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Maria Eduarda de Alencar – Odontologia 2019.2 Imunidade Inata Introdução - A imunidade inata, imunidade natural ou ainda imunidade nativa é a primeira etapa essencial na defesa do hospedeiro contra as infecções; - A resposta imune inata é capaz de combater microrganismos imediatamente na infecção, controlando e, até mesmo erradicando as infecções; - Além disso, essa resposta instrui o sistema imunológico adquirido a responder aos diversos microrganismos de maneira eficaz para o seu combate, e é capaz de eliminar células danificadas, sendo peça-chave na depuração de tecidos mortos e na inicialização do reparo; - As células e moléculas responsáveis pela imunidade inata constituem o sistema imunológico inato; - As agressões ao organismo combatidas pela imunidade inata podem ser físicas, químicas, mas também biológicas, causadas por microrganismos. Dentre os agentes que causam doenças destacam-se cinco grupos: vírus, bactérias, fungos, protozoários e helmintos. As doenças causadas por esses microrganismos diferem em: local de replicação, sintoma e desfecho, por exemplo; OBS.: Alguns microrganismos crescem dentro dos macrófagos – fagocitam mais não matam – driblando o sistema imune. Ex.: Leishmania. - Os patógenos podem lesar os tecidos de várias maneiras, por mecanismos diretos e indiretos; - Para combater os patógenos, a imunidade inata desenvolve dois tipos de resposta: defesa inflamatória – citocinas, recrutamento de leucócitos, ingestão e morte de microrganismos – defesa antiviral – produção de interferons alfa e beta, citotoxicidade por células NK, aumento da produção de moléculas de MHC I (complexo de histocompatibilidade maior), ativação de vias de morte apoptótica; OBS.: As MHC são moléculas muito variáveis, mesmo entre indivíduos da mesma espécie, sendo relacionadas com a dificuldade de se encontrar doadores compatíveis. São nessas moléculas que os antígenos são apresentados para o sistema imune adaptativo. - Para estabelecer um foco de infecção, os agentes infecciosos devem superar as defesas inatas do hospedeiro. Reconhecimento - O sistema imune inato vai reconhecer os PAMPs – padrões moleculares associados aos patógenos. Existem diversas classes de moléculas que podem ser entendidas como PAMPs. Ex.: Ácidos nucleicos – ssRNA, dsRNA, CpG – proteínas – pilina, flagelina – lipídios da parede celular – LPS, ácido lipoprotéico – carboidratos – manose, glucanas; - Esses PAMPs são, muitas vezes, essenciais para a sobrevivência dos microrganismos, de maneira que eles não têm como abrir mão; - Além dos PAMP’s, existem os DAMPs – padrões moleculares associados ao dano. Esses DAMPs são moléculas endógenas, produzidas ou liberadas por células danificadas ou mortas como forma de sinalização para o sistema imune inato – sinalizar uma infecção ou lesão estéril (toxina química, queimadura, redução do suprimento sanguíneo, trauma). Ex.: Proteínas induzidas por estresse – HSP’s (proteínas de choque térmico) – cristais – urato monossódico – proteínas nucleares – HMGB1 (são translocadas para o citoplasma, onde vão ativar mecanismos associados a inflamação, num processo chamado de autofagia); → Como o Sistema Imune Inato Reconhece os PAMPs e os DAMPs? - Através de receptores PRR – receptor de reconhecimento de padrões. Estes receptores podem estar associados às células – membrana plasmática, membrana endossomal, citosol – ou serem solúveis – plasma e alvéolos; - Receptores do tipo Toll (TLRs): Presentes na membrana plasmática e endossomal das células dendríticas, fagócitos e células B, células endoteliais e muitos outros tipos celulares. Se ligam a várias moléculas microbianas, incluindo LPS bacteriano e peptidoglicano, ácidos nucleicos virais. Ex.: TLRs 1-9; - Receptores do tipo NOD (NLRs): Presentes no citosol de fagócitos, células epiteliais – inclusive no epitélio da mucosa oral – e outras células. Reconhecem peptidoglicanos de parece celular bacteriana, cristais intracelulares – urato e sílica – mudanças nas concentrações citosólicas de ATP e íon, dano lisossomal. Ex.: NOD 1/2; - Receptores do tipo RIG (RLRs): Presentes no citosol de fagócitos e outras células. Reconhecem RNA viral. Ex.: RIG-1, MDA-5; - Sensores de DNA Citosólico (CDSs): Presentes no citosol de muitos tipos celulares. Reconhecem DNA bacteriano e viral. EX.: AIM2, CDSs associados a STING; - Receptores de Lectins tipo C (CLRs): Presentes na membrana plasmática de fagócitos. Reconhecem carboidratos de superfície microbiana com terminal manose e frutose, glucanas presentes nas paredes celulares fúngicas. Ex.: Receptor de manose, Dectina; - Receptores Scavenger: Presentes na membrana plasmática de fagócitos. Reconhecem diqcilglicerídeos microbianos. Ex.: CD36; - Pentraxinas: Presentes no plasma. Reconhecem fosfotidilcolina e fosfatidilserina microbianas. Ex.: Proteína C-reativa – proteína de fase aguda; - Colectinas: Presentes no plasma e nos alvéolos. Reconhceem carboidratos com manose e frutose terminais. Ex.: Lectina ligante de manose – plasma – e proteínas surfactantes SP-A e SP-D – alvéolos; - Ficolinas: Presentes no plasma. Reconhecem N-acetilglucosamina e ácido lipoteicoico componentes das paredes celulares das bactérias Gram-negativas. Ex.: Ficolina; - Complemento: Presentes no plasma. Reconhecem superfícies microbianas, fazendo a opsonização delas – marcação com moléculas na superfície que visa facilitar a fagocitose. Ex.: Várias proteínas do sistema complemento; → Imunidade Inata x Imunidade Adaptativa - Receptores do Sistema Imune Inato: Especificidade herdade no genoma – todos os receptores são herdados do genoma – são expressos por todas as células de um determinado tipo – ex. macrófagos – todos ativam uma resposta imediata – natural – reconhecem ampla gama de patógenos e interagem com uma gama de estruturas moleculares de um determinado tipo; - Receptores do Sistema Imune Adaptativo: São codificados por múltiplos segmentos gênicos, requerem rearranjo gênico, são capazes de reconhecer ampla variedade de estruturas moleculares. Componentes do Sistema Imune Inato → Barreiras Epiteliais - Vão atuar na prevenção da entrada de microrganismos; - Pele e Superfícies mucosas – gastrointestinal, respiratória, urogenital; - Barreira Física: Junções entre as células, bloqueando a passagem dos microrganismos entre as elas, camada externa de queratina, bloqueando a penetração microbiana em camadas mais profundas da epiderme, muco – secreção viscosa contendo glicoproteínas chamadas de mucinas. A perda da integridade destas camadas epiteliais pelo trauma ou outras razões predispõe um indivíduo às infecções; - Substâncias Antimicrobianas: Peptídeos antibióticos, proteção química. Defensinas – são produzidas pelas células epiteliais das superfícies mucosas e pelos leucócitos contendo grânulos, incluindo neutrófilos, células NK e linfócitos T citotóxicos – catelicidinas – produzida pelos neutrófilos e pelas células da barreira epitelial da pele, trato gastrointestinal e trato respiratório; - Linfócitos Intraepiteliais: Presentes na epiderme da pele e no epitélio mucoso, são divididos em diferentes subgrupos distinguidos principalmente pelo receptor de antígenos – αβ ou γδ – eles têm uma diversidade limitada dos receptores e podem atuar secretando citocinas, ativando fagocitose e matando células infectadas; → Fagócitos - Participam da defesa celular, sendo a primeira linha de defesa contra microrganismos que rompem as barreiras epiteliais; - Os neutrófilos e os macrófagos são os principais representantes desse grupo. Eles têm um papel essencial na resposta imune, por isso, numa baixa contagem desses agentes, há um aumento na taxa de infecções bacterianas e fúngicas; → Células Dendríticas - Família heterogênea de células com longos processos citoplasmáticos do tipo dendritos; - Constitutivamente presentesno epitélio e na maioria dos tecidos do corpo; - Expressam mais tipos diferentes de receptores TLRs e PRRs do que qualquer outro tipo celular; - Mais versáteis sensores de PAMPs e DAMPs dentre todos os tipos celulares no corpo; - São as células que irão sinalizar para a imunidade adaptativa – células “fofoqueiras” – sobre a presença de um antígeno. Ela fagocita o patógeno no tecido, degrada ele e nos órgãos linfoides secundários ela apresenta o antígeno do patógeno em moléculas de MHC II – se associa com antígenos extracelulares – aos linfócitos; → Células NK - Natural Killer, esse termo deriva do fato de que sua principal função é a matar das células infectadas. Elas matam as células infectadas e produzem IFN-γ, que ativa macrófagos para destuirem microrganismos fagocitados; OBS.: Essa função das células NK é similar as células killer do sistema imune adaptativo, os linfócitos T CD8+ ou citotóxicos (CTLs). - Elas desempenham importantes papéis nas respostas imunes inatas, principalmente contra vírus e bactérias intracelulares; - São as primeiras e mais bem descritas células linfoides inatas. Representam de 5% a 15% das células mononucleares no sangue e no baço; → Mastócitos - Localizados na pele e no epitélio mucoso; - Expressam TLRs cujos ligantes podem induzir a degranulação; - Tem a função de secretar citocinas pró- inflamatórias, mediadores lipídicos – como prostaglandinas – aminas vasoativas – como a histamina. Esses produtos dos mastócitos também fornecem defesa contra helmintos e são responsáveis pelos sintomas das doenças alérgicas; Sistema Complemento - O sistema complemento, juntamente com as Colectinas, Ficolinas e, constitui as moléculas de reconhecimento solúveis – presentes no sangue e nos fluidos extracelulares; - Essas moléculas atuam no reconhecimento de microrganismos de duas formas: Opsonização e Resposta Inflamatória; - O sistema complemento é composto por uma série de proteínas que quando são ativadas vão gerar uma cascata proteolítica – degradação de proteínas por enzimas (proteases) ou por digestão intramolecular – de proteínas plasmáticas. Estas, possuem três funções: opsonizar, recrutar fagócitos e matar diretamente – em alguns casos, no final da cascata é gerado um poro na membrana do microrganismo, isso faz com que ele perca o balanço eletrolítico e acabe morrendo; - As proteínas do complemento vão ser produzidas a partir do zimogênio – proenzima, um precursor enzimático que é produzido de forma inativa e precisa sofrer a ação de outra enzima para ser convertido em uma proteína ativa. Cascata de proteólise: Zimogênio 1 Proteína ativa 1 Zimogênio 2 Proteína ativa 2 Zimogênio 3 Convertido Vai agir enzimaticamente Convertido Vai agir enzimaticamente ... - O que inicia a cascata? - O zimogênio 1 é resultado do reconhecimento de moléculas na superfície de microrganismos. Esse reconhecimento não ocorre na célula do hospedeiro, nela existem moléculas que regulam negativamente essa cascata – se não existisse isso, a célula opsonizada seria fagocitada; - Essa ativação pode ocorrer por três vias diferentes: Via Clássica, Via Alternativa e Via da Lectina; - A primeira proteína descoberta pertence à via clássica. Proteínas nativas do complemento recebem designação numérica simples: C + Número, um exemplo é a proteína C3 – Zimogênio inativo. Quando se percebeu que essas proteínas sofriam proteólise, que geralmente gerava dois fragmentos, foi dada uma letra minúscula (sufixos) para cada fragmento (produtos de clivagem): C3b – fragmento maior (b) – C3a – fragmento menor (a); OBS.: Exceções – C2a (fragmento maior), C1q, C1r e C1s (não são produtos de clivagem e sim proteínas prontas que compõem C1). → Classes Funcionais de Proteínas do Sistema Complemento - Iniciação da Via: - C1q: Se liga ao complexo antígeno-anticorpo e às superfícies do patógeno. Evento inicial da via clássica; - MBL, Ficolinas, C1q, Properdina (Fator P): Se ligam às estruturas de carboidrato – manose, por exemplo – nas superfícies microbianas; - C5b, C6, C7, C8, C9: Proteínas de ataque à membrana; - C1r, C1s, C2a, Bb, D, MASP-2: Enzimas ativadoras; - C4b e C3b: Proteínas ligadoras de membrana e opsoninas; - C5a, C3a, C4a: Peptídeos mediadores da inflamação; - CR1, CR2, CR3, CR4, CRig: Receptores do complemento; → Via Clássica - Foi a primeira via descoberta; - Iniciada através do complexo C1q – proteína hexamérica, forma um complexo com as proteínas C1r e C1s – que detecta anticorpos ligados à superfície microbiana ou outras estruturas dessa superfície, e se liga à porção constante; OBS.: O sistema complemento recebeu esse nome exatamente porque ao ser descoberto, percebeu-se que a ação dele complementava a ação dos anticorpos. - Como se trata de uma cascata proteolítica, além da C1q, existem outras proteínas que participarão da via clássica: - C1: C1q – liga-se diretamente às superfícies do patógeno ou indiretamente ao anticorpo ligado aos patógenos, permitindo a autoativação de C1r – C1r – cliva C1s em uma protease ativa – C1s – cliva C4 e C2; - C4: C4b – liga-se covalentemente ao patógeno e opsoniza e liga-se a C2 para clivagem por C1s – C4a – peptídeo mediador da inflamação (atividade fraca); - C2: C2a – enzima ativa da vida clássica que faz parte de uma convertase C3/C5, ou seja, converte C3 e C5 nas suas formas clivadas – C2b – precursor da quinina C2 vasoativa; - C3: C3b – liga-se à superfície do patógeno e atua como opsonina, sendo a principal opsonina do complemento (produzida nas 3 vias, mudando apenas as formas de ativação), além disso, ela inicia a amplificação pela via alternativa e liga-se a C5 para clivagem por C2a – C3a – peptídeo mediador da inflamação (atividade intermediária); → Via da Lectina - A lectina ligante de manose (NBL) é o complexo que inicia essa via tem a estrutura bem parecida com a do complexo C1 da via clássica. Trata-se de uma proteína hexamérica composta por duas proteínas, MASP1 e MASP2; - A NBL inicia a via reconhecendo manose na superfície do microrganismo; - Uma outra proteína, a Ficolina, de estrutura semelhante, vai atuar reconhecendo a N- acetilglicosamina na parede das bactérias; - Tanto a manose como a N-acetilglicosamina são PAMPs. Em resumo, nessa via, esses PAMPs vão ser reconhecidos por essas moléculas de reconhecimento solúvel – proteínas – e a ativação da via vai fazer com que haja a cascata proteolítica; OBS.: A ligação das cabeças globulares nos microrganismos, vai gerar algumas alterações conformacionais que ativam as serinoproteases MASP1 e MASP2. → Via Alternativa - É a via mais antiga, embora só tenha sido descoberta depois da via clássica; - Pode ser ativada de duas formas diferentes: como uma amplificação da via clássica ou da via da lectina e por hidrólise espontânea: - Ação da Via Clássica ou da Via da Lectina: - O C3b é depositado pela convertase C3 da via clássica ou da via da lectina; - O fator B, da via alternativa, reconhece o C3b ligado à superfície do patógeno e se liga a ele; - Quando é formado o complexo entre o C3b e o fator B, o fator D cliva o fator B em Ba – fragmento menor – e Bb – fragmento maior; - É formado então o complexo C3bBb – uma convertase para C3. Esse complexo vai clivar mais C3, formando C3b e C3a, amplificando a produção deste; - Hidrólise Espontânea ou Tickover - Ocorre a produção de pequenas quantidades de C3(H2O) – C3 hidrolisado; - O componente C3 sofre hidrólise espontânea, virando C3(H2O), que se ligará ao fator B não covalentemente. Este fator B atrai o fator D, que atua clivando fator B em Ba – fragmento menor – e Bb – fragmento maior; - É formado o complexo C3(H2O)Bb – C3 convertase de fase fluída – que tem o poder de clivar o C3, formando C3b e C3a; - Se esse complexo não encontrar moléculas de C3 ele é degradado, tendo vida curta;- Nas três vias há a formação de uma convertase C3, de um complexo que cliva C3, sendo essa a etapa central. Na via clássica e na via da lectina o complexo formado é o C42a, já na via alternativa o complexo formado é o C3bBb; - Não por acaso, o C3 é o componente do complemento mais abundante no plasma. Sendo a deposição de grandes quantidades de C3b – opsonina – na superfície do patógeno infectante o principal efeito da ativação do complemento; - A produção de C3b é um ponto principal, mas não é o último acontecimento da cascata proteolítica. O próximo passo é a produção da convertase C5; - Na via clássica e na via da lectina, a convertase é a mesma – C3b + C4b2a = C4b2a3b – na via alternativa, a convertase é a C3b2Bb, resultado da união da proteína C3b com a convertase C3bBb; - O C5 vai se ligar ao componente C3b das convertases e será clivado em C5a e C5b; - O C5b está relacionado com a ação final de formação de um poro na membrana do microrganismo. Depois que ele é clivado, vai atrair outras proteínas do sistema complemento – C6, C7 e C8 – essas moléculas começam a se unir e atrair outras proteínas – C9 – todas elas vão se agrupar e formar um poro na superfície do microrganismo, que causa a morte do patógeno; IMPORTANTE!!! - C3b e C5a vão atuar atraindo fagócitos para o local da infecção. Num quadro de inflamação, ocorre um aumento da permeabilidade vascular, o que permite o extravasamento das proteínas do sistema complemento que estão no sangue. Quando ocorre a ligação no tecido infectado, os fragmentos menores de C3 e C5 atrairão os fagócitos; - A C3b é uma opsonina – se liga aos receptores dos fagócitos sinalizando para eles. Ela auxilia no reconhecimento do patógeno e posterior fagocitose dele; - Complexo de ataque a membrana (MAC), formação do poro final na superfície do microrganismo, que resultará na sua morte; → Receptores do Complemento - Existem sete tipos conhecidos de receptores para os componentes do complemento, sendo que o CR1 é o receptor mais bem caracterizado; - Esses receptores vão participar da ação mais importante do complemento: facilitar a captação e a destruição dos patógenos pelas células fagocíticas. As células fagocíticas reconhecem os componentes do complemento por meio da ligação com os receptores do complemento. Resposta Inflamatória - A inflamação aguda vai ser a principal maneira pela qual o sistema imune inato lida com as infecções e lesões teciduais; - Ela se dá pelo acúmulo de leucócitos – neutrófilos (tipicamente mais abundantes) e macrófagos (mais importantes ao longo do tempo, podendo se tornar a população mais dominante em algumas reações) – e de proteínas plasmáticas – proteínas do complemento, anticorpos e proteínas de fase aguda (proteína C-reativa); - A distribuição destes componentes – do sangue para o tecido – depende de alterações reversíveis nos vasos sanguíneos em tecidos infectados – PAMPs – e danificados – DAMPs: - Variação do fluxo sanguíneo; - Aumento da adesividade de leucócitos à parede do endotélio; - Aumento da permeabilidade às proteínas; - Essas alterações são induzidas por citocinas – vão ter uma série de ações, atuando na indução da inflamação, inibindo a replicação viral e até mesmo limitando as respostas inatas – e por pequenas moléculas – como os fragmentos menores do complemento (C3a e C5a), mediadores presentes nos mastócitos; - As citocinas são secretadas pelos macrófagos ativados, células dendríticas e outras células. Dentre as citocinas e quimiocinas importantes secretadas em resposta a produtos bacterianos estão: IL-1β, IL-6, CXGL8, IL-12 e TNF-α; - Elas irão produzir uma série de efeitos, como a ativação do endotélio vascular, para que haja o aumento da permeabilidade e seja possível a entrada de anticorpos e proteínas do complemento, por exemplo, ativação dos linfócitos, quimiotaxia, ativação de células NK; → Recrutamento de Leucócitos - Os macrófagos que encontram microrganismos nos locais de infecção produzem citocinas – TNF e Interleucina-1, por exemplo – que ativam as células endoteliais das vênulas próximas a produzir selectinas, ligantes para as integrinas e para secretar quimiocinas; - As selectinas são intermediárias de fraca ligação ao endotélio e no rolamento dos neutrófilos, as integrinas estimulam a forte adesão deles, e as quimiocinas ativam os neutrófilos, estimulando sua migração por meio do endotélio para o local da infecção; OBS.: Os monócitos e os linfócitos T ativados usam esses mesmos mecanismos para migrar para os locais de infecção. → Ingestão e Morte de Microrganismos - Uma vez que os fagócitos ingerem os microrganismos, as vesículas dentro deles irão produzir substâncias microbicidas – ROS (Espécies Reativas de Oxigênio), NO (Óxido Nítrico), Enzimas proteolíticas – que irão degradar o microrganismo; → Consequências da Inflamação - As citocinas produzidas em locais de infecção e inflamação podem ter efeitos sistêmicos e locais; - Efeitos Sistêmicos: Relacionados principalmente com TNF, IL-1 e IL-6, podem ter ação protetora e patológica – se não houver uma regulação adequada das citocinas; - TNF e IL-1 agem nos leucócitos e endotélio para induzir inflamação aguda, e ambas as citocinas induzem a expressão de IL-6 pelos leucócitos e outros tipos celulares. Essas três citocinas medeiam efeitos protetores sistêmicos da inflamação, incluindo indução de febre, síntese de proteína de fase aguda pelo fígado e produção aumentada de leucócitos pela medula óssea; - TNF sistêmico pode causar anormalidades patológicas que levam ao choque séptico, incluindo função cardíaca reduzida, trombose, extravasamento capilar e anormalidades metabólicas atribuídas à resistência à insulina. Resposta Antiviral - A principal via é a indução da expressão de interferons tipo I. Os interferons tipo I são uma grande família de citocinas estruturalmente relacionadas, onde a ação mais importante é a inibição da replicação viral; → Características dos Interferons tipo I - IFN-α: Inclui treze proteínas diferentes, mas intimamente relacionadas. Essas proteínas são produzidas por células dendríticas plasmocitoides e fagócitos mononucleares; - IFN-β: Proteína única produzida por muitos tipos celulares; - Os estímulos mais potentes para a produção de IFN tipo I são os ácidos nucleicos virais. Através da ligação de receptores de reconhecimento de padrão (PRRs) presentes no citoplasma – sensores de DNA e receptores do tipo RIG (RLRs) – e nas vesículas endossomais – TLR-3, TLR-5, TLR-8, TLR-9 – ao seu alvo, uma família IRF (fatores de transcrição) é ativada e, no núcleo, vão induzir a expressão de IFNs tipo I; - A resposta imunológica baseia-se exatamente na interação: Todas as células nucleadas tem receptores para IFN-α e IFN-β, pois todas estão susceptíveis a uma infecção viral, essa interação entre os interferons e esses receptores vai sinalizar para ativar fatores de transcrição – STAT1, STAT2 e IRF – e esses fatores vão induzir genes que contribuem para a defesa antiviral de várias maneiras: - Induzindo o Estado Antiviral: Ativando genes que conferem a célula resistência à infecção viral, como proteinoquinases serino- treonina (PKR) – ativadas por RNA de fita dupla, atuam bloqueando a transcrição viral – 2’, 5’ oligoadenilatosintetases – estas promovem degradação do RNA viral – e RNase L – promove degradação do RNA viral; - Sequestro de Linfócitos: A molécula CD69 inibe a saída dos linfócitos e os mantém nos órgãos linfoides, maximizando, a oportunidade para encontrar antígenos microbianos apresentados pelas APCs; - Aumento da Citotoxicidade: Ou seja, induz a morte celular de células infectadas por vírus, tendo as células NK – imunidade natural – e os linfócitos T CD8+ – imunidade adaptativa – fazendo isso. Além disso, a produção dos fatores de transcrição vai induzir as células T a se diferenciarem em umperfil inflamatório, uma subclasse de células TH1 – T helper 1 ou T auxiliares 1; - Regulação Positiva da Expressão de MHC de Classe I: O MHC I é a molécula que a célula vai usar apara apresentar os antígenos virais, logo, se há um aumento na produção dessa molécula haverá um aumento na probabilidade de que as células viralmente infectadas sejam reconhecidas e mortas pelos CTLs CD8+ - Todas essas ações vão agir de forma autócrina e de forma parácrina e combater de forma inata a infecção viral.
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