Adaptīvā imūnsistēma: definīcija, funkcijas un evolūcija mugurkaulniekiem
Adaptīvo imūnsistēmu veido specializētas šūnas un procesi, kas atpazīst, saista un iznīcina konkrētus patogēnus (vīrusus, baktērijas, parazītus) vai novērš to darbības sekas. Tā papildina un koordinējas ar iedzimto imūno aizsardzību, nodrošinot precīzāku un ilglaicīgu reakciju uz atkārtotu inficēšanos.
Kas ir adaptīvās imūnsistēmas pamatkomponenti?
- B limfocīti (B šūnas) — ražo antivielas, kas saistās ar antigeniem un marķē patogēnus iznīcināšanai vai neutralizēšanai. Antivielu ražošana ir adaptīvās imūnsistēmas humoraālā (ķīmiskā) daļa.
- T limfocīti (T šūnas) — ietver CD8+ citotoksiskos T šūnas, kas nogalina inficētās šūnas, un CD4+ T palīgšūnas, kas regulē imūnreakciju un palīdz B šūnām.
- Antigēna atpazīšanas receptori — katra B un T šūna izsaka unikālu receptoru (BCR vai TCR), kas izstrādāts, izmantojot gēnu rekombinācijas mehānismus.
- Antigēnu prezentējošās šūnas (APC) — piemēram, dendrītiskās šūnas un makrofāgi, kas uzņem patogēnus, pārstrādā tos un prezentē to fragmentus uz MHC molekulām T šūnām.
Mēdijatori un mehānismi
Adaptīvā imūnreakcija balstās uz princips, ko sauc par klonālo atlasi: kad B vai T šūna saskaras ar savu specifisko antigēnu, tā proliferē (vairojas) un veido klonu šūnu, kas spēj efektīvi cīnīties pret šo antigēnu. Būvēšanas un precizēšanas procesā aktīvas lomas spēlē:
- Somatiskā rekombinācija gēnos, kas kodē receptorus — tas radikāli palielina receptoru daudzveidību.
- Somatiskā hipermutācija un klonālā izcērtēšana (affinity maturation) B šūnās — uzlabo antivielu saķeri ar antigēnu.
- Atmiņas šūnas — ilgdzīvotāji B un T šūnu podi, kas nodrošina ātrāku un spēcīgāku reakciju nākamajā saskarē ar to pašu patogēnu.
Humorālā pret šūnu mediētu imunitāti
- Humorālā imunitāte — galvenokārt antivielu starpniecība (B šūnu atvasinājumi, plazmas šūnas), kas cirkulē asinīs un limfā un neitralizē brīvā formā esošus patogēnus.
- Šūnu mediēta imunitāte — T šūnu tiešā darbība pret inficētām šūnām vai intracelulāriem patogēniem (piem., vīrusiem), kā arī makrofāgu aktivācija.
Evolūcija mugurkaulniekos
Adaptīvo imūnsistēmu ieslēdz evolūcijas gaitā vecākā iedzimtā imūnsistēma, kas darbojas visos ātrāk reaģējošos līmeņos. Iedzimtā sistēma ir nespecifiska un reaģē uz plašām patogēnu pazīmēm, savukārt adaptīvā sistēma ir specifiska un spēj veidot ilgstošu atmiņu.
Iedzimtā imūnsistēma ir sastopama visiem metazoām, savukārt adaptīvā sistēma ir ierobežota tikai uz mugurkaulniekiem. Tiek uzskatīts, ka adaptīvā imūnsistēma radās pirmajos žokļainajos mugurkaulniekos (jawed vertebrates). Šī adaptācija saistīta ar speciālu gēnu sistēmu, piemēram, RAG proteīnu funkciju, kas ļāva radīt receptoru daudzveidību caur ģenētisku rekombināciju.
Interesanti, ka žokļaneverīgie (jawless vertebrates) — piemēram, lamprejas — attīstīja citas molekulārās stratēģijas (piem., mainīgus limfocītu receptorus, VLR), kas pilda līdzīgas adaptīvās imunitātes funkcijas, taču molekulāri atšķiras no žokļaino sistēmas.
Atmiņa un vakcinācija
Adaptīvā imūnreakcija nodrošina mugurkaulnieku imūnsistēmai spēju atpazīt un atcerēties konkrētus patogēnus. Pēc pirmās ekspozīcijas veidojas atmiņas B un T šūnas, kas uztur imunitāti ilgāku laiku un, nepieciešamības gadījumā, nodrošina ātrāku un spēcīgāku reakciju atkārtotas inficēšanās gadījumā. Tieši šo principu izmanto vakcinācija: bezpeļņa antigēna ievadīšana rada atmiņas šūnas bez smagas slimības, tā samazinot nākotnes risku.
Kliniskā nozīme
- Imūndeficīts — iedzimtas vai iegūtas kļūmes adaptīvajā imūnsistēmā (piem., SCID, HIV infekcija) samazina spēju cīnīties ar infekcijām.
- Autoimunitāte — adaptīvā imunitāte reizēm kļūdaini mērķē uz paša organisma audiem (piem., reimatoīdais artrīts, sarkanā vilkēde).
- Alerģijas — pārmērīga adaptīvās reaktivitātes forma pret nepatogēniem antigēniem (piem., putekšņu ziedputekšņi, pārtikas olbaltumvielas).
- Imūnterapija un vakcinācija — mērķētas terapijas (piem., monoclonālas antivielas, CAR-T šūnu terapija) un vakcīnas izmanto adaptīvās imūnsistēmas spējas, lai ārstētu vai novērstu slimības, tai skaitā vēzi un infekcijas.
Kopsavilkums
Adaptīvā imūnsistēma ir precīza, specifiska un pielāgojama infekciju apkarošanas sistēma mugurkaulniekos. Tā balstās uz B un T šūnām, receptoru daudzveidību, klonālo atlasi un atmiņu. Evolūcijas gaitā tā radīja būtisku priekšrocību — spējot atcerēties un efektīvāk reaģēt uz konkrētiem patogēniem —, bet vienlaikus tās darbība var novest arī pie veselības traucējumiem, piemēram, autoimūnām slimībām un alerģijām. Sapratne par adaptīvās imūnsistēmas mehānismiem ir pamats modernajām vakcinācijām un imūnterapijas pieejām.
Viena cilvēka limfocīta skenējošā elektronu mikroskopa (SEM) attēls.
Daudzslāņainā aizsardzība
Imūnsistēma aizsargā organismus no infekcijas, izmantojot daudzslāņainu aizsardzību. Vienkāršāk sakot, fiziskās barjeras neļauj patogēniem, piemēram, baktērijām un vīrusiem, iekļūt organismā.
Ja patogēns pārvar šīs barjeras, iedzimtā imūnsistēma nekavējoties reaģē, bet nespecifiski. Iedzimtas imūnsistēmas ir sastopamas visos augos un dzīvniekos.
Ja patogēni veiksmīgi izvairās no iedzimtās atbildes reakcijas, mugurkaulniekiem ir trešais aizsardzības slānis - adaptīvā imūnsistēma, ko aktivizē iedzimtā atbilde. Šajā gadījumā imūnsistēma pielāgo savu reakciju infekcijas laikā, lai uzlabotu patogēna atpazīšanu.
Pēc patogēna nonāvēšanas B un T šūnu pēcnācēji turpina savu darbību. Nākamreiz tās ir gatavas ātrākai atbildes reakcijai. Tā ir sava veida "imunoloģiskā atmiņa". Šīs šūnas ļauj adaptīvajai imūnsistēmai veikt ātrāku un spēcīgāku uzbrukumu katru reizi, kad sastopas ar šo patogēnu.
| Imūnsistēmas komponenti | |
| Iedzimtā imūnsistēma | Adaptīvā imūnsistēma |
| Reakcija ir nespecifiska | Patogēnu un antigēnu specifiskā reakcija |
| Iedarbība izraisa tūlītēju maksimālu reakciju | Laiks starp iedarbību un maksimālo reakciju |
| Ar šūnām saistītie un humorālie komponenti | Šūnu (T limfocīti) un humorālā (antivielas) komponente. |
| Nav imunoloģiskās atmiņas | Iedarbība rada imunoloģisko atmiņu |
| sastopams gandrīz visās dzīvības formās | Atrasts tikai žokļainiem mugurkaulniekiem. |
Gan iedzimtā, gan adaptīvā imunitāte ir atkarīga no imūnsistēmas spējas atšķirt sevis un svešas molekulas. Imunoloģijā pašmolekulas ir tās organisma ķermeņa sastāvdaļas, kuras imūnsistēma var atšķirt no svešām vielām. Turpretī nesavdabīgas molekulas ir tās, kas tiek atpazītas kā svešas molekulas. Vienu no nesavpatnējo molekulu klasēm sauc par antigēniem (saīsinājums no antivielu ģeneratori), un tās definē kā vielas, kas saistās ar specifiskiem imūnreceptoriem un izraisa imūno reakciju.
Funkcijas
Adaptīvā imunitāte mugurkaulniekiem aktivizējas, kad patogēns apiet iedzimto imūnsistēmu un rada robežlīmeni antigēnu.
Adaptīvās imūnsistēmas galvenās funkcijas ir:
- specifisku "nesavējo" antigēnu atpazīšana "savējo" klātbūtnē antigēnu prezentācijas procesa laikā (kad makrofāgi un dendrītšūnas uztver antigēnus, lai T šūnas tos varētu atpazīt).
- tādu atbildes reakciju veidošana, kas ir pielāgotas, lai maksimāli iznīcinātu konkrētus patogēnus vai patogēniem inficētas šūnas.
- imunoloģiskās atmiņas attīstība, kad katrs patogēns tiek "atcerēts" ar raksturīgo antivielu. Šīs atmiņas šūnas var izmantot, lai ātri iznīcinātu patogēnu, ja notiek turpmākas infekcijas.
| Dabiski iegūta | Mākslīgi iegūta |
| Aktīvs - antigēns dabiski nonāk organismā | Aktīvās - vakcīnās tiek ieviesti antigēni. |
| Pasīvās antivielas no mātes caur placentu vai zīdaiņa ar mātes pienu pāriet uz augli. | Pasīvā - iepriekš sagatavotas antivielas imūnserumā tiek ievadītas injekcijas veidā. |
Jautājumi un atbildes
J: No kā sastāv adaptīvā imūnsistēma?
A: Adaptīvo imūnsistēmu veido specializētas šūnas un procesi.
J: Kā tiek aktivizēta adaptīvā imūnsistēma?
A: Adaptīvo imūnsistēmu ieslēdz iedzimtā imūnsistēma.
J: Kāda ir atšķirība starp iedzimto un adaptīvo imūnsistēmu?
A: Iedzimtā imūnsistēma ir nespecifiska, bet adaptīvā imūnsistēma ir pielāgota konkrētiem mērķiem.
J: Kuriem dzīvniekiem ir sastopama iedzimtā imūnsistēma?
A: Iedzimta imūnsistēma ir sastopama visiem metazoām.
J: Kuriem dzīvniekiem ir adaptīvā imūnsistēma?
A: Adaptīvā imūnsistēma ir tikai mugurkaulniekiem.
J: Kad radās adaptīvā imūnsistēma?
A: Tiek uzskatīts, ka adaptīvā imūnsistēma ir radusies pirmajiem žokļainajiem mugurkaulniekiem.
J: Kāpēc adaptīvo imūnsistēmu sauc par adaptīvo?
A: Adaptīvā imūnreakcija nodrošina mugurkaulnieku imūnsistēmai spēju atpazīt un atcerēties konkrētus patogēnus un veikt spēcīgākus uzbrukumus katru reizi, kad sastopas ar konkrētu patogēnu. To sauc par adaptīvo imunitāti, jo organisma imūnsistēma sagatavo sevi turpmākiem izaicinājumiem.
