Kroppen producerer visse antimikrobielle stoffer, det sidste komponent i kroppens anden forsvarslinje, ud over de kemiske stoffer nævnt tidligere. Blandt de vigtigste af disse er proteinerne i komplementsystemet, interferoner, jernbindende proteiner og antimikrobielle peptider.
14.10.1 Komplementsystemet
Komplementsystemet består af over 30 proteiner produceret af leveren, som cirkulerer o blodserummet og i vævet i hele kroppen. Systemet har dette navn, fordi det ”komplementerer” eller ”hjælper” celler i immunsystemet med at ødelægge mikroorganismer. Komplementsystemet er ikke fleksibelt, da det aldrig ændrer sig i løbet af en persons levetid. Derfor betragtes det som en del af den medfødte immunitet. Det kan imidlertid blive aktiveret af den adaptive immunitet. Sammen, kan proteinerne i komplementsystemet, ødelægge mikroorganismer ved cytolyse, opsonisering og inflammation (se figur 14.10.1.3) og det forhindrer også for stor skade på værtsvævet.
Komplementproteinerne er inaktive, indtil de bliver opdelt i fragmenter (produkter), der aktiverer dem. Det er de aktiverede fragmenter der udfører de destruktive handlinger. Komplementproteiner er sædvanligvis betegnet med et stort bogstav ”C” og er nummereret fra C1 til C9, opkaldt efter den rækkefølge hvori de blev opdaget. Aktiverede fragmenter er angivet med de små bogstaver a og b. For eksempel opdeles det inaktive komplementprotein C3 i de aktiverede fragmenter C3a og C3b.
Komplementproteiner virker ved en kaskade, hvor en reaktion, udløser den anden, hvilket igen udløser den tredje og dette forstærker effekterne. Den kaskade af komplementproteiner, der opstår under en infektion, kaldes komplementaktivering. Den kan forekomme på tre forskellige måde (veje) der ender med aktiveringen af C3.
Den klassiske vej
Den klassiske vej, var den første der blev opdaget. Den indledes når antistoffer binder sig til antistoffer, som vist i figur 14.10.1.1a.
Antistoffer vedhæfter sig til antigener (for eksempel proteiner eller store polysaccharider på overfladen af en bakterie eller anden celle) og danner antistof-antigen komplekser. Antistof-antigen komplekserne binder sig til og aktiverer C1.
Dernæst, aktiverer det aktiverede C1, C2 og C4 ved at opdele dem. C2 deler sig i fragmenterne C2a og C2b og C4 deler sig i fragmenterne C4a og C4b.
C2a og C4b kombineres, og sammen aktiverer de C3 ved at opdele det i C3a og C3b fragmenter. C3a deltager i inflammation og C3b fungerer i cytolyse og opsonisering.
Den alternative vej
Den alternative vej har dette navn, fordi den blev opdaget efter den klassiske vej. I modsætning til den klassiske vej, involverer den alternative vej ikke antistoffer. Den alternative vej aktiveres ved kontakt mellem visse komplementproteiner og et patogen, som vist i figur 14.10.1.1b
C3, der konstant er til stede i blodet, kombineres med komplementproteiner, kaldet faktor B, faktor D og faktor P (properdin), på mikroorganismens overflade. Komplementproteinerne, tiltrækkes af overfladematerialer på mikrobielle celler (hovedsageligt lipid-kulhydrat komplekser hos visse bakterier og svampe).
Når komplementproteinerne kombineres og interagerer, spaltes C3 i fragmenterne C3a og C3b. Som i den klassiske vej, deltager C3a i inflammation og C3b fungerer i cytolyse og opsonisering.
Lectin vejen, er den senest opdagede mekanisme til komplementaktivering. Når makrofager indtager bakterier, virus eller andre urenheder ved fagocytose, frigiver de cytokiner, som stimulerer leveren til at producere lectiner, der er proteiner der binder sig til kulhydrater, som vist i figur 14.10.1.1c.
Mannose-bindende lectin (MBL), bindes til kulhydratet mannose. MBL bindes til mange patogener, fordi MBL-molekylet henkender et karakteristisk mønster hos kulhydrater, der omfatter mannose, der findes i bakterielle cellevægge og på nogle vira.
Som et resultat af bindingen, fungerer MBL som en opsonin til forbedring af fagocytose og aktiverer C2 og C4.
C2a og C4a aktiverer C3. Som med de to andre mekanismer, deler C3 sig i fragmenterne C3a der deltager i inflammation og C3b der fungerer i cytolyse og opsonisering.
Resultater ved komplementaktivering
Som tidligere nævnt, resulterer klassiske, alternative og lectin vejene i komplementkaskader, der aktiverer C3. Aktiveringen af C3, kan igen føre til cytolyse, opsonisering og inflammation.
Cytolyse: Cytolyse af mikrobielle celler involverer membranangrebskomplekset (MAK), som vist i figur 14.10.1.3a.
Aktiveret C3, opdeles i C3a og C3b.
C3b deler C5 i C5a og C5b.
Fragmenterne C5b, C6, C7 og C8 bindes sammen sekventielt og indsættes i plasmamembranen på den invaderende celle. C5b fungerer gennem C8 som en receptor, der tiltrækker C9 fragmentet. Yderligere C9 fragmenter tiltrækkes og der dannes en transmembran kanal.
Sammen danner, C5b til C8 og de mange C9 fragmenter, membranangrebskomplekset (MAK) (se figur 14.10.1.2). MAK skaber et hul i den patogene cellevæg og laver transmembrane kanaler, hvilket tillader ekstracellulære væske at løbe ind i patogenet. Overtrykket fra den indstrømmende væske, får cellen til at briste.
Plasmamembranerne i værtscellerne, indeholder proteiner der beskytter mod cellelyse, ved at forhindre MAK-proteiner i at binde sig til deres overflader. MAK, danner også grundlag for nogle komplementbindingstests, der anvendes til diagnosticering af nogle sygdomme.
Gramnegative bakterier er mere modtagelige for cytolyse, fordi de kun har et eller nogle få lag af peptidoglycan, til at beskytte plasmamembranen mod virkningerne af komplementerne. Grampositive bakterier har mange lag af peptidoglycan, der kan begrænse komplementadgang til plasmamembranen og dermed forstyrre cytolyse. Bakterier der ikke dræbes af MAK, siges at vlre MAK resistente.
Opsonisering: Opsonisering eller immunadhærens, fremmer fastgørelsen af en fagocyt til en mikroorganisme. Dette øger fagocytosen, som vist i figur 14.10.1.3b.
Aktiveret C3, deles til aktiveret C3a og C3b.
C3b bindes til overfladen af en mikroorganisme og receptorer på fagocytterne vedhæfter sig C3b.
Inflammation: Dette er skitseret i figur 14.10.1.3c
Aktiveret C3, deler sig i C3a og C3b.
C3a og C5a binder sig til mastceller og får dem til at frigive histamin og andre kemikalier, der øger blodkarrenes gennemtrængeligheden under inflammation. C5a fungerer som en meget kraftig kemotaktisk faktor, der tiltrækker fagocytter til stedet for en infektion.
Figur 14.10.1.4, viser inflammation stimuleret af komplementaktivering, mere detaljeret end figur 14.10.1.3c.
Regulering af komplementsystemet
Når komplementaktivering har fundet sted, aftager dens ødelæggende kapacitet normalt meget hurtigt, for at minimere ødelæggelsen af værtsceller. Dette opnås ved forskellige regulatoriske proteiner i værtens blod og på visse celler som for eksempel blodceller. De regulatoriske proteiner er til stede i højere koncentrationer end komplementproteinerne. Proteinerne forårsager nedbrydning eller hæmning af aktiverede komplementer. Et eksempel på et regulatorisk protein er CD59, der forhindrer samlingen af C9 molekyler, til dannelse af MAK.
Komplementsystemet og sygdom
Ud over sin betydning i forsvaret, har komplementsystemet også en rolle i forårsagelse af sygdom som følge af nedarvede mangler. Hvis C1, C2 eller C4 mangler, kan det forårsage kollagenvaskulære lidelser, der resulterer i overfølsomhed (anafylaksi); mangel på C3, der dog er sjældent, resulterer i øget modtagelighed over for tilbagevendende infektioner med pyogent (pusproducerende) mikroorganismer; og mangel på C5 til C9 resulterer i øget følsomhed over for Neisseria meningitidis og N. gonorrhoeae infektioner. Komplementsystemet kan spille en rolle ved sygdomme med et immunkomponent, som for eksempel systemisk lupus erythematosus (SLE), astma, forskellige former for arthritis, dissemineret sclerose og inflammatoriske tarmsygdomme. Komplementsystemet er også involveret i Alzheimers sygdom og andre neurodegenerative lidelser.
Unddragelse af komplementsystemet
Nogle bakterier, kan unddrage sig komplementsystemet via deres kapsler, der forhindrer komplementaktivering. For eksempel kan nogle kapsler indeholde store mængder af et monosaccharid, kaldet sialinsyre, som modvirker opsonisering og MAK dannelse. Andre kapsler hæmmer dannelsen af C3b og C4b og dækker C3b for at forhindre det i at komme i kontakt med receptorerne på fagocytterne. Visse Gramnegative bakterier, som for eksempel Salmonella, kan forlænge O polysaccharidet i deres LPS, hvilket forhindrer MAK dannelse. Andre Gramnegative bakterier, som for eksempel Neisseria gonorrhoeae, Bordetella pertussis og influenzae type b, kan vedhæfte deres sialinsyre til sukkerarter i den ydre membran, som i sidste ende hæmmer MAK dannelse. Grampositive kokker, frigiver et enzym, der nedbryder C5a fragmentet, som fungerer som en kemotaktisk faktor der tiltrækker fagocytter.
Med hensyn til nogle vira, som for eksempel Epstein-Barr virus, vedhæfter sig komplementreceptorer på kroppens celler, for at indlede sin livscyklus.
14.10.2 Interferoner
Fordi vira kaprer værtsceller til at udføre viral formering, er det vanskeligt for immunsystemet af hæmme virusinfektioner uden også at påvirke kroppens celler. En måde en inficeret værtscelle imødegår virusinfektioner på, er med en familie af cytokiner kaldet interferoner (IFN). Disse cytokiner er en klasse af proteiner, produceret af visse animalske celler, som for eksempel lymfocytter og makrofager. Ligesom forskellige dyrearter producerer forskellige interferoner, producerer forskellige typer celler i det samme dyr også forskellige interferoner. Interferoner produceres af mennesker, for at beskytte humane celler, med de danner også lidt antiviral aktivitet for celler i andre arter, som for eksempel mus eller kyllinger. Interferonerne fra en art, er aktive mod et antal forskellige vira. De spiller typisk en stor rolle i infektioner der er akutte, som for eksempel forkølelse og influenza.
Der er tre hovedtyper af humane interferoner: alfa-interferon (IFN-α), beta-interferon (IFN-β) og gamma-interferon (IFN-γ). Den væsentligste funktion af både IFN-α og IFN-β, er at interferere med viral multiplikation. Der er også forskellige undertyper af interferoner inden for hver af de tre hovedtyper. Hos mennesker bliver interferoner produceret af fibroblaster i bindevæv og af lymfocytter og andre leukocytter. Hver type interferon har en lidt anden virkning på kroppen. Alle interferoner er små proteiner, med molekylevægte på mellem 15.000 og 30.000 g/mol. De er ganske stabile ved lave pH værdier og er relativt resistente over for varme.
Både IFN-α og IFN-β, bliver kun produceret af virusinficerede værtsceller i meget små mængder og diffundere til ikke-inficerede naboceller (se figur 14.10.2.1). Begge typer er værtscellespecifikke, men ikke virusspecifikke. De reagerer med plasma eller nukleare membranreceptorer og inducerer de ikke-inficerede naboceller til at fremstille mRNA for syntese af antivirale proteiner (AVP’er). Disse proteiner er enzymer, der forstyrrer forskellige stadier i virusmultiplikationen. For eksempel en AVP, kaldet oligoadenylat syntease, nedbryder viral mRNA. En anden, kaldet proteinkinase, hæmmer proteinsyntesen.
Gamma-interferon, produceres af lymfocytter og inducerer neutrofiler og makrofager til at dræbe bakterier. IFN-γ får makrofager til at producere nitrogenoxid, der synes at dræbe bakterier samt tumorceller, ved at hæmme ATP produktionen. IFN-γ øger ekspressionen af klasse I og klasse II molekyler og øger antigenpræsentationen.
Interferoner, synes at være ideelle antivirale stoffer, men visse problemer findes. De er stabile i korte perioder i kroppen, så deres virkning er begrænset. Når de indsprøjtes, har interferoner bivirkninger som kvalme, træthed, hovedpine, opkastning, vægttab og feber. Høje koncentrationer af interferoner, er giftigt for hjerte, lever, nyre og den røde knoglemarv. Et andet problem er, at interferoner ingen effekt har på viral formering, i celler der allerede er inficeret og nogle vira (som for eksempel adenovirus) har resistensmekanismer, der hæmmer antivirale proteiner. Endvidere er der nogle vira, som for eksempel hepatitis B virus, der inducerer produktionen af ikke-tilstrækkelige mængder interferon i værtsceller efter viral stimulering.
Betydningen af interferoner til at beskytte kroppen mod vira, såvel som deres potentiale som anti-kræftmidler, har gjort deres produktion i store mængder til en top sundhedsprioritet. Flere grupper af forskere, har med succes, anvendt rekombineret DNA teknologi, til at inducere visse arter af bakterier til at producere interferoner. De interferoner der er fremstillet ved rekombinerede DNA teknikker, kaldes rekombinerede interferoner (rIFN’er), er vigtige af to årsager: de er rene og de er rigelige.
I kliniske forsøg, har IFN’er ikke vist nogen effekt mod nogle typer af tumorer og kun begrænset effekt mod andre. Alfa-interferon (Intron A), er godkendt i USA, til behandling af flere virus-associerede sygdomme. Den ene er Kaposis sarkom, en kræfttype, der ofte forekommer i patienter inficeret med HIV. Andre godkendte anvendelser af IFN-α, indbefatter behandling af hepatitis B og C, malignt melanom og hårcelleleukæmi. En form for IFN-β (Betaferon), forsinker udviklingen af multipel sclerose (MS) og mindsker hyppigheden og sværhedsgraden af MS-attacks. En anden form for IFN-β (Actimmune), bruges til behandling af osteoporose (knogleskørhed).
14.10.3 Jernbindende proteiner
De fleste patogene bakterier, kræver jern til deres vegetative vækst og reproduktion. Mennesker bruger det som bestanddel i cytokromer i elektrontransportkæden, som cofaktor i enzymsystemer og som en del af hæmoglobin, der transporterer ilt rundt i kroppen. Mange patogener, kræver også jern for at overleve. Så en infektion skaber en situation, hvor patogenet og mennesket konkurrerer om det tilgængelige jern.
Koncentrationen af frit jern i den menneskelige krop er lav, fordi det meste af det er bundet til jernbindende proteinmolekyler, som for eksempel transferrin, lactoferrin, ferritin og hæmoglobin – hvis funktioner er at transportere og opbevare jern. Transferrin, findes i blod og vævsvæsker. Lactoferrin, findes i mælk, spyt og slim. Ferritin, findes i lever, milt og den røde knoglemarv. Hæmoglobin, findes i de røde blodlegemer. De jernbindende proteiner transporterer og opbevarer kun jern, ved at gøre dette, fratager de også de fleste patogener den tilgængelige jern.
For at overleve i den menneskelige krop, opnår mange patogene bakterier jern, ved at udskille proteiner, kaldet sideroforer (se figur 13.3.1.1). Husk, at sideroforer konkurrerer om at fjerne jern fra jernbindende proteiner, ved at binde det mere stramt. Når jern-siderofor-komplekset er dannet, kan det optages af siderofoirreceptorer på den bakterielle overflade og bringes ind i bakterien; derefter adskilles jernet fra sideroforen og udnyttes (i nogle tilfælde trænger jernet ind i bakterien, mens sideroforen forbliver udenfor).
Enkelte patogener bruger ikke sideroformekanismen for at opnå jern. For eksempel Neisseria meningitidis der forårsager meningitis, danner receptorer på deres overflade, der bindes direkte til humane jernbindende proteiner. Derefter, indtages det jernbindende protein sammen med dets jern af bakteriecellen. Nogle patogener, som for eksempel Streptococcus pyogenes, frigiver hæmolysin, et protein der frembringer cellelyse (destruktion) af røde blodlegemer. Hæmoglobinet nedbrydes derefter af andre bakterielle proteiner for at fange og optage jernet.
14.10.4 Antimikrobielle peptider
Selvom de blev opdaget for nyligt, kan antimikrobielle peptider (AMP’er) være en af de vigtigste komponenter i den medfødte immunitet. Antimikrobielle peptider er korte peptider, der består af en kæde af cirka 12 til 50 aminosyrer, syntetiseret af ribosomer. De blev først opdaget i huden hos frøer, i insekters lymfe og humane neutrofiler; til dato er over 600 AMP’er blevet opdaget i næsten alle planter og dyr. AMP’er, har et bredt spektrum af antimikrobielle aktiviteter, herunder aktivitet mod bakterier, vira, svampe og eukaryote parasitter. Syntesen af AMP’er, udløses af protein- og sukkermolekyler på overfladen af mikroorganismer. Celler producerer AMP’er, når kemikalier i mikroorganismerne vedhæfter sig til de toldlignende receptorer.
Virkemåderne for AMP’er, omfatter hæmning af cellevægssyntese; poredannelse i plasmamembranen, der medfører cellelyse; og ødelæggelse af DNA og RNA. Blandt de AMP’er der produceres i mennesker er dermcidin, produceret af svedkirtlerne; defensiner og cathelicidiner, produceret af neutrofiler, makrofager og epitheliummet; og thrombodicin, produceret af blodplader.
Forskerne er især interesseret i AMP’er af en række årsager. Ud over deres brede spektrum af AMP’ers aktivitet, har de vist synergi (samarbejde) med andre antimikrobielle midler, således at virkningen af deres samarbejde, er større en hver enkelt af dem for sig. AMP’er, er også meget stabile over et bredt område af pH. Hvad der er særlig signifikant er, at mikroorganismer ikke synes at udvikle resistens, selvom mikroorganismerne udsættes for dem i længere tid.
Ud over AMP’ernes dræbende effekt, deltager de også i en række andre immunfunktioner. For eksempel kan AMP’er sekvenstrere det LPS der afsondres fra Gramnegative bakterier. Husk, at lipid A komponenten af LPS fungerer som et endotoksin og er ansvarlig for symptomerne i forbindelse med infektion med Gramnegative bakterier (septisk shock). AMP’er har vist sig, kraftig tiltrækkende for dendritiske celler, der ødelægger mikroorganismer ved fagocytose og initierer det adaptive immunrespons. AMP’ere har også vist sig at rekrutterer mastceller, der øger blodkarrenens gennemtrængelighed og vasodilation. Dette medfører inflammation, der ødelægger mikroorganismer, begrænser omfanget af skader og indleder vævsreparation.
Tabel 14.10.1 indeholder en oversigt over den medfødte immunitets forsvar.
