adaptivní imunita je definována dvěma důležitými charakteristikami: specificitou a pamětí. Specificita označuje schopnost adaptivního imunitního systému zaměřit se na specifické patogeny a paměť označuje jeho schopnost rychle reagovat na patogeny, kterým byl dříve vystaven. Například, když se jedinec zotaví z planých neštovic, tělo vyvine vzpomínku na infekci, která ji specificky ochrání před příčinným činidlem, virem varicella-zoster, pokud je znovu vystaven viru později.

Obrázek 1. Klikněte pro větší obrázek. Tento graf ilustruje primární a sekundární imunitní odpovědi související s produkcí protilátek po počáteční a sekundární expozici antigenu. Všimněte si, že sekundární odpověď je rychlejší a poskytuje mnohem vyšší koncentraci protilátek.

specifičnosti a paměti je dosaženo v podstatě naprogramováním určitých buněk zapojených do imunitní odpovědi tak, aby rychle reagovaly na následné expozice patogenu. K tomuto programování dochází v důsledku první expozice patogenu nebo vakcíně, která vyvolává primární odpověď. Následné expozice vedou k sekundární reakci, která je rychlejší a silnější v důsledku paměti těla na první expozici (Obrázek 1). Tato sekundární odpověď je však specifická pro daný patogen. Virus varicella-zoster) neposkytne ochranu před jinými virovými onemocněními (např. spalničkami, příušnicemi nebo polio).

adaptivní specifická imunita zahrnuje působení dvou odlišných typů buněk: B lymfocytů (B buněk) a T lymfocytů (T buněk). Ačkoli B buňky a T buňky vznikají z běžné cesty diferenciace hematopoetických kmenových buněk (viz Obrázek 1 v buněčné obraně), jejich místa zrání a jejich role v adaptivní imunitě jsou velmi odlišné.

B buňky dozrávají v kostní dřeni a jsou zodpovědné za produkci bílkoviny zvané protilátky nebo imunoglobuliny. Protilátky se podílejí na obraně těla proti patogenům a toxinům v extracelulárním prostředí. Mechanismy adaptivní specifické imunity, které zahrnují B buňky a produkci protilátek, se označují jako humorální imunita. Zrání T buněk se vyskytuje v brzlíku. T buňky fungují jako centrální orchestrátor vrozených i adaptivních imunitních odpovědí. Jsou také zodpovědné za destrukci buněk infikovaných intracelulárními patogeny. Cílení a destrukce intracelulárních patogenů T buňkami se nazývá buněčná imunita nebo buněčná imunita.

Antigeny

Aktivace adaptivní imunitní obranu je vyvolána patogen-specifických molekulárních strukturách, které se nazývají antigeny. Antigeny jsou podobné patogen-associated molecular patterns (PAMPs) diskutovali v Patogenu Rozpoznání a Fagocytózu; nicméně, vzhledem k tomu, že PAMPs jsou molekulární struktury nalézt na mnoha patogenů, antigeny jsou jedinečné pro konkrétní patogen. Antigeny, které stimulují adaptivní imunitu vůči planým neštovicím, jsou například jedinečné pro virus varicella-zoster, ale významně se liší od antigenů spojených s jinými virovými patogeny.

termín antigen byl původně použit k popisu molekul, které stimulují tvorbu protilátek; ve skutečnosti, termín pochází z kombinace slov protilátek a generátor, a molekula, která stimuluje produkci protilátek je řekl, aby byl antigenní. Úloha antigenů však není omezena na humorální imunitu a produkci protilátek; antigeny také hrají zásadní roli při stimulaci buněčné imunity, a proto jsou antigeny někdy přesněji označovány jako imunogeny. V tomto textu je však budeme obvykle označovat jako antigeny.

patogeny mají různé struktury, které mohou obsahovat antigeny. Například antigeny z bakteriálních buněk mohou být spojeny s jejich kapslemi, buněčnými stěnami, fimbriemi, bičíky nebo pili. Bakteriální antigeny mohou být také spojeny s extracelulárními toxiny a enzymy, které vylučují. Viry mají různé antigeny spojené s jejich kapsidy, obálkami a strukturami hrotů, které používají k připojení k buňkám.

Obrázek 2. Antigen je makromolekula, která reaguje se složkami imunitního systému. Daný antigen může obsahovat několik motivů, které jsou rozpoznávány imunitními buňkami.

antigeny mohou patřit do libovolného počtu molekulárních tříd, včetně sacharidů, lipidů, nukleových kyselin, proteinů a kombinací těchto molekul. Antigeny různých tříd se liší svou schopností stimulovat adaptivní imunitní obranu i typem reakce, kterou stimulují (humorální nebo buněčná). Strukturální složitost antigenní molekuly je důležitým faktorem jejího antigenního potenciálu. Obecně platí, že složitější molekuly jsou účinnější jako antigeny. Například trojrozměrná komplexní struktura proteinů z nich činí nejúčinnější a nejúčinnější antigeny, schopné stimulovat humorální i buněčnou imunitu. Ve srovnání s tím mají sacharidy méně složitou strukturu, a proto jsou méně účinné jako antigeny; mohou stimulovat pouze humorální imunitní obranu. Lipidy a nukleové kyseliny jsou nejméně antigenní molekuly, a v některých případech se může stát pouze antigenní když v kombinaci s proteiny nebo sacharidy tvoří glykolipidy, lipoproteiny, nebo nukleoproteiny.

obrázek 3. Typický proteinový antigen má více epitopů, což se projevuje schopností tří různých protilátek vázat se na různé epitopy stejného antigenu.

Jedním z důvodů, tří-dimenzionální komplexnosti antigenů je tak důležité, je, že protilátky a T-buňky neuznávají a komunikovat s celou antigen ale s menší exponovaných oblastech na povrchu antigeny, tzv. epitopů. Jeden antigen může mít několik různých epitopů (Obrázek 2), a různé protilátky se mohou vázat na různé epitopy na stejný antigen (Obrázek 3). Například bakteriální bičík je velká, komplexní proteinová struktura, která může mít stovky nebo dokonce tisíce epitopů s jedinečnými trojrozměrnými strukturami. Navíc bičíky z různých bakteriálních druhů (nebo dokonce kmenů stejného druhu) obsahují jedinečné epitopy, které mohou být vázány pouze specifickými protilátkami.

velikost antigenu je dalším důležitým faktorem v jeho antigenním potenciálu. Zatímco velké antigenní struktury, jako jsou bičíky, mají více epitopů, některé molekuly jsou příliš malé na to, aby byly samy o sobě antigenní. Takové molekuly, nazývané hapteny, jsou v podstatě volné epitopy, které nejsou součástí komplexní trojrozměrné struktury většího antigenu. Aby se hapten stal antigenním, musí se nejprve připojit k větší molekule nosiče (obvykle proteinu), aby vytvořil konjugovaný antigen. Na hapten-specifické protilátky vytvořené v reakci na konjugovaný antigen jsou pak schopni komunikovat s nekonjugovaný volný hapten molekuly. Není známo, že by hapteny byly spojeny s žádnými specifickými patogeny, ale jsou zodpovědné za některé alergické reakce. Například hapten urushiol, molekula nalezená v oleji rostlin, které způsobují jedovatý břečťan, způsobuje imunitní odpověď, která může vést k těžké vyrážce(nazývané kontaktní dermatitida). Podobně hapten penicilin může způsobit alergické reakce na léky ve třídě penicilinu.

Protilátky

Protilátky (též zvané imunoglobuliny) jsou glykoproteiny, které jsou přítomny v krvi a tkáňových tekutinách. Základní struktura monomeru protilátek se skládá ze čtyř proteinových řetězců držených pohromadě disulfidovými vazbami (obrázek 4). Disulfidovým vazba je kovalentní vazba mezi sulfhydrylové skupiny R nalezen na dvou cystein aminokyselin. Dva největší řetězy jsou navzájem identické a nazývají se těžké řetězy. Dva menší řetězy jsou také navzájem identické a nazývají se lehké řetězy. Těžké a lehké řetězy, které jsou spojeny dohromady, tvoří základní strukturu ve tvaru Y.

obrázek 4. a) typická čtyřřetězcová struktura generického monomeru protilátek. (b) odpovídající trojrozměrná struktura IgG protilátky. (kredit b: modifikace práce Timem Vickersem)

dvě „ramena“ molekuly protilátky ve tvaru Y jsou známá jako oblast Fab, pro “ fragment vazby antigenu.“Vzdáleným koncem oblasti Fab je variabilní oblast, která slouží jako místo vazby antigenu. Aminokyselinová sekvence v proměnné oblasti diktuje trojrozměrnou strukturu, a tedy specifický trojrozměrný epitop, ke kterému je Fab oblast schopna vazby. I když epitop specifičnost Fab regionech je stejná pro každé rameno jeden molekula protilátky, tato oblast vykazuje vysoký stupeň variability mezi protilátky s různými epitop specifika. Vazba na oblast Fab je nezbytná pro neutralizaci patogenů, aglutinaci nebo agregaci patogenů a cytotoxicitu zprostředkovanou buňkami závislými na protilátkách.

konstantní oblasti molekula protilátky obsahuje kufru Y a dolní části každé rameno Y kmen Y je také nazýván Fc regionu, pro „fragment krystalizace,“ a je na místě doplnit faktor vazby a vazby na fagocytární buňky během protilátkami zprostředkovaná opsonizace.

třídy protilátek

konstantní oblast molekuly protilátky určuje její třídu nebo izotyp. Pět tříd protilátek jsou IgG, IgM, IgA, IgD a IgE. Každá třída má jedinečné těžké řetězce označené řeckými písmeny γ, μ, α, δ a ε. Třídy protilátek také vykazují významné rozdíly v hojnosti v séru, uspořádání, místech působení těla, funkčních rolích a velikosti (Tabulka 1).

IgG je monomer, který je zdaleka nejhojnější protilátkou v lidské krvi, což představuje asi 80% celkové sérové protilátky. IgG účinně proniká do tkáňových prostorů a je jedinou třídou protilátek se schopností procházet placentární bariérou a poskytovat pasivní imunitu vyvíjejícímu se plodu během těhotenství. IgG je také nejvšestrannější třídou protilátek, pokud jde o jeho roli v obraně těla proti patogenům.

IgM se zpočátku vyrábí v monomerní formě vázané na membránu, která slouží jako receptor vázající antigen na B buňkách. Vylučovaná forma IgM se shromažďuje do pentameru s pěti monomery IgM vázanými dohromady proteinovou strukturou zvanou J řetězec. I když umístění J řetězcem ve vztahu k Fc regionů z pěti monomerů zabraňuje IgM vykonávat některé z funkcí IgG, deset k dispozici Fab místech spojených s pentameric IgM, aby bylo důležitou protilátek v těle je arzenál obrany. IgM je první protilátky produkovány a vylučovány B buněk během primární a sekundární imunitní odpovědi, takže patogen-specifických IgM cenný diagnostický marker během aktivní nebo nedávné infekce.

IgA tvoří asi 13% z celkové sérové protilátky, a sekreční IgA je nejčastější a bohaté třídy protilátek nalézt v hlenu sekretů, které chrání sliznice. IgA lze nalézt také v jiných sekrecích, jako je mateřské mléko, slzy a sliny. Sekreční IgA je sestavena do dimerní formy se dvěma monomery spojenými proteinovou strukturou zvanou sekreční složka. Jednou z důležitých funkcí sekrečního IgA je zachycení patogenů v hlenu, aby mohly být později odstraněny z těla.

Podobné IgM, IgD je membrána vazbou monomeru na povrchu B buněk, kde slouží jako antigen-vázající receptor. IgD však není vylučován B buňkami a v séru jsou detekována pouze stopová množství. Tato stopová množství s největší pravděpodobností pocházejí z degradace starých B buněk a uvolňování molekul IgD z jejich cytoplazmatických membrán.

IgE je nejméně hojná třída protilátek v séru. Stejně jako IgG je vylučován jako monomer, ale jeho role v adaptivní imunitě je omezena na antiparazitickou obranu. Fc oblast IgE se váže na bazofily a žírné buňky. Fab oblast vázaného IgE pak interaguje se specifickými antigenními epitopy, což způsobuje, že buňky uvolňují silné prozánětlivé mediátory. Zánětlivé reakce v důsledku aktivace žírných buněk a bazofilů pomáhá v obraně proti parazitům, ale tato reakce je také centrální alergické reakce (viz Onemocnění Imunitního Systému).

Tabulka 1. The Five Immunoglobulin (Ig) Classes
	IgG monomer	IgM pentameter	Secretory IgA dimer	IgD monomer	IgE monomer
Structure
Heavy Chains	γ	μ	α	δ	ε
Number of antigen binding sites	2	10	4	2	2
Molecular weight (Daltons)	150,000	900,000	385,000	180,000	200,000
Percentage of total antibody in serum	80%	6%	13% (monomer)	< 1%	< 1%
Crosses placenta	yes	no	no	no	no
Fixes complement	yes	yes	no	no	no
Fc binds to	phagocytes				mast cells and basophils
Function	Neutralization, agglutination, complement activation, opsonization, and cytotoxicita zprostředkovaná buňkami závislá na protilátkách.	neutralizace, aglutinace a aktivace komplementu. Monomerová forma slouží jako receptor B-buněk.	neutralizace a zachycení patogenů v hlenu.	B-buněčný receptor.	aktivace bazofilů a žírných buněk proti parazitům a alergenům.

interakce Antigen-protilátka

různé třídy protilátek hrají důležitou roli v obraně těla proti patogenům. Tyto funkce zahrnují neutralizaci patogenů, opsonizace pro fagocytózy, aglutinace, aktivace komplementu a protilátky dependentní cell-mediated cytotoxicity. Pro většinu těchto funkcí poskytují protilátky také důležitou vazbu mezi adaptivní specifickou imunitou a vrozenou nespecifickou imunitou.

Neutralizace zahrnuje závazné určitých protilátek (IgG, IgM nebo IgA) epitopů na povrchu patogeny nebo toxiny, brání jejich vazbu na buňky. Například sekreční IgA se může vázat na specifické patogeny a blokovat počáteční připojení k střevním slizničním buňkám. Podobně se specifické protilátky mohou vázat na určité toxiny, blokovat je v navázání na cílové buňky a neutralizovat tak jejich toxické účinky. Viry mohou být neutralizovány a zabráněny infikování buňky stejným mechanismem (obrázek 5).

obrázek 5. Neutralizace zahrnuje vazbu specifických protilátek na antigeny nacházející se na bakteriích, virech a toxinech, což jim brání v navázání na cílové buňky.

, Jak je popsáno v Chemické Obrany, opsonizace je povlak patogenu s molekulami, jako doplněk faktory, C-reaktivní protein a sérový amyloid A, na pomoc při fagocytárním závazné pro usnadnění fagocytózy. IgG protilátky také slouží jako vynikající opsoniny, vázající jejich Fab místa na specifické epitopy na povrchu patogenů. Fagocytární buňky, jako jsou makrofágy, dendritické buňky a neutrofily, mají na svých površích receptory, které rozpoznávají a vážou se na Fc část molekul IgG; IgG tedy pomáhá těmto fagocytům připojit se a pohltit patogeny, které mají vázané (obrázek 6).

obrázek 6. Protilátky slouží jako opsoniny a inhibují infekci značením patogenů pro destrukci makrofágy, dendritickými buňkami a neutrofily. Tyto fagocytární buňky používají Fc receptory k vazbě na IgG-opsonizované patogeny a iniciují první krok připojení před fagocytózou.

Obrázek 7. Protilátky, zejména IgM protilátky, aglutinují bakterie vazbou na epitopy na dvou nebo více bakteriích současně. Pokud je přítomno více patogenů a protilátek, tvoří se agregáty, když se vazebná místa protilátek vážou se samostatnými patogeny.

aglutinace nebo agregace zahrnuje zesíťování patogenů protilátkami za vzniku velkých agregátů (Obrázek 7). IgG má dvě místa vázající antigen Fab, která se mohou vázat na dvě oddělené patogenní buňky a shlukovat je dohromady. Při více IgG protilátky jsou zapojeny, velké agregáty mohou rozvíjet; tyto agregáty jsou jednodušší pro ledviny a slezina filtrovat z krve a jednodušší pro fagocyty spolknout ke zničení. Pentamerická struktura IgM poskytuje deset vazebných míst Fab na molekulu, což z ní činí nejúčinnější protilátku pro aglutinaci.

Další důležitou funkcí protilátek je aktivace komplementové kaskády. Jak je uvedeno v předchozí kapitole, doplňují systém je důležitou součástí vrozené obranu, podpora zánětlivé reakce, nábor fagocyty do místa infekce, zvýšení fagocytózy tím, opsonizace, a zabíjet gram-negativní bakteriální patogeny s membrane attack complex (MAC). Aktivace komplementu může dojít prostřednictvím tří různých drah (viz Obrázek 2 v Chemické Obrany), ale nejvíce efektivní je klasický postup, který vyžaduje původní vazba IgG nebo IgM protilátek k povrchu patogenu buněk, což pro nábor a aktivaci C1 komplexu.

další důležitá funkce protilátek je antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC), která zvyšuje zabíjení patogenů, které jsou příliš velké, aby být fagocytovány. Tento proces je nejlépe charakterizován pro přirozené zabíječské buňky (NK buňky), jak je znázorněno na obrázku 8, ale může také zahrnovat makrofágy a eozinofily. K ADCC dochází, když se Fab oblast IgG protilátky váže na velký patogen; Fc receptory na efektorových buňkách (např. Efektorová buňka pak vylučuje silné cytotoxiny (např. perforin a granzymy), které zabíjejí patogen.

Obrázek 8. V tomto příkladu ADCC se protilátky vážou na velkou patogenní buňku, která je příliš velká pro fagocytózu, a poté se váží na Fc receptory na membráně přirozené zabijácké buňky. Tato interakce přivádí NK buňku do těsné blízkosti, kde může zabít patogen uvolněním smrtelných extracelulárních cytotoxinů.