Roteiro - Imunidade Inata Imunidade é o termo que se refere à proteção contra doenças infecciosas. Didaticamente, é classificada em dois tipos: inata (ou natural) e adaptativa (ou adquirida). Em termos evolutivos, a imunidade inata foi a primeira a surgir, abrangendo desde plantas até mamíferos. É caracterizada pela rapidez na resposta (ocorre em poucas horas), devido ao fato de seus componentes já estarem preparados para combater a infecção, mesmo quando esta se encontra ausente. Além disso, alguns constituintes da imunidade inata estão situados em locais estratégicos de constante contato com agentes provenientes do meio externo, como a pele e superfície das mucosas do trato respiratório, gastrointestinal e geniturinário. Assim, a imunidade inata é composta por: a) barreiras: - pele: possui fortes junções entre as células que evitam a entrada de microrganismos. A presença de ácidos graxos presentes no sebo e substâncias microbicidas no suor (como a lisozima) impedem a sobrevivência de muitos microrganismos. - superfície das mucosas: o muco secretado por células locais é importante no aprisionamento de microrganismos, além de possuir substâncias microbicidas. Cílios presentes em células da traquéia auxiliam na movimentação do muco, impedindo a adesão de agentes estranhos ao organismo. O baixo ph estomacal e a presença de enzimas antimicrobianas na saliva também são importantes fatores de defesa. - microbiológicas: constituída pela microbiota normal presente no intestino, que compete por espaço e nutrientes com microrganismos patogênicos, além de produzir substâncias antibacterianas. b) componentes celulares: as células efetoras da imunidade inata são representadas principalmente pelos fagócitos (neutrófilos, monócitos e macrófagos), células dendríticas e células NK (Natural Killer). Os neutrófilos têm meia-vida curta e possuem grânulos citoplasmáticos contendo enzimas 1
microbicidas importantes no processo de eliminação dos agentes infecciosos. Os macrófagos possuem maior capacidade fagocítica e, ao contrário dos neutrófilos, multiplicam-se e sobrevivem por mais tempo no sítio de infecção nos tecidos. As células dendríticas, por sua vez, caracterizam-se por longas projeções de membrana e, uma vez estimuladas, executam tanto a pinocitose quanto a fagocitose de partículas. Também são importantes na integração da imunidade inata com a adaptativa. Já as células NK, são células circulantes originárias de progenitor linfóide que atuam de maneira diferente dos fagócitos, uma vez que possuem muitos grânulos contendo mediadores que, ao serem liberados, induzem a morte da célula-alvo por citotoxicidade. c) componentes moleculares: compreendem as citocinas, quimiocinas e as proteínas do complemento e de fase aguda. - citocinas: são proteínas que medeiam diversas respostas celulares, como ativação, inibição, diferenciação e crescimento. Existem em grande variedade e atuam no organismo de forma autócrina, parácrina ou endócrina, exercendo suas funções ligando-se a receptores específicos presentes na superfície das células. - quimiocinas: são proteínas de baixo peso molecular com finalidade exclusiva de recrutar leucócitos para os locais de infecção e tecidos linfóides. Como as citocinas, também atuam via ligação a receptores específicos na superfície celular. - proteínas do complemento: são plasmáticas e atuam na amplificação da fagocitose e da inflamação, além de eliminarem agentes infecciosos. - proteínas de fase aguda: sintetizadas no fígado, auxiliam na fagocitose e na ativação do sistema do complemento. 1. Reconhecimento de patógenos Quando agentes infecciosos ultrapassam as barreiras epiteliais alcançando os tecidos subjacentes, entram em contato com populações de células da imunidade inata, como macrófagos e células dendríticas residentes. 2
A interação dessas células com os agentes infecciosos ocorre por intermédio dos Receptores de Reconhecimento de Padrão (PRR, do inglês Pattern Recognition Receptors) que, por sua vez, reconhecem os Padrões Moleculares Associados a Patógenos (PAMP, do inglês Pathogen-Associated Molecular Pattern). Os PAMP são estruturas comuns conservadas evolutivamente e essenciais para a sobrevivência dos microrganismos. Como exemplo, podemos citar a flagelina (componente do flagelo bacteriano), LPS (lipopolissacarídeo da parede de bactérias Gram-negativas), zimosan (componente da parede celular de fungos), dsrna (RNA dupla fita, comum em alguns vírus), dentre outros. Os PRR podem ser encontrados em diferentes populações celulares e estar presentes tanto na membrana plasmática ou endossomal, como os receptores TLR (Toll-Like Receptors), quanto no citoplasma, como os receptores RLR (RIG-1-Like Receptors) e NLR (Nod-Like Receptors). Quando ocorre a interação PAMP-PRR, ocorre liberação de sinais intracelulares que culminam na indução da transcrição de genes importantes para a ativação celular ou a indução da fagocitose. Diferentes PRR são expressos numa mesma célula, o que faz que esta tenha capacidade de reconhecer várias classes de microrganismos. 2. Mecanismos efetores: fagocitose e inflamação Para o controle e proteção contra os agentes infecciosos, os fagócitos primeiramente devem reconhecer os microrganismos-alvo que por sua vez, são mortos pela fagocitose. Ademais, estas células podem amplificar a resposta imune através da inflamação (Figura 1). 3
microrganismos muco, substâncias antimicrobianas Barreira epitelial PAMP PRR NO receptor de integrina Mediadores inflamatórios fagossomo fagolisossomo ENZIMAS - O 2 ROS H 2 O 2 integrina selectina receptor de selectina Fagocitose Tecido lisossomo FAGÓCITO fagolisossomo ativação (MIGRAÇÃO) Inflamação Endotélio (ADESÃO) Recrutamento celular (ROLAMENTO) neutrófilo Figura 1. Ilustração da ativação e indução dos mecanismos efetores da imunidade inata contra microrganismos. Devido ao rompimento das barreiras epiteliais, os microrganismos alcançam os tecidos subjacentes. Fagócitos residentes reconhecem PAMP de microrganismos através dos seus receptores PRR e fagocitam os agentes infecciosos, que são englobados dentro de fagossomos que por fim se fundem a lisossomos (fagolisossomos). Dentro dos fagolisossomos, os microrganimos são destruídos pela ação das enzimas líticas lisossomais e das espécies reativas de oxigênio (ROS) e nitrogênio (óxido nítrico - NO) (Fagocitose). Os fagócitos ativados produzem mediadores inflamatórios que induzem a expressão de moléculas de adesão e receptores na superfície endotelial (selectinas e receptores para integrinas) que facilitam a adesão dos leucócitos circulantes (neutrófilos, inicialmente). Em resposta a quimiocinas produzidas no local, os leucócitos migram para o sítio de infecção nos tecidos por diapedese (Inflamação), onde reconhecem os microrganismos e exercem suas funções na tentativa de eliminá-los. a) Fagocitose: é o processo que consiste na ingestão de microrganismos ou partículas sólidas pelas células fagocíticas. Essas formam prolongamentos citoplasmáticos que envolvem os microrganismos ou 4
partículas sólidas, endocitando-os, formando uma vesícula denominada fagossomo. Posteriormente, ocorre a fusão do fagossomo com lisossomos, formando assim o fagolisossomo, onde enzimas lisossomais e intermediários reativos de nitrogênio (como o óxido nítrico (NO) e espécies reativas de oxigênio (ROS- Reactive Oxygen Species, como o ânion peróxido e o peróxido de hidrogênio) são produzidos para a destruição do microrganismo. b) Inflamação: consiste no recrutamento celular com a finalidade de amplificar a resposta imunológica no sítio infeccioso. Quando macrófagos residentes são ativados ao reconhecerem o agente infeccioso por PRR, produzem citocinas pró-inflamatórias (IL-1, TNF e IL-6) que estimulam as células do endotélio vascular a expressarem moléculas de adesão (selectinas). As selectinas são reconhecidas por receptores expressos nos leucócitos circulantes, o que promove a fraca adesão destas células à superfície endotelial. Devido à força do fluxo sanguíneo em conjunto com a fraca adesão, os leucócitos circulantes deslizam sobre o endotélio (rolamento). Quimiocinas produzidas no local da infecção pelas células residentes e por células endoteliais ativadas auxiliam no recrutamento e na adesão dos leucócitos ao endotélio, além de induzirem aumento da afinidade de ligação das integrinas (outra classe de moléculas de adesão) expressas nos leucócitos aos seus ligantes nas células endoteliais. Tal interação intensifica mais a adesão destas células ao endotélio e inicia o processo de migração, no qual os leucócitos transpassam a parede endotelial por diapedese, alcançando o sítio de infecção nos tecidos a fim de eliminar os microrganismos. Além do recrutamento celular, as células residentes no local infeccioso (fagócitos, mastócitos) também produzem mediadores que aumentam o fluxo sanguíneo (rubor e calor), causam a vasodilatação e o aumento da permeabilidade do endotélio vascular. Consequentemente, há o acúmulo de fluídos e células provenientes da circulação, formando o edema (inchaço). Tais alterações teciduais causadas por estes mediadores inflamatórios sensibilizam receptores neuronais levando à dor e, em casos mais crônicos, à perda de 5
função do local inflamado. Deste modo, calor, rubor, inchaço, dor e perda de função, são os sinais clínicos da inflamação. Além de ser crucial no recrutamento e na amplificação dos mecanismos efetores da imunidade inata, a inflamação também é importante em outras funções, como remoção de células e tecidos lesados, inativação de toxinas e reparo tecidual. 3. Implicações clínicas na imunidade inata A importância da imunidade inata é constatada quando se observa o que certas alterações em seu funcionamento podem acarretar na defesa do organismo. Deficiências em seus componentes, evasão de seus mecanismos efetores por microrganismos e polimorfismos genéticos em seus receptores podem causar efeitos deletérios na imunidade do organismo. Por exemplo, indivíduo com baixo número de neutrófilos (neutropênico) é mais susceptível a infecções fúngicas e bacterianas do que indivíduo que apresente número normal destas células. Microrganismos que conseguem sobreviver no interior de fagócitos estabeleceram alguns mecanismos de evasão à fagocitose, como a lise da membrana do fagossomo, o impedimento da fusão deste com lisossomos e a alteração do ph do fagolisossomo, que inibe a atividade de enzimas microbicidas. Por outro lado, há doenças congênitas nas quais o indivíduo apresenta deficiências na funcionalidade da resposta imune inata (Tabela). Disfunções na amplitude da atividade de seus mecanismos efetores também levam efeitos negativos ao organismo. O choque séptico é um exemplo do que ocorre quando a resposta inflamatória é exagerada. Isso ocorre em consequência da alta produção de mediadores inflamatórios na corrente sanguínea pelas células que são ativadas ao reconhecerem microrganismos que se multiplicam no sangue. Como resultado, o excesso de mediadores produzidos leva à vasodilatação sistêmica o que diminui a pressão arterial, resultando em irrigação sanguínea insuficiente nos órgãos (choque). 6
DOENÇA DEFICIÊNCIA CONSEQUÊNCIA Granulomatose crônica Deficiência de adesão leucocitária tipo-1 Deficiência de adesão leucocitária tipo-2 Síndrome de Chédiak- Higashi Produção deficiente de ROS por fagócitos. Expressão reduzida ou ausência de integrinas. Expressão reduzida ou ausência de selectinas. Formação de fagolisossomos. Infecções recorrentes com bactérias intracelulares e fungos. Infecções recorrentes de bactérias e fungos. Infecções recorrentes de bactérias e fungos. Infecções recorrentes com bactérias piogênicas. Defeitos Toll-like Sinalização TLR Infecções microbianas recorrentes. Tabela: Doenças congênitas relacionadas à imunidade inata. Especificidade da imunidade inata e adaptativa 7
Maturação de fagócitos mononucleares Migração dos Leucócitos para os locais de infecção 8
Fagocitose e morte dos agentes infecciosos (Pós inflamação) 9
Enzimas presentes nos lisossomos: Proteases lisossomais Oxidase oxidadtiva Oxido Nitrico sintase Questões para fixação 1) Defina: PAMPs PRRs 2) Cite moléculas responsáveis pelo reconhecimento em Gram negativas Gram positivas Protozoários Fungos Virus 3) Quando os agentes infecciosos interagem com as células do Sistema Imune Inato? 4) Quais são os mecanismos efetores da resposta imune que controlam o processo infeccioso? 5) Quando ocorre um defeito no sistema toll-like, qual é a consequência mais provável pra o paciente 6) A Síndrome de Chédiak-Higashi gera infecções recorrentes. A que se deve este fato? 7) Qual é a função dos receptores de manose? 8) Como é a diversidade do codificadores em linha terminal? 9) O que é flagelina dentro do conceito de imunidade inata? 5. Referências: Abbas, A. K.; Lichtman, A. H. Imunologia Celular e Molecular, 6º ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2008. 10