Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

3. fejezet - 3. fejezet – Az immunrendszer sejtjei, szövetei és szervei

3. fejezet - 3. fejezet – Az immunrendszer sejtjei, szövetei és szervei

Bajtay Zsuzsa, Prechl József

Az immunrendszer sejtjei és kialakulásuk, a hemopoézis

Az immunsejtek különböző típusai a hemopoetikus őssejtekből keletkeznek, amelyek a születést követően, a vörös csontvelőben képződnek. Itt fejlődnek ki a vörösvérsejtek (eritrociták), a vérlemezkék (trombociták) és a fehérvérsejtek (leukociták). Az immunsejtek jelentős része nyirokszervekbe tömörül, és többségük állandó mozgásban van; folyamatosan keringenek a vérben és a nyirokban, továbbá megtalálhatók a szervezet szinte valamennyi szövetében. A vér sejtes elemeinek megoszlását a 3.1. táblázatban foglaltuk össze. Az immunsejtek folyamatos őrjárata az egyes szervek, szövetek és testnedvek között biztosítja azt, hogy a szervezetbe különböző helyeken bejutó kórokozók a megfelelő receptorral rendelkező immunsejtekkel kapcsolatba kerüljenek. Az idegen struktúra – a patogén, illetve antigén – és az immunsejt kölcsönhatása vezet a hatékony immunválasz kialakulásához. Ahhoz, hogy az immunrendszer sejtjei a környezetünkben milliós sokféleségben előforduló antigént azonosítsák és a szervezetből eltávolítsák, számos jelfogóval, ill. felismerő mechanizmussal kell rendelkezniük, és különböző pusztító folyamatok végrehajtására kell képesnek lenniük.

3.1. táblázat - 3.1. táblázat. A vér sejtes elemeinek átlagos megoszlása egészséges emberben

Sejtek

Százalékos arány

Sejtszám/mm 3

Fehérvérsejtek (leukociták)

38-10,5 x 103

Neutrofil granulocita

45 – 65

1,8-7,3 x 103

Eozinofil granulocita

1-3

80-360

Bazofil granulocita

<1

20-110

Limfocita

20-30

1,5-4 x 103

Monocita

5-10

160-720

Dendritikus sejt

1

60

NK

10

200-400

Vörösvérsejtek (eritrociták)

3,9-5,7 x 106

Vérlemezkék (trombociták)

1,4-3,5 x 105


A nyirokszerveket az immunrendszer kialakulása és működése során betöltött, egymástól eltérő funkciójuk alapján elsődleges (primer vagy központi) és másodlagos (szekunder vagy perifériás) nyirokszerveknek nevezzük. Az elsődleges nyirokszervek az immunsejtek éréséhez nyújtanak megfelelő mikrokörnyezetet, míg a másodlagos nyirokszervekben az immunsejtek kapcsolatba kerülnek a szervezet különböző pontjain „csapdába ejtett” antigénekkel. Ez utóbbi helyeken, vagyis a perifériás nyirokszervekben megfelelőek a körülmények a limfociták számára ahhoz, hogy az antigéninger hatására osztódjanak, és az antigént elpusztítani képes effektorsejtté vagy hosszú életű memóriasejtté differenciálódjanak.

Az embrionális élet során minden vérsejt a szikzacskóban, később a máj és a lép vérszigeteiben képződik. Az első limfoid sejtalakok a magzati májban, majd a lépben találhatók a második hónapban (3.1. ábra). A terhesség 4.-5. hónapjában megjelennek a hemopoetikus őssejtek a csontvelőben, és ezzel párhuzamosan megszűnik a vérsejtek képződése a magzati májban és lépben. A vérsejtek képződése a születés után a lapos csontok – csípőcsont, szegycsont, bordák, csigolyák – szivacsos állományában, valamint a csöves csontok ízületi végében, az epifízisben elhelyezkedő vörös csontvelőben zajlik. Minden vérsejt a közös hematopoetikus csontvelői őssejtből (Haematopoietic Stem CellHSC) származik, ami az őssejt-faktor (Stem-Cell Factor– SCF) hatására válik elkötelezett őssejtté, amelyből számos sejtféleség alakulhat ki. Az őssejtek száma kicsi; 50-100 ezer csontvelőben található sejtre jut egy HSC, ezért nem könnyű ezeket izolálni és vizsgálni. A HSC-k száma az élet folyamán nem változik, de amikor szükségessé válik felszaporodásuk, erőteljes proliferációra képesek. Ezt bizonyítja például, hogy besugárzott egérbe történő csontvelő-átültetés után – amikor a csontvelői sejtek kevesebb, mint 1%-a származik a donorból – nagyon rövid idő alatt helyreáll a recipiens hemopoetikus rendszere.

3.1.ábra. A vérsejtek képződésének helyszínei az élet folyamán . Az embrió első hemopoetikus őssejtjei a szíkzacskóban jelennek meg. Az első limfociták a magzati élet második hónapjában mutathatók ki az embrionális májban, majd a lépben. A máj és a lép vérképző funkciója a születéskor megszűnik. A terhesség 5. hónapjától a csontvelő lesz a vérképzés helyszíne. A születést követően a csöves csontok epifízisében és a lapos csontokban található vörös csontvelő a vér alakos elemeinek forrása.

Az omnipotens őssejt ún. aszimmetrikus osztódás révén egyrészt megújítja önmagát, másrészt létrehozza a pluripotens őssejtet, vagyis két eltérő utódsejt keletkezik; az egyik azonos az őssejttel, a másik további differenciálódásra képes progenitor sejt (3.2. ábra).

3.2. ábra. A hemopoetikus őssejt aszimmetrikus sejtosztódása . A multipotens hemopoetikus őssejt (HaematopoieticStem Cell, HSC) biztosítja a szervezet valamennyi vérsejtje képződését az egész élet során. Ennek biztosítéka az, hogy a HSC képes önmagát folyamatosan megújítani, az ún. aszimmetrikus sejtosztódás révén. A őssejt C-kit receptorához kapcsolódó ligandum (Stem Cell Factor, SCF) stimulálja a HSC osztódását. Az aszimmetrikus osztódás eredményeként két eltérő utódsejt keletkezik; az egyik azonos az őssejttel és rendelkezik az önmegújító képességgel, míg a másik további differenciálódásra képes, elkötelezett (progenitor) sejt.

A gerinctelenek esetében számos példa van az aszimmetrikus sejtosztódásra, míg a magasabb rendű gerincesek esetében kevesebb. A folyamat pontos mechanizmusa még nem ismert, de több elképzelés is van a kialakulására.

Az aszimmetrikus sejtosztódás

Az aszimmetrikus sejtosztódás magyarázatára többféle hipotézis van. Az osztódási aszimmetria modell esetében azt feltételezik, hogy az utódsejt további sorsát meghatározó citoplazmatikus faktorok – mRNS, fehérje – nem egyenlő mértékben oszlanak meg a két utódsejt között. Ennek lehet a következménye, hogy az osztódás egy önmegújítő őssejtet és egy további differenciálódásra képes prekurzor sejtet eredményez. Egy másik elképzelés szerint, a környezeti aszimmetria modell esetében azt gondolják, hogy a szimmetrikus sejtosztódással két egyenértékű utódsejt keletkezik. Az egyik a csonvelői niche-ben marad, és megőrzi önmegújító képességét, míg a másik utódsejt fenotípusa az előzőtől eltérő mikrokörnyezeti faktorok hatására megváltozik, és a sejt differenciálódni kezd. Feltételezhető tehát, hogy a HSC mikrokörnyezete (niche) határozza meg az őssejtek megújulásának és differenciálódásának folyamatát. Ezt igazolja az a kísérlet, amelyben a membránkötött SCF-génben bekövetkező spontán mutáció súlyos HSC-érési zavart okoz.

A fejlődő magzat kezdetben totipotens őssejtekból áll; ezek az embrionális őssejtek hozzák létre a magzat valamennyi szövetét, szervét. A magzati fejlődés során, a pluripotens őssejtek bizonyos mennyiségben fennmaradnak, és a születést követően a köldökzsinórvérből elkülöníthetők. A felnőtt szervezetben kis számban találhatók szöveti, multipotens őssejtek, melyek az adott szövet megújulását illetve regenerációját biztosítják A HSC-k a csontvelőn kívűl kis számban jelen vannak még a vesében, májban, illetve a folyamatosan megújuló szövetekben (bőr, bélepitélium) is. Ezeknek a sejteknek fontos szerepük van a hematopoezisben akut vagy krónikus csontvelő-károsodás esetén.

Az őssejtkultúrák terápiás célú felhasználhatóságának megoldásra váró problémái éppen ezeknek a sejteknek az egyedülálló differenciálódási képességéből adódnak. Még megválaszolásra vár a kérdés, vajon milyen módon lehet biztosítani azt, hogy az őssejtek kizárólag a kívánatos sejttípussá differenciálódjanak, és ne okozzanak például tumoros elváltozást.

Őssejtkultúrák alkalmazása a gyógyászatban

Az őssejtek megfelelő technikával izolálhatók és fenntarthatók kultúrában. A pluripotens őssejtek kellő körülmények között bármely sejttípussá (bőr, ideg, izom stb.) képesek differenciálódni, ezért alkalmasak lehetnek károsodott sejtek és szövetek pótlására, regenerálására. A „tissue engineering” célja szövetek és szervek előállítása őssejtekből – ily módon pl. szívbillentyűt vagy porckorongot lehetne létrehozni.

Három, terápiában is alkalmazott őssejtforrás a csontvelő, a perifériás vénás vér és a köldökzsinórvér. A köldökzsinórvérből nyert őssejteket a gyógyászatban először csontvelő-rendellenességben szenvedő betegek esetében alkalmazták, ami hatékonyabbnak bizonyult a felnőttből származó csontvelő átültetésénél. Mivel az őssejtek a sérült vagy károsodott szervekbe vándorolva képesek elindítani a szövet regenerációját, az őssejtterápia alkalmas lehet daganatos és degeneratív betegségek gyógykezelésére, valamint kemoterápiás beavatkozás miatt elpusztult csontvelő újraképzésére is. Fontos alkalmazási terület a szívizomzat őssejtekkel történő regenerációja is a szívinfarktuson átesett betegek esetében. Laboratóriumi kísérletekben sikerült őssejtekből inzulintermelő sejteket differenciáltatni, ami nagy előrelépést jelenthet a cukorbetegség gyógyítása terén. Több olyan betegség esetében is az őssejtterápiától várható előrelépés, amelyek ma még csak korlátozott mértékben kezelhetőek. Ilyen például az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór, az agyvérzés, az izomsorvadással járó betegségek és az immunhiányos állapotok. Az őssejtek alkalmazásának a génterápiában is szerepe lehet; hibás géneket tartalmazó sejtek „kicserélésével” lehetőség nyílhat géndefektus miatt kialakuló betegségek gyógyítására.

A pluripotens őssejtekből alakulnak ki mieloid és a limfoid előalakok (3.3. ábra).

3.3. ábra. A vér alakos elemeinek képződése a csontvelőben . A multipotens hemopoetikus őssejtből (HSC) kétféle, már specializált előalak képződik: a limfoid és a mieloid progenitor. A limfoid progenitorból a B- és T-limfociták (helper, citotoxikus és regulátor), az NK-sejtek és a plazmacitoid dendritikus sejtek (pDC) származnak. A különböző sejttípusok érése megfelelő növekedési faktorok és citokinek hatására megy végbe, amelyeket a csontvelőben jelenlevő strómasejtek és makrofágok termelnek. Ezek közül különösen fontosak a kolóniastimuláló faktorok (Colony-stimulating factor, CSF), amelyek az adott sejttípus irányába elkötelezett sejtcsoportkialakulását és differenciálódását váltják ki. A mieloid progenitorokból kialakuló prekurzorokból fejlődnek ki a hízósejtek, az eritrociták, valamint a megakariociták, amelyekből a trombociták keletkeznek. Az eozinofil prekurzorokból jönnek létre az eozinofil granulociták, a bazofil prekurzorokból a bazofilsejtek. A granulocita-monocita prekurzorokból fejlődnek a neutrofil granulociták és a monocitadendritikus sejtprekurzorok (MDP). Az MDP-kből a monociták és a konvencionális DC-k (cDC) érése történik. A DC-k, a makrofágok és a hízósejtek a szöveti környezetben válnak véglegesen differenciált sejtekké.

Az előalakok (progenitorok) már nem képesek önmegújításra, ezek a sejtek már elkötelezetté váltak egy adott sejtvonal kialakítására. Így a mieloid progenitorból differenciálódnak az eritrociták, a megakariociták, a granulociták, a monociták, a mieloid dendritikus sejtek (myeloid DC – myDC) és a follikuláris dendritikus sejtek (Follicular Dendritic CellFDC). A limfoid előalakból képződnek a T- és B-limfociták, továbbá a természetes ölősejtek (Natural Killer – NK sejt). A limfoid prekurzorokból is kialakulhatnak dendritikus sejek, ezeket a plazmacitoid sejtekkel való morfológiai hasonlóság alapján plazmacitoid vagy limfoid dendritikus sejteknek nevezzük (plDC - lyDC). A prekurzor sejtek osztódása és érése a mikrokörnyezetben jelenlévő kis molekulatömegű anyagok, a citokinek (lásd 5. fejezet) hatására történik meg. Ezek közé tartoznak a kolóniastimuláló faktorok (Colony Stimulating Factor – CSF), amelyek a csontvelői sejtekből adott sejttípusok irányába elkötelezett csoportok(Colony Forming Unit – CFU) kialakulását és differenciálódását idézik elő. A csontvelő stromasejtjei – köztük zsírsejtek, endotélsejtek, fibroblasztok, makrofágok – biztosítják azt a környezetet, ahol különböző faktorok, illetve közvetlen sejt-sejt kölcsönhatások eredményeként nőnek és differenciálódnak a prekurzor sejtek.

Nagyon fontos, hogy a hemopoezis során a különböző sejtalakokban az egyes sejtvonal-specifikus gének megfelelő időben, ill. sorrendben aktiválódjanak. Ezt a folyamatot különböző transzkripciós faktorok közvetítik (3.2. táblázat), amelyek funkciójáról legtöbbet a génkiütéssel megváltoztatott (knock out – KO) egerek vizsgálatából tudunk. Egyes géneket célzottan funkcióképtelenné téve („targeted disruption”) ugyanis megállapítható azok szerepe a vizsgált folyamatban. Így sikerült azonosítani pl. a GATA-2 transzkripciós faktort, ami a limfoid, eritroid és mieloid irányú elkötelezettség kulcsszereplője, valamint az Ikarost, ami csak a limfoid irányú differenciálódáshoz szükséges.

3.2. táblázat - 3.2. táblázat. A hemopoetikus sejtvonalak elkötelezettségében fontos transzkripciós faktorok

Sejtvonal

Transzkripciós faktor

Limfoid, mieloid, eritroid

GATA-2

Limfoid, mieloid (késői fázisban), eritroid

PU.1

Limfoid

Ikaros

B-limfoid plazmasejtté differenciálódás

Oct-2

Bmi-1

minden vérsejtvonal


A hemopoezis állandóan zajlik a szervezetünkben – naponta 3-4 x 1011-en leukocita keletkezik. A sejtek élettartama változó. A vörösvérsejteket kb. 120 nap elteltével veszik fel a makrofágok, és szállítják a lépbe, a granulociták egy napig élnek, míg a limfociták élettartama igen változó – bár többségük egy-két hétig él, a memóriasejtek akár 20-30 évig is jelen vannak a keringésben.

A leukociták pusztulása a programozott sejthalál útján zajlik. Ennek során jellegzetes morfológiai változások történnek, így pl. csökken a sejt térfogata, megváltozik a citoszkeleton, aminek hatására a membrán „hólyagosodik” („blebbing”), a kromatinállomány kondenzálódik, és a DNS degradálódik. A folyamat során olyan, olyan ún. apoptotikus testek keletkeznek, amelyek érintetlen organellumokat tartalmaznak. Ezeket a részecskéket makrofágok fagocitálják, de fontos hangsúlyozni, hogy az apoptózis során gyulladás nem alakul ki – ellentétben a nekrotikus sejtpusztulással (3.4. ábra).

3.4. ábra. Apoptózis és nekrózis . A programozott sejthalál; az apoptózis folyamán a sejtmag fragmentálódik (DNS-létra) és a sejt szétesése nélkül apoptotikus testek fűződnek le. Az elpusztult sejt komponensei nem szabadulnak ki a sejtből, az apoptotikus testeket elsősorban makrofágok kebelezik be, eközben gyulladás nem alakul ki. A sejt sérülése következtében kialakuló nekrózis során a sejt megduzzad, mitokondriális változások mennek végbe, a plazmamembrán és a magmembrán dezintegrálódik. A széteső, nekrotikus sejt komponensei gyulladásos folyamatot indukálnak, amelyben granulociták és makrofágok egyaránt részt vesznek.

Az apoptózis folyamatát számos gén szabályozza. Ezek közül néhány terméke indukálja, ill. gátolja a sejtpusztulást, mások pedig a folyamat lezajlásához szükségesek. Így pl. a timociták – a T-sejtek tímuszbeli előalakjai – programozott sejthalálát besugárzással csak a p53-fehérje jelenlétében lehet kiváltani. A legtöbb immunsejt apoptózisa a sejtfelszíni Fas-molekulán keresztül indukálható, és ismert az is, hogy a kaszpáz enzimek kaszkádja szükséges a folyamathoz. A gátló faktorok között elsősorban a bcl-2 (B cell lymphoma – 2) géncsalád termékeit kell megemlíteni.