Celulele prezentatoare de antigen

Celulele prezentatoare de antigen (APC - antigen presenting cell) sunt usor de recunoscut datorita morfologiei si moleculelor de suprafata specializate in prezentarea antigenului catre limfocitele T naive. APC se gasesc concentrate in organele limfoide periferice. Cele mai importante celule profesionale prezentatoare de antigen, specializate in indeplinirea acestui rol sunt:

celulele dendritice, a caror singura functie specializata cunoscuta pana astazi este prezentarea antigenului;

macrofagele, care joaca un rol important de celule fagocitare in prima linie de aparare a organismului, dar reprezinta si celule tinta pentru activarea de catre limfocitele T;

limfocitele B, care pot juca rol de APC in anumite circumstante.

Fiecare din aceste celule este specializata in prelucrarea si prezentarea antigenului (provenit din diferite surse), limfocitelor T. Macrofagele si limfocitele B sunt totodata tinte pentru actiunile ulterioare ale limfocitelor T efectoare.

Functia esentiala a APC este prezentarea diferentiata a antigenelor catre limfocitele T, ceea ce permite initierea raspunsului imun specific mediat celular. Clasificarea raspunsului imun in dobandit si innascut este mai mult didactica, aceste tipuri nefiind strict delimitate. De fapt, prin prezentarea antigenelor, APC creeaza veriga de legatura intre imunitatea innascuta si cea dobandita.

Cele 3 tipuri de APC sunt distribuite diferentiat in organele limfoide.

Macrofagele se gasesc in toate ariile ganglionilor limfatici, fagocitand activ microbii si antigene particulate. Deoarece majoritatea organismelor patogene sunt particulate, macrofagele stimuleaza raspunsurile imune la multe surse de infectie.

Celulele dendritice sunt prezente numai in ariile T-dependente ale ganglionilor limfatici. Aceste celule au rol important in selectia negativa a timocitelor, sunt cele mai potente APC pentru limfocitele T naive si sunt privite ca fiind cele mai importante in prezentarea antigenelor virale.

Limfocitele B din foliculii limfoizi sunt eficiente mai ales in captarea antigenelor solubile (ca toxinele bacteriene), prin intermediul imunoglobulinelor de suprafata. Fragmentele degradate ale acestor antigene pot fi prezente pe suprafata limfocitelor B in compania moleculelor MHC (major histocompatibility complex) de clasa II si permit limfocitelor B sa stimuleze limfocitele CD4 naive.

De remarcat faptul ca dintre APC, celulele dendritice (DC) au cel mai important rol in prezentarea antigenului si imprima directia spre care va fi orientat raspunsul imun. DC joaca un rol central in efectuarea distinctiei self/non-self impusa de timus. Localizate aproape toate in regiunile medulare circumscrise, DC prezinta self antigenele celulelor T in curs de dezvoltare si anuleaza limfocitele auto-reactive.

DC sunt specializate in procesarea antigenelor, pe care le prezinta ca peptide legate de moleculele MHC, si initiaza imunitatea. Capturarea antigenelor si initierea raspunsurilor imune sunt functii distincte indeplinite de DC aflate in diferite stadii de dezvoltare, mature si imature. Majoritatea DC imature sunt cunoscute pentru capturarea antigenelor, atat solubile cat si particulate, si au un numar de receptori si compartimente intracelulare potrivite pentru aceasta sarcina.

In cursul maturizarii, se dezvolta functii aditionale care amplifica capacitatea DC de a induce imunitatea. Schimbarile petrecute in cursul maturizarii si cresterii imunogenitatii includ:

formarea in numar mare a complexelor stabile peptide-MHC;

exprimarea crescuta a moleculelor de membrana, de tip CD86 si alti membri ai familiei B7, pentru legarea si activarea celulei T;

sinteza de novo a citokinelor ce influenteaza proliferarea si diferentierea celulei T;

productia modificata a chemokinelor si receptorilor pentru chemokine, ceea ce intensifica deplasarea DC in vasele limfatice si organele limfoide.

Maturizarea DC se desfasoara si in absenta infectiei, in cursul raspunsurilor imune puternice ale celulelor T ca transplantarea, alergia de contact si autoimunitatea. Pentru a initia imunitatea celulei T fata de patogeni, DC trebuie sa indeplineasca doua conditii:

sa proceseze agentul patogen, pentru a forma complexe peptid-MHC in vederea prezentarii antigenului;

sa se diferentieze si maturizeze.

Totusi, maturizarea DC creeaza probleme in legatura cu discriminarea self/nonself. Sa luam exemplul infectiei pulmonare cu virusul influenza: DC captureaza virusul dar probabil preia si celulele infectate cu virus aflate pe moarte. Mai mult, DC captureaza continuu proteinele din caile aeriene, fara provocarea unei infectii patogene .

DC sunt localizate pe suprafetele organismului (in special in piele si caile aeriene), in spatiile interstitiale ale multor organe, tesuturi limfoide, sange si, important, in limfaticele aferente (caile de legatura dintre tesuturile periferice si ganglionii limfatici activi imunologic).

Exprimand componente moleculare importante ale jonctiunilor intercelulare, DC de la suprafetele organismului se pot insinua in epitelii compacte, extinzandu-si prelungirile in mediu pentru a captura proteine fara a intrerupe bariera epiteliala; acest fenomen poate fi amplificat de stimulii microbieni.

De mentionat ca, in tesuturile limfoide asociate mucoaselor, DC se gasesc sub epiteliile transportatoare de antigen, intr-o nisa perfecta pentru a captura antigenele transportate prin celulele epiteliale M.

In stare de repaus, DC imature circula intre tesuturile non-limfoide si cele limfoide cu viteza mare. Cel putin o parte (probabil majoritatea) din DC periferice intra in limfaticele aferente si apoi migreaza in aria celulelor T, unde mor, deoarece putine DC sunt prezente in limfaticele eferente care parasesc ganglionii limfatici.

Migrarea DC din suprafetele epiteliale si tesuturile mai profunde in organele limfoide poate fi amplificata prin aplicarea unui alergen de contact sau prin administrarea citokinelor inflamatorii sau produselor microbiene.

Un alt grup de DC, numit celule plasmocitoide, patrund in tesuturile limfatice direct din sange. Astfel, DC patruleaza continuu majoritatea tesuturilor in starea de repaus. DC sunt perfect pozitionate pentru a captura antigenele self si din mediul inconjurator si pentru a accesa celulele T specifice corespondente.

Se considera ca DC imature aflate in repaus sunt vitale pentru definirea selfului in periferie. DC preiau eficient si proceseaza proteinele (de ex., din cai aeriene, sange, muschi, intestin). Modalitatea de abordare experimentala este injectarea antigenului fara alt stimul sau adjuvant, izolarea DC dupa o zi, si apoi testarea capacitatii DC de prezentare a antigenului catre celulele T specifice aflate in culturi.

In orice caz, DC prezinta amplificat antigenul celulelor T specifice, in timp ce restul APC prezinta o activitate slaba. In plus, DC captureaza continuu antigene particulate, inclusiv celulele aflate pe moarte in vivo. DC care calatoresc prin ficat si limfaticele hepatice pot prelua particule de latex si carbon coloidal. Celulele Langerhans din ganglionii care dreneaza pielea contin granule de melanina din celulele din piele, iar DC captureaza celulele epiteliale intestinale inainte ca acestea sa patrunda in limfaticele mezenterice.

Astfel, procesul normal de turnover celular in tesuturile nonlimfoide pare sa asigure DC circulante cu o provizie constanta de self antigene pentru procesare si prezentare, conditie prealabila importanta pentru toleranta periferica. Impreuna, capturarea antigenica eficienta, turnover-ul rapid, si circulatia intensa prin tesuturi permit DC sa selecteze continuu antigenele self si din mediul inconjurator.

Inductia celulelor T reglatorii de catre DC reprezinta un alt mecanism pentru toleranta periferica. Pot exista diferite tipuri de celule T reglatorii sau supresoare, de ex., cele formate in timus si in periferie. Celule reglatorii reprezinta o mica parte (<5%) din celulele T din sange, fiind capabile sa suprime raspunsurile altor celule T la stimuli puternici. Deoarece aceste celule reglatorii diminueaza raspunsurile altor limfocite efectorii (helper, killer), ele dau nastere tolerantei functionale. Mecanismele reglatorii sunt deocamdata neelucidate.

Conceptul ca DC imature sunt responsabile de formarea celulelor T reglatorii periferice a aparut pe parcursul studiilor efectuate la om. Modalitatea de abord este izolarea precursorilor din sange (progenitori proliferanti CD34+, monocite non-proliferante CD14+) si conversia lor in DC ex vivo inaintea reinfuziei. Acest domeniu este inca la inceput, dar unul din scopuri este folosirea DC ca adjuvanti naturali pentru a imuniza pacientii impotriva antigenelor din tumorile lor. Modalitatea de abord ex vivo este valabila, deoarece DC pot fi incarcate cu mari spectre de antigene, inclusiv cele exprimate de celulele tumorale, si deoarece maturizarea DC poate fi reglata.

Studiile initiale pe om in situ au fost efectuate cu DC mature si un peptid viral influenza model de legare MHC (HLA-A2.1). O singura injectie cu DC incarcat cu peptid a extins rapid imunitatea specifica la peptid in medie de 5 ori, in timp ce o doza amplificatoare a crescut afinitatea functionala a celulei T de 30-100 ori.

Dimpotriva, cand se injecteaza DC imature stimulate cu peptide, celulele T CD8+ influenza-specifice secretante de IFN dispar virtual din curentul sanguin. In locul acestora, apar celule T secretante de IL-10 peptid-specifice. Cel putin unele celule T reglatorii sunt cunoscute pentru ca produc niveluri ridicate de IL-10. Cand au fost testate, celulele T peptid-specifice induse de DC imature au fost intr-adevar capabile sa suprime functia efectorie a celulelor secretante de IFN. Inductia celulelor reglatorii a fost tranzitorie si reversibila in primele 1-3 luni, cu revenirea la celule T secretante de IFN.

Aceste experimente in vivo pe om, impreuna cu studii aditionale pe culturi de tesuturi, au demonstrat capacitatea DC imature de a induce rapid celulele T reglatorii. Acestea din urma sunt capabile sa inhibe celulele T efectorii inclusiv pe cele autoagresive la soarece. Este posibil ca celulele T reglatorii sa opereze prin schimbarea functiei DC. In orice caz, inductia acestor celule T supresoare asigura un alt mecanism prin care DC ar putea induce toleranta periferica antigen-specifica.

Se presupune ca DC imature definesc self-ul imunologic, linistind repertoriul celulei T fata de self si antigenele din mediul ambiant capturate in stare de repaus. Cand DC se maturizeaza ca raspuns la infectii, toleranta preexistenta anuleaza dezvoltarea reactivitatii la antigenele inoculate si focalizeaza raspunsul imun asupra patogenului. In timus, DC anuleaza clonele de celule T self-reactive, pe cand in periferie, DC anuleaza celulele T si induc formarea celulelor T reglatorii.

Au fost descoperite o serie de modificari care activeaza DC. In fata unei provocari microbiene, DC in curs de maturizare pot:

secreta citokine de tip IL-12 care produc diferentierea celulelor T spre efectori producatori de IFN;

exprima niveluri crescute ale moleculelor costimulatorii CD80 si CD86, in particular in agregate cu complexele MHC-peptid;

regla alti membri costimulatori ai familiei B7.

MECANISMUL PRELUCRARII ANTIGENICE

Aceasta etapa este foarte importanta deoarece in timpul ei se produce degradarea intracelulara a agentului patogen si apoi exprimarea antigenului pe suprafata celulara cu ajutorul moleculelor MHC.

Agentii infectiosi se pot multiplica intr-unul din cele 2 compartimente distincte ale celulelor. Virusurile si unele bacterii se multiplica in citosol, in timp ce majoritatea bacteriilor si unii paraziti se multiplica in sistemul vezicular (endosomii si lizozomii).

Antigenele provenite din patogeni ce se multiplica in citosol sunt purtate pe suprafata celulei de catre moleculele MHC de clasa I.

Antigenele provenite din patogeni ce se multiplica in sistemul vezicular sunt purtate pe suprafata celulei de catre moleculele MHC de clasa II.

MECANISMUL PREZENTARII ANTIGENICE

Antigenele purtate de moleculele MHC de clasa I sunt prezentate limfocitelor CD8 citotoxice, care omoara celulele infectate.

Antigenele purtate de moleculele MHC de clasa II sunt prezentate limfocitelor CD4 ce sunt diferentiate in 2 clase de limfocite T efectoare:

a)      Limfocite T inflamatoare (Th1), care activeaza macrofagele infectate pentru a distruge patogenii intracelulari;

b)      Limfocite T (Th2), care activeaza limfocitele B pentru a produce anticorpi.

RECUNOASTEREA ANTIGENULUI

Recunoasterea antigenului se realizeaza de catre:

Imunoglobulinele de pe suprafata limfocitelor B;

TCR (T cell receptor)- receptorul pentru antigen pe suprafata limfocitelor T.

Limfocitele T recunosc numai antigenele generate in interiorul celulei si apoi expuse pe suprafata celulei prezentatoare de antigen sau a celulelor-tinta.

Aceste antigene pot proveni de la agenti patogeni (virusuri ori bacterii intracelulare) care se replica in celula, ori de la agenti patogeni (sau produsii lor) pe care celulele ii internalizeaza din spatiul extracelular.

Limfocitele T sunt capabile sa detecteze prezenta patogenilor intracelulari deoarece fragmente peptidice din agentii patogeni se leaga strans de molecule specializate si le exprima pe suprafata celulara. Aceste molecule specializate sunt codificate de complexul de gene MHC, iar moleculele codificate (molecule MHC) au capacitatea de a lega peptide ce rezulta dupa prelucrarea agentilor patogeni in diverse compartimente intracelulare.

MODUL DE ACTIVARE A LIMFOCITELOR T NAIVE

Limfocitele T naive sunt stimulate a prolifera si diferentia in momentul in care ele intalnesc pentru prima oara antigenul pe suprafata celulelor prezentatoare de antigen. Aceste celule sunt usor de recunoscut datorita atat morfologiei cat si moleculelor de suprafata specializate in a prezenta antigenul celulelor T naive. Aceste celule prezentatoare de antigen sunt concentrate in organele limfoide periferice.

Dupa primul contact al limfocitelor T naive cu antigenul pe suprafata APC, rezulta raspunsul imun primar concretizat prin aparitia limfocitelor T efectoare si a celulelor de memorie.

PRODUCTIA LIMFOCITELOR T EFECTOARE

Activarea limfocitelor T naive necesita recunoasterea fragmentelor peptidice straine legate la moleculele MHC, dar aceasta nu este suficient pentru stimularea limfocitelor T, care necesita deasemenea un semnal costimulator de la APC. Numai APC profesionale sunt capabile de exprimarea atat a moleculelor MHC + fragmente peptidice cat si a moleculelor necesare pentru semnalele costimulatorii.

Limfocitele T naive se diferentiaza in celule efectoare numai dupa receptionarea a 2 semnale:

1. Primul primit prin intermediul receptorului pentru antigen (TCR) in urma contactului cu MHC + fragment peptidic de pe suprafata celulelor prezentatoare de antigen;
2. Al doilea semnal de la moleculele costimulatorii.

Activarea limfocitelor T naive dupa contactul primar cu antigenul de pe suprafata APC este denumita generic PRIMING, pentru a se distinge de raspunsul limfocitelor T efectoare asupra antigenului de pe suprafata celulelor tinta.

Contactul initial al limfocitelor T naive cu antigenul are loc in organele limfoide periferice. Raspunsul imun adaptativ nu este initiat la locul unde este stabilit focarul de infectie. Aceasta este o functie a tesuturilor limfoide periferice, cum ar fi: ganglionii limfatici, splina, placile Peyer si amigdalele. Toate aceste organe limfoide contin APC specializate in capturarea antigenului si activarea limfocitelor T.

Celulele dendritice, macrofagele si limfocitele B sunt singurele tipuri celulare care exprima moleculele costimulatorii ce le permite stimularea limfocitelor T naïve. De mentionat faptul ca macrofagele si limfocitele B exprima aceste molecule numai cand sunt in mod corespunzator activate in urma unei infectii.

Schema cooperarii celulelor prezentatoare de antigen cu limfocitele