxice „pre-armate” pentru a răspunde la infecţii virale sau ţinte tumorale.

Celulele precursoare ale limfocitelor T migrează din măduva hematogenă spre corticala timusului. Procesul începe în viaţa intrauterină şi continuă la adult. În diferenţierea şi maturarea limfocitului T se disting două etape, care se produc succesiv în timus şi în organele limfoide periferice.

În timus, limfocitul T se diferenţiază în limfocit T CD4+ şi limfocit T CD8+. Tot acolo sunt distruse clonele de limfocite T autoreactive care pot produce fenomene autoimune:

  • prin selecţia pozitivă, precursorii de limfocite T ai căror TCR reacţionează cu moleculele MHC self sunt distruse prin apoptoză;
  • prin selecţia negativă, precursorii de limfocite T ai căror TCR recunosc Ag self sunt de asemenea distruse.

Limfocitele T rezultate sunt imunocompetente, adică au două caractere:

  • limfocitele T recunosc Ag non-self numai dacă acestea le sunt prezentate în complex cu moleculele MHC (I sau II);
  • limfocitele T au toleranţă imună faţă de Ag proprii.

Limfocitele T care ies din timus în sânge se numesc limfocite T mature de repaus, naive sau virgine. Limfocitele T virgine ajung în zonele timodependente din organele limfoide periferice: paracorticala ganglionilor limfatici și PALS internă din pulpa albă a splinei.

În organele limfoide periferice se produce stimularea antigenică a LT. LT activate au aspectul de limfoblast sau imunoblast T. Imunoblaştii T proliferează intens pe parcursul a 5-10 cicluri mitotice. Celulele care rezultă sunt limfocite T mici, complet maturate. Ele pot lua două direcţii evolutive: majoritatea alcătuiesc compartimentul limfocite T efectoare, cu funcţii citotoxice, iar altele devin limfocite T de memorie imună. Memoria imună reprezintă răspunsul imun foarte rapid şi intens al unor limfocite la un nou contact cu agenţii patogeni întâlniţi anterior. Limfocitele T de memorie patrulează permanent în întreg organismul.

Precursorii limfocitelor B provin din celula stem limfoidă. În cursul proliferării lor se rearanjează prin translocaţie aleatorie genele care codifică regiunile variabile ale lanţurilor BCR. Următoarea etapă este cea de limfocit B virgin sau de repaus. Limfocitele B virgine nu se mai divid. În această etapă, limfocitele B se maturează în măduvă. Pe suprafața lor apar receptorii BCR.

Limfocitele B virgine trec apoi din circulaţia sanguină în ariile burso-dependente din organele limfoide periferice: corticala externă a ganglionilor limfatici, PALS externă din pulpa albă a splinei. În organele limfoide periferice, limfocitele B vin în contact cu antigene specifice și se maturează. Această maturare cuprinde trei procese: recunoaşterea antigenului, activarea limfocitului B și diferenţierea terminală.

Recunoaşterea antigenului se face prin receptorii BCR. Limfocitele pot să recunoască antigene sub formă nativă sau antigene prezentate de celulele APC, în complex cu moleculele CMH II.

Complexul major de histocompatibilitate (CMH)

Moleculele CMH reprezintă un ansamblu unic de glicoproteine exprimate pe suprafaţa celulelor organismului, care sunt veritabili markeri/antigene de identitate ale fiecărui individ. Rolurile moleculelor CMH sunt de a participa la prezentarea antigenelor peptidice limfocitelor T și de a determina acceptarea sau respingerea grefelor tisulare.

CMH este transmis genetic. Genele CMH sunt situate pe cromozomul 6 la om, locus numit HLA (Human Leukocyte Antigen).

Se disting molecule (antigene) CMH de clasa I şi de clasa II, sintetizate în reticulul endoplasmatic celular. Moleculele CMH de clasa I sunt exprimate pe toate celulele nucleate ale organismului (inclusiv CPA) și participă la prezentarea peptidelor antigenice scurte (9 AA) provenite din proteine antigenice citoplasmatice produse de virusuri, de bacterii facultativ intracelulare care au reușit să părăsească fagosoma sau de gene celulare mutante sau alterate (ex.: în cazul tumorilor). Moleculele CMH de clasa II sunt exprimate pe CPA specializate în prezentarea Ag limfocitelor TCD4: limfocite B, celule dendritice, monocite, macrofage. Moleculele CMH II sunt implicate în ambele tipuri de imunitate: umorală şi celulară.

Particularități ale sistemului imun la copil

Perioada de copil mic se caracterizează printr-o susceptibilitate crescută la infecţii, cu o varietate de patogeni: bacterii, fungi şi mai ales virusuri. Imunitatea mediată celular este diminuată la copilul mic şi, ca urmare, memoria imunologică secundară infecţiilor virale este relativ ineficientă. Aceste lucruri sugerează existenţa unor deficienţe relative în dezvoltarea mecanismelor imunologice înnăscute şi adaptative.

Numărul total de limfocite din sângele periferic este mai mare în copilărie decât la adult, iar la naştere limfocitele T sunt de două ori mai numeroase decât la adult. Expresia markerilor de suprafaţă este diferită faţă de adult, cea mai remarcabilă diferenţă fiind expresia CD1, CD38, PNA, care diferenţiază timocitele mature de limfocitele T naive circulante.

Existenţa unui număr relativ mare de limfocite T ce exprimă concomitent CD4 şi CD8 este considerată un marker de imaturitate. Expresia CD57, marker al limfocitului citotoxic, este diminuată, la fel ca şi a altor markeri de activare, cum ar fi CD25, CD69 şi CD154.

Limfocitele T care părăsesc timusul exprimă izoforma CD45RA a antigenului comun leucocitar CD45 şi, după activare, CD45RO. Durata de viață a limfocitelor T CD4+ CD45RO+ activate neonatale este scurtă, dar un subset al acestora este programat să intre în circulație ca limfocite T cu memorie. Proporția acestora crește de la mai puțin de 10% la naștere la 65% la adult, urmare a expunerii antigenice progresive.

Există o multitudine de diferențe cantitative și calitative privind funcția limfocitelor T în copilărie. Limfocitele T neonatale sunt hiperresponsive la IL-4 și hiporesponsive la IL-12, în relație cu reducerea expresiei receptorilor. De asemenea, sunt caracterizate de:

  • susceptibilitate crescută la anergie după stimulare cu superantigene bacteriene;
  • aberații în căile intracelulare de semnalizare privind fosfolipaza C și expresia Lck, proteinkinaza C și CD28, care sunt asociate cu disfuncții în citotoxicitatea FasL-mediată și reducerea producției NFkB.
  1. profil diferit al expresiei receptorilor pentru chemokine - limfocitele T la adult exprimă CCR-1, -2, -5, -6, CXCR-3, -4, în timp ce limfocitele T neonatale exprimă doar CXCR-4, reflectând capacitatea scăzută de răspuns la semnale inflamatorii.

Funcţia citotoxică şi capacitatea de a transmite semnale de cooperare cu limfocitul B pentru sinteza de anticorpi sunt atenuate datorită scăderii expresiei CD40L, reducerii expresiei receptorilor pentru chemokine și producerii scăzute de citokine după stimulare.

Funcţia limfocitelor B la copilul mic prezintă aspecte diferite la nou-născuţi faţă de adulţi:

  • un număr mare de limfocite B neonatale exprimă CD5 şi markeri de activare cum ar fi CD23 şi IL-2R; aceste celule CD5+ acţionează ca o primă linie de apărare în răspunsul primar;
  • capacitate rapidă de proliferare în prezenţa IL2 sau IL-4, fără necesitatea unor semnale suplimentare;
  • un subset de celule B neonatale care exprimă IgD, IgM, CD23 secretă spontan anticorpi de tip IgM împotriva unei largi multitudini de autoantigene.

Funcţia de producere de anticorpi după infecţii sau imunizări este redusă la copil din cauza unui defect în switch-ul izotipic determinat de nivelurile scăzute exprimate de limfocitele T de CD40L.

Populaţiile de celule prezentatoare de antigen (CPA) profesionale sunt celulele mononucleare (MN), celulele dendritice (CD) şi limfocitele B.

Populaţiile de celule MN sunt asemănătoare ca număr şi activitate fagocitică la nou-născut şi adult, dar cele neonatale au capacitate scăzută de secreţie a citokinelor inflamatorii, cum ar fi TNF-a. Capacitatea de a prezenta antigenul limfocitelor T este normală, dar expresia moleculelor MHC clasa II pe suprafaţa lor este scăzută. Nu se cunoaşte dacă populaţiile de macrofage au şi la copil acelaşi rol imunomodulator la nivelul mucoasei căilor respiratorii.

Limfocitele B sunt implicate în răspunsul imun secundar; funcţia de CPA este scăzută la copilul mic.

CD sunt denumite „portarii” răspunsului imun datorită rolului important în legătura dintre imunitatea înnăscută şi cea adaptativă. Fenomenul de toleranță neonatală este atribuit incapacității relative a CD din organele limfoide centrale de a prezenta semnale Th1 limfocitelor T, ceea ce generează preferențial răspunsuri Th2.

Pregătirea sistemului imun naiv începe înainte de înțărcare și memoria imunologică se consolidează în perioada preșcolară.

Studii recente au demonstrat existența celulelor T sensibilizate la alergeni în sângele cordonului ombilical. Clonarea și analiza ADN-ului au indicat originea fetală a acestora și s-a demonstrat producția de către acestea de citokine Th2. Se presupune că transportul transplacentar al antigenului, posibil legat de IgG matern, este responsabil de sensibilizarea alergică a fătului.

Expunerea precoce la alergeni în copilăria mică poate direcționa sistemul imun în una din cele două direcții. La majoritatea copiilor nonatopici, citokinele Th2 se diminuează progresiv spre vârsta de 5 ani, când se înregistrează niveluri scăzute de IFNg și IL-10.

La copiii atopici, stimularea celulelor mononucleare periferice cu alergen in vitro determină un răspuns mixt Th1/Th2, cu producție de IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, IL-13 și IFNg

Bibliografie

1. DC Adelman, TB Casale, J Corren (Eds.). Manual of Allergy and Immunology: Diagnosis and Therapy, 4th edition, by Lippincott Williams & Wilkins Publishers, 2002.
2. Hyde RM. NMS Immunology (National Medical Series for Independent Study), Williams & Wilkins, 3rd Edition, 1995.
3. Roitt I, Delves P. Roitt’s Essential Immunology, I, Tenth Edition, Blackwell Publishing, 2004.
4. Spickett G (ed). Oxford Handbook of Clinical Immunology and Allergy. Second Edition. Oxford University Press, 2006.
5. Bâră C. Imunologie fundamentală. Editura Medicală, 1996.