Granulocyty obejmują bazofile, eozynofile i neutrofile. Bazofile i eozynofile są ważne dla obrony gospodarza przed pasożytami. Są one również zaangażowane w reakcje alergiczne. Neutrofile, najliczniejsza wrodzona komórka odpornościowa, patrolują problemy krążąc w krwiobiegu. Mogą fagocytować, lub połykać, bakterie, rozkładając je wewnątrz specjalnych przegródek zwanych pęcherzykami.
Komórki tuczne są również ważne dla obrony przed pasożytami. Komórki tuczne znajdują się w tkankach i mogą pośredniczyć w reakcjach alergicznych poprzez uwalnianie zapalnych substancji chemicznych, takich jak histamina.
Monocyty, które przekształcają się w makrofagi, również patrolują i reagują na problemy. Znajdują się one w krwiobiegu i w tkankach. Makrofagi, po grecku „wielki zjadacz”, zostały nazwane tak ze względu na ich zdolność do połykania i niszczenia bakterii. Po aktywacji monocyty i makrofagi koordynują odpowiedź immunologiczną, powiadamiając inne komórki odpornościowe o problemie. Makrofagi pełnią również ważne funkcje nieimmunologiczne, takie jak odzyskiwanie martwych komórek, np. czerwonych krwinek, i usuwanie resztek komórkowych. Te funkcje „porządkowe” występują bez aktywacji odpowiedzi immunologicznej.
Neutrofile (na czerwono) gromadzą się w ciągu kilku minut w miejscach lokalnego uszkodzenia tkanek (centrum). Następnie komunikują się ze sobą za pomocą lipidów i innych wydzielanych mediatorów, tworząc „roje” komórkowe. Ich skoordynowany ruch i wymiana sygnałów nakazuje innym komórkom odporności wrodzonej, zwanym makrofagami i monocytami (na zielono), otoczyć skupisko neutrofili i utworzyć szczelne zamknięcie rany. Ten 24-sekundowy film przedstawia dwugodzinne nagranie.
Komórki dendrytyczne (DC) są ważnymi komórkami prezentującymi antygen (APC), które również mogą rozwinąć się z monocytów. Antygeny to cząsteczki patogenów, komórek gospodarza i alergenów, które mogą być rozpoznawane przez adaptacyjne komórki odpornościowe. APC, takie jak DC, są odpowiedzialne za przetwarzanie dużych cząsteczek na „czytelne” fragmenty (antygeny) rozpoznawane przez adaptacyjne komórki B lub T. Same antygeny nie są jednak w stanie aktywować limfocytów T. Muszą one zostać zaprezentowane za pomocą odpowiedniego głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) wyrażonego na APC. MHC stanowi punkt kontrolny i pomaga komórkom odpornościowym odróżnić komórki gospodarza od obcych.
Czytaj więcej o MHC w Komunikacji i Tolerancji immunologicznej.
Naturalne komórki zabójcze (NK) mają cechy zarówno odporności wrodzonej, jak i adaptacyjnej. Są one ważne dla rozpoznawania i zabijania komórek zakażonych wirusem lub komórek nowotworowych. Zawierają przedziały wewnątrzkomórkowe zwane ziarnistościami, które są wypełnione białkami mogącymi tworzyć dziury w komórce docelowej, a także powodować apoptozę, czyli proces zaprogramowanej śmierci komórki. Ważne jest, aby odróżnić apoptozę od innych form śmierci komórki, takich jak nekroza. Apoptoza, w przeciwieństwie do nekrozy, nie uwalnia sygnałów zagrożenia, które mogą prowadzić do większej aktywacji układu odpornościowego i stanu zapalnego. Dzięki apoptozie komórki odpornościowe mogą dyskretnie usuwać zainfekowane komórki i ograniczać szkody wyrządzane przez osoby postronne. Ostatnio badacze wykazali na modelach mysich, że komórki NK, podobnie jak komórki adaptacyjne, mogą być zachowane jako komórki pamięci i odpowiadać na kolejne infekcje tym samym patogenem.
Komórki adaptacyjne
Komórki B pełnią dwie główne funkcje: Prezentują antygeny limfocytom T, a co ważniejsze, produkują przeciwciała neutralizujące zakaźne mikroby. Przeciwciała pokrywają powierzchnię patogenu i pełnią trzy główne role: neutralizacja, opsonizacja i aktywacja dopełniacza.
Neutralizacja ma miejsce, gdy patogen, ponieważ jest pokryty przeciwciałami, nie jest w stanie związać się i zainfekować komórek gospodarza. W opsonizacji, patogen związany z przeciwciałami służy jako czerwona flaga ostrzegająca komórki odpornościowe, takie jak neutrofile i makrofagi, do wchłonięcia i strawienia patogenu. Komplement jest procesem bezpośredniego niszczenia lub lizowania bakterii.
Więcej o komplementach można przeczytać w części Komunikacja.
Przeciwciała są wyrażane na dwa sposoby. Receptor komórek B (BCR), który znajduje się na powierzchni komórek B, jest w rzeczywistości przeciwciałem. Komórki B również wydzielają przeciwciała, aby rozpraszać i wiązać się z patogenami. Ta podwójna ekspresja jest ważna, ponieważ początkowy problem, na przykład bakteria, jest rozpoznawany przez unikalny BCR i aktywuje komórkę B. Aktywowana komórka B odpowiada poprzez wydzielanie przeciwciał, zasadniczo BCR, ale w formie rozpuszczalnej. Zapewnia to, że odpowiedź jest specyficzna przeciwko bakterii, która rozpoczęła cały proces.
Każde przeciwciało jest unikalne, ale mieszczą się one w ogólnych kategoriach: IgM, IgD, IgG, IgA i IgE. (Ig jest skrótem od immunoglobuliny, co jest innym określeniem przeciwciała). Chociaż ich role się pokrywają, IgM jest ogólnie ważne dla aktywacji dopełniacza; IgD jest zaangażowane w aktywację bazofilów; IgG jest ważne dla neutralizacji, opsonizacji i aktywacji dopełniacza; IgA jest ważne dla neutralizacji w przewodzie pokarmowym; a IgE jest konieczne do aktywacji komórek tucznych w reakcjach pasożytniczych i alergicznych.
Komórki T pełnią różne role i są klasyfikowane według podzbiorów. Komórki T są podzielone na dwie szerokie kategorie: CD8+ T cells lub CD4+ T cells, w oparciu o to, które białko jest obecne na powierzchni komórki. Komórki T pełnią wiele funkcji, w tym zabijają zakażone komórki oraz aktywują lub rekrutują inne komórki układu odpornościowego.
Komórki T CD8+ są również nazywane cytotoksycznymi komórkami T lub limfocytami cytotoksycznymi (CTL). Są one kluczowe w rozpoznawaniu i usuwaniu komórek zakażonych wirusami i komórek nowotworowych. CTL posiadają wyspecjalizowane przedziały, lub ziarnistości, zawierające cytotoksyny, które powodują apoptozę, czyli zaprogramowaną śmierć komórki. Ze względu na swoją siłę działania, uwalnianie ziarnistości jest ściśle regulowane przez układ odpornościowy.
Cztery główne podzbiory komórek T CD4+ to TH1, TH2, TH17 i Treg, przy czym „TH” oznacza „komórkę pomocniczą T”. Komórki TH1 są krytyczne dla koordynowania odpowiedzi immunologicznej przeciwko wewnątrzkomórkowym mikrobom, zwłaszcza bakteriom. Produkują one i wydzielają cząsteczki, które alarmują i aktywują inne komórki odpornościowe, takie jak makrofagi trawiące bakterie. Komórki TH2 są ważne dla koordynowania odpowiedzi immunologicznej przeciwko zewnątrzkomórkowym patogenom, takim jak helmintony (robaki pasożytnicze), poprzez alarmowanie komórek B, granulocytów i komórek tucznych. Komórki TH17 zawdzięczają swoją nazwę zdolności do produkcji interleukiny 17 (IL-17), cząsteczki sygnalizacyjnej, która aktywuje komórki odpornościowe i nieimmunologiczne. Komórki TH17 są ważne w rekrutacji neutrofili.
Regulacyjne komórki T (Tregs), jak sama nazwa wskazuje, monitorują i hamują aktywność innych komórek T. Zapobiegają one niekorzystnej aktywacji immunologicznej i utrzymują tolerancję, czyli zapobieganie odpowiedzi immunologicznej przeciwko własnym komórkom i antygenom organizmu.
Czytaj więcej o tolerancji w Immune Tolerance.
Komunikacja
Komórki odpornościowe komunikują się na wiele sposobów, albo przez kontakt komórka-komórka, albo przez wydzielane cząsteczki sygnalizacyjne. Receptory i ligandy mają zasadnicze znaczenie dla komunikacji komórkowej. Receptory to struktury białkowe, które mogą być wyrażone na powierzchni komórki lub w przedziałach wewnątrzkomórkowych. Cząsteczki, które aktywują receptory są nazywane ligandami, które mogą być swobodnie pływające lub związane z błoną.
Interakcja ligand-receptor prowadzi do serii zdarzeń wewnątrz komórki z udziałem sieci wewnątrzkomórkowych cząsteczek, które przekazują wiadomość. Poprzez zmianę ekspresji i gęstości różnych receptorów i ligandów, komórki odpornościowe mogą wysyłać specyficzne instrukcje dostosowane do danej sytuacji.
Cytokiny są małymi białkami o zróżnicowanych funkcjach. W odporności można wyróżnić kilka kategorii cytokin ważnych dla wzrostu, aktywacji i funkcji komórek odpornościowych.
- Czynniki stymulujące kolonie są niezbędne dla rozwoju i różnicowania komórek.
- Interferony są niezbędne dla aktywacji komórek odpornościowych. Interferony typu I pośredniczą w przeciwwirusowych reakcjach immunologicznych, a interferon typu II jest ważny dla reakcji przeciwbakteryjnych.
- Interleukiny, które występują w ponad 30 odmianach, dostarczają instrukcji specyficznych dla kontekstu, z reakcjami aktywującymi lub hamującymi.
- Chemokiny są wytwarzane w określonych miejscach ciała lub w miejscu infekcji, aby przyciągnąć komórki odpornościowe. Różne chemokiny będą rekrutować różne komórki odpornościowe do potrzebnego miejsca.
- Rodzina cytokin czynnika martwicy nowotworów (TNF) stymuluje proliferację i aktywację komórek odpornościowych. Są one krytyczne dla aktywacji odpowiedzi zapalnej i jako takie, blokery TNF są stosowane w leczeniu różnych zaburzeń, w tym niektórych chorób autoimmunologicznych.
Receptory toll-podobne (TLR) są wyrażane na wrodzonych komórkach odpornościowych, takich jak makrofagi i komórki dendrytyczne. Znajdują się one na powierzchni komórek lub w przedziałach wewnątrzkomórkowych, ponieważ mikroby mogą znajdować się w organizmie lub wewnątrz zainfekowanych komórek. TLR rozpoznają ogólne wzorce drobnoustrojów i są niezbędne do aktywacji wrodzonych komórek odpornościowych i odpowiedzi zapalnej.
Receptory komórek B (BCR) i receptory komórek T (TCR) są wyrażane na adaptacyjnych komórkach odpornościowych. Oba znajdują się na powierzchni komórek, ale BCR są również wydzielane jako przeciwciała neutralizujące patogeny. Geny dla BCR i TCR są losowo rearanżowane na określonych etapach dojrzewania komórek, w wyniku czego powstają unikalne receptory, które mogą potencjalnie rozpoznawać wszystko. Przypadkowe generowanie receptorów pozwala układowi odpornościowemu reagować na nieprzewidziane problemy. Wyjaśniają one również, dlaczego komórki pamięci B lub T są wysoce specyficzne i po ponownym napotkaniu określonego patogenu mogą natychmiast wywołać neutralizującą odpowiedź immunologiczną.
Białka głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC), lub ludzkiego antygenu leukocytów (HLA), pełnią dwie ogólne role.
Białka MHC funkcjonują jako nośniki prezentujące antygeny na powierzchniach komórek. Białka MHC klasy I są niezbędne do prezentacji antygenów wirusowych i są wyrażane przez prawie wszystkie typy komórek, z wyjątkiem krwinek czerwonych. Każda komórka zainfekowana przez wirusa ma możliwość zasygnalizowania problemu poprzez białka MHC klasy I. W odpowiedzi, limfocyty T CD8+ (zwane również CTL) rozpoznają i zabijają zainfekowane komórki. Białka MHC klasy II są zasadniczo wyrażane tylko przez komórki prezentujące antygen, takie jak komórki dendrytyczne i makrofagi. Białka MHC klasy II są ważne dla prezentacji antygenów komórkom T CD4+. Antygeny MHC klasy II są zróżnicowane i obejmują zarówno cząsteczki pochodzące od patogenów, jak i od gospodarza.
Białka MHC sygnalizują również, czy dana komórka jest komórką gospodarza, czy obcą. Są one bardzo zróżnicowane, a każda osoba ma unikalny zestaw białek MHC odziedziczony po swoich rodzicach. Jako takie, istnieją podobieństwa w białkach MHC pomiędzy członkami rodziny. Komórki odpornościowe wykorzystują MHC do określenia, czy dana komórka jest przyjazna, czy nie. W przeszczepach narządów, białka MHC lub HLA dawcy i biorcy są dopasowywane w celu zmniejszenia ryzyka odrzucenia przeszczepu, które występuje, gdy układ odpornościowy biorcy atakuje tkankę lub narząd dawcy. W przypadku przeszczepu komórek macierzystych lub szpiku kostnego, niewłaściwe dopasowanie MHC lub HLA może spowodować chorobę przeszczep przeciwko gospodarzowi, która występuje, gdy komórki dawcy atakują ciało biorcy.
Komplement odnosi się do unikalnego procesu, który usuwa patogeny lub umierające komórki, a także aktywuje komórki odpornościowe. Komplement składa się z serii białek znajdujących się we krwi, które tworzą kompleks atakujący błonę. Białka dopełniacza są aktywowane przez enzymy tylko wtedy, gdy pojawia się problem, taki jak infekcja. Aktywowane białka dopełniacza przywierają do patogenu, rekrutując i aktywując dodatkowe białka dopełniacza, które łączą się w określonej kolejności, tworząc okrągły por lub otwór. Komplement dosłownie wycina małe otwory w patogenie, tworząc przecieki, które prowadzą do śmierci komórek. Białka dopełniacza służą również jako cząsteczki sygnalizacyjne, które ostrzegają komórki odpornościowe i rekrutują je do problematycznego obszaru.
.