Het immuunsysteem is een afweersysteem met als doel indringers (bacteriën, virussen, schimmels of parasieten), veranderde eigen cellen (o.a. kankercellen) te bestrijden of afvalstoffen op te ruimen.
Een bacterie is een eencellig, soms in kolonies levend, micro-organisme dat geen celkern heeft. Een groot aantal zijn schadelijke bacteriën. Een aantal bacteriën helpen ons lichaam juist. Op basis van vorm en indeling worden ze van elkaar onderscheiden. Bekende bacteriën zijn de streptococcen (ketens) en stafylococcen (groepjes), bacillen (staafvormig).
Een virus is een hoeveelheid erfelijk materiaal ingesloten in een omhulsel eiwit, de cel binnendringt en zich daar gaat vermenigvuldigen. Dit leidt vaak tot de dood van de gastheercel en zelfs kan dit leiden tot de dood van de gastheer. Virussen worden ingedeeld naar type (dna of rna), grootte en structuur. Bekende virussen zijn: herpes, adeno, pokken, corona.
Een parasiet is een levensvorm die zich ten koste van een ander organisme waarmee hij samenleeft (gastheer), in stand houdt en vermenigvuldigt.
Het immuunsysteem maakt onderscheid tussen zelf en niet-zelf en vernietigt de mogelijke schadelijke niet-zelf moleculen en cellen in het lichaam. Een goed werkend immuunsysteem heeft het vermogen om abnormale cellen te herkennen en te vernietigen. Indringers, afvalstoffen of veranderde eigen cellen die een immuunrespons in het eigen lichaam opwekken worden ‘antigenen’ genoemd. Antigenen kunnen zich dus in of op indringers of kankercellen bevinden. Het kunnen ook pollen of voedselmoleculen zijn. Een normale immuunrespons bestaat uit herkenning van een lichaamsvreemd antigeen, mobilsatie van de verdediging en soms een blijvende verandering van het immuunsysteem (zie verworven immuunsysteem).
Het immuunsysteem bestaat uit een groot aantal cellen en moleculen, die in de lymfoïde organen zorgen voor een adequate immuunrespons bij infectie.
De primaire lymfoide organen omvat de thymus en het beenmerg en de secundaire lymfoide organen bestaan uit o.a. de milt, lymfeknopen en lymfeweefsel in de darmen.
Het immuunsysteem wordt verder onderverdeeld in aangeboren, niet specifieke immuniteit en verworven, specifieke immuniteit. Er is een aanzienlijke interactie tussen beide systemen. Beide bevatten zowel humorale als cellulaire componenten.
Niet-specifieke (aangeboren) immuniteit vormt, na niet-immunologische factoren als huid en secreten, de eerstelijns verdediging tegen infecties. Het aangeboren immuunsysteem is bij de geboorte al aanwezig.
De eerstelijnsafweer van de aangeboren immuniteit bevat barrières tegen besmetting zoals huid en de slijmlaag van het spijsverteringskanaal, luchtwegen en genitaliën, die fysiek de interactie verhinderen tussen het organisme en de ziekteverwekker. De ziekteverwekkers die door deze barrières doordringen ontmoeten anti-microbiale moleculen die de infectie proberen te beperken. In speeksel, traanvocht en de slijmlagen zitten deze beschermende eiwitten, zoals het enzym lysozyme, lactoferrin en secretory IGA antibody (SIgA).
De tweedelijnsafweer van het aangeboren immuunsysteem bestaat uit diverse typen witte bloedcellen (leukocyten). De cellen uit het aangeboren immuunsysteem hoeven niet al eerder aan een ziekteverwekker te zijn blootgesteld om effectief te kunnen zijn.
Tot de witte bloedcellen van het niet-specifieke immuunsysteem behoren o.a.
– monocyten
– macrofagen (ontwikkelt zich uit monocyt; opnemen van bacteriën, lichaamsvreemde, beschadigde en
dode cellen)
– neutrofiele granulocyten (nemen bacterien en andere lichaamsvreemde cellen op, reageren als eerste)
– eosinofiele granulocyten (bij allergische reactie als astma betrokken)
– basofiele granulocyten (bij allergische reacties een rol spelen door histamine afgeven)
– NaturalKiller(NK)cellen (lymfocyten die andere cellen kunnen vernietigen, vaak eerste verdedigingslinie
tegen virale infecties, vernietigen cellen die geinfecteerd zijn door virus, kunnen ook cytokinen produceren,
sommige tumorcellen doden)
– polymorphonuclaire leukocyten
Het opnemen van een micro-organisme, een andere cel of celfragmenten door een cel wordt fagocytose genoemd en de cellen die dit doen heten fagocyten. Fagocytose cellen in het bloed zijn neutrofiele granulocyten en monocyten en in de weefsels zijn het de macrofagen en dendritische cellen.
Een aanval door fagocyten kan gefaciliteerd worden doordat antigenen worden bedekt met antilichamen door het verworven immuunsysteem of door het complementsysteem (is onderdeel van het aangeboren immuunsysteem).
Naast cellulaire factoren zijn er dus ook een aantal humorale factoren zoals het complementsysteem dat uit meer dan 30 eiwitten bestaat en door zich aan bacteriën te binden kunnen macrofagen deze makkelijker doden.
Antigeen presenterende cellen (APC’s: macrofagen en dendritische cellen) helpen T cellen (zijn onderdeel van verworven immuunsysteem) in het herkennen van indringers.
De dendritische cellen spelen een belangrijke rol. Dendritische cellen ontwikkelen zich uit monocyten, bevinden zich voornamelijk in weefsels en acteren als boodschappers tussen het aangeboren en verworven immuunsysteem. Nieuw gevormde dendritische cellen nemen antigenen op en breken deze af tot fragmenten zodat andere immuuncellen ze kunnen herkennen. Deze activiteit wordt ‘antigeenverwerking’ genoemd. Een dendritische cel rijpt nadat deze op de plaats van infectie of ontsteking door cytokinen (hierover later meer)is gestimuleerd. Vervolgens verplaatst de cel zich van de weefsels naar de lymfeklieren waar de cel de antigeenfragmenten toont (presenteert) aan de T-lymfocyten van het verworven immuunsysteem, die een specifieke immuunrespons in gang zetten.
Specifieke (verworven) immuniteit komt wat langzamer op gang en is niet bij de geboorte aanwezig. Het verworven immuunsysteem werkt door middel van geheugenvorming waardoor bij een tweede contact met het micro-organisme een snelle reactie op gang komt. Lymfocyten zijn het belangrijkste type witte bloedcel dat bij de specifieke immuniteit is betrokken. Tot de lymfocyten behoren o.a. de T lymfocyten en B lymfocyten.
T-lymfocyten (T-cellen) worden in de thymus geproduceerd en verzorgen de cellulaire immuniteit. Rijpe T-lymfocyten worden gevormd en bewaard in secundaire lymfoïde weefsels (zoals de milt), beenmerg en lymfeklieren. Ze circuleren in het bloed en het lymfestelsel, waar ze zoeken naar specifieke lichaamsvreemde of abnormale cellen, zoals bepaalde bacteriën of cellen die door bepaalde virussen zijn geïnfecteerd.
T-lymfocyten kunnen specifieke lichaamsvreemde of abnormale cellen aanvallen. Soms ontwikkelen T-lymfocyten zich zonder dit vermogen of verliezen ze het vermogen lichaamseigen van lichaamsvreemd te onderscheiden. Wat de oorzaken hiervoor zijn, is niet geheel duidelijk. Het resultaat is een auto-immuunziekte, waarbij het lichaam de eigen weefsels aanvalt. Er zijn verschillende typen T-lymfocyten (cytotoxische T-cellen, T-helpercellen, T-suppressorcellen). De verschillende subsets van lymfocyten worden herkend door markers die op de cel zitten en dit staat bekend als cluster of differentiation ofwel cluster designator (CD). Op de T helper (Th) cellen vinden we CD4 en deze cellen hebben een sterk regulerende functie en hierbij spelen cytokinen (hierover straks meer) een belangrijke rol. Op de meeste cytotoxische cellen vinden CD8. Verder vinden we op alle T cellen CD3 en op alle B lymfocyten ofwel B cellen CD19 en CD20.
De humorale immuniteit wordt verzorgd door B-cellen en hun producten, de immunoglobulinen. B-lymfocyten (B-cellen) worden in het beenmerg gevormd. B-lymfocyten hebben bepaalde plaatsen (receptoren) op hun oppervlak waaraan specifieke antigenen zich kunnen binden. Wanneer een B-lymfocyt een antigeen tegenkomt, bindt het antigeen zich aan de receptor en wordt de B-lymfocyt gestimuleerd zich in een plasmacel te veranderen. Plasmacellen produceren antilichamen (ook ‘immunoglobulinen’ of ‘Ig’ genoemd). Deze antilichamen zijn specifiek voor het antigeen dat hun productie stimuleerde. Antilichamen beschermen het lichaam door andere immuuncellen te helpen antigenen op te nemen, door toxische stoffen geproduceerd door bacteriën te inactiveren en door bacteriën en virussen rechtstreeks aan te vallen. Antilichamen activeren ook het complementsysteem. Antilichamen zijn essentieel voor de bestrijding van bepaalde typen bacteriële infecties. Er zijn de volgende antilichamen: IgM, IgG, IgA, IgE en IgD.
Cytokinen
Cytokinen zijn boodschappers van het immuunsysteem. Witte bloedcellen en andere cellen van het immuunsysteem produceren cytokinen als bijv. een antistof wordt waargenomen of in geval van stresssituaties. Er zijn inmiddels meer dan 50 cytokinen bekend. Sommige cytokinen bevorderen ontstekingreacties (pro-inflammatoir) en anderen gaan ontstekingsreacties tegen (anti-inflammatoir). Cytokinen zijn ook bij het specifieke immuunsysteem betrokken.
Reacties van het immuunsysteem worden gereguleerd door antigen presenterende cellen (APC’s) zoals monocyten/macrofagen, dendritische cellen, en andere fagocyterende cellen die een onderdeel vormen van het aangeboren immuunsysteem. Verdere regulatie vindt ook plaats door de T-helper (Th) lymfocyten subklassen Th1 en Th2 die een onderdeel zijn van het verworven immuunsysteem.
Th1 cellen produceren vooral interferon (IFN)-γ, interleukin 2 ((IL-2) en tumor necrose factor (TNF)-α en promoten de cellulaire immuniteit. Th2 cellen produceren een andere set van cytokinen zoals IL-4, IL-10 en IL-13 die de humorale immuniteit promoten.
De belangrijkste stresshormonen, glucocorticoiden (o.a. cortisol) en de catecholamines (adrenaline en noradrenaline) remmen de productie van pro-inflammatoire cytokinen als interleukin 12 (IL-12), tumor necrose factor (TNF)-α, en interferon (IFN)-γ. Ze stimuleren de productie van anti-inflammatoire cytokinen als IL-10, IL-4 en transforming growth factor(TGF)-β.
Bij verschillende auto-immuunziekten zien we opvallende veranderingen in de verhouding tussen de activiteit van Th1 en Th2 . Bij reuma , multiple sclerose (MS) en type 1 diabetes mellitus, autoimmuun schildklierziekte en de ziekte van Crohn is de balans verschoven richting Th1 en een overdaad aan productie van IL-12 en TNF-α. De Th2 activiteit en productie van IL-10 is hier sterk afgenomen.
Bij lupus erythematosus is dit juist andersom. Nogmaals een hypoactief stresssysteem lijkt bij te dragen aan deze Th1 dominantie terwijl Th2 dominantie te zien is bij hyperactiviteit van het stresssysteem.
Activatie van immuunreactie (deels herhaling)
Het immuunsysteem wordt geactiveerd als een antigen wordt herkend door circulerende antilichamen of receptoren op een cel. Deze receptoren kunnen erg specifiek zijn (antilichaam op een B cel of T cel receptoren) of minder specifiek zijn (pattern-recognition receptoren zoals Toll-like, mannose of scavenger receptoren of dendritische of andere cellen).
Na de herkenning vindt fagocytose van het antigen, antigen-antilichaamcomplex of complement-microorganisme complex plaats. De meeste microorganismen zijn hierna dood maar anderen (myobacterieen) remmen de fagocyten in hun vermogen te doden. In zulke gevallen is verder hulp nodig van door T cellen geproduceerde cytokinen, bijv. interferon-γ, om de fagocyten andere enzymen te laten produceren die de microorganismen kunnen doden
Als het antilichaam niet snel of helemaal wordt vernietigd door de fagocyten wordt het verworven immuunsysteem ingeschakeld. Deze reactie begin in de milt voor circulerende antigenen, in de regionale lymfeknoopunten voor antigenen in de weefsels en in mucosa geassocieerd lymfe weefsels (tonsillen, neusamandel, Peyer patches) voor antigenen in de slijmvliezen.
Een voorbeeld. Langerhans dendritische cellen in de huid fagocyteren het antigen en migreren vervolgens naar de locale lymfeknopen. Peptiden van het antilichaam worden gepresenteerd op de celwand in klasse II major histocompatibiliteit complex (MHC) moleculen. Deze presenteren het peptide aan de CD4 helper T (Th) cellen. Deze Th cellen ontvangen vervolgens nog meerdere costimulatie signalen. Dit zorgt voor expressie van receptoren voor cytokine IL-2 en uitscheiding van verschillende cytokinen.
Klasse II MHC moleculen presenteren peptiden afkomstig van extracellulaire antigenen (veelal bacterieen) voor CD4 Th cellen. Klasse I MHCdoen dit van intracellulair antigenen (veelal virussen) voor CD8 cytotoxische T cellen. De geactiveerde cytotoxische T cel vernietigt/doodt vervolgens de geïnfecteerde cel.
Antigen presentatie gebeurt vooral in de secundaire lymfoide weefsels (milt, lymfeknopen en MALT: mucosa-associated lymphoid tissue). B lymfocyten zijn uniek omdat ze zowel antigen presenteren en herkennen. Het primaire doel van deze presentatie zijn aldus de T-lymfocyten.
Dendriet cellen, macrofagen en B cellen worden collectief aangeduid als professionele APC’s ofwel cellen die antigen presenteren aan CD4 T cellen.
Er zijn 6 genen die op het menselijk chromosoom 6 zitten die het HLA systeem vormen. In andere soorten heet het HLA systeem het major histocompatibiliteit complex (MHC). De 6 genen zijn zichtbaar op het oppervlak van de cellen en maken de cellen op deze manier zichtbaar als ‘zelf-weefsels’.
Regulatie van het immuunreactie
Regulatie van de immuunreactie is nodig om verdere schade te voorkomen (bijv. de anafylactische shock, of een teveel aan weefselvernietiging). Regulatoire T cellen helpen bij het onder controle houden van de immuunreactie door het uitscheiden van immunosuppressieve cytokinen zoals IL-10 en transforming growth factor-β (TGF-β). Deze cellen voorkomen autoimmuunreacties.
Resolutie van de immuunreactie
De immuunreactie stopt als het antigen is verwijderd uit het lichaam. Zonder stimulatie door het antigen stopt de cytokinen uitscheiding en geactiveerde cytotoxische T cellen ondergaan apoptosis. Hierop volgt fagocytose van de cytotoxische T cellen die apoptosis zijn ondergaan. T en B cellen die zich hebben ontwikkeld in geheugencellen blijven gevrijwaard van dit lot.
Tot slot een overzicht van enkele factoren die immuunsysteem/reactie beïnvloeden
– luchtvervuiling, pollen – hormonale status, zwangerschap
– vroege levensgebeurtenissen – exposure tot pathogenen (infecties: heden/verleden)
– genen/erfelijkheid – vaccinatie-voorgeschiedenis
– geslacht – stress (omgeving, psychologisch, fysiologisch)
– leeftijd – darmflora
– roken – alcoholconsumptie
– drugs – over/ondergewicht
– slaap – lichaamsbeweging (acuut/chronisch)
– voeding, dieet – medicatie