Humorale Immunität

Die humorale Immunität ist der Teil der Immunität , der durch Makromoleküle – darunter sezernierte Antikörper , Komplementproteine ​​und bestimmte antimikrobielle Peptide – in extrazellulären Flüssigkeiten vermittelt wird. Sie wird so genannt, weil sie Substanzen der Körperflüssigkeiten ( Humors ) umfasst . Sie steht im Gegensatz zur zellulären Immunität . Die humorale Immunität wird auch als antikörpervermittelte Immunität bezeichnet .

Die Erforschung der molekularen und zellulären Komponenten des Immunsystems , einschließlich ihrer Funktion und Wechselwirkungen, ist die zentrale Wissenschaft der Immunologie . Das Immunsystem der Wirbeltiere wird in ein ursprünglicheres angeborenes Immunsystem und ein erworbenes oder adaptives Immunsystem unterteilt, die beide sowohl humorale als auch zelluläre Immunelemente enthalten.

Die humorale Immunität umfasst die Antikörperproduktion und die damit einhergehenden Prozesse, darunter die Aktivierung von Th2-Zellen und die Zytokinproduktion , die Keimzentrumbildung und den Isotypenwechsel sowie die Affinitätsreifung und die Bildung von Gedächtniszellen . Sie bezieht sich auch auf die Effektorfunktionen von Antikörpern, wie die Neutralisierung von Pathogenen und Toxinen , die Aktivierung des klassischen Komplementsystems und die Opsonin-vermittelte Förderung der Phagozytose und der Pathogenelimination. ^{[ 1 ]}

Das Konzept der humoralen Immunität entwickelte sich auf Grundlage der Analyse der antibakteriellen Aktivität von Serumkomponenten. Hans Büchner gilt als Begründer der humoralen Theorie. ^{[ 2 ]} 1890 beschrieb Büchner Alexine als „Schutzsubstanzen“, die im Blutserum und anderen Körperflüssigkeiten vorkommen und Mikroorganismen abtöten können . Alexine, später von Paul Ehrlich als „Komplemente“ neu definiert , erwiesen sich als lösliche Komponenten der angeborenen Immunantwort, die zu einer Kombination aus zellulärer und humoraler Immunität führt. Diese Entdeckung trug dazu bei, die Merkmale der angeborenen und erworbenen Immunität zu verknüpfen . ^{[ 2 ]}

Nach der Entdeckung der Diphtherie- und Tetanus- Erreger im Jahr 1888 wiesen Emil von Behring und Kitasato Shibasaburō nach , dass Krankheiten nicht zwangsläufig durch Mikroorganismen selbst verursacht werden müssen. Sie entdeckten, dass zellfreie Filtrate ausreichen, um eine Erkrankung auszulösen. 1890 wurden Diphtherie-Filtrate, später Diphtherietoxine genannt, zur Impfung von Tieren eingesetzt , um zu zeigen, dass immunisiertes Serum ein Antitoxin enthält , das die Wirkung des Toxins neutralisieren und Immunität auf nicht-immune Tiere übertragen kann. ^{[ 3 ]} 1897 wies Paul Ehrlich nach, dass sich Antikörper gegen die Pflanzengifte Rizin und Abrin bilden , und postulierte , dass diese Antikörper für die Immunität verantwortlich sind. ^{[ 2 ]} Ehrlich entwickelte zusammen mit seinem Kollegen von Behring das Diphtherie-Antitoxin , das den ersten großen Erfolg der modernen Immuntherapie darstellte . ^{[ 3 ]} Die Entdeckung spezifischer kompatibler Antikörper wurde zu einem wichtigen Instrument bei der Standardisierung der Immunität und der Identifizierung persistierender Infektionen . ^{[ 3 ]}

Antikörper oder Immunglobuline sind Glykoproteine, die im Blut und in der Lymphe vorkommen . Strukturell gesehen sind Antikörper große, Y-förmige, globuläre Proteine . Bei Säugetieren gibt es fünf Antikörpertypen: Immunglobulin A , Immunglobulin D , Immunglobulin E , Immunglobulin G und Immunglobulin M. Jede Immunglobulinklasse unterscheidet sich in ihren biologischen Eigenschaften und hat sich im Laufe der Evolution an die Abwehr verschiedener Antigene angepasst. ^{[ 5 ]} Antikörper werden von Plasmazellen synthetisiert und sezerniert, die von den B-Zellen des Immunsystems abstammen.

Antikörper werden vom erworbenen Immunsystem eingesetzt, um Fremdkörper wie Bakterien und Viren zu erkennen und zu neutralisieren. Jeder Antikörper erkennt ein spezifisches Antigen, das für sein Zielmolekül einzigartig ist. Durch die Bindung an ihre spezifischen Antigene können Antikörper die Agglutination und Präzipitation von Antikörper-Antigen-Komplexen bewirken, die Phagozytose durch Makrophagen und andere Zellen vorbereiten , Virusrezeptoren blockieren und andere Immunreaktionen, wie beispielsweise die Aktivierung des Komplementsystems , stimulieren .

Eine inkompatible Bluttransfusion löst eine Transfusionsreaktion aus , die durch die humorale Immunantwort vermittelt wird. Diese sogenannte akute hämolytische Reaktion führt zur raschen Zerstörung (Hämolyse) der Spender -Erythrozyten durch Antikörper des Empfängers. Ursache ist meist ein Behandlungsfehler, beispielsweise die Verabreichung der falschen Blutkonserve an den falschen Patienten. Symptome sind Fieber und Schüttelfrost, mitunter begleitet von Rückenschmerzen und rosa oder rotem Urin ( Hämoglobinurie ). Die schwerwiegendste Komplikation ist, dass das durch die Zerstörung der Erythrozyten freigesetzte Hämoglobin zu akutem Nierenversagen führen kann .

Bei der humoralen Immunantwort beginnen naive B-Zellen im Knochenmark mit ihrer Reifung und erwerben dabei B-Zell-Rezeptoren (BCRs) auf ihrer Zelloberfläche. ^{[ 6 ]} Diese BCRs sind membrangebundene Proteinkomplexe mit hoher Bindungsaffinität zu spezifischen Antigenen ; diese Spezifität ergibt sich aus der Aminosäuresequenz der schweren und leichten Polypeptidketten, die die variable Region des BCR bilden. ^{[ 7 ]} Sobald ein BCR mit einem Antigen interagiert, erzeugt er ein Bindungssignal, das die B-Zelle zur Produktion eines spezifischen Antikörpers veranlasst, der ausschließlich an dieses Antigen bindet. Die reifen B-Zellen wandern anschließend vom Knochenmark zu den Lymphknoten oder anderen Organen des lymphatischen Systems , wo sie mit Krankheitserregern in Kontakt kommen.

Wenn eine B-Zelle auf ein Antigen trifft, wird ein Signal aktiviert, das Antigen bindet an den Rezeptor und wird durch Endozytose in die B-Zelle aufgenommen . Dort wird es prozessiert und erneut auf der Oberfläche der B-Zelle durch MHC-Klasse-II -Proteine ​​(MHC-II-Proteine) präsentiert. Die MHC-II-Proteine ​​werden von T-Helferzellen (Th _- Zellen) erkannt, welche die Produktion von Proteinen anregen. Dies ermöglicht es den B-Zellen, sich zu vermehren, und ihren Nachkommen, sich zu antikörperproduzierenden Zellen zu differenzieren, die im Blut zirkulieren. ^{[ 8 ]} B-Zellen können durch bestimmte mikrobielle Erreger auch ohne die Hilfe von T-Zellen aktiviert werden und sind in der Lage, direkt mit Antigenen zu interagieren, um auf vorhandene Krankheitserreger zu reagieren. ^{[ 8 ]}

Die B-Zelle wartet auf die Bindung einer Th _- Zelle an den Komplex. Diese Bindung aktiviert die Th _- Zelle, die daraufhin Zytokine freisetzt. Diese regen die B-Zellen zur raschen Teilung an, wodurch Tausende identischer Klone entstehen. Diese Tochterzellen entwickeln sich entweder zu Plasmazellen oder zu Gedächtnis-B-Zellen . Die Gedächtnis-B-Zellen bleiben zunächst inaktiv; bei erneuter Infektion mit demselben Antigen teilen sie sich später und bilden Plasmazellen. Die Plasmazellen hingegen produzieren eine große Anzahl von Antikörpern, die frei in den Blutkreislauf abgegeben werden .

Diese Antikörper binden an Antigene. Dies stört entweder die chemische Wechselwirkung zwischen Wirts- und Fremdzellen oder bildet Brücken zwischen deren antigenen Stellen und beeinträchtigt so deren Funktion. Ihre Anwesenheit kann zudem Makrophagen oder Killerzellen anlocken, die sie angreifen und phagozytieren .

Das Komplementsystem ist eine biochemische Kaskade des angeborenen Immunsystems , die zur Beseitigung von Krankheitserregern aus einem Organismus beiträgt. Es besteht aus vielen kleinen Blutplasmaproteinen, die gemeinsam die Plasmamembran der Zielzelle zerstören und so deren Zelltod (Zytolyse) herbeiführen . Das Komplementsystem umfasst mehr als 35 lösliche und zellgebundene Proteine, von denen 12 direkt an den Komplementwegen beteiligt sind. ^{[ 1 ]} Das Komplementsystem spielt sowohl bei der angeborenen als auch bei der erworbenen Immunität eine Rolle.

Die Aktivierung dieses Systems führt zu Zytolyse, Chemotaxis , Opsonisierung , Immunelimination, Entzündung und der Markierung von Pathogenen zur Phagozytose. Die Proteine ​​machen 5 % der Globulinfraktion im Blutserum aus . Die meisten dieser Proteine ​​zirkulieren als Zymogene , die bis zur proteolytischen Spaltung inaktiv sind . ^{[ 1 ]}

Drei biochemische Wege aktivieren das Komplementsystem: der klassische Komplementweg , der alternative Komplementweg und der Mannose-bindende Lektinweg . ^{[ 9 ]} Diese Prozesse unterscheiden sich lediglich in der Aktivierung der C3-Konvertase , ^{[ 10 ]} die den ersten Schritt der Komplementaktivierung darstellt; die nachfolgenden Prozesse verlaufen letztendlich gleich.

Der klassische Weg wird durch die Exposition gegenüber frei im Komplementsystem befindlichen, an Antigene gebundenen Antikörpern initiiert. Dies führt zur enzymatischen Spaltung kleinerer Komplementuntereinheiten, die sich zur C3-Konvertase zusammenlagern.

Dies unterscheidet sich vom Mannose-bindenden Lektinweg, der durch bakterielle Kohlenhydratmotive wie Mannose auf der Bakterienoberfläche initiiert wird. Nach der Bindung erfolgen die gleiche Untereinheitenspaltung und -synthese wie im klassischen Weg. Der alternative Komplementweg weicht vollständig von den vorherigen Wegen ab, da er spontan in Gegenwart von hydrolysiertem C3 initiiert wird. Dieses rekrutiert dann weitere Untereinheiten, die zur Bildung der C3-Konvertase gespalten werden können. In allen drei Wegen werden nach der Synthese der C3-Konvertase Komplementkomponenten in Untereinheiten gespalten, die entweder einen Membranangriffskomplex (MAC) an der Bakterienzellwand bilden, um die Bakterien zu zerstören, oder als Zytokine und Chemokine wirken und die Immunantwort verstärken. ^{[ 11 ]}

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