Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS

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1 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS Imunidade Natural e Adquirida, 4 Tipos de Respostas Imunológicas Adquiridas, 6 Principais Características das Respostas Imunológicas Adquiridas, 9 Componentes Celulares do Sistema Imunológico Adquirido, 11 Visão Geral das Respostas Imunes aos Micróbios, 13 A Resposta Imune Natural Inicial aos Micróbios, 13 A Resposta Imune Adquirida, 13 Captura e Apresentação dos Antígenos Microbianos, 13 Reconhecimento dos Antígenos pelos Linfócitos, 14 Imunidade Celular: Ativação dos Linfócitos T e Eliminação de Micróbios Intracelulares, 15 Imunidade Humoral: Ativação dos Linfócitos B e Eliminação de Micróbios Extracelulares, 16 Memória Imunológica, 16 Resumo, 16 O termo imunidade é derivado da palavra latina immunitas, que se refere à proteção contra processos legais que os senadores romanos tinham durante o seu mandato. Historicamente, imunidade significava proteção contra doenças, em particular contra doenças infecciosas. As células e moléculas responsáveis pela imunidade formam o sistema imunológico, e a sua resposta coletiva e coordenada à introdução de substâncias estranhas é chamada de resposta imunológica. A função fisiológica do sistema imunológico é ct defesa contra microrganismos infecciosos. Entretanto, até mesmo substâncias estranhas não -infecciosas podem desencadear uma resposta imunológica. Além disso, os mecanismos que normalmente protegem os indivíduos das infecções e eliminam substâncias estranhas são, por si sós, capazes de causar dano tecidual e doença em algumas situações. Conseqüentemente, uma definição mais abrangente de imunidade seria uma reação a substâncias estranhas, incluindo microrganismos e macromoléculas como proteínas e polissacarídeos, e a pequenas substâncias químicas que são reconhecidas como elementos estranhos, independentemente das conseqüências fisiológicas ou patológicas de tal reação. A imunologia é o estudo da imunidade em sua acepção mais ampla, ou seja, dos eventos celulares e moleculares que ocorrem depois que o organismo encontra microrganismos e outras macromoléculas estranhas. Os historiadores acreditam que Tucídides, em Atenas, no século V a.c., foi quem primeiro usou o termo imunidade, referindo-se a uma infecção que ele chamou de "peste" (mas que provavelmente não se tratava da peste bubônica que conhecemos hoje em dia). É possível que o conceito de imunidade já existisse muito antes disso, como sugere o antigo costume chinês de estimular a imunidade das crianças contra a varíola fazendo-as inalar um pó feito das lesões cutâneas da pele de pacientes que estavam se recuperando da doença. A imunologia, em sua forma moderna, é uma ciência experimental em que as explicações dos fenômenos imunológicos são baseadas na observação de experimentos. A evolução da imunologia como uma disciplina ligada a pesquisas dependeu de nossa habilidade em manipular as funções do sistema imunológico em condições controladas. Historicamente, o primeiro exemplo claro dessa manipulação, que permanece sendo o mais elucidativo já registrado, foi o sucesso da vacinação de Edward Jenner contra a varíola. Jenner, um médico inglês, reparou que as amas-de-leite que se recuperavam da infecção vacínia nunca contraíam a varíola, uma doença mais grave. Com base nessa observação, ele injetou o material de uma pústula de vacínia no braço de um menino de 8 anos de idade. Quando esse garoto foi posteriormente inoculado com a varíola, ele não desenvolveu a

2 I Parte I INTRODUÇÃO À IMUNOLOGIA doença. O tratado pioneiro de Jenner sobre a vacinação (do latim vaccinus, que significa relativo a ou derivado de vacas) foi publicado em Ele levou à ampla aceitação desse método para induzir imunidade a doenças infecciosas, e a vacinação permanece sendo o método mais eficaz de prevenir infecções (Tabela 1-1). Um testemunho eloqüente da importância da imunologia foi o anúncio feito pela Organização Mundial de Saúde, em 1980, de que a varíola foi a primeira doença a ser erradicada no mundo inteiro em decorrência de um programa de vacinação. Desde a década de 1960, tem havido uma transformação impressionante na nossa compreensão do sistema imunológico e de suas funções. Avanços nas técnicas de cultura celular (incluindo a produção de anticorpos monoclonais), imunoquímica, metodologia de recombinação de DNA, cristalografia por raios X e a criação de animais modificados geneticamente (especialmente ratos transgênicos e camundongos knockout) fizeram com que a imunologia passasse de uma disciplina predominantemente descritiva para uma na qual diferentes fenômenos imunológicos podem ser explicados em termos estruturais e bioquímicos. Neste capítulo, descrevemos as características gerais das respostas imunológicas e introduzimos os conceitos que formam as bases fundamentais da imunologia moderna e que aparecem com freqüência no decorrer deste livro. IMUNIDADE NATURAL E ADQUIRIDA A defesa contra microrganismos é mediada pelas reações iniciais da imunidade natural e as respostas tardias da imunidade adquirida (Fig. 1-1 e Tabela 1-2). A imunidade natural (também chamada de imunidade inata ou nativa) é a linha de defesa inicial contra os microrganismos, consistindo em mecanismos de defesa celulares e bioquímicos que já existiam antes do estabelecimento de uma infecção e que estão programados para responder rapidamente a infecções. Esses mecanismos reagem apenas contra microrganismos (e aos produtos das células lesadas) e respondem essencialmente da mesma maneira a sucessivas infecções. Os principais componentes do sistema imunológico natural são (1) barreiras físicas e químicas, tais como o epitélio e as substâncias antibacterianas nas superfícies epiteliais; (2) células fagocitárias (neutrófilos, macrófagos) e células NK (natural killer); (3) proteínas do sangue, incluindo frações do sistema complemento e outros mediadores da inflamação e (4) proteínas denominadas citocinas, que regulam e coordenam várias atividades das células da imunidade natural. Os mecanismos da imunidade natural são específicos para estruturas que são comuns a grupos de microrganismos semelhantes e não conseguem distinguir diferenças discretas entre substâncias estranhas. Em contraste com a imunidade natural, existem outras respostas imunológicas que são estimuladas pela exposição a agentes infecciosos cuja magnitude e capacidade defensiva aumentam com exposições posteriores a um microrganismo em particular. Como essa forma de imunidade se desenvolve em resposta a infecções e se adapta à infecção, é chamada de imunidade adaptativa ou adquirida. As características que definem a imunidade adquirida incluem uma especificidade extraordinária para distinguir as diferentes moléculas e uma habilidade de se "lembrar" e responder com mais intensidade a exposições subseqüentes ao mesmo microrganismo. O sistema imunológico adquirido é capaz de reconhecer e reagir a um grande número de substâncias, microbianas ou não. Além disso, ele tem uma incrível capacidade para distinguir entre os diferentes microrganismos e moléculas, incluindo até mesmo aqueles que apresentam uma grande semelhança, sendo por isso também chamado de imunidade específica. Ele também é denominado imunida- Tabela 1-1. Eficácia da Vacinação Contra A gumas Doenças Infecciosas Comuns Doença Número máximo de casos (ano) Número de casos em 2004 Alteração percentual Difteria (1921) O 99,99..._ Sarampo (1941) 37 99,99 Caxumba (1968) ,90 Coqueluche (1934) ,84 Poliomielite (1952) O 100,0 Rubéola (1969) 12 99,98 Tétano (1923) 26 98,33 Haemophilus influenzae tipo B (1984) 16 99,92 Hepatite B (1985) ,08 Esta tabela ilustra a notável diminuição na incidência de doenças infecciosas selecionadas para as quais foram desenvolvidas vacinas eficazes. Adaptado de Orenstein WA, AR Hinman, KJ Bart, e SC Nadler. lmmunization. In: Mandei GL, JE Bennett, e R Dolin (eds). Principies and Practices of lnfectious Diseases, 4th ed. Churchill Livingstone, New York, 1995, e Morbidity and Mortality Weekly Report 53: , 2005.

3 Capitulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS Microrganismo Imunidade natural Imunidade adquirida Fagócitos Barreiras epiteliais Linfócitos B Linfócitos T Anticorpos 4-V-* Células T efetoras Complemento Células NK Horas 6 12 Período após a infecçao Dias 7 FIG. 1-1 Imunidade natural e adquirida. Os mecanismos da imunidade natural fornecem a defesa inicial contra infecções. As respostas imunológicas adquiridas se desenvolvem posteriormente e consistem na ativação dos Linfócitos. A cinética das respostas imunológicas natural e adquirida é uma estimativa e pode variar em diferentes infecções. Tabela 1-2. Características da Imunidade Natural e Adquirida Características Especificidade Diversidade Memória Tolerância a si própria Componentes Barreiras celulares e químicas Proteínas do sangue Células Natural Para estruturas compartilhadas por grupos de micróbios relacionados Limitada; codificada pela linhagem germinal Nenhuma Sim Pele, epitélios das mucosas; substâncias antimicrobianas Complemento, outras Fagócitos (macrófagos, neutrófilos), células NK (natural killer, matadoras naturais) I Adquirida Para antígenos de micróbios e para antígenos não-microbianos Muito grande: receptores são produzidos pela recombinação somática de segmentos genéticos Sim Sim Linfócitos nos epitélios; anticorpos secretados nas superfícies epiteliais Anticorpos Linfócitos Esta tabela apresenta uma lista das principais características e componentes das respostas imunes naturais e adquiridas. A imunidade natural é discutida com muito mais detalhe no Capítulo 2.

4 tas protetoras são"adquiri as por expenencia. s principais componentes da imunidade adquirida incluem os linfócitos e seus produtos, como os anticorpos. As substâncias estranhas que induzem respostas imunológicas específicas ou são o alvo de tais respostas são chamadas de antígenos. As respostas imunológicas natural e adquirida são os componentes de um sistema integrado de defesa do hospedeiro no qual várias células e moléculas funcionam em cooperação. Os mecanismos da imunidade natural proporcionam uma defesa eficaz contra as infecções. Entretanto, muitos microrganismos patogênicos desenvolveram uma resistência à imunidade natural, e a sua eliminação requer os poderosos mecanismos da imunidade adquirida. A resposta natural aos microrganismos estimula as respostas imunológicas adquiridas e influencia a natureza das respostas adquiridas. Discutiremos os mecanismos e as funções fisiológicas da imunidade natural mais detalhadamente no Capítulo 2. A imunidade natural é filogeneticamente o sistema de defesa do hospedeiro mais antigo, enquanto o sistema imunológico adquirido evoluiu posteriormente (Quadro 1-1). Nos ia a pnncip mente pela imunidade natural, incluindo os fagócitos e moléculas circulantes semelhantes às proteínas plasmáticas da imunidade natural dos vertebrados. A imunidade adquirida, formada por linfócitos e anticorpos, apareceu primeiro nos vertebrados que têm mandíbula e se tomou cada vez mais especializada com a evolução das espécies. TIPOS DE RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS ADQUIRIDAS Existem dois tipos de respostas imunológicas adquiridas, a imunidade humoral e a imunidade celular, que são mediadas por diferentes componentes do sistema imunológico, cuja função é eliminar os diversos tipos de microrganismos (Fig. 1-2). A imunidade humoral é mediada pelas moléculas presentes no sangue e nas secreções das mucosas, chamadas de anticorpos, que são produzidas pelos linfócitos B (também chamados de células B). Os anticorpos reconhecem antígenos microbianos, neutralizam a infecciosidade dos microrganismos e os preparam para serem elimina- Quadro 1-1 DETALHAMENTO: EVOLUÇÃO DO SISTEMA IMUNOLÓGICO Todos os organismos multicelulares têm mecanismos de defesa do hospedeiro contra microrganismos. Esses mecanismos constituem a imunidade natural. Mas os mecanismos de defesa mais especializados que constituem a imunidade adquirida só estão presentes nos vertebrados. Nos invertebrados, várias células respondem aos microrganismos, cercando esses agentes infecciosos e os destruindo. Essas células se parecem com as células fagocitárias e foram denominadas amebócitos fagocíticos nos acelomados, hemócitos nos moluscos e nos artrópodes, coelomócitos nos anelídeos, e leucócitos sangüíneos nos tunicados. Os invertebrados não possuem linfócitos específicos para antígenos e não produzem moléculas de imunoglobulinas (Ig) ou proteínas do complemento. Entretanto, eles contêm várias moléculas solúveis que ligam e ligam os microrganismos. Essas moléculas incluem proteínas semelhantes à lectina, que se ligam aos carboidratos presentes nas paredes celulares dos microrganismos, aglutinando-os, e numerosos fatores líticos e antimicrobianos, como as lisozimas, que também são produzidos pelos neutrófilos dos organismos superiores. As células fagocitárias de alguns invertebrados são capazes de secreta r citocinas que se assemelham às citocinas derivadas dos macrófagos dos vertebrados. Notavelmente, todos os organismos multicelulares expressam receptores celulares semelhantes aos receptores toll-like que sintonizam micróbios e iniciam reações de defesa contra os micróbios. Assim, a defesa do hospedeiro invertebrado é mediada por células e moléculas semelhantes aos mecanismos efetores da imunidade natural dos organismos superiores. Muitos estudos têm demonstrado que os invertebrados são capazes de rejeitar transplantes de tecidos estranhos ou alotransplantes (nos vertebrados, esse processo de rejeição de enxertos depende das respostas imunológicas ad- quiridas). Se esponjas (poríferos) de duas colônias diferentes forem unidas mecanicamente, elas se tornam necróticas em 1 a 2 semanas, enquanto as esponjas da mesma colônia se fundem e continuam a crescer. Minhocas (anelídeos) e estrelas-do-mar (equinodermas) também rejeitam transplantes de tecidos de outras espécies do filo. Essas reações de rejeição são mediadas principalmente por células semelhantes às células fagocitárias. Elas diferem das que ocorrem nos vertebrados porque a memória para o tecido transplantado não é gerada ou é difícil de ser demonstrada. No entanto, tais resultados indicam que até mesmo os invertebrados devem expressar moléculas de superfície que distinguem o próprio do estranho, e tais moléculas podem ser as precursoras das moléculas de histocompatibilidade dos vertebrados. Recentemente, uma família de proteínas polimorfas pertencentes à superfamília das imunoglobulinas foi isolada de cordados marinhos e demonstrada responsável pela rejeição de organismos. Essas proteínas podem ser precursoras das moléculas de histocompatibilidade dos mamíferos. A marca característica do sistema imunológico dos vertebrados é a expressão de receptores a antígenos somaticamente rearranjados. Esses receptores apareceram nos peixes dotados de mandíbula. Mesmo alguns peixes sem mandíbula expressam receptores altamente variáveis que diferem de uma célula para outra, mas estes não são gerados pela recombinação de segmentos genéticos. Acreditase que um transposon contendo o(s) gene(s) que codifica(m) a enzima para recombinação (RAG, ou genes de ativação de recombinação, ver Capítulo 8) invadiu um gene que codificava uma proteína semelhante a um segmento variável (V) de uma molécula de anticorpo. Isto permitiu que V e segmentos relacionados fossem recombinados para gerar receptores antigênicos altamente diversos e específicos. Não Continua na próxima página

5 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS 7 apenas essa característica, mas a maioria dos componentes do sistema imunológico adquirido, incluindo linfócitos, anticorpos e receptores às células T, moléculas MHC e tecidos linfóides especializados (mas desprovidos de centros germinais), parecem todos ter aparecido bastante súbita e coordenadamente nos vertebrados dotados de mandíbula (p.ex., tubarões) (ver Tabela). Urna versão mais primitiva de receptores antigênicos rearranjados existe em peixes sem mandíbula (p.ex., lampreias). Esses receptores foram chamados de "receptores linfocitários variáveis", e aparentemente são gerados pelo embaralha mento de segmentos de DNA na ausência de genes RAG e da maquinaria de recombinação somática mais avançada. O sistema imune também se tornou cada vez mais especializado com a evolução. Por exemplo, os peixes possuem apenas um tipo de anticorpo, chamado IgM; esse número aumenta para dois tipos nos anfíbios como o Xenopus, e para sete ou oito tipos nos mamíferos. A presença de mais tipos de anticorpos aumenta as capacidades funcionais da resposta imunológica. Imunidade natural Imunidade adquirida Fagócitos Células NK Anticorpos Link:eitos T e B! Invertebrados Protozoários Esponjas Anelídeos Artrópodes Vertebrados Elasmobrânquios (tubarões, raias) Teleósteos (peixes comuns) Anfíbios Répteis ves Mamíferos FConvenção: +, presente;, ausente. + (IgM apenas) + (IgM, outros?) + + (2 ou 3 classes) + (3 classes) + (3 classes) + (7 ou 8 classes) Ielffit dos por diversos mecanismos efetores. A imunidade humoral é o principal mecanismo de defesa contra microrganismos extracelulares e suas toxinas, pois os anticorpos podem se ligar a eles e ajudar na sua eliminação. Os próprios anticorpos são especializados, e diferentes tipos de anticorpos podem ativar mecanismos efetores diferentes. Por exemplo, alguns tipos de anticorpos promovem a ingestão de microrganismos por células do hospedeiro (fagocitose), enquanto outros se ligam e estimulam a liberação de mediadores da inflamação das células. A imunidade celular é mediada pelos linfócitos T (também chamados de células T). Microrganismos intracelulares, como os vírus e algumas bactérias, sobrevivem e proliferam no interior de fagócitos e outras células do hospedeiro, onde estão protegidas dos anticorpos. A defesa contra tais infecções cabe à imunidade celular, que promove a destruição dos microrganismos localizados em fagócitos ou a destruição das células infectadas para eliminar os reservatórios da infecção. A imunidade contra um microrganismo pode ser induzi da pela resposta do hospedeiro a ele ou pela transferência de anticorpos ou de linfócitos específicos para o microrga nismo (Fig. 1-3). O tipo de imunidade que é induzida pel; exposição a um antígeno estranho é chamado de innmida de ativa, pois o indivíduo imunizado desempenha um pape ativo na resposta ao antígeno. Os indivíduos e os linfócito que não tiveram exposição a um antígeno em particular sãi chamados de naive ou virgens, que implica que não têm ex periência imunológica. Os indivíduos que responderam. um antígeno microbiano e estão protegidos contra exposi ções posteriores àquele microrganismo são considerado imunes. Uma pessoa também pode se tornar imune pela transfe rência de plasma ou linfócitos de um indivíduo imunizado un S processo conhecido como transferência adotiva em situ aç es experimentais. O recipiente toma-se imune àquele ar tígeno em particular sem nunca ter sido exposto ou ter apre

6 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS 7 apenas essa característica, mas a maioria dos componentes do sistema imunológico adquirido, incluindo linfócitos, anticorpos e receptores às células T, moléculas MHC e tecidos linfóides especializados (mas desprovidos de centros germinais), parecem todos ter aparecido bastante súbita e coordenadamente nos vertebrados dotados de mandíbula (p.ex., tubarões) (ver Tabela). Uma versão mais primitiva de receptores antigênicos rearranjados existe em peixes sem mandíbula (p.ex., lampreias). Esses receptores foram chamados de "receptores linfocitários variáveis", e aparentemente são gerados pelo embaralhamento de segmentos de DNA na ausência de genes RAG e da maquinaria de recombinação somática mais avançada. O sistema imune também se tornou cada vez mais especializado com a evolução. Por exemplo, os peixes possuem apenas um tipo de anticorpo, chamado IgM; esse número aumenta para dois tipos nos anfíbios como o Xenopus, e para sete ou oito tipos nos mamíferos. A presença de mais tipos de anticorpos aumenta as capacidades funcionais da resposta imunológica. Imunidade natural Imunidade adquirida Fagócitos Células NK Anticorpos Linfócitos T e B Invertebrados Protozoários Esponjas Anelídeos Artrópodes Vertebrados Elasmobrânquios (tubarões, raias) Teleósteos (peixes comuns) Anfíbios épteis ves Mamíferos + (IgM apenas) (IgM, outros?) + (2 ou 3 classes) + (3 classes) + (3 classes) + (7 ou 8 classes) Convenção: +, presente;, ausente. dos por diversos mecanismos efetores. A imunidade humoral é o principal mecanismo de defesa contra microrganismos extracelulares e suas toxinas, pois os anticorpos podem se ligar a eles e ajudar na sua eliminação. Os próprios anticorpos são especializados, e diferentes tipos de anticorpos podem ativar mecanismos efetores diferentes. Por exemplo, alguns tipos de anticorpos promovem a ingestão de microrganismos por células do hospedeiro (fagocitose), enquanto outros se ligam e estimulam a liberação de mediadores da inflamação das células. A imunidade celular é mediada pelos linfócitos T (também chamados de células T). Microrganismos intracelulares, como os vírus e algumas bactérias, sobrevivem e proliferam no interior de fagócitos e outras células do hospedeiro, onde estão protegidas dos anticorpos. A defesa contra tais infecções cabe à imunidade celular, que promove a destruição dos microrganismos localizados em fagócitos ou a destruição das células infectadas para eliminar os reservatórios da infecção. A imunidade contra um microrganismo pode ser induzida pela resposta do hospedeiro a ele ou pela transferência de anticorpos ou de linfócitos específicos para o microrganismo (Fig. 1-3). O tipo de imunidade que é induzida pela exposição a um antígeno estranho é chamado de imunidade ativa, pois o indivíduo imunizado desempenha um pape] ativo na resposta ao antígeno. Os indivíduos e os linfócitos que não tiveram exposição a um antígeno em particular sãc chamados de nave ou virgens, que implica que não têm experiência imunológica. Os indivíduos que responderam a um antígeno microbiano e estão protegidos contra exposições posteriores àquele microrganismo são considerados imunes. Uma pessoa também pode se tornar imune pela transferência de plasma ou linfócitos de um indivíduo imunizado um processo onhecido como transferência adotiva em situações expe entais. O recipiente torna-se imune àquele an tígeno em p 'cular sem nunca ter sido exposto ou ter apre

7 8 Parte I INTRODUÇÃO À IMUNOLOGIA Imunidade humoral Imunidade mediada por célula Microrganismo Microrganismos extracelulares Microrganismos fagocitados no macrófago Microrganismos intracelulares (p.ex., vírus) replicando-se dentro das células infectadas Linfácitos de resposta Linfócito B Linfócito T auxiliar Linfócito T citotóxico Mecanismo efetor Anticorpo secretado mile" 4 Transferida por Funções Soro (anticorpos) Bloqueia infecções e elimina microrganismos extracelulares Células (linfócitos T) Macrófagos ativos para eliminar microrganismos fagocitados Células (linfócitos T) Eliminar células infectadas e reservatórios de infecção FIG. 1-2 Tipos de imunidade adquirida. Na imunidade humoral, os linfócitos B secretam anticorpos, os quais previnem infecções por microrganismos extracelulares e os eliminam. Na imunidade celular, os linfócitos T auxiliares ativam os macrófagos para que destruam os microrganismos fagocitados ou os linfócitos T citolíticos que destroem diretamente as células infectadas. sentado uma resposta a ele. Conseqüentemente, esse tipo de imunidade é chamado de imunidade passiva. A imunidade passiva é um método eficaz para conferir resistência rapidamente, sem que haja a necessidade de se esperar uma resposta imunológica ativa. Um exemplo da imunidade passiva é a transferência de anticorpos maternos para o feto, o que possibilita que os recém-nascidos combatam infecções antes que adquiram a habilidade de produzir anticorpos. A imunização passiva contra toxinas bacterianas mediante a administração de anticorpos de animais imunizados é um tratamento que pode salvar vidas no caso de infecções potencialmente letais, como o tétano e a raiva. A técnica de transferência adotiva também possibilitou definir as várias células e moléculas que participam como mediadoras da imunidade específica. De fato, a imunidade humoral foi definida originariamente como um tipo de imunidade que poderia ser transferida para indivíduos não-imunizados, ou naves, por meio de porções do sangue que contenham anticorpos, mas que sejam livres de células (i.e., o plasma ou soro [daí a denominação humoral]) obtidas de indivíduos previamente imunizados. Da mesma forma, a imunidade celular foi definida C01114 a forma de imunidade que pode ser transferida para indivíduos sem imunidade por meio das células (linfócitos T) de indivíduos imunizados, mas não por meio do plasma. A primeira demonstração experimental da imunidade humoral foi fornecida por Emil von Behring e Shibasaburo Kitasato em Eles mostraram que se o plasma de animais que haviam se recuperado de difteria fosse transferido para animais que não tiveram a infecção, os animais receptores se tornavam resistentes à infecção pela difteria. Os componentes ativos do plasma foram chamados de antitoxinas, pois neutralizavam os efeitos patológicos da toxina diftérica. No início dos anos de 1900, Karl Landsteiner e outros investigadores demonstraram que, além das toxinas, substâncias antibacterianas também podiam induzir respostas imunológicas humorais. Desses estudos surgiu o termo mais genérico anticorpos para designar as proteínas plasmáticas que mediavam a imunidade humoral. As substâncias que se ligam aos anticorpos e geram a sua produção foram chamadas de antígenos (as propriedades dos anticorpos e dos antígenos são descritas no Capítulo 4). Em 1900, Paul Ehrlich forneceu a base teórica para a especificidade das reações antígeno-anticorpo, mas a prova experimental só apareceu nos 50 anos seguintes do trabalho de Landsteiner e outros, que usaram substâncias químicas simples como antígeno. As teorias de Ehrlich da complementaridade físico-química de antígenos e anticorpos é impressionante devido à sua presciência. Essa ênfase inicial nos anticorpos levou a uma aceitação geral da te-

8 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS Imunidade ativa Antígeno microbiano (vacina ou infecção) Dias ou semanas Exposição à infecção * all Recuperação (imunidade) Especificidade Sim Memória e Sim Soro (anticorpos) ou células (linfócitos T) do animal imune Transferência Imunidade passiva 4 4 adotada para animal sem imunidade Exposição à infecção Recuperação (imunidade) Sim Não FIG. 1-3 Imunidade ativa e passiva. A imunidade ativa ocorre quando o hospedeiro apresenta uma resposta a um microrganismo ou a um antfge no microbiano, enquanto a imunidade passiva ocorre mediante a transferência de anticorpos ou de linfócitos T específicos para o microrganismc As duas formas de imunidade fornecem resistência a infecções (imunidade) e são específicas para antígenos microbianos, mas somente as res postas imunológicas ativas geram memória imunológica. oria da imunidade humoral que diz que a imunidade é mediada por substâncias presentes nos fluidos corporais. A teoria da imunidade celular, a qual dizia que as células do hospedeiro seriam os principais mediadores da imunidade, foi defendida inicialmente por Elie Metchnikoff. Sua demonstração de que fagócitos cercavam um espinho espetado na larva translúcida de uma estrela-do-mar, publicada em 1883, foi provavelmente a primeira evidência experimental de que as células respondem a invasores. A observação de Sir Almroth Wright, no início dos anos de 1900, de que fatores no plasma imune estimulavam a fagocitose de bactérias cobrindo-as, um processo conhecido como opsonização, apoiou a crença de que os anticorpos preparavam os microrganismos para serem ingeridos por meio da fagocitose. Esses "celularistas" pioneiros não foram capazes de provar que a imunidade específica aos microrganismos podia ser mediada por células. A teoria celular da imunidade tornou-se firmemente estabelecida nos anos de 1950, quando George Mackaness demonstrou que a resistência a uma bactéria intracelular, a Listeria monocytogenes, podia ser transferida por meio de células, mas não por meio do plasma. Atualmente sabemos que a especificidade da imunidade celular se deve aos linfócitos, que geralmente trabalham com outras células, como as células fagocitárias, para eliminar os microrganismos. Na prática clínica, a imunidade a um microrganismo com o qual se teve contato anteriormente é medida de modo indireto, mediante ensaios para detectar a presença de produtos da resposta imunológica (como anticorpos plasmáticos específicos para os antígenos microbianos) ou administrando-se substâncias purificadas derivadas do microrganismo e medindo-se as reações a essas substâncias. A reação a um antígeno microbiano só é detectável em indivíduos que tiveram contato prévio com o antígeno; diz-se que esses indivíduos estão "imunizados" contra o antígeno e a reação é uma indicação dessa "imunidade". Apesar de a reação a( antígeno purificado não ter uma função protetora, ela indi ca que o indivíduo imunizado é capaz de desenvolver umi resposta protetora ao microrganismo. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS ADQUIRIDAS Todas as respostas imunológicas humorais e celulares a an tígenos estranhos apresentam uma quantidade de determi nadas propriedades fundamentais que refletem as proprie dades dos linfócitos, que são os intermediários dessas res postas (Tabela 1-3). Especificidade e diversidade. As respostas imunológica são específicas para cada antígeno e até para diferente porções de uma proteína complexa, um polissacaríde( ou qualquer outra macromolécula (Figura 1-4). As parte de tais antígenos que são reconhecidas especificamente pelos linfócitos são chamadas de determinantes ou epi topos. Essa especificidade acentuada ocorre porque o linfócitos expressam em sua superfície receptores dl membrana que são capazes de distinguir diferenças dis cretas na estrutura entre antígenos distintos. Os indiví duos não-imunizados apresentam clones de linfócita com especificidades diversas, sendo capazes de reconhe cer e responder a antígenos estranhos. Esse conceito é ( dogma básico da hipótese da seleção clonal e será discu tido em mais detalhes mais adiante. O número total de especificidades antigênicas dos lin fócitos de um indivíduo, denominado repertório linfoci tário, é muito grande. Estima-se que o sistema imunoló gico de uma pessoa possa discriminar de 10' a 10 9 deter

9 10 Parte I INTRODUÇÃO A IMUNOLOGIA Tabela 1-3. Principais Características das Respostas Imunes Adquiridas Característica Especificidade Diversidade Memória Expansão clonal Especialização Contração e homeostasia Tolerância a antígenos próprios Significado funcional Garante que antígenos distintos desencadeiem respostas específic Capacita o sistema imunológico a responder a uma grande variedade de antígenos Conduz a respostas intensificadas a exposições repetidas ao mesmo antígeno Aumenta o número de linfócitos antígeno-específicos para que se mantenham atualizados com os micróbios Gera respostas que são ideais para a defesa contra diferentes tipos de micróbios Permite ao sistema imunológico responder a novos antígenos encontrados Evita lesão do hospedeiro durante respostas a antígenos estranhos As caracteristicas das respostas imunes adquiridas são essenciais para as funções do sistema imune. minantes antigênicos diferentes. Essa propriedade do repertório linfocitário é chamada de diversidade e resulta da variabilidade das estruturas dos locais de ligação de antígenos dos receptores de antígenos dos linfócitos. Em outras palavras, existem diversos clones linfocitários que diferem na estrutura de seus receptores de antígenos e, conseqüentemente, em sua especificidade para os antígenos, criando um repertório total que é extremamente diverso. Os mecanismos moleculares que geram tais receptores antigênicos diversos são abordados no Capítulo 8. Memória. A exposição do sistema imunológico a um antígeno estranho aumenta a sua habilidade de responder novamente àquele antígeno. Respostas a exposições posteriores ao mesmo antígeno, chamadas de respostas imunológicas secundárias, em geral ocorrem mais rapidamente, são de maior intensidade e com freqüência são qualitativamente diferentes da primeira resposta, ou resposta imunológica primária, ao antígeno (Fig. 1-4). A memória imunológica ocorre parcialmente, pois cada exposição a um antígeno expande o clone de linfócitos específicos para aquele antígeno. Além disso, a estimulação de linfócitos inativos pelos antígenos gera células de memória de longa duração (abordada mais detalhadamente no Capítulo 3). Essas células de memória possuem características especiais que as tornam mais eficientes na eliminação do antígeno do que os linfócitos naive, que ainda não foram expostos ao antígeno. Por exemplo, os linfócitos B de memória produzem anticorpos que se ligam a antígenos com maior afinidade do que células B que não foram estimuladas previamente, enquanto as células T de memória chegam aos locais de infecção com maior rapidez e força ao antígeno do que as células T nave. Expansão donal. Os linfócitos sofrem considerável proliferação em seguida à exposição a antígeno. O termo ex- Antígeno X 1 4 Célula B anti-x Antígeno X + Antígeno Y 1-4t Títu lo sérico de anticorpos Células B naive 4 esposta Células B ativadas Célula B anti-y 3"t primária anti-x Células B de memória Célula B naive Resposta primária anti-y Células B ativadas Semanas FIG. 1-4 Especificidade, memória e autolimitação das respostas imunológicas adquiridas. Os antígenos X e Y estimulam a produç o de anticorpos diferentes (especificidade). A r sposta secundária ao antígeno X é mais rápida de maior amplitude do que a resposta primária (memória). Os níveis de anticorpos diminuem com o passar do tempo após cada imunização (autolimitação, o processo que mantém a homeostase). As mesmas características são vistas nas respostas da imunidade celular.

10 Capitulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS 11 pansão clonal refere-se a um aumento no número de células que expressam receptores idênticos para o antígeno, e assim pertencem a um clone. Esse aumento nas células antígeno-específicas capacita a resposta imune adquirida a se manter atualizada com os patógenos infecciosos que estão se dividindo rapidamente. Especialização. Como já foi dito, o sistema imunológico responde de maneira distinta e especial a diferentes microrganismos, maximizando a eficiência dos mecanismos de defesa antimicrobianos. Assim, as respostas da imunidade humoral e da imunidade celular são desencadeadas por diferentes classes de microrganismos ou pelo mesmo microrganismo em diferentes estágios de infecção (extracelular e intracelular), e cada tipo de resposta imunológica protege o hospedeiro contra aquela classe de microrganismo. Mesmo no âmbito das respostas imunológicas humoral e celular, a natureza dos anticorpos ou dos linfócitos T que são gerados pode variar de uma classe de microrganismo para outra. Abordaremos novamente os mecanismos e o significado funcional de tal especialização nos capítulos posteriores. Autolimitação e homeostasia. Todas as respostas imunológicas normais diminuem com o passar do tempo, fazendo com que o sistema imunológico retorne ao seu estado basal, um processo chamado de homeostasia (Figura 1-4). A manutenção da homeostasia ocorre principalmente porque as respostas imunológicas são desencadeadas por antígenos e a sua função é eliminá-los, terminando, assim, com o estímulo essencial para a ativação e sobrevivência dos linfócitos. Os linfócitos privados desses estímulos morrem por apoptose. Esses mecanismos homeostáticos são abordados no Capítulo 11. Tolerância a antígenos próprios. Uma das propriedades mais notáveis do sistema imunológico de todo indivíduo normal é a sua habilidade em reconhecer muitos antígenos estranhos (não-próprios), respondera eles e eliminálos, e ao mesmo tempo não desenvolver uma reação lesiva às substâncias antigênicas do hospedeiro (próprias). A ausência de resposta imunológica é denominada tolerância. A tolerância a antígenos próprios, ou autotolerância, é mantida por meio de vários mecanismos. Eles incluem a capacidade de eliminar linfócitos que expressam receptores específicos para alguns antígenos próprios e de permitir que os linfócitos encontrem outros antígenos próprios em circunstâncias que levam à desativação funcional ou morte dos linfócitos auto-reativos. Os mecanismos da autotolerância e da discriminação entre antígenos próprios e estranhos são discutidos no Capítulo 11. Anormalidades na indução ou na manutenção da autotolerância levam a respostas imunológicas contra antígenos próprios (antígenos autólogos), geralmente resultando em disfunções chamadas de doenças auto-imunes. O desenvolvimento e as conseqüências patológicas da auto-imunidade são descritos no Capítulo 18. Essas características da imunidade adquirida são necessárias para que o sistema imunológico desempenhe a sua função normal de defesa do hospedeiro (Tabela 1-3). A especificidade e a memória permitem que o sistema imunológico desenvolva respostas acentuadas em casos de esti- mulação persistente ou recorrente com o mesmo antígeno e possa, assim, combater infecções prolongadas ou de repetição. A diversidade é essencial para defender os indivíduos contra os vários patógenos em potencial que existem no meio ambiente. A especialização permite que o hospedeiro desenvolva respostas "sob medida" para combater melhor os diferentes tipos de microrganismos. A autolimitação permite que o sistema retorne a um estado de repouso após eliminar cada antígeno estranho e que esteja preparado para responder a outros antígenos. A autotolerância é essencial para a prevenção de reações contra as suas próprias células e tecidos e, ao mesmo tempo, para a manutenção de um amplo repertório linfocitário específico para antígenos invasores. COMPONENTES CELULARES DO SISTEMA IMUNOLÓGICO ADQUIRIDO Os linfócitos, as células apresentadoras de antígenos e as células efetoras são as principais células do sistema imunológico. Os linfócitos são as células que reconhecem e respondem especificamente a antígenos estranhos e são, conseqüentemente, os mediadores da imunidade humoral e celular. Existem diversas subpopulações de linfócitos que diferem em sua maneira de reconhecer os antígenos e em suas funções (Fig. 1-5). Os linfócitos B são as únicas células capazes de produzir anticorpos. Eles reconhecem antígenos extracelulares (incluindo os que se encontram na superfície celular) e se diferenciam em células secretoras de anticorpos, funcionando, assim, como mediadores da imunidade humoral. Os linfócitos T, as células de imunidade celular, reconhecem os antígenos de microrganismos intracelulares, destruindo-os ou destruindo as células infectadas. As células T não produzem anticorpos. Seus receptores de antígeno são moléculas presentes na membrana, distintas dos anticorpos, mas estruturalmente relacionadas a eles (Capítulo 7). Os linfócitos T apresentam uma especificidade restrita para antígenos; eles reconhecem apenas peptídeos antigênicos ligados a proteínas do hospedeiro que são codificadas pelos genes do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) e que se expressam nas superfícies de outras células. Conseqüentemente, essas células T reconhecem e respondem a antígenos associados à superfície celular, mas não a antígenos solúveis (Capítulo 6). Os linfócitos T consistem em populações funcionalmente distintas das quais as que foram mais bem caracterizadas são as células T auxiliares e os linfócitos T citolíticos ou citotóxicos (CTLs). Em resposta à estimulação antigênica, as células T auxiliares secretam proteínas chamadas citocinas, cuja função é estimular a proliferação e a diferenciação das células T, assim como a ativação de outras células, incluindo as células B, os macrófagos e outros leucócitos. Os CTLs destroem células que produzem antígenos estranhos, como as células infectadas por vírus e outros microrganismos intracelulares. A função principal de alguns linfócitos T, que são chamados de células T reguladoras, é a de inibir as respostas imunológicas. A natureza e as funções fisiológicas dessas células T reguladoras são discutidas no Capítulo 11. Uma terceira classe de linfócitos, as células natural killer (NK), está envolvida na imunidade natural contra os vírus e outros organismos extracelulares. Voltaremos a abordar de forma mais detalhada as

11 12 Parte I INTRODUÇÃO À IMUNOLOGIA Reconhecimento do antígeno Funções efetoras I Linfócito B 4 * Microrganismo NU e, 4." Anticorpo Neutralização do microrganismo, fagocitose e ativação do complemento Citocinas or -O.À Ativação de macrófagos Linfócito T auxiliar Antígeno microbiano apresentado pela célula apresentadora de antígeno 0 a Inflamação I Ativação (proliferação e diferenciação) de linfócitos T e B Linfócito T citotóxico (CTL) Célula infectada expressando antígeno microbiano Destruição da célula infectada Linfócito T regulador Supressão da resposta imune Célula natural killer (NK) Célula infectada Destruição da célula infectada FIG. 1-5 Classes de linfócitos. Os linfócitos B reconhecem antígenos solúveis e se transformam em células secretoras de anticorpos. Os linfócitos T auxiliares reconhecem os antígenos presentes na superfície das células apresentadoras de antígenos e secretam citocinas que estimulam os vários mecanismos da imunidade e da inflamação. Os linfócitos T citolíticos reconhecem os antígenos presentes nas células infectadas, destruindo-as. As células T reguladoras suprimem e impedem a resposta imune, p.ex., a antígenos próprios. As células natural killer usam receptores com diversidade mais limitada que os receptores a antígenos das células T ou B para reconhecer e destruir os seus alvos, como as células infectadas. propriedades dos linfócitos no Capítulo 3. As diferentes classes de linfócitos podem ser distinguidas pela expressão de proteínas de superfície que são denominadas "moléculas CD" e denotadas por números (Capítulo 3). O início e o desenvolvimento das respostas imunológicas adquiridas requerem que os antígenos sejam capturados e apresentados a linfócitos específicos. As células que desempenham esse papel são chamadas de células apresentado- ras de antígenos (APCs). As APCs com maior grau de especialização são as células dendríticas, que capturam os antígenos microbianos provenientes do ambiente externo, transportando-os para os órgãos linfóides e apresentando-os aos linfócitos T naïve para que haja o início da resposta imunológica. Outros tipos celulares desempenham a função de APCs em diferentes estágios das respostas da imunidade humoral. A função das APCs está descrita no Capítulo 6.

12 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS 13 A ativação de linfócitos pelos antígenos leva à geração de numerosos mecanismos cuja função é eliminar o antígeno. A eliminação do antígeno geralmente requer a participação de células denominadas células efetoras, porque elas medeiam o efeito final da resposta imune, que é se livrar do micróbio. Linfócitos T ativados, células fagocitárias mononucleares e outros leucócitos desempenham o papel de células efetoras nas diferentes respostas imunológicas. Os linfócitos e as APCs estão concentrados em órgãos linfóides discretos, onde interagem entre si para iniciar as respostas imunológicas. Os linfócitos também estão presentes no sangue; do sangue, eles podem recircular para os tecidos linfóides e para os tecidos periféricos onde haja exposição a antígenos para eliminá-los (Capítulo 3). VISÃO GERAL DAS RESPOSTAS IMUNES AOS MICRÓBIOS Agora que já descrevemos os principais componentes do sistema imune e as suas propriedades, é útil resumir os princípios das respostas imunes a diferentes tipos de micróbios. Esse resumo constituirá uma fundamentação para os tópicos que são discutidos em todo o livro. O sistema imune tem de combater muitos e diferentes micróbios. Como logo veremos, algumas características das respostas imunes são comuns para todos os patógenos infecciosos, e outras são exclusivas para diferentes classes destes micróbios. Os modos pelos quais essas reações adquiridas são iniciadas, orquestradas e controladas constituem as questões fundamentais da imunologia. Começamos com uma discussão da resposta imune natural. A Resposta Imune Natural Inicial aos Micróbios O sistema imune natural bloqueia a entrada de micróbios e elimina ou limita o crescimento de muitos micróbios que são capazes de colonizar tecidos. Os principais locais de interação entre os indivíduos e o seu ambiente a pele e os tratos gastrointestinal e respiratório são revestidos por epitélios contínuos, os quais servem como barreiras para impedir a entrada de micróbios a partir do ambiente externo. Se micróbios violarem com sucesso as barreiras epiteliais, eles encontram macrófagos no tecido subepitelial. Os macrófagos (e outros leucócitos fagocíticos) expressam nas suas superfícies receptores que ligam e ingerem micróbios, e outros receptores que reconhecem diferentes moléculas microbianas e ativam as células. Os macrófagos ativados efetuam diversas funções que servem coletivamente para eliminar os micróbios ingeridos. Essas células produzem espécies de oxigênio reativo e enzimas lisossômicas, as quais destroem os micróbios que foram ingeridos. Os macrófagos secretam citocinas que promovem o recrutamento de outros leucócitos, como neutrófilos, a partir dos vasos sangüíneos para o local da infecção. As citocinas são proteínas secretadas que são responsáveis por muitas das respostas celulares da imunidade natural e adquirida, e assim funcionam como "moléculas mensageiras" do sistema imunológico. A acumulação local de leucócitos, e sua ativação para destruir os micróbios, são uma parte da resposta do hospedeiro chamada inflamação. A resposta imune natural a alguns patógenos infecciosos, particularmente vírus, consiste na produção de citocinas antivirais chamadas interferons e ativação de células NK, as quais destroem as células infectadas por vírus. Micróbios que são capazes de resistir a essas reações de defesa podem entrar na corrente sangüínea, onde são reconhecidos pelas proteínas circulantes da imunidade natural. As proteínas plasmáticas mais importantes da imunidade natural são os membros do sistema complemento. As proteínas do complemento podem ser ativadas diretamente pelas superfícies microbianas (a via alternativa de ativação), resultando na geração de produtos de clivagem que estimulam inflamação, revestem os micróbios para fagocitose intensificada, e criam furos nas membranas celulares microbianas, levando à sua lise. (Como veremos mais tarde, o complemento também pode ser ativado por anticorpos a chamada via clássica, por motivos históricos com as mesmas conseqüências funcionais.) As reações de imunidade natural são notavelmente eficazes para controlar, e mesmo erradicar, muitas infecções. Entretanto, uma marca característica dos micróbios patogênicos é que eles evoluíram para resistir à imunidade natural, e invadir e replicar-se com sucesso nas células e nos tecidos do hospedeiro. A defesa contra esses patógenos exige os mecanismos mais poderosos e especializados da imunidade adquirida. A Resposta Imune Adquirida O sistema da imunidade adquirida usa três estratégias principais para combater a maioria dos micróbios. Anticorpos secretados ligam-se aos micróbios extracelulares, bloqueiam sua capacidade de infectar células do hospedeiro, e promovem sua ingestão e subseqüente destruição por fagócitos. Fagócitos ingerem os micróbios e os destroem, e as células T auxiliares aumentam as capacidades microbicidas dos fagócitos. CTLs destroem as células infectadas por micróbios que são inacessíveis aos anticorpos. O objetivo da resposta adquirida é ativar um ou mais desses mecanismos de defesa contra diversos micróbios que podem estar em diferentes localizações anatômicas, como o lúmen intestinal, a circulação, ou dentro de células. Uma característica do sistema imunológico adquirido é que ele produz grande número de linfócitos durante a maturação e depois da estimulação por antígeno, e seleciona as células mais úteis para combater os micróbios. Essa seleção maximiza a eficácia da resposta imune adquirida. Todas as respostas imunes adquiridas se desenvolvem por etapas, cada uma das quais corresponde a reações particulares dos linfócitos (Fig. 1-6). Começamos essa visão geral da imunidade adquirida com o primeiro passo, que é o reconhecimento dos antígenos. Captura e Apresentação dos Antígenos Microbianos Uma vez que o número de linfócitos inativos específico para qualquer antígeno é muito pequeno (da ordem de 1 em 105

13 14 Parte 1 INTRODUÇÃO À IMUNOLOGIA Reconhecimento do antígeno Ativação do linfocito Eliminação do antígeno Diminuição (homeostasia) Memória Célula produtora de t) anticorpos ".", Linfócito T efetor Eliminação dos antígenos Diferenciação Imunidade humoral Célula apresentadora de antígeno Expansão clonal Imunidade mediada por célula Células de memória sobreviventes Linfocito T naive Linfócito B naive O 7 Dias após a exposição ao antígeno FIG. 1-6 Fases da resposta imunológica adquirida. A resposta imunológica adquirida consiste em fases distintas, nas quais as três primeiras incluem o reconhecimento do antígeno, a ativação dos linfócitos e a eliminação do antígeno (fase efetora). A resposta sofre uma redução à medida que os linfócitos que foram estimulados pelo antígeno morrem por apoptose, restaurando a homeostase, e as células específicas para o antígeno que sobrevivem são responsáveis pela memória. A duração de cada fase pode variar nas diversas respostas imunológicas. O eixo y representa uma medida arbitrária da magnitude da resposta. Esses princípios se aplicam à imunidade humoral (mediada pelos linfócitos B) e pela imunidade celular (mediada pelos linfócitos T). ou 106 1infócitos) e a quantidade do antígeno disponível também pode ser pequena, mecanismos especiais são necessários para capturar micróbios, concentrá-los na localização correta, e fornecer seus antígenos a linfócitos específicos. As células dendríticas são as APCs que exibem os peptídeos microbianos aos linfócitos T naves CD4+ e CD8+ e iniciam respostas imunes adaptativas aos antígenos protéicos. As células dendríticas localizadas no epitélio e nos tecidos conjuntivos capturam micróbios, digerem suas proteínas para peptídeos, e expressam na sua superfícies esses peptídeos ligados a moléculas MHC, as quais são moléculas especializadas de apresentação de peptídeos. As células dendríticas transportam a sua carga antigênica para os linfonodos de drenagem e estabelecem residência nas mesmas regiões dos linfonodos através das quais os linfócitos T naves recirculam continuamente. Assim, a probabilidade de um linfócito com receptores para um antígeno encontrar esse antígeno é grandemente aumentada pela concentração do antígeno em forma identificável na localização anatômica correta. As células dendríticas também exibem os peptídeos dos micróbios que entram em outros tecidos linfóides, como o baço. Os micróbios ou antígenos microbianos intactos que entram nos linfonodos e baço são reconhecidos em forma não-proces- sada (natural) por linfócitos B específicos. Há também APCs especializadas que apresentam os antígenos aos linfócitos B. Reconhecimento dos Antígenos pelos Linfócitos Linfócitos específicos para um grande número de antígenos existem antes da exposição ao antígend; quando o antígeno entra no organismo, ele seleciona cétulas específicas e as ativa (Fig. 1-7). Esse conceito fundamental é chamado de hipótese da seleção dona'. Ele foi sugerido inicialmente pot Niels Jerne em 1955, tendo sido enunciado com mais clareza em 1957 por Macfarlane Burnet, para explicar como o sistema imunológico podia responder a um grande número e a uma grande variedade de antígenos. De acordo com essa hipótese, os clones de linfócitos específicos para um antígeno se desenvolvem antes e independentemente da sua exposição ao antígeno. As células que formam cada clone possuem receptores antigênicos idênticos e que diferem dos receptores das células de outros clones. Estima-se que há mais de 10 6 especificidades diferentes nos linfócitos T e B, de modo que pelo menos esse número de determinantes antigênicos pode ser reconhecido pelo sistema da imunida-

14 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS 15 Clones de linfócitos amadurecem nos órgãos linfóides, na ausência de antígenos Precursor do linfócito Linfócito maduro Clones de linfócitos maduros específicos para diversos antígenos entram nos tecidos linfóides Antigeno X Clones específicos para um antígeno são ativados ("selecionados") pelos antígenos FIG. 1-7 A hipótese da seleção clonal. Cada antígeno (X ou Y) seleciona um clone de linfócitos preexistente e estimula a sua proliferação e diferenciação. O diagrama mostra somente os linfócitos B levando à formação de células secretoras de anticorpos, mas o mesmo princípio se aplica aos linfócitos T. Respostas imunes especificas para o antígeno ocorrem y1( Aa nttii_cxo r p o efk Anticorpo./../hkx,45 anti-y 4V.vi de adquirida. Iremos retornar a uma discussão mais detalhada sobre a seleção dona! no Capítulo 3. A ativação dos linfócitos T naves exige o reconhecimento de complexos peptídeo-mhc apresentados nas células dendríticas. A natureza do antígeno que ativa as células T (i.e., peptídeos ligados a moléculas MHC) assegura que esses linfócitos possam interferir somente em outras células (uma vez que as moléculas MHC são proteínas da superfície celular) e não em antígenos livres. Isto, evidentemente, é previsível, porque todas as funções dos linfócitos T são dependentes das suas interações físicas com outras células. A fim de responder, as células T necessitam reconhecer não apenas os antígenos mas também outras moléculas, chamadas co-estimuladoras, que são induzidas nas APCs pelos micróbios. O reconhecimento do antígeno fornece especificidade à resposta imune, e a necessidade de co-estimulação assegura que as células T respondam aos micróbios (os indutores das moléculas co-estimuladoras) e não a substâncias inofensivas. Os linfócitos B usam seus receptores a antígenos (moléculas de anticorpo ligadas à membrana) para reconhecer antígenos de muitos tipos químicos diferentes. O encaixe dos receptores a antígenos e outros sinais desencadeia proliferação e diferenciação dos linfócitos. As reações e funções dos linfócitos T e B diferem de maneiras importantes e é melhor considerá-las separadamente. Imunidade Celular: Ativação dos Linfócitos T e Eliminação de Micróbios Intracelulares Os linfócitos T auxiliares CD4+ ativados proliferam e se diferenciam em células efetoras cujas funções são mediadas predominantemente por citocinas secretadas. Uma das respostas mais iniciais das células T auxiliares CD4+ é a secreção da citocina interleucina-2 (IL-2). A IL-2 é um fator de crescimento que atua sobre os linfócitos ativados por antígeno e estimula a sua proliferação (expansão clonal). Uma parte da sua progênie se diferencia em células efetoras que podem secretar diferentes conjuntos de citocinas, e assim desempenhar diferentes funções. Essas células efetoras deixam os órgãos linfóides onde foram geradas e migram para os locais de infecção e acompanham a inflamação. Quando esses efetores diferenciados encontram novamente micróbios associados a células, eles são ativados para desempenhar as funções que são responsáveis pela eliminação dos micróbios. Algumas células T efetoras da linha celular auxiliar CD4+ secretam a citocina interferon-y, que é um potente ativador dos macrófagos e induz a produção de substâncias microbicidas nos macrófagos. Assim, essas células T auxiliares são capazes de reconhecer antígenos microbianos nos macrófagos que fagocitaram os micróbios, e de ajudar os fagócitos a destruir os patógenos infecciosos. Outras células T efetoras CD4+ secretam citocinas que estimulam a produção de uma classe especial de anticorpo chamada imunoglobulina E (IgE) e ativam leucócitos chamados eosinófilos, os quais são capazes de eliminar parasitas que podem ser demasiado grandes para serem fagocitados. Como discutimos adiante, as células T auxiliares CD4+ também estimulam respostas das células B. Os linfócitos CD8* ativados proliferam e se diferenciam em CTIs que destroem células que contêm micróbios no citoplasma. Esses micróbios podem ser vírus que infectam muitos tipos de células, ou bactérias que são ingeridas pelos

15 16 Parte I INTRODUÇÃO A IMUNOLOGIA macrófagos mas aprenderam a escapar das vesículas fagocíticas para o citoplasma (onde são inacessíveis à maquinaria destruidora dos fagócitos, a qual em grande parte é limitada às vesículas). Destruindo as células infectadas, os CTLs eliminam os reservatórios de infecção. Imunidade Humoral: Ativação dos Linfócitos B e Eliminação de Micróbios Extracelulares Ao sofrerem ativação, os linfócitos B proliferam e se diferenciam em células que secretam diferentes classes de anticorpos com funções distintas. Muitos antígenos polissacarídicos e lipfdicos possuem múltiplos determinantes antigênicos que são capazes de se encaixar em muitas moléculas receptoras de antígeno em cada célula B e iniciar o processo de ativação da célula B. A resposta das células B aos antígenos protéicos exige sinais ativadores (help, auxílio) das células T CD4+ (o que é a razão histórica de se chamar essas células T de células "auxiliares" (helper). As células B ingerem antígenos protéicos, degradam-nos, e exibem os peptídeos ligados a moléculas MHC para reconhecimento pelas células T auxiliares, as quais a seguir ativam as células B. Uma parte da progênie dos clones expandidos de células B se diferencia em células plasmáticas secretoras de anticorpo. Cada célula plasmática secreta anticorpos que têm o mesmo local de ligação de antígeno que os anticorpos da superfície celular (receptores da célula B) que primeiro reconheceram o antígeno. Polissacarídeos e lipídeos estimulam a secreção principalmente da classe de anticorpo chamada IgM. Os antígenos protéicos, em virtude das ações das células T auxiliares, induzem a produção de anticorpos de diferentes classes (IgG, IgA, IgE). Essa produção de anticorpos funcionalmente diferentes, todos os quais com a mesma especificidade, é chamada troca de cadeia pesada. Ela proporciona plasticidade à resposta de anticorpo, capacitando-a a servir a muitas funções. As células T auxiliares também estimulam a produção de anticorpos com afinidade aumentada pelo antígeno. Esse processo, chamado maturação da afinidade, melhora a qualidade da resposta imune humoral. A resposta imune humoral combate os micróbios de muitas maneiras. Anticorpos ligam-se aos micróbios e os impedem de infectarem células, assim "neutralizando" os micróbios. Dessa maneira, os anticorpos são capazes de prevenir infecções. De fato, os anticorpos são os únicos mecanismos da imunidade adquirida que bloqueiam urna infecção antes que ela seja estabelecida; essa é a razão pela qual provocar a produção de anticorpos potentes constitui um objetivo-chave da vacinação. Os anticorpos IgG revestem os micróbios e os transformam em alvos para fagocitose, uma vez que os fagócitos (neutrófilos e macrófagos) expressam receptores para as caudas de IgG. IgG e IgM ativam o sistema complemento, pela via clássica, e os produtos do complemento promovem fagocitose e destruição de micróbios. Alguns anticorpos servem a papéis especiais em locais anatômicos particulares. IgA é secretada a partir de epitélios mucosos e neutraliza micróbios nos lumens dos tratos respiratório e gastrointestinal (e outros tecidos mucosos). IgG é transportada ativamente através da placenta, e protege o recém-nascido até que o sistema imunológico amadureça. Muitos anticorpos têm meiavida de cerca de 3 semanas. Entretanto, algumas células plasmáticas secretoras de antígeno migram para a medula óssea e vivem durante anos, continuando a produzir baixas con- centrações de anticorpos. Os anticorpos que são secretados por essas células plasmáticas de vida longa fornecem proteção imediata se o micróbio voltar a infectar o indivíduo. Proteção mais eficaz é fornecida pelas células de memória que são ativadas pelo micróbio. Memória Imunológica Uma resposta imune eficaz elimina os micróbios que iniciaram a resposta. Isto é seguido por uma fase de contração, na qual os clones expandidos de linfócitos morrem e a homeostasia é restaurada. A ativação inicial dos linfócitos gera células de memória de longa duração, as quais podem sobreviver durante anos após a infecção. As células de memória são mais eficazes para combater micróbios do que os linfócitos naïves, porque, como mencionado anteriormente, as células de memória representam um fundo geral expandido de linfócitos antígeno-específicos (mais numerosos do que as células naves específicas para o antígeno), e respondem mais rápida e eficazmente contra o antígeno do que as células naives. Essa é a razão pela qual a geração de respostas de memória constitui o segundo objetivo importante da vacinação. Discutiremos as propriedades dos linfócitos de memória mais detalhadamente no Capítulo 3. Nas Partes II, III e IV, descrevemos detalhadamente o reconhecimento, a ativação, as fases efetoras e a regulação da resposta imunológica adquirida. Os princípios introduzidos neste capítulo reaparecem ao longo do livro. RESUMO A imunidade protetora contra microrganismos é mediada pelas reações iniciais da imunidade natural e pelas respostas posteriores da imunidade adquirida. A imunidade natural é estimulada por estruturas comuns a grupos de microrganismos. A imunidade adquirida é específica para diferentes antígenos microbianos e não-microbianos, sendo acentuada por repetidas exposições ao antígeno (memória imunológica). A imunidade humoral é mediada pelos linfócitos B e pelos produtos que eles secretam, os anticorpos, que atuam na defesa contra os microrganismos extracelulares. A imunidade celular é mediada pelos linfócitos T e seus produtos, tais como as citocinas, sendo importante para a defesa contra microrganismos intracelulares. A imunidade pode ser adquirida por meio da resposta a um antígeno (imunidade ativa) ou conferida pela transferência de anticorpos ou de células de uma pessoa imunizada (imunidade passiva). O sistema imunológico possui propriedades que são de importância fundamental para as suas funções normais. Elas incluem a especificidade para antígenos diferentes, um repertório variado capaz de reconhecer

16 Capítulo 1 PROPRIEDADES GERAIS DAS RESPOSTAS IMUNOLOGICAS uma grande variedade de antígenos, memória da exposição ao antígeno, a capacidade de expansão rápida de clones de linfócitos antígeno-específicos em resposta ao antígeno, respostas especializadas a diferentes microrganismos, manutenção da homeostase e habilidade para diferenciar entre antígenos estranhos de antígenos próprios. Os linfócitos são as únicas células capazes de reconhecer antígenos específicos e são, conseqüentemente, as principais células da imunidade adquirida. As duas principais subpopulações de linfócitos são as células B e as células T, que possuem receptores de antígenos e funções diferentes. Células apresentadoras de antígenos especializadas capturam os antígenos microbianos e os expõem para serem reconhecidos pelos linfócitos. A eliminação de antígenos geralmente requer a participação de várias células efetoras. A resposta imunológica adquirida é iniciada pelo reconhecimento de antígenos estranhos por linfócitos específicos. Os linfócitos proliferam e se diferenciam em células efetoras, cuja função é eliminar o antígeno, e células de memória, que apresentam uma resposta acentuada nas exposições posteriores ao antígeno. A ativação dos linfócitos requer um sinal dos antígenos e um sinal adicional, que pode ser fornecido tanto pelos microrganismos quanto pelas respostas imunológicas naturais a eles. Os linfócitos T auxiliares CD4+ ajudam os macrófagc a eliminar micróbios ingeridos e ajudam as células a produzir anticorpos. Os CTLs CD8+ destroem as cc lulas que contêm patógenos intracelulares, assim el minando os reservatórios de infecção. Os anticorpo. produtos dos linfócitos B, neutralizam a infecciosich de dos micróbios e promovem a eliminação de micrc bios pelos fagócitos e pela ativação do sistema core plemento. Leituras Sugeridas Burnet FM. A modification ofjerne's theory of antibody product using the concept of clonal selection. Australian Journal of ence 20:67-69, Flajnik MF, L du Pasquier. Evolution of innate and adaptive imn nity: can we draw a line? Trends in Immunology 25: leme NK. The natural-selection theory of antibody formation. P ceedings of the National Academy of Sciences USA 41: Litman GW, JP Cannon, LJ Dishaw. Reconstructing immune p logeny: new perspectives. Nature Reviews Immunology 5:81 879, Silverstein AM. Paul Ehrlich's Receptor Immunology: The Magi icent Obsession. Academic Press, New York, Silverstein AM. Cefiular versus humoral immunology: a centu long dispute. Nature Immunology 4: , Van den Berg TK, IA Yoder, GW Litman. On the origins of adapt immunity: innate immune receptors joins the tale. Trends in I munology 25:11-16, 2004.