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1 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ❖ Elaborado com base nos livros “Imunobiologia de Janeway – Kenneth Murphy”, “Imunologia celular e molecular – Abul K. Abbas” e “Immunology – Kuby” e nas aulas e slides do professor João Henrique Correa Kanan. 2 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 SUMÁRIO Aula.................................................................................................................................Página Imunodiagnóstico...................................................................................................................3 Hipersensibilidade.................................................................................................................22 Resposta imune às doenças infecciosas................................................................................37 Imunidade ativa e passiva.................................................................................................... 62 3 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 IMUNOLOGIA → IMUNODIAGNÓSTICO Os exames laboratoriais sempre foram uma importante ferramenta para a definição de um diagnóstico mais preciso da presença, ou não, de uma determinada doença no ser humano e em animais no geral. O anticorpo, devido a sua capacidade de ligar-se com grande especificidade ao antígeno e a sua fácil manipulação, tornou-se um instrumento importante, e hoje imprescindível, de diagnóstico laboratorial. Discutiremos a seguir, vários métodos baseados na interação antígeno-anticorpo, e que são utilizados tanto nos laboratórios de análises clínicas como nos de pesquisa. Alguns métodos são bastante simples e antigos, enquanto outros são de execução mais complexa e de desenvolvimento mais recente. Assim, o objetivo do estudo dos imunodiagnósticos é entender os fundamentos teóricos de diferentes métodos e técnicas baseados na interação antígeno-anticorpo usados em laboratórios de pesquisa e análises clínicas. Qual a importância dos imunoensaios na saúde humana? ➢ Definição da suspeita clínica ➢ Diferenciação de fases da doença ➢ Diagnóstico de doença congênita, autoimune, imunodeficiência ➢ Triagem sorológica em banco de sangue ➢ Seleção de doadores e receptores de órgãos para transplante ➢ Prognóstico da doença ➢ Critérios de cura ➢ Avaliação / monitoramento da terapêutica ➢ Diferenciação da imunidade naturalmente adquirida ou artificialmente induzida ➢ Estabelecimento da prevalência da doença (inquéritos epidemiológicos) ➢ Verificação de erradicação da doença ➢ Verificação de reintrodução de novos casos em áreas consolidadas » Definições relacionadas à ligação antígeno-anticorpo Antes de se discutir os diferentes métodos de imunodiagnóstico é importante estabelecer algumas definições relacionadas à ligação antígeno-anticorpo. ► As ligações estabelecidas entre anticorpo-antígeno são não- covalentes e, portanto, fracas e reversíveis. Elas são pontes de hidrogênio, ligações iônicas, interações hidrofóbicas e interações de van der Waals. ► O somatório destas ligações é que irá determinar a força da interação entre anticorpo-antígeno, ou seja, quanto maior o número de ligações, maior a força de interação entre os dois partícipes. ► A força da ligação entre um único local de combinação de um anticorpo e um epítopo de um antígeno é chamada de AFINIDADE do anticorpo. A afinidade comumente é representada por uma constante de dissociação (Kd), que indica como é fácil separar um complexo antígeno-anticorpo em seus constituintes. Um Kd menor indica uma interação de afinidade mais forte ou maior porque uma menor concentração de antígeno e de um anticorpo é necessária para a formação do complexo. Existe também a constante de associação (Ka). 4 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Uma outra medida importante, relacionada com a força de interação antígeno-anticorpo, é a avidez. A AVIDEZ leva em conta o somatório das afinidades de um anticorpo. Assim, uma molécula pentamérica como a IgM compensa a sua menor afinidade, se comparada com uma IgG, por ter um maior número de sítios de ligações. Assim, tanto maior será a avidez de uma imunoglobulina quanto maior o número de sítios de ligação que estiverem ligados aos antígenos. ► Uma das principais características da imunoglobulina é a sua alta especificidade por um epítopo. Contudo, não é incomum que um mesmo anticorpo venha a se ligar em antígenos diferentes. Isto pode ocorrer porque estes antígenos são moléculas equivalentes (homólogos), de espécies diferentes, e compartilham epítopos. Em outros casos estes antígenos são efetivamente distintos, contudo possuem epítopos sequenciais ou conformacionais semelhantes. Os epítopos não precisam, necessariamente, ser idênticos. Pequenas variações podem não impedir que o anticorpo se ligue, embora com menor afinidade. ► Em um teste imunodiagnóstico é importante observar dois fatores essenciais para a obtenção de um resultado correto: a sensibilidade e a especificidade do teste. Para definir os conceitos de sensibilidade e especificidade, serão utilizados como exemplos, testes com resultados dicotômicos, isto é, resultados expressos em duas categorias: positivos ou negativos. SENSIBILIDADE: É a capacidade que o teste diagnóstico apresenta de detectar os indivíduos verdadeiramente positivos, ou seja, de diagnosticar corretamente os doentes. A sensibilidade está ligada à concentração do antígeno/anticorpo a ser detectado e variabilidade imunogênica do organismo infeccioso. Existem dois tipos de sensibilidade, a analítica e a clínica: • Sensibilidade analítica: Mede o limiar de detecção de uma técnica, avaliada pela visualização direta ou indireta da reação antígeno-anticorpo. 5 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 • Sensibilidade clínica: Refere-se a porcentagem de pacientes doentes com teste positivo detectados em uma população sabidamente infectada. ESPECIFICIDADE: É a capacidade que o teste diagnóstico tem de detectar os verdadeiros negativos, isto é, de diagnosticar corretamente os indivíduos sadios (sem a doença). Em outras palavras, a especificidade refere-se ao número de indivíduos que efetivamente não têm a doença e que dão resultado negativo no teste. Reflete a habilidade de uma população de moléculas de anticorpos de reagir com somente um epítopo (ou seja, sem que ocorra reação cruzada – o que é difícil). Assim, a especificidade está ligada às possíveis reações cruzadas. • Especificidade clínica refere-se a porcentagem de indivíduos “normais” com teste negativo em população sabidamente não infectada. ► No contexto epidemiológico e clínico, a validade de um marcador sorológico diz respeito à extensão com que ele pode predizer a ocorrência da doença. Nessas circunstâncias, devemos estar preparados para responder à seguinte questão: dado que o teste apresentou resultado positivo (ou negativo), qual a probabilidade do indivíduo ser realmente doente (ou sadio)? Esse atributo do teste é conhecido como valor preditivo (VP), podendo ser positivo (VPP) ou negativo (VPN), e é determinado pela interação de três variáveis: a sensibilidade e a especificidade do teste e a prevalência da doença no grupo de estudo. VALOR PREDITIVO POSITIVO (VPP): É a proporção de doentes entre os classificados como positivos pelo teste. VALOR PREDITIVO NEGATIVO (VPN): É a proporção de sadios (sem a doença) entre os classificados como negativos ao teste. ► Testes imunodiagnósticos podem ser de dois tipos quanto ao resultado observado: qualitativo ou quantitativo. Ainda existem testes semi-quantitativos. Nos TESTES QUALITATIVOS, espera-se a observação de um resultado positivo ou negativo, o que depende da observação visual de uma reação. Alguns testes qualitativos podem ter uma NATUREZA SEMI-QUANTITATIVA baseada em diluição de reagentes. Comoexemplos temos reações de precipitação ou aglutinação. Nos TESTES QUANTITATIVOS, por outro lado, é possível medir um parâmetro determinado como concentração de anticorpos ou antígenos, número de células, intensidade de fluorescência. 6 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Em testes imunodiagnósticos também são importantes as questões de precisão e exatidão. PRECISÃO: Determina se existe concordância dos resultados obtidos quando um mesmo teste é feito várias vezes. EXATIDÃO: Determina a capacidade do teste em fornecer resultados muito próximos ao verdadeiro valor do que se está medindo. ► Um outro parâmetro importante do teste imunodiagnóstico é o chamado LIMIAR DE REATIVIDADE OU “CUT-OFF”. Este será o valor numérico acima do qual o resultado do teste será considerado positivo. Normalmente, por uma questão de segurança, é estabelecida uma zona de indeterminação ou duvidosa, que corresponde a um intervalo de valores em torno do valor do limiar de reatividade. Por exemplo: ± 10% do valor do cut-off. Quando o valor da amostra cair nesta zona de indeterminação não é possível estabelecer se o paciente é positivo ou negativo. Deve ser repetido o teste, de preferência com nova amostra. Observe na imagem abaixo que diferentes valores de cut-off podem determinar variação na sensibilidade e especificidade do teste. O cut-off determinado pela linha verde estabelece uma especificidade de 70% e sensibilidade de 78%. Estes valores passam a ser de 75% para ambos os parâmetros no da linha laranja. No caso da linha vermelha, a especificidade é de 82% e a sensibilidade de 70%. 7 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 » Métodos imunológicos ► Reações de precipitação: As reações de precipitação são baseadas na formação de imunocomplexos que, devido ao tamanho, sairão de solução e precipitarão. A precipitação poderá ser observada a olho nu. As reações de precipitação podem ser feitas em fase líquida, embora elas sejam mais frequentemente feitas em meio semi-sólido. Neste caso são denominadas de reações de imunodifusão. A formação do imunoprecipitado é dependente dos reagentes atingirem a zona de equivalência, que é a região do meio semi-sólido onde as concentrações de antígeno e anticorpo serão adequadas para a formação do imunocomplexo e consequente precipitado. Há vários tipos de técnicas de imunodifusão: a imunodifusão dupla (método de Ouchterlony), imunodifusão radial (método de Mancini) e imunoeletroforese. Destas, a imunodifusão radial pode também ser um método quantitativo. As outras são todas qualitativas. ▪ Imunodifusão dupla (método de Ouchterlony): Na imunodifusão dupla, tanto o antígeno quanto o anticorpo se difundem radialmente do centro de uma placa de Petri, um em direção ao outro, estabelecendo assim um gradiente de concentração. À medida que a equivalência é alcançada, forma- se uma linha visível de precipitação. Na reação de precipitação, várias quantidades de antígeno solúvel são adicionadas a uma quantidade fixa de soro contendo o anticorpo. Conforme a quantidade de antígeno aumenta, a quantidade de precipitado produzida também aumenta até um valor máximo, para depois diminuir. Quando pequenas quantidades de antígeno são adicionadas, os complexos antígeno-anticorpo são formados sob condições de excesso de anticorpo, de forma que cada molécula de antígeno está amplamente ligada por anticorpos e com ligação cruzada a outras moléculas de antígeno. Quando grandes quantidades de antígeno são adicionadas, formam-se apenas pequenos complexos antígeno-anticorpo, muitas vezes solúveis nessa zona de excesso de antígeno. Entre essas duas zonas, todo o antígeno e o anticorpo serão precipitados, gerando uma zona de equivalência. Na zona de equivalência, grandes mosaicos de antígeno e anticorpo são formados por ligação cruzada. 8 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ▪ Imunodifusão radial (método de Mancini): Na imunodifusão radial, uma amostra de antígeno é colocada no centro de uma placa de Petri e é deixada lá para difundir-se em ágar contendo uma diluição adequada de um anti-soro. À medida que o antígeno se difunde no ágar, a região de equivalência é estabelecida e um anel de precipitação se forma em torno do centro. A área do anel de precipitação é proporcional à concentração de antígeno (por isso essa reação é quantitativa). ▪ Imunoeletroforese: Na imunoeletroforese, os antígenos são separados por eletroforese e posteriormente submetidos a uma reação de precipitação. https://www.youtube.com/watch?v=zUGikX9ZB9U https://www.youtube.com/watch?v=zUGikX9ZB9U 9 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Reações de aglutinação: Nesta reação, a interação entre anticorpo e antígeno resulta em aglomerações visíveis chamadas aglutinação. Anticorpos que produzem tais reações são chamados de aglutininas. Os anticorpos que podem ser utilizados como aglutininas são, principalmente IgM e, também IgG. ▪ Aglutinação direta: No teste de aglutinação direta, o antígeno faz parte naturalmente da célula, e haverá aglutinação dessas células promovida por anticorpos contra esses antígenos. São exemplos usuais desses testes a identificação de antígenos eritrocitários na tipagem sanguínea utilizando anticorpos específicos. As células bacterianas também podem ser utilizadas como antígeno para a pesquisa de anticorpos em amostras de soro de pacientes, como por exemplo na leptospirose, brucelose e salmonelose. ➢ Exemplo: Na tipagem sanguínea, os antígenos visados são os da superfície das hemácias. A reação de aglutinação causada pelos anticorpos contra esses antígenos é chamada hemaglutinação. A hemaglutinação é utilizada para determinar o grupo sanguíneo ABO entre doadores e receptores de sangue. A aglutinação é induzida por anticorpos ou aglutininas chamadas anti-A ou anti-B que se ligam ao grupo sanguíneo A ou B, respectivamente. Esses antígenos de grupo sanguíneo estão arranjados em múltiplas cópias na superfície da hemácia, fazendo as células se aglutinarem quando sofrem reação cruzada com os anticorpos. ▪ Aglutinação indireta ou passiva: A reação de aglutinação indireta ou passiva é fundamentada pela fixação de um antígeno a uma célula ou partícula inerte, ou seja, que não causa interferência na ligação antígeno-anticorpo. Muitas vezes, a célula usada é a hemácia, pois sua superfície possui uma grande variedade de moléculas às quais diversos antígenos podem se fixar. Já as partículas utilizadas são geralmente de látex, poliestireno ou bentonita. ➢ Exemplo: Pode-se usar a reação de aglutinação indireta no diagnóstico de Doença de Chagas. Com essa reação, pretende-se verificar a presença de anticorpos contra o protozoário Trypanosoma cruzi no soro de um indivíduo com suspeita. Para realizar o teste, hemácias são revestidas com antígenos desse protozoário. Às hemácias é adicionado o soro do indivíduo em diluição adequada. Após um tempo de reação, a ocorrência de aglutinação indica que há anticorpos específicos para o protozoário no soro, indicando, então, que o indivíduo está infectado. Mas, se não houver, pode- se concluir que não existe infecção, pois não há anticorpos específicos no soro. A reação de aglutinação indireta é bastante usada também para detectar a presença de anticorpos contra os protozoários Treponema pallidum, Toxoplasma gondii, entre outros. 10 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 O teste é considerado positivo quando se verifica a formação de um reticulado, como se fosse um “tapete” cobrindo o fundo da cavidade da placa em “V”. Por outro lado, o teste será considerado negativo quando as hemácias sedimentam formando pequeno “botão” compacto. ▪ Inibição da reação de aglutinação: Alguns testes de gravidez são fundamentados na detecção do hCG, que é o hormônio Gonadotrofina Coriônica Humana. Esse hormônio é indicativo de gravidez e éencontrado na urina. Nesses testes, o hCG é detectado por meio da inibição da aglutinação. Para isso, anticorpos específicos contra o hCG são adicionados a uma amostra de urina que possa conter o hCG naturalmente (caso a mulher esteja grávida, por exemplo). São também adicionados a essa amostra partículas de látex revestidas com hCG. 11 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ➢ Em caso de gravidez, os antígenos hCG naturais presentes na urina competem com os antígenos adsorvidos às partículas de látex para se ligar aos anticorpos. Como a quantidade de hCG natural na urina é grande, os anticorpos se ligam a eles (e não com os antígenos do látex) e a aglutinação não ocorre e o resultado é positivo para a gravidez. ➢ Por outro lado, se não houver hCG na urina, os anticorpos se ligam ao hCG adsorvido às partículas de látex. Com isso, a aglutinação ocorre, pois os complexos imunes formados são maiores, e o resultado é negativo para a gravidez. https://youtu.be/pB4HJPtGZ0Q?t=780 ► Radioimunoensaio: Esse teste se fundamenta em princípio semelhante ao do teste ELISA, pois tem o objetivo de detectar e quantificar um antígeno ou um anticorpo por um marcador. Baseia-se na marcação do antígeno ou do anticorpo com algum isótopo radioativo. Neste método, antígeno ou anticorpo é fixado em um meio sólido, como o plástico, e o restante dos regentes adicionados sequencialmente de acordo com o protocolo da técnica. Finalmente, a leitura do resultado é feita em aparelho detector das desintegrações do isótopo radioativo utilizado. Primeiro são preparados tubos contendo anticorpos primários para os antígenos. A esses anticorpos são adicionadas quantidades fixas de antígenos marcados radioativamente, os quais vão se ligar especificamente a esses anticorpos, ocupando todos os sítios de ligação. Após a ligação dos anticorpos primários com os antígenos marcados, é adicionado a essa mistura uma amostra contendo antígenos não marcados de concentração desconhecida. Esses antígenos são idênticos aos antígenos radioativos com exceção da atividade radioativa que eles não possuem. Por isso, existe uma COMPETIÇÃO pelos sítios de ligação entre esses dois antígenos. Depois dessa separação são feitas medidas por meio de um equipamento e são criadas relações de intensidade de radiação na fração ligada. https://youtu.be/pB4HJPtGZ0Q?t=780 12 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ➢ Quanto maior a radiação na fração ligada, maior vai ser a concentração de antígenos marcados ligados aos anticorpos. O que indica, portanto, que a concentração de antígenos não marcados na amostra é pequena. ➢ Por outro lado, quanto menor a radiação da fração ligada, menor vai ser a concentração de antígenos marcados ligados aos anticorpos e, portanto, isso indica que houve competição e que a concentração de antígenos não marcados na amostra é grande. Esse teste pode ser útil, por exemplo, no diagnóstico da hepatite B. Neste caso, queremos analisar a presença do antígeno viral no soro do indivíduo. Para tanto, primeiramente adicionaremos na solução um antígeno marcado e, posteriormente, o soro do indivíduo (que potencialmente possui o antígeno viral). Esses antígenos então competirão pela ligação ao anticorpo. Aquele que estiver em maior concentração, ganhará. Caso no fim do processo, a radiação na fração ligada ao anticorpo seja maior, isso significará que o antígeno marcado ganhou a competição e, assim, naquele soro havia pequena concentração de antígeno viral. Pelo contrário, se a radiação na fração livre for maior, isso significará que o antígeno viral do soro do indivíduo ganhou a competição e, assim, naquele soro havia grande concentração de antígeno viral. É importante lembrar que, em testes baseados na competição, a ausência de sinal, no caso radioatividade, é indicativa de positividade (isso significará que todo o antígeno do soro do indivíduo se ligou ao anticorpo). O teste de radioimunoensaio, assim como o ELISA, é um teste no qual pode-se medir as concentrações de antígeno ou anticorpo. Por este motivo, cada kit diagnóstico utilizado, seja ele caseiro ou comercial, dará um resultado acurado somente quando as concentrações da substância a ser detectada estiver dentro de uma faixa de concentração. Isto significa que concentrações inferiores não serão detectadas, pois estarão abaixo da sensibilidade analítica, e em concentrações superiores, será difícil determinar com exatidão a concentração. Esta é a principal razão pela qual, frequentemente, em um teste imunodiagnóstico, faz-se diluições da amostra a ser testada. https://youtu.be/2vfjdV0Cesc?t=93 ► Ensaio de imunoadsorção ligado à enzima (ELISA): Este método é muito semelhante ao radioimunoensaio, com a diferença de que a leitura do resultado é baseada na mudança de cor do meio líquido, decorrente de uma atividade enzimática que é, normalmente, da peroxidase ou da fosfatase alcalina. Existem basicamente três tipos de ELISA: o indireto, o sanduíche e o de competição. Contudo, podem ocorrer variantes a partir destes formatos. ▪ ELISA indireto: No teste de ELISA indireto, utiliza-se uma placa como meio sólido para receber amostras de antígenos para os quais se deseja saber se há produção de anticorpos no soro. Após um tempo para incubação, a placa é lavada para eliminar os antígenos que não se ligaram a ela. Posteriormente, uma amostra de soro contendo anticorpos primários é colocada na placa e, depois da incubação, procede-se https://youtu.be/2vfjdV0Cesc?t=93 13 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 com a lavagem novamente para eliminar os anticorpos livres que não se ligaram aos antígenos fixados na placa. Então a placa recebe outra amostra de soro, agora contendo anticorpos secundários marcados específicos para os anticorpos primários. A marcação é feita com enzimas, que podem ser a fosfatase alcalina ou a peroxidase. Logo esta técnica é chamada de indireta porque um segundo anticorpo, marcado com uma enzima, anti o primeiro anticorpo é utilizado para a revelação do resultado. Quando o diagnóstico é com seres humanos este segundo anticorpo é anti-imunoglobulina humana total ou pode ser específico para uma classe específica de imunoglobulina. Este segundo anticorpo é denominado de conjugado, em função de estar ligado a ele a enzima. Em algumas situações, nas quais se marca o primeiro anticorpo, temos um ELISA direto. Por fim, o substrato da enzima é adicionado à placa e, conforme a enzima o converte no produto colorido, é possível detectar presença do anticorpo por meio de um aparelho chamado espectrofotômetro. Esse aparelho tem capacidade de absorbância de comprimentos de onda que se encontram no intervalo entre 340 e 650 nm e faz a leitura da intensidade da luz colorida que é emitida da reação. Os resultados obtidos permitem inferir sobre a concentração de anticorpos (e de anticorpos marcados) presentes na placa, pois a intensidade luminosa é diretamente proporcional a essa concentração. ▪ ELISA sanduíche/ELISA de captura: Inicialmente, uma quantidade conhecida de anticorpo é adicionada a um meio sólido ao qual deve se aderir. Após uma lavagem para retirar os anticorpos não ligados, adiciona-se uma amostra contendo antígenos em concentração desconhecida. Depois de um tempo de incubação, a placa é lavada novamente para eliminar os antígenos que não se ligaram aos anticorpos fixados no meio sólido. Em seguida, outra solução é adicionada à placa contendo agora anticorpos marcados e específicos para o antígeno. Ou seja, um antígeno, cuja concentração se deseja conhecer, liga-se a dois anticorpos diferentes e a ligação ocorre em epítopos diferentes do antígeno. Por isso, a analogia a um sanduíche. Assim como acontece no teste de ELISA indireto, a marcação do anticorpo é feita pela enzima fosfatase alcalina ou pela peroxidase, a qual, ao converterum substrato, produz uma substância que emite luz. Como o antígeno nesse teste atua como uma ponte entre os dois anticorpos, quanto mais antígenos estiverem presentes na solução, maior será a quantidade de anticorpos marcados que se ligam aos antígenos. Consequentemente, mais intensa é a luminosidade emitida pelo produto enzimático. 14 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 1. Um anticorpo primário (não marcado) é incubado com o antígeno da amostra. Serão então, formados complexos anticorpo-antígeno. O excesso de anticorpo ficará livre. 2. Esses complexos anticorpo-antígeno e o anticorpo livre são então adicionados a placas que são pré-revestidos com o mesmo antígeno. 3. Quanto mais antígeno houver na amostra, mais complexos anticorpo-antígeno serão formados e menos anticorpo ficará livre. Com menos anticorpos livres, menos anticorpos serão capazes de se ligar ao antígeno na placa (está aí, portanto a "competição"). Pelo contrário, se houver pouco antígeno na amostra, menos complexos anticorpo-antígeno serão formados e mais anticorpo ficará livre. Este anticorpo livre poderá se ligar ao antígeno na placa. 4. O anticorpo secundário (conjugado com uma enzima), que é específico para o anticorpo primário, é adicionado. 5. Um substrato é adicionado e as enzimas induzem um sinal de mudança de cor. 6. Assim, para o ELISA competitivo, quanto maior a concentração de antígeno da amostra, mais fraco será o sinal eventual. ▪ ELISA de competição: No ELISA de competição, o antígeno ou o anticorpo está impregnado à placa e o local de ligação tem a competição do antígeno ou anticorpo da amostra com um outro pipetado no kit. Na figura a seguir é mostrado um exemplo para detecção de antígeno. A presença do antígeno na amostra consome anticorpo específico. Assim, sobra menos anticorpo para se ligar ao antígeno adsorvido na placa. No ELISA de competição, a positividade do teste é inversamente proporcional a intensidade da cor, ao contrário do que havia sido visto nos outros tipos de ELISA. https://www.youtube.com/watch?v=UkUQEApRtVA e https://youtu.be/Svoipyl6IRc?t=1051 (competitivo) ► Imunocromatografia: A imunocromatografia é um dos tipos de testes rápidos hoje utilizados no imunodiagnóstico de várias doenças infecciosas. O teste baseia-se no fluxo da amostra a ser testada (soro, plasma, sangue) por uma membrana de nitrato de celulose. Ao longo do percurso, haverá, fixado em pontos determinados da https://www.youtube.com/watch?v=UkUQEApRtVA https://youtu.be/Svoipyl6IRc?t=1051 15 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 membrana, antígeno ou anticorpo específico com os quais a amostra reagirá se for positiva. Para a detecção do resultado, normalmente se utiliza antígenos ou imunocomplexos conjugados a ouro coloidal que possui uma coloração púrpura. 16 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 https://www.youtube.com/watch?v=V7qhATrHwHY& ► Imunoblot: O Western blotting é usado para identificar e determinar a quantidade relativa e o peso molecular de uma proteína dentro de uma mistura de proteínas ou outras moléculas. A mistura é primeiramente submetida à separação analítica, tipicamente por SDS-PAGE, de tal forma que as posições finais de diferentes proteínas no gel ocorrem em função de seus tamanhos moleculares. A matriz de proteínas separadas é, então, transferida do gel de separação de poliacrilamida para um suporte de membrana por eletroforese, de maneira que a membrana adquire uma réplica do padrão das macromoléculas separadas e presentes no gel. A posição do antígeno proteico na membrana pode, então, ser detectada com a ligação de um anticorpo não marcado específico para aquela proteína (o anticorpo primário) seguido por um anticorpo secundário marcado e que se liga ao anticorpo primário. Este procedimento fornece informações sobre o tamanho do antígeno e sua quantidade. Em geral, os marcadores dos anticorpos secundários são marcados com enzimas que geram sinais de quimioluminescência e deixam imagens em filme fotográfico. Fluoróforos de infravermelho também podem ser usados para marcar os anticorpos, e a luz produzida pela excitação do fluoróforo fornece uma quantificação do anticorpo mais apurada quando comparado com anticorpos secundários ligados à enzima. https://www.youtube.com/watch?v=V7qhATrHwHY& 17 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Muito utilizado na pesquisa, é uma das técnicas a serem utilizadas para confirmação de diagnóstico positivo para HIV. https://www.youtube.com/watch?v=46NnUeewmbM& ► Imunofluorescência: A imunofluorescência difere dos métodos anteriores pelo fato da detecção da reação antígeno-anticorpo ser baseada na observação de fluorescência. Nessa reação, um anticorpo ou um antígeno pode formar conjugados com um fluoróforo para detectar, respectivamente, um antígeno ou um anticorpo. Em geral, o fluoróforo forma conjugados com o anticorpo para detectar antígenos (como mostrado na imagem ao lado). A incidência de luz ultravioleta (UV) no conjugado anticorpo- fluoróforo, já ligado com o antígeno que se quer localizar, causa sua excitação, o que gera emissão de luz visível. A observação do resultado é feita com a utilização de um microscópio de epiflorescência equipado com um filtro adequado. O filtro deixará passar a luz ultravioleta dentro de uma faixa de comprimento de onda que excite o composto fluorescente a emitir luz em um comprimento de onda geralmente na faixa da luz visível. A imunofluorescência é uma técnica utilizada em testes confirmatórios de algumas doenças infecciosas, bem como importante teste para casos de Lupus pela identificação de anticorpos antinucleares. https://www.youtube.com/watch?v=lytLl3PeYio& https://www.youtube.com/watch?v=46NnUeewmbM& https://www.youtube.com/watch?v=lytLl3PeYio& 18 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Citometria de fluxo: Um outro método baseado na detecção por fluorescência é a citometria de fluxo. Por este método células marcadas com anticorpo fluorescente serão detectadas em um equipamento chamado de citômetro de fluxo. As células marcadas são passadas, por um fluxo contínuo, por placas detectoras que determinam tamanho e granulosidade das células. Um outro detector registra a intensidade de fluorescência emitida pela célula. Citômetros pode detectar vários comprimentos de onda diferentes, possibilitando a multimarcação das células para vários antígenos simultaneamente! De posse destes dados é possível determinar o número de células que possuem o antígeno procurado, além do nível de expressão do mesmo em cada célula. https://www.youtube.com/watch?v=Mitt61jn1TE Esquema de um citômetro de fluxo: Alguns aparelhos podem, adicionalmente, separar grupos de células a partir de parâmetros pré-estabelecidos pelo instrumentador. Na imagem ao lado, no canto inferior direito, pode ser visto um gráfico típico de citometria de fluxo, representando os resultados obtidos a partir de dupla marcação, ou seja, visualização de dois antígenos diferentes, simultaneamente, graças ao uso de dois compostos fluorescentes diferentes. https://www.youtube.com/watch?v=Mitt61jn1TE 19 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Imuno-histoquímica e Imunocitoquímica: A imuno-histoquímica e a imunocitoquímica são métodos colorimétricos de detecção de antígenos presentes em cortes histológicos ou em células isoladas fixados em lâminas de microscopia. A metodologia de preparação do material e estágios da reação é semelhante àquela da imunoflorescência, diferindo apenas na forma de revelação da reação antígeno-anticorpo que é feita a partir de uma reação enzimática. Neste caso o composto colorido deve ser insolúvel e precipitar no local da reação. Assim, a célula adquirirá a cor do composto indicando a presença do antígeno nela.Obs.: O professor pulou isso na aula! ► Imunomagnetismo: O imunomagnetismo é uma técnica bastante eficiente para a separação e purificação de células que expressem um determinado antígeno de superfície celular. Ela é baseada na utilização de anticorpos marcados com partículas metálicas magnetizadas. Uma vez feita a reação, as células recobertas com anticorpo podem ser imobilizadas com a utilização de um magneto e isoladas. O processo de purificação pode também ser feito por imobilização dos tipos celulares que não interessam. + Anticorpos monoclonais: A requintada especificidade dos anticorpos para antígenos particulares torna os anticorpos valiosos reagentes para a detecção, purificação e quantificação studar virtualmente qualquer tipo de molécula em solução ou nas células. O método para a produção de anticorpos monoclonais aumentou significativamente nossa habilidade em gerar anticorpodos antígenos. Pelo fato de os anticorpos poderem ser produzidos contra virtualmente qualquer tipo de macromoléculas e pequenas moléculas químicas, as técnicas baseadas em anticorpos podem ser usadas para es de quase qualquer especificidade desejada. Anticorpos monoclonais são uma coleção pura de moléculas de anticorpo idênticas e com a mesma especificidade. 20 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Um tumor de plasmócitos (mieloma ou plasmacitoma), assim como a maioria dos tumores de qualquer origem celular, é monoclonal e, dessa maneira, produz anticorpos de uma única especificidade. Na maioria dos casos, a especificidade do anticorpo derivado do tumor não é conhecida, de maneira que o anticorpo do mieloma não pode ser usado para detectar ou ligar moléculas de interesse. Entretanto, a descoberta de anticorpos monoclonais produzidos por esses tumores levou à ideia de que seria possível produzir anticorpos monoclonais similares de qualquer especificidade desejada, pela imortalização de células secretoras de anticorpo individuais de um animal imunizado com um antígeno conhecido. Uma técnica para realizar isso foi descrita por Georges Kohler e Cesar Milstein, em 1975, e se provou um dos avanços mais valiosos em toda a pesquisa científica e medicina clínica. O método se baseia na fusão das células B de um animal imunizado (tipicamente um camundongo) com uma linhagem celular imortalizada de mieloma, seguido pelo crescimento dessas células sob condições nas quais as células normais e as células tumorais que não se fundiram não possam sobreviver. As células fundidas resultantes que crescem são chamadas hibridomas, porque são híbridas de células B normais e de um mieloma. Cada hibridoma produz somente uma Ig, derivada de uma célula B do animal imunizado. Os anticorpos secretados por vários clones de hibridomas são triados para ligação a um antígeno de interesse e o clone com a especificidade desejada é selecionado e expandido. Os produtos desses clones individuais são anticorpos monoclonais e cada anticorpo é específico para um único epítopo no antígeno usado para imunizar o animal. Como dito, o diagnóstico de muitas doenças se baseia na detecção de antígenos ou anticorpos particulares no sangue, urina ou tecidos, pelo uso de anticorpos monoclonais em imunoensaios. 21 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Hoje há novas alternativas envolvendo a produção de anticorpos monoclonais, entre elas a sua humanização quando produzidos a partir de hibridomas de diferentes espécies de mamíferos. A maioria dos anticorpos monoclonais ainda são produzidos em camundongos. Por fim, as técnicas de biologia molecular permitem a produção de outras estruturas similares a anticorpos, mas não produzidas a partir de plasmócitos ou hibridomas. 22 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 IMUNOLOGIA → HIPERSENSIBILIDADE As reações de hipersensibilidade dizem respeito a respostas imunes humorais ou celulares, muitas vezes desproporcionais em relação ao antígeno que as induziu. Por motivos muito mais didáticos do que funcionais, são divididas em quatro tipos, sendo as hipersensibilidades dos tipos 1 a 3 ligadas a resposta humoral (mediadas por anticorpos), enquanto a do tipo 4 é estritamente celular (mediada por linfócitos T). As hipersensibilidades do tipo 1 a 3 são normalmente de manifestação clínica rápida, sendo que a de tipo 1 é a mais rápida de todas. No entanto, em alguns casos, se observa sintomas dias depois da estimulação antigênica. Já a hipersensibilidade do tipo 4, por ser celular, é mais demorada (24 a 72 horas após o contato com o antígeno) e, por este motivo, é chamada de hipersensibilidade tardia. As tabelas a seguir representam um resumo das quatro reações de hipersensibilidade que estudaremos nesse bloco. 23 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Há vários tipos de alérgenos capazes de estimular reações de hipersensibilidade do tipo 1. Ao lado alguns exemplos de antígenos que comumente estão associados a manifestações alérgicas. » Reações de hipersensibilidade tipo 1 ou Atopias As reações de hipersensibilidade do tipo 1, também chamadas de atopias, são respostas humorais dependentes de IgE. Inicialmente, o indivíduo é sensibilizado pelo alérgeno em um primeiro contato, vindo a secretar IgM. A partir de um segundo contato (ou cronicidade da presença do alérgeno ou ainda a presença de reações cruzadas já no primeiro contato), acompanhado de uma resposta Th2, é possível haver secreção de IgE específica para o alérgeno. Esta IgE, através de sua região constante, se liga a receptores FcεR de alta afinidade presentes em mastócitos e basófilos. Então, ligações cruzadas destas IgEs com o alérgeno estimulam a desgranulação do mastócito/basófilo liberando uma série de substâncias pró-inflamatórias, como a histamina, prostaglandinas e leucotrienos, que induzirão o processo inflamatório local ou sistêmico, dependendo do caso. Adicionalmente, são secretadas pelo mastócito/basófilo as citocinas IL-4, IL-5, ECF (fator quimiotáxico de eosinófilos), NCF (fator quimiotáxico de neutrófilos), PAF (fator ativador de plaquetas), entre outros. Estas substâncias ajudarão a manter o perfil de citocinas do tipo Th2, bem como atrairão para o local eosinófilos e neutrófilos na fase tardia da resposta alérgica. 24 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Os alérgenos típicos incluem proteínas no pólen, ácaros domésticos, pelos de animais, alimentos e produtos químicos como o antibiótico penicilina. É provável que as células dendríticas nos epitélios através dos quais os alérgenos penetram, capturem os antígenos, os transportem para os linfonodos de drenagem, os processe e apresente os peptídeos para as células T CD4+ imaturas. As células T diferenciam- se em seguida em células Th2 ou em células T foliculares auxiliares (Tfh) que secretam citocinas Th2. Os principais fatores que estimulam o desenvolvimento do subconjunto Th2 são as citocinas, em particular a IL-4, que pode ser produzida por vários tipos de células. Os sinais da diferenciação de células Tfh produtoras de IL-4 são semelhantes aos sinais da diferenciação de Th2. As células Th2 diferenciadas migram para locais teciduais de exposição aos alérgenos, onde elas contribuem para a fase efetora inflamatória das reações alérgicas. As células Tfh, é claro, permanecem nos órgãos linfoides, onde auxiliam as células B. → As células Th2 secretam citocinas, incluindo IL-4, IL-5, e IL-13, que trabalham em combinação com mastócitos e eosinófilos para promover respostas inflamatórias a alérgenos nos tecidos. → As células B específicas para os alérgenos são ativados pelas células Tfh nos órgãos linfoides. Em resposta ao ligante de CD40 e às citocinas, principalmente IL-4 e possivelmente IL-13, produzidos por estas células T auxiliares, ascélulas B são submetidas a mudança da cadeia pesada do isotipo e produzem IgE. A IgE alérgeno-específica entra na circulação e se liga a receptores Fc nos mastócitos do tecido, de modo que estas células são sensibilizadas e preparadas para reagir a um encontro subsequente com o alérgeno. Os basófilos circulantes também são capazes de se ligar à IgE. Os mastócitos e basófilos expressam um receptor de Fc de alta afinidade específico para as cadeias pesadas ε, denominado de FcεRI, que se liga à IgE. Assim, os mastócitos são ativados pela ligação cruzada de moléculas do FcεRI, que ocorre por meio da ligação de antígenos multivalentes para as moléculas de IgE que estão ligadas aos receptores Fc. Em um indivíduo alérgico a um antígeno particular, uma grande parte da IgE ligada ao FcεRI na superfície dos mastócitos é específica para este antígeno. A exposição ao antígeno irá cruzar moléculas de IgE suficientes para desencadear a ativação dos mastócitos. Em contrapartida, nos indivíduos não atópicos, as moléculas de IgE ligadas a mastócitos são específicas para muitos antígenos diferentes, os quais podem ter induzido baixos níveis da produção de IgE. Portanto, nenhum antígeno sozinho vai levar à reação cruzada de um número suficiente de moléculas de IgE para causar a ativação dos mastócitos. A ativação dos mastócitos resulta em três tipos de resposta biológica: a secreção do conteúdo dos grânulos pré-formados por exocitose (degranulação), a síntese e secreção dos mediadores lipídicos, e a síntese e secreção de citocinas. Essas células e mediadores são responsáveis pelas alterações vasculares imediatas e respostas inflamatórias tardias que ocorrem nas reações alérgicas. As moléculas liberadas por mastócitos, basófilos e eosinófilos são responsáveis pelas manifestações clínicas da hipersensibilidade do tipo I. Esses mediadores inflamatórios atuam nos tecidos locais e também nas populações de células efetoras secundárias, incluindo outros eosinófilos, neutrófilos, linfócitos T, monócitos e plaquetas. Quando gerados em resposta à infecção parasitária, esses mediadores iniciam processos de defesa benéficos, incluindo vasodilatação e aumento da permeabilidade vascular, o que gera um influxo de plasma e células inflamatórias para atacar o patógeno. Ou seja, eles causam danos diretos ao parasita. Por outro 25 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 lado, a liberação do mediador induzida por alérgenos resulta em aumentos desnecessários na permeabilidade vascular e inflamação que levam a danos nos tecidos do hospedeiro, com pouco benefício. → Fase imediata e fase tardia Como já comentado, uma resposta atópica é dividida em duas fases: fase imediata e fase tardia. A fase imediata, que ocorre nos primeiros 30 minutos da reação, é caracterizada por um processo inflamatório agudo, algumas vezes intenso, decorrente da liberação de mediadores inflamatórios como histamina, prostaglandinas, leucotrienos e proteínas de fase aguda, também chamados de anafilotoxinas. Assim, essas moléculas, liberadas pelos mastócitos e basófilos, estimulam diferentes efeitos que são vistos durante a alergia, tais como contração de musculatura lisa, vasodilatação, aumento da secreção por glândulas de muco, agregação plaquetária e eosinofilia. Por este motivo, em algumas situações a resposta alérgica é intensa e causadora de dano tecidual. Um exemplo disto é o choque anafilático. A fase tardia ocorre algumas horas depois da imediata e é caracterizada pela presença de neutrófilos e eosinófilos no local onde se iniciou a reação alérgica. Estas células terão uma ação citotóxica, levando à morte de células sadias no local. A fase tardia é dependente da secreção de uma série de citocinas como IL-4, IL-5 e TNF-α, por parte do mastócito/basófilo, durante a fase imediata e que se prolonga até a fase tardia. 26 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 e neutrófilo 27 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 → Desgranulação dos mastócitos & tratamento: Perceba que há uma série de sinalizações extra e intracelulares indispensáveis para que ocorra a desgranulação do mastócito ou basófilo. Inicialmente, nada ocorrerá se a ligação entre anticorpo e antígeno não for do tipo ligação cruzada (crosslinking), ou seja, pelo menos 2 anticorpos de superfície devem se ligar simultaneamente a uma única unidade antigênica. Além disso, para que ocorra a desgranulação do mastócito/basófilo, é necessário que, após o estímulo antigênico, haja uma entrada de Ca+2 e aumento momentâneo de AMPc na célula, como mostra o gráfico a seguir. Algumas terapias antialérgicas intervêm nestes dois processos. 28 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Em várias situações o uso de anti-histamínicos não é a terapia indicada na hipersensibilidade do tipo 1. Os tratamentos envolvem o uso de medicamentos que interferem com a desgranulação dos mastócitos ou basófilos bem como na contração dos brônquios. Podem ser usadas, profilaticamente, substâncias como o cromoglicato dissódico (quelante de íons de cálcio) ou corticoides que inibem a produção de citocinas e mantém níveis de AMP cíclico altos após a estimulação do mastócito ou basófilo. Adicionalmente, podem ser utilizados antagonistas de leucotrienos, agonistas β-adrenérgicos e anticorpo monoclonal humanizado anti-IgE. Por fim, em situações de choque anafilático a droga de uso é a epinefrina (adrenalina) em função de seu efeito vasopressor e broncodilatador. Em uma abordagem, chamada dessensibilização ou “vacinas para alergia”, pequenas quantidades de antígeno são repetidamente administradas por via subcutânea. Uma variação dessa abordagem consiste em administrar o antígeno por via sublingual. Como resultado desse tratamento, os níveis de IgE específica caem e os títulos de IgG costumam subir, talvez inibindo ainda mais a produção de IgE via neutralização do antígeno e por feedback de anticorpo. É possível que a dessensibilização possa atuar induzindo tolerância à célula T específica ou modificando o fenótipo predominante das células T antígeno-específicas, de Th2 para Th1. Além disso, a exposição repetida a baixas doses de alérgeno pode induzir um aumento nas células T reguladoras (Treg) que produzem as citocinas imunossupressoras TGF-β e/ou IL- 10. Entretanto, não há evidência clara que sustente qualquer uma dessas hipóteses. Os efeitos benéficos da dessensibilização podem ocorrer em questão de horas, muito antes do que as alterações nos níveis de IgE. Este é um quelante de íons de cálcio, que impede a entrada de cálcio na célula (impedindo, assim, a desgranulação). 29 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 → Suscetibilidade genética para doenças alérgicas: Há uma forte relação hereditária na predisposição a desenvolver uma reação de hipersensibilidade do tipo 1. Filhos de pais alérgicos têm mais chances de serem alérgicos do que filhos de pais não alérgicos. CURIOSIDADE: Em torno de 10 a 20% da população desenvolve alguma reação alérgica imediata com características típicas de hipersensibilidade do tipo 1. Contudo, estima-se que 20 a 30% deste tipo de manifestação não é estimulado por antígeno, mas situações como extremos de temperatura ou exercício e não é dependente de produção de IgE nem envolve linfócitos Th2. → Hipótese da higienização: Vários estudos feitos na década de 1980 na Europa sugeriram que a chance de um indivíduo desenvolver atopia estava relacionada com o tamanho da família (número de filhos) e a ordem de nascimento do filho. A chance de ser atópico diminuía quanto maior fosse a família e quanto mais moço fosse o irmão. Estes estudos foram a base do desenvolvimento de uma hipótese que explicasse o aumento relativo de pessoas alérgicas em épocas mais recentes. Esta hipótese denominou-se “hipótese da higienização”.A hipótese da higienização sugere, em linhas gerais, que os cuidados crescentes dos pais com os seus filhos, sob o ponto de vista da higiene, levaram a uma diminuição significativa da exposição destas crianças aos microrganismos infecciosos (bactérias e vírus) presentes no meio ambiente. Assim, estas crianças deixariam de desenvolver, mais frequentemente, respostas Th1 em órgãos linfoides, aumentando as chances de que, ao serem expostos aos alérgenos, viessem a desenvolver uma resposta Th2 propícia para a manifestação alérgica atópica. Adicionalmente, os idealizadores desta hipótese também sugeriram que, em países sub e em desenvolvimento, as altas prevalências de infecções parasitárias seriam bloqueadoras de respostas alérgicas, pois anticorpos do tipo IgE anti-parasito competiriam com os anticorpos anti-alérgeno, pelos receptores Fcε do mastócito/basófilo, dificultando a possibilidade de ligações cruzadas antígeno-anticorpo indispensáveis para a desgranulação da célula. A hipótese da higienização foi bem aceita pela comunidade científica durante a década de 1990; contudo, os vários estudos na área têm sido inconclusivos e trabalhos recentes têm colocado em dúvida a sua validade. 30 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 → Exemplos de alergias: → Diagnóstico: O diagnóstico em seres humanos é normalmente feito a partir da introdução do alérgeno por teste percutâneo (puntura) ou intracutâneo (injeção intradérmica). O aparecimento de pápula e eritema são indicativos de sensibilidade alérgica ao antígeno testado (ver imagens a seguir). Uma vez determinada a sensibilidade alérgica pode-se prosseguir com um tratamento de dessensibilização ao alérgeno quando este for existente. » Reações de hipersensibilidade tipo 2 As reações de hipersensibilidade do tipo 2 são respostas humorais dependentes de anticorpos de classes diferentes do IgE, especialmente IgM e IgG, contra antígenos de superfície celular. O anticorpo ligado a um antígeno da superfície celular pode induzir a morte da célula ligada ao anticorpo por três mecanismos distintos. Primeiro, certas subclasses de imunoglobulina podem ativar o sistema de complemento, criando poros na membrana de uma célula estranha. Além disso, o sistema complemento ou 31 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 o próprio anticorpo ligado a uma célula estranha também pode servir como opsonina, permitindo que as células fagocíticas com receptores Fc ou C3b se liguem e fagocitem a célula revestida por sistema complemento/anticorpo. Ademais, os anticorpos podem mediar a destruição celular por citotoxicidade, na qual células citotóxicas portadoras de receptores Fc se ligam à região Fc de anticorpos nas células alvo e promovem a morte das células. Por fim, em alguns casos, anticorpos direcionados contra receptores da superfície celular comprometem ou desregulam a função sem causar dano celular ou inflamação. Por exemplo, na miastenia grave, anticorpos reagem com receptores de acetilcolina nas placas motoras terminais dos músculos esqueléticos, bloqueiam a transmissão neuromuscular e, como consequência, causam fraqueza muscular. O oposto (i.e., estimulação da função celular mediada por anticorpos) é a base da doença de Graves. Nessa doença, anticorpos contra o receptor do hormônio tireoestimulante nas células epiteliais da tireoide estimulam as células, resultando em hipertireoidismo. Como em qualquer reação de hipersensibilidade é necessário haver uma pré-sensibilização ao antígeno, mas a reação de hipersensibilidade tipo 2 pode ocorrer a partir do primeiro contato (visto que no primeiro contato já ocorre produção de IgM após alguns dias). No entanto, é mais comum que ocorra a partir do segundo contato. Um exemplo de reação de hipersensibilidade do tipo 2 é a hemólise que ocorre após transfusão com grupo ABO sanguíneo incompatível entre doador e receptor. 32 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Outro exemplo clássico é a eritroblastose fetal. Nesse quadro, mães Rh negativas gestando um feto Rh positivo podem ser sensibilizadas por hemácias fetais que entram na circulação materna, geralmente durante o parto. Assim, anticorpos IgG de alta afinidade específicos para Rh são gerados em mães Rh negativas. As gestações subsequentes nas quais o feto é Rh positivo estão em risco, pois os anticorpos IgG anti-Rh maternos podem atravessar a placenta e mediar a destruição das hemácias fetais. Isso causa a eritroblastose fetal (doença hemolítica do recém-nascido) e pode ser letal para o feto. Essa doença pode ser prevenida pela administração de anticorpos anti-RhD para a mãe dentro de 72 horas após o nascimento do primeiro bebê Rh positivo. O tratamento previne que as hemácias Rh positivas do bebê que entraram na circulação materna induzam a produção de anticorpos anti-Rh na mãe. Outros exemplos: » Reações de hipersensibilidade tipo 3 As reações de hipersensibilidade do tipo 3 são respostas humorais dependentes de qualquer classe de anticorpo contra antígenos livres. A reação antígeno-anticorpo leva a formação de imunocomplexos 33 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 (complexos antígeno-anticorpo) que, eventualmente, podem precipitar, levando a reações de citotoxicidade ou ativação do sistema complemento no local. Exemplos de reações de hipersensibilidade do tipo 3 são a doença do soro, lúpus eritematoso sistêmico, artrite reumatoide e reações contra anticorpos monoclonais em tratamentos contra o câncer. Na figura a lado, em uma reação de hipersensibilidade do tipo 3, a presença de um antígeno na derme levou à formação de um imunocomplexo que ativa o sistema complemento e que, por sua vez, (1) estimula mastócitos a desgranularem, (2) atrai neutrófilos por quimiotaxia e (3) estimula a citotoxicidade de neutrófilos. Neste caso, isso originará dermatite. A reação de Arthus (mostrada na imagem acima) é tipicamente uma hipersensibilidade do tipo 3. Nela ocorre uma inflamação intensa entre 4 a 10 horas após o contato com o antígeno em locais como a derme, causando eritema e edema, ou o pulmão, onde se observa pneumonite ou alveolite pulmonar. Muito do nosso conhecimento atual sobre doenças causadas por imunocomplexo está baseado em análises de modelos experimentais da doença do soro. Na doença do soro, quando um indivíduo recebe soro heterólogo (de outra espécie) para tratamento ou prevenção de uma doença (p. ex., após picada por uma serpente, homem recebe soro antiofídico que foi produzido em equinos), pode apresentar, 1 semana depois, febre, dores articulares, urticária e proteinúria; tais manifestações desaparecem em geral em poucos dias, e o paciente se recupera. Os mecanismos patogenéticos da doença do soro envolvem a formação de imunocomplexos entre a imunoglobulina heteróloga e anticorpos IgM e IgG formados contra essa imunoglobulina; como a quantidade de soro injetada é grande, a proteína heteróloga ainda está em altos níveis na circulação quando os primeiros anticorpos aparecem, o que favorece a formação de imunocomplexos com excesso de 34 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 antígeno, portanto pequenos e solúveis. Os imunocomplexos circulam, atravessam a parede de vasos, depositam-se nos espaços perivasculares e ativam o complemento, produzindo reação inflamatória com características semelhantes às descritas para o fenômeno de Arthus. Outros exemplos: » Reações de hipersensibilidade tipo 4 ou Tardia Diferente das outras reações de hipersensibilidade, a do tipo 4 não é mediada por anticorpo, mas sim por células. Neste tipo de hipersensibilidade, células apresentadoras de antígenos estimulam a ativação de linfócitos Th1, secretores de IL-2 e de interferon-γ. A IL-2 estimulam a diferenciação das células T CD8+ em células T citotóxicas, que também estão envolvidas na hipersensibilidadedo tipo 4. O interferon- γ, por sua vez, ativará macrófagos que terão uma ação citotóxica no local onde se encontra o antígeno. A reação é chamada tardia porque se desenvolve tipicamente 48 horas após o encontro com o antígeno, em contraste com as reações de hipersensibilidade imediata (alérgicas), que se desenvolvem em minutos. São exemplos a dermatite de contato não-alérgica e infecções por microrganismos intracelulares como o Mycobacterium tuberculosis. Muitas reações de dermatite de contato, incluindo as respostas ao formaldeído, trinitrofenol, níquel, aguarrás (um tipo de substância presente nas tintas) e agentes ativos em vários cosméticos, corantes capilares e plantas venenosas, são mediadas por células Th1. A maioria dessas substâncias são pequenas moléculas que podem se complexar com as proteínas da pele. 35 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Este complexo é internalizado por células apresentadoras de antígenos na pele (por exemplo, células de Langerhans), depois processado e apresentado juntamente com moléculas de MHC de classe II, causando a ativação de células Th1 sensibilizadas. Na reação ao “poison oak”, por exemplo, um composto das folhas da planta forma um complexo com proteínas da pele. Quando as células T reagem com este composto adequadamente exibido pelas células apresentadoras de antígenos locais, elas se diferenciam em células Th1 sensibilizadas. Uma exposição subsequente ao pentadecacatecol provocará a ativação das células Th1 e induzirá a produção de citocinas. Aproximadamente 48 a 72 h após a segunda exposição, as citocinas secretadas fazem com que os macrófagos se acumulem no local. A ativação desses macrófagos e a liberação de enzimas líticas resultam em vermelhidão e pústulas que caracterizam uma reação ao “poison oak”. Ainda na reação de hipersensibilidade do tipo 4, a atividade fagocítica aumentada e o acúmulo de enzimas líticas de macrófagos na área de infecção levam à destruição inespecífica das células e, portanto, de quaisquer patógenos intracelulares, como as Mycobacterium tuberculosis, que causam a tuberculose. Geralmente, qualquer patógeno apresentado é eliminado rapidamente com pouco dano tecidual. No entanto, em alguns casos, e especialmente se o antígeno não for facilmente eliminado, pode-se desenvolver uma resposta prolongada, que se torna destrutiva para o hospedeiro, causando uma reação granulomatosa visível. Os granulomas se desenvolvem quando a ativação contínua de macrófagos os induz a aderirem um ao outro. Sob essas condições, os macrófagos assumem uma forma epitelioide e às vezes se fundem para formar gigantócitos multinucleados. Essas células gigantes deslocam as células normais do tecido, formando nódulos palpáveis e liberando altas concentrações de enzimas líticas, que destroem o tecido circundante. A resposta granulomatosa pode danificar os vasos sanguíneos e levar a extensa necrose tecidual. A resposta ao Mycobacterium tuberculosis ilustra a natureza de dois gumes da hipersensibilidade do tipo 4. A imunidade a essa bactéria intracelular envolve uma resposta de hipersensibilidade na qual macrófagos ativados isolam o organismo no pulmão e o contêm dentro de uma lesão do tipo granuloma denominada tubérculo. Muitas vezes, no entanto, a liberação de enzimas líticas concentradas dos 36 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 macrófagos ativados nos tubérculos danifica o próprio tecido pulmonar que a resposta imune visa preservar. A presença de uma reação de hipersensibilidade tipo 4 pode ser verificada experimentalmente, injetando antígeno intradérmico em um indivíduo e observando se uma lesão cutânea característica se desenvolve no local da injeção. Uma reação positiva no teste cutâneo indica que o indivíduo tem uma população de células Th1 sensibilizadas específicas para o antígeno do teste. Por exemplo, para determinar se um indivíduo foi exposto a M. tuberculosis, o PPD, uma proteína derivada da parede celular desta micobactéria, é injetada por via intradérmica. O desenvolvimento de uma lesão firme vermelha, levemente inchada e no local entre 48 e 72 h depois indica exposição anterior. A lesão cutânea resulta de intensa infiltração de células no local da injeção durante uma reação de hipersensibilidade tipo 4; 80% a 90% dessas células são macrófagos. Observe, no entanto, que um teste positivo não permite concluir se a exposição foi a uma forma patogênica de M. tuberculosis ou a uma forma de vacina recebida por imunização, que é compulsória no Brasil, por exemplo (BCG). Outros exemplos: 37 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 IMUNOLOGIA → RESPOSTA IMUNE ÀS DOENÇAS INFECCIOSAS As doenças infecciosas se constituem em importante fator de mortalidade para o ser humano. O gráfico abaixo mostra o número de mortes anual, no mundo, pelas principais doenças infecciosas. Perceba que tais mortes ocorrem mais em países subdesenvolvidos do que em países desenvolvidos e que as infecções respiratórias estão em primeiro lugar, como as que mais causam mortes. As doenças infecciosas são importantes causadoras de perda de anos de vida. O conceito de “anos de vida perdidos (Years of Life Lost - YLL)” leva em consideração a idade em que as mortes ocorrem, atribuindo maior peso às mortes em idades mais jovens e menor peso às mortes em idades mais avançadas. Todavia, é preciso notar – de acordo com a gráfico da próxima página – que de 2000 a 2012, houve uma redução do YLL para a maioria das doenças infecciosas, demonstrando uma melhora do ponto de vista de saúde pública. Os primeiros anos de vida de um indivíduo são muito importantes, pois são nestes que ocorre maior mortalidade por doenças infecciosas! 38 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 As superfícies corporais são protegidas por epitélios, que impõem uma barreira física entre o meio interno e o mundo externo, que contém patógenos. Esses epitélios incluem a pele e os revestimentos das estruturas tubulares do corpo: tratos gastrintestinal, respiratório e geniturinário. As células epiteliais são unidas por junções ocludentes, que formam um bloqueio efetivo contra o ambiente externo. Além do bloqueio mecânico, a superfície epitelial proporciona barreiras químicas e microbiológica contra a infecção. As infecções ocorrem apenas quando um patógeno coloniza ou atravessa essas barreiras. # Retomando conceitos de imunologia básica: Uma das principais funções do sistema imune de mamíferos é identificar a presença de organismos estranhos indesejáveis e eliminá-los. Normalmente, as barreiras naturais físicas e fisiológicas e o sistema imune inato são suficientes para impedir a entrada ou proliferação destes organismos. Eventualmente, no entanto, se faz necessário ativar o sistema imune adquirido que proporciona uma resposta celular e humoral de melhor qualidade, além da memória imunológica. Quando o patógeno passa através dessas barreiras, inicia-se a reposta imune inata. O sistema imune inato usa vários tipos de receptores celulares, presentes em diferentes localizações nas células, e moléculas solúveis no sangue e secreções mucosas para reconhecer PAMPs (padrões moleculares associados aos patógenos) e DAMPs (padrões moleculares associados ao dano). Esses receptores celulares para patógenos e moléculas associadas a dano frequentemente são chamados de receptores de reconhecimento de padrões (PRRs). Esses receptores associados à célula, do sistema imune inato, são expressos por fagócitos (primariamente macrófagos e neutrófilos), células dendríticas, células epiteliais (através das quais os microrganismos entram a partir do ambiente externo) e muitos outros tipos de células que ocupam tecidos e órgãos. Eles são expressos na superfície, em endossomos e no citosol de vários tipos celulares, todos sendo localizações onde os microrganismos podemestar presentes. Os mais específicos desses receptores pertencem à família dos receptores Toll-like (TLRs). 39 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Em função de a maioria dos microrganismos entrarem no organismo através da mucosa do intestino ou do trato respiratório, os macrófagos nos tecidos de submucosa são as primeiras células a encontrar a maioria dos patógenos, porém, eles são logo auxiliados pelo recrutamento de um grande número de neutrófilos para os locais de infecção. Todas as células fagocíticas (sendo as principais os neutrófilos e os macrófagos) internalizam os patógenos pelo mesmo processo de fagocitose, o qual é iniciado quando certos receptores na superfície do patógeno se ligam a componentes de uma superfície microbiana. O patógeno ligado é primeiramente circundado pela membrana plasmática fagocitada e, então, internalizado em uma ampla membrana anexa à vesícula endocítica conhecida como fagossomo. O fagossomo então se torna acidificado, o que mata a maioria dos patógenos. O fagossomo funde-se com um ou mais lisossomas para gerar um fagolisossoma, na qual os conteúdos lisossômicos são liberados para destruir o patógeno. Os neutrófilos, que são altamente especializados na morte intracelular de micróbios, contêm ainda grânulos citoplasmáticos denominados grânulos primários e secundários, os quais se fundem com o fagossomo e contêm enzimas e peptídeos antimicrobianos adicionais que atacam o micróbio. 40 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Assim, na fagocitose, macrófagos e neutrófilos produzem uma variedade de produtos tóxicos que auxiliam a matar os microrganismos engolfados. O mais importante são os peptídeos antimicrobianos, espécies reativas ao nitrogênio, como o óxido nítrico (NO), e as espécies reativas ao oxigênio (ROS), como o ânion superóxido (O2-) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Os patógenos podem ser encontrados em vários compartimentos do corpo, onde devem ser combatidos por diferentes mecanismos de defesa do hospedeiro. Quase todos os patógenos têm uma fase extracelular na qual são vulneráveis às moléculas circulantes, às células da imunidade inata e aos anticorpos da resposta imune adaptativa. Todos eles eliminam o microrganismo primariamente pela realização de sua fagocitose pelos fagócitos do sistema imune. A fase intracelular dos patógenos, como os vírus, não está acessível a este mecanismo; em vez disso, a célula infectada é atacada pelas células NK da imunidade inata ou pelas células T citotóxicas da imunidade adaptativa. A ativação dos macrófagos como resultado da ativação das células NK ou das células T podem induzir os macrófagos a matar patógenos que estão vivendo dentro de vesículas macrofágicas. As citocinas que são produzidas durante a progressão de uma infecção dependem de como os microrganismos influenciam o comportamento das células da imunidade inata e das células apresentadoras de antígeno (APCs). As condições produzidas por essas interações têm grande impacto na diferenciação das células T durante seu contato inicial com as APCs, determinando, desse modo, os tipos de células T que serão produzidas. Por sua vez, essas subpopulações de células T influenciam a natureza das respostas efetoras que são recrutadas, como a extensão da ativação dos macrófagos, o recrutamento de neutrófilos e eosinófilos para o sítio de infecção e as classes de anticorpos que predominarão. A subpopulação de células T efetoras produzidas em resposta à infecção por bactérias e fungos extracelulares é composta, frequentemente, por células Th17. No início de uma infecção, as células dendríticas ainda não estão completamente ativadas. Nesse estado, elas produzem TGF-β, mas pouca IL-6 ou qualquer outra citocina que direcione a diferenciação da célula T. Nessas condições, as células T que encontraram seus antígenos cognatos serão induzidas a 41 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 expressar FoxP3 e adquirir, predominantemente, um fenótipo regulador (células Treg), ao passo que as que não encontraram seu antígeno permanecem virgens. Quando encontram esse tipo de patógeno (bactérias e fungos extracelulares), as células dendríticas tornam-se ativadas e são induzidas a sintetizar IL-6 com IL-23. Como não há fonte de IL-4 ou IL-12 nesse momento, as células T CD4 virgens se diferenciarão em células Th17, e não em células Th1 ou Th2. As células Th17 são estimuladas a sintetizar e liberar citocinas, que incluem vários membros da família IL-17. Uma importante ação da IL-17 nos locais de infecção é induzir células locais a secretarem citocinas e quimiocinas que atraem neutrófilos. As respostas Th1 tendem a ser induzidas por vírus, bactérias e protozoários que podem viver dentro das vesículas intracelulares do macrófago. As células T CD4 virgens inicialmente estimuladas em presença de IL-12 e de IFN-γ tendem a desenvolver-se em células Th1. Em parte, porque essas citocinas induzem ou ativam fatores de transcrição, levando ao desenvolvimento de células Th1, e em parte porque o IFN-γ inibe a proliferação das células Th2. As células Th1 produzem citocinas, como IL-2 e IFN-γ que ativam os macrófagos, permitindo que eles destruam microrganismos intracelulares de maneira mais eficiente. Além disso, na maioria das infecções virais, a ativação das células T CD8 citotóxicas requer auxílio adicional, que é fornecido pelas células Th1. As células Th1 podem secretar citocinas, como a IL-2, que estimulam a diferenciação das células T CD8+. Além disso, as células T auxiliares ativadas expressam o ligante CD40 (CD40L), o qual pode ligar-se a CD40 nas células dendríticas carregadas com antígenos. Esta interação ativa as APCs para torná-las mais eficientes para estimular a diferenciação de células T CD8+, em parte, induzindo a expressão dos coestimuladores. Alguns patógenos, como helmintos e outros parasitas extracelulares, induzem de maneira consistente o desenvolvimento de respostas Th2, e fazem isso de maneira a exigir a sinalização de IL-4 pelas células T. Uma vez que algumas células T tenham se diferenciado em células Th2 efetoras, a sua produção de IL-4 pode reforçar intensamente o desenvolvimento de mais células Th2. As células Th2 agem promovendo respostas mediadas pelos eosinófilos, pelos mastócitos e a produção de anticorpos de isotipo IgE. Em particular, as citocinas produzidas pelas células Th2 são necessárias para a mudança de classe das células B para a produção de anticorpos da classe IgE, cuja função principal é combater infecções parasitárias. 42 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 # Comportamento da produção de anticorpos antes e depois do nascimento: Os recém-nascidos têm altos níveis de lgG materna, a qual é transportada através da placenta durante a gestação. Já antes do nascimento, inicia-se a produção de lgM. A produção de IgA começa após o nascimento. Entretanto, a produção de lgG fetal não inicia antes de seis meses, período durante o qual o nível total de lgG cai, à medida que a lgG materna é catabolizada. Dessa forma, os níveis de lgG permanecem baixos dos três aos 12 meses de vida, o que pode levar à maior suscetibilidade a doenças em crianças muito pequenas. # Resumindo: As defesas inatas podem atuar imediatamente e ser bem-sucedidas na eliminação da infecção; caso contrário, elas serão seguidas por uma série de respostas precoces induzidas que auxiliarão a conter a infecção durante o desenvolvimento da imunidade adaptativa. Essas duas primeiras fases da resposta imune se baseiam no reconhecimento da presença da infecção usando receptores não clonotípicos do sistema imune inato. Eles estão resumidos na figura abaixo. A terceira fase da resposta imune é a resposta imune adaptativa, que é produzida nos tecidos linfoides especializados que servem a um determinado Outra função crucial das células T CD4 é fornecer o auxílioàs células B para a produção de anticorpos. Uma questão confusa no passado era se as células Th1 e Th2 poderiam fornecer auxílio às células B e, frequentemente era implicado, de modo equivocado, que essa era função exclusiva das células Th2. Alguns autores acreditam que as células Tfh e não as células Th1 ou Th2, são as células T efetoras que fornecem auxílio para a produção de anticorpos de alta afinidade pelas células B nos folículos linfoides. Em aula, o professor colocou que tanto as células Th1, quanto as Th2 auxiliam as células B na produção de anticorpos. 43 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 local de infecção e leva vários dias para se desenvolver, pois os linfócitos T e B devem encontrar seu antígeno específico, proliferar e diferenciar-se em células efetoras. As respostas das células B dependentes de células T não podem ser iniciadas até que as células Tfh antígeno-específicas tenham tido a chance de proliferar e diferenciar-se. Uma vez ocorrida a resposta adaptativa, os anticorpos e as células T efetoras são dispersos via circulação sanguínea e recrutados aos tecidos, e a infecção em geral é controlada com o patógeno contido ou eliminado. O mecanismo efetor final usado para eliminar a infecção depende do tipo de agente infeccioso, e, na maioria dos casos, é o mesmo empregado nas fases iniciais da defesa imune. Somente o mecanismo de reconhecimento muda e é mais seletivo. Curso de uma infecção aguda característica que é eliminada por uma reação imune adaptativa: 1. O nível do agente infeccioso aumenta à medida que o patógeno se replica. 2. Quando a quantidade de patógeno excede a dose limiar de antígeno necessária a uma resposta adaptativa, a resposta é iniciada; o patógeno continua a crescer, impedido apenas pelas respostas do sistema imune inato. Nesse estágio, a memória imune também começa a ser induzida. 3. Após quatro a sete dias, as células efetoras e as moléculas da resposta adaptativa começam a eliminar a infecção. 4. Quando a infecção é eliminada e a dose de antígeno cai abaixo do limiar de resposta, a resposta cessa, mas os anticorpos, as células efetoras residuais e também a memória imune garantem proteção duradoura contra a reinfecção na maioria dos casos. 44 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Enfim, para cada organismo patogênico haverá uma resposta imune mais adequada para que haja proteção. Nem sempre isto acontecerá, em parte pela capacidade do organismo invasor evadir a resposta imune, em parte pela capacidade do hospedeiro reconhecer adequadamente o patógeno. Neste último caso, é de vital importância o conjunto de moléculas de MHC que o hospedeiro expressa, entre outras características genéticas. Agora, a resposta imune às doenças infecciosas será analisada em função do tipo de organismo infeccioso que pode ser vírus, bactéria, fungo, protozoário ou helminto. » Vírus Os vírus são os microrganismos intracelulares obrigatórios que utilizam os componentes do ácido nucleico e a maquinaria da síntese de proteínas do hospedeiro para se replicar e se espalhar. Respostas imunes inatas e adaptativas contra os vírus têm como objetivo bloquear a infecção e eliminar as células infectadas. ► Imunidade inata contra vírus: Os principais mecanismos de imunidade inata contra os vírus são a inibição da infecção por interferons do tipo I (interferon α e β) e a destruição das células infectadas mediada pelas células NK. 45 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Imunidade adaptativa contra vírus: A imunidade adaptativa contra as infecções virais é mediada pelos anticorpos, que bloqueiam a ligação do vírus e a entrada nas células hospedeiras, e por linfócitos T citotóxicos, que eliminam a infecção matando as células infectadas. Os anticorpos são eficazes contra os vírus apenas durante a fase extracelular das vidas desses microrganismos. Os vírus podem ser extracelulares no início do curso da infecção, antes que eles infectem as células hospedeiras, ou quando são liberados de células infectadas por vírus por brotamento ou se as células infectadas morrerem. Os anticorpos antivirais ligam-se ao envelope viral ou aos antígenos do capsídeo e funcionam principalmente como anticorpos neutralizantes para impedir a fixação e a entrada do vírus nas células hospedeiras. Assim, os anticorpos evitam tanto a infecção inicial quanto a disseminação célula a célula. Além da neutralização, os anticorpos podem opsonizar partículas virais e promover a sua depuração por fagócitos. A ativação do complemento também pode participar da imunidade viral mediada por anticorpos, principalmente através da promoção de fagocitose e possivelmente pela lise direta de vírus com envoltórios lipídicos. Por outro lado, a eliminação dos vírus que residem dentro das células é mediada por linfócitos T citotóxicos, que matam as células infectadas. Conforme estudado anteriormente, a ativação das células T CD8 citotóxicas requer auxílio das células Th1. Os efeitos antivirais dos linfócitos T citotóxicos são principalmente devidos à morte de células infectadas, mas outros mecanismos incluem a ativação de nucleases dentro de células infectadas que degradam genomas virais e a secreção de citocinas, tais como IFN-γ, que ativa fagócitos, que podem apresentar alguma atividade antiviral. Os interferons são proteínas antivirais produzidas pelas células em resposta à infecção viral. Os interferons (IFNs) α e β têm três funções principais. Primeiro, induzem a resistência à replicação viral em células não infectadas pela ativação dos genes que destroem o RNAm e inibem a tradução de proteínas virais e de algumas proteínas do hospedeiro. Segundo, eles podem induzir a expressão do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) de classe 1 na maioria dos tipos celulares do organismo, aumentando, assim, sua resistência às células natural killer (NK). Terceiro, eles ativam as células NK, que, então, matam seletivamente as células infectadas pelo vírus. 46 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Mecanismos de evasão dos vírus: Os vírus, por sua vez, utilizam vários mecanismos para evadir a resposta imune. Isto inclui secreção de moléculas semelhantes às dos receptores de citocinas, desviando a resposta imune; mutação frequente, levando à modificação de epítopos importantes (deriva antigênica); recombinação gênica (troca antigênica); recobrir-se com proteínas do hospedeiro; induzir a diminuição da expressão de MHC de classe I nas células infectadas. Vamos agora falar sobre as mutações genéticas que o influenzavírus pode sofrer. Em qualquer momento, um único tipo de vírus é responsável pela maioria das infecções de influenza em todo o mundo. A população humana, de maneira gradual, desenvolve imunidade protetora contra esse tipo de vírus, basicamente dirigindo anticorpos neutralizantes contra a hemaglutinina e a neuraminidase, as principais 47 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 proteínas de superfície do influenzavírus. Como o vírus é rapidamente eliminado dos indivíduos imunes, ele poderia correr o risco de esgotar seus hospedeiros potenciais, caso não tivesse desenvolvido duas maneiras distintas para modificar seu tipo antigênico. • Deriva antigênica: A primeira maneira, a DERIVA ANTIGÊNICA, é causada por mutações pontuais nos genes que codificam a hemaglutinina e a neuraminidase. A cada dois ou três anos, surge uma variante do vírus da gripe com mutações que permitem ao vírus escapar da neutralização por anticorpos presentes na população. Dessa forma, indivíduos imunes à antiga variante são, portanto, suscetíveis à nova variante, mas como as mudanças nas proteínas virais são relativamente pequenas, há reação cruzada com anticorpos e células T de memória produzidas contra a variante prévia do vírus, e, assim, a maior parte da população tem algum nível de imunidade.Uma epidemia resultante da deriva antigênica é relativamente moderada. 48 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 • Troca antigênica ou Recombinação gênica: O outro tipo de mudança antigênica no influenzavírus é conhecido como TROCA ANTIGÊNICA, e deve-se a grandes mudanças nas proteínas dos vírus. A troca antigênica causa grandes pandemias de doenças graves, frequentemente com mortalidade substancial, porque a nova proteína é pouco reconhecida - se é - por anticorpos e células T direcionados contra a variante prévia. A troca antigênica deve-se à redistribuição do genoma de RNA segmentado do influenzavírus humano e dos influenzavírus relacionados a animais em um hospedeiro animal, nos quais o gene da proteína do vírus dos animais substitui o gene da proteína no vírus humano. Além das mutações genéticas, outro possível mecanismo de evasão é quando os vírus infectam e destroem ou inativam as células imunocompetentes. O exemplo óbvio é o HIV, que sobrevive ao infectar e eliminar as células T CD4+, os principais indutores de respostas imunes a antígenos proteicos. O HIV, do gênero Lentivirus, é um retrovírus. Ele tem duas fitas idênticas de RNA, a enzima transcriptase reversa e um envelope de fosfolipídeo. O envelope tem espículas glicoproteicas, chamadas de gp120 (a notação para uma glicoproteína de peso molecular 120.000) e gp41. O genoma de RNA do HIV apresenta um arranjo básico de sequências de ácido nucleico característico de todos os retrovírus conhecidos. A sequência gag codifica proteínas estruturais do núcleo. A sequência env codifica glicoproteinas gp120 e gp41 do envelope, que são necessárias para a infecção das células. A sequência pol codifica as enzimas virais transcriptase reversa, integrase e protease, que são necessárias para a replicação viral. 49 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 O vírus HIV infecta células que carregam o antígeno CD4 em sua superfície; assim, além das células T CD4+, ele pode infectar monócitos e macrófagos, dentre outras células que expressam CD4. Esta preferência por células CD4+ é devida a uma interação de alta afinidade entre a gp120 e a molécula CD4 na célula hospedeira. No entanto, essa interação por si só não é suficiente para entrada viral e infecção produtiva. A expressão de outra molécula da superfície celular, chamada coreceptor, é necessária para o acesso do HIV à célula. Os corretores possíveis são CCR5 e CXCR4. Para a infecção de uma célula T, é necessário o correceptor CXCR4, enquanto o CCR5 parece ser o correceptor preferido para a entrada viral em monócitos e macrófagos. Uma vez que um vírion do HIV entra em uma célula, as enzimas do complexo de nucleoproteína tornam-se ativas e iniciam o ciclo replicativo viral. O núcleo da nucleoproteína viral rompe-se, há transcrição reversa do genoma de RNA do HIV para uma forma de DNA de cadeia dupla pela transcriptase reversa viral, e o DNA do vírus entra no núcleo. A integrase viral também entra no núcleo e catalisa a integração do DNA viral ao genoma da célula hospedeira. O DNA do HIV integrado é chamado de provírus. Os provírus podem permanecer transcricionalmente inativos durante meses ou anos, com pouca ou nenhuma produção de novas proteínas virais ou vírions, e deste modo a infecção pelo HIV de uma célula individual pode permanecer latente. Ou, o provírus integrado é transcrito. A síntese de partículas virais infecciosas maduras começa após os transcritos totalmente completos de RNA viral serem sintetizados e os genes virais expressos como proteínas. Após a transcrição de vários genes virais, são sintetizadas as proteínas virais no citoplasma. A montagem das partículas virais infecciosas, a seguir, inicia-se pelo acondicionamento dos transcritos completos de RNA do genoma proviral dentro de um complexo de nucleoproteína que inclui as proteínas do núcleo codificadas por gag e enzimas codificadas por pol necessárias para o próximo ciclo de integração. Este complexo de nucleoproteína então brota através da membrana plasmática, capturando Env e glicoproteínas do hospedeiro como parte de seu envelope. A taxa de produção de vírus pode atingir níveis suficientemente altos para causar morte celular. 50 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 A infecção pelo HIV gera uma resposta imune adaptativa que contém o vírus, mas apenas raramente o elimina. A evolução de vários elementos na resposta imune adaptativa ao HIV é mostrada nas figuras acima e abaixo, com os níveis plasmáticos de vírus infecciosos. A fase aguda inicial que ocorre à medida que a resposta imune adaptativa se desenvolve. Atualmente, acredita-se que a citopaticidade mediada por vírus é muito importante durante o início da infecção e isso resulta na depleção substancial de células T CD4, sobretudo nas mucosas dos tecidos, onde normalmente reside o maior número de células T. Assim, a população de células T CD4+ diminui durante a fase aguda da infecção pelo HIV e, então, recupera-se à medida que a resposta imune aparece. Após a fase aguda, há uma boa recuperação, porém, linfócitos citotóxicos dirigidos contra células infectadas pelo HIV, ativação imune (direta e indireta), efeitos citopáticos virais e insuficiente regeneração de células T se combinam para estabelecer o estado crônico, durante o qual a imunodeficiência se desenvolve. Por fim, isso pode culminar na AIDS. Um dos equívocos mais comuns é achar que a infecção pelo HIV é sinônimo de AIDS. A AIDS refere-se apenas à fase final. Na AIDS clínica, a contagem de células T CD4+ é abaixo de 200 células/μL. É preciso ter em mente que a progressão da infecção inicial pelo HIV até a AIDS geralmente leva cerca de 10 anos em adultos. » Bactérias BACTÉRIAS EXTRACELULARES As bactérias extracelulares são capazes de se replicar fora das células hospedeiras, por exemplo, no sangue, em tecidos conjuntivos, e nos espaços teciduais, como os lúmens das vias aéreas e do trato gastrintestinal. Muitas espécies diferentes de bactérias extracelulares são patogênicas, e a doença pode 51 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ser causada por dois mecanismos principais. Em primeiro lugar, essas bactérias induzem inflamação, o que resulta na destruição dos tecidos no local da infecção. Em segundo lugar, as bactérias produzem toxinas, que têm diversos efeitos patológicos. As toxinas pode ser endotoxinas, que são componentes da parede celular bacteriana, ou exotoxinas, que são secretadas pelas bactérias. A endotoxina de bactérias Gram- negativas, também chamada de lipopolissacarídeo (LPS) é conhecida como um potente ativador de macrófagos, células dendríticas e células endoteliais. Muitas exotoxinas são citotóxicas e outras causam doença por vários mecanismos. ► Imunidade inata contra bactérias extracelulares: As bactérias extracelulares são facilmente mortas quando capturadas pelos fagócitos. Assim, os principais mecanismos de imunidade inata contra bactérias extracelulares são a fagocitose, a ativação do complemento e a resposta inflamatória. ► Imunidade adaptativa contra bactérias extracelulares: A resposta imune adaptativa a microrganismos extracelulares tais como bactérias e suas toxinas, consiste na produção de anticorpos e na ativação das células T auxiliares CD4+. Os mecanismos efetores utilizados pelos anticorpos para combater essas infecções incluem neutralização, opsonização e fagocitose e ativação do complemento. As células T auxiliares produzem citocinas que estimulam a inflamação, a ativação dos macrófagos e respostas de células B. 52 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 BACTÉRIAS INTRACELULARES Uma característica de bactérias intracelulares facultativas é a sua capacidade de sobreviver e até mesmo de se replicar dentro de fagócitos. Como a sua existência deve permitir a sobrevivência da célula infectada,as bactérias intracelulares não costumam apresentar toxicidade. Uma vez que esses microrganismos são capazes de encontrar um nicho onde eles são inacessíveis a anticorpos circulantes, sua eliminação requer mecanismos de imunidade mediada pela célula. Como já discutido, em muitas infecções bacterianas intracelulares, a resposta do hospedeiro também causa lesão tecidual. ► Imunidade inata contra bactérias intracelulares: A resposta imune inata contra bactérias intracelulares é mediada principalmente por fagócitos e células natural killer (NK). ► Imunidade adaptativa contra bactérias intracelulares: A principal resposta imunológica protetora contra bactérias intracelulares é o recrutamento e ativação de fagócitos mediados por células T (imunidade mediada por células). As células T fornecem defesa contra infecções por dois tipos de reações: células Th1 ativam fagócitos através das ações do ligante de CD40 e IFN-γ, resultando na morte de microrganismos que são ingeridos e sobrevivem dentro de fagócitos, e os linfócitos T citotóxicos (CTLs) que destroem células infectadas, eliminam microrganismos que escapam aos mecanismos de morte dos fagócitos. Mecanismos mediados por anticorpos para combater a infecção por bactérias extracelulares: (1) Anticorpo neutraliza toxinas bacterianas. (2) A ativação do complemento em superfícies bacterianas leva à lise mediada por complemento. (3) O anticorpo e o C3b (produto do sistema complemento) se ligam às bactérias, servindo como opsoninas para aumentar a fagocitose. (4) C3a, C4a e C5a, gerados pela ativação do complemento iniciada por anticorpos, induzem a desgranulação local dos mastócitos, liberando substâncias que medeiam a vasodilatação e o extravasamento de linfócitos e neutrófilos. (5) Outros produtos derivados do complemento são quimiotáticos para neutrófilos e macrófagos. 53 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Os linfócitos T CD4+ imaturos podem diferenciar-se em células Th1, que ativam os fagócitos para destruir microrganismos ingeridos, e células Th2, que inibem esta via clássica da ativação dos macrófagos. O equilíbrio entre estes dois subconjuntos de células T pode influenciar no resultado de infecções, como ilustrado pela infecção por Mycobacterium leprae em seres humanos. Alguns estudos indicam que os pacientes com a forma tuberculoide da doença produzem IFN-γ e IL-2 em lesões (indicativo de ativação da resposta Th1), enquanto os pacientes com a forma lepromatosa produzem menos IFN-γ Lembre-se que a hipersensibilidade do tipo 4 (tardia) é uma forma importante de proteção contra infecções intracelulares, com a formação de um granuloma, por exemplo. 54 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 e podem apresentar uma fraca imunidade mediada por células e incapacidade de controlar a propagação das bactérias (indicativo de ausência da resposta Th1 ou até da presença de uma resposta Th2). ► Mecanismos de evasão das bactérias: Por outro lado, as bactérias podem evadir a resposta humoral através de diversos mecanismos. Algumas bactérias secretam proteases que clivam dímeros de IgA, reduzindo assim a eficiência de IgA nas secreções mucosas. Outras bactérias escapam a fagocitose produzindo cápsulas de superfície ou proteínas que inibem a aderência aos fagócitos; secretando toxinas que matam fagócitos; ou pela sua habilidade de sobreviver dentro de células fagocitárias. Além disso, algumas bactérias evitam a resposta imune do hospedeiro alterando seus antígenos de superfície (variação antigênica). Na N. gonorrhoeae, por exemplo, a pilina, o componente proteico da pili, possui uma estrutura altamente variável. A variação na sequência de aminoácidos da pilina é gerada por rearranjos genéticos de sua sequência de codificação. O locus da pilina consiste em um ou dois genes expressos e 10 a 20 genes silenciosos. Cada gene é organizado em seis regiões. A variação da pilina é gerada por um processo de conversão gênica, no qual uma ou mais das regiões dos genes silenciosos substituem a região do atual gene de expressão. Esse processo gera uma enorme variação antigênica, o que pode contribuir para a patogenicidade de N. gonorrhoeae, aumentando a probabilidade do pili expresso se ligar firmemente às células epiteliais. Além disso, as mudanças contínuas na sequência da pilina permitem que o organismo evite a neutralização por IgA. As bactérias intracelulares, como o Mycobacterium leprae, desenvolveram várias estratégias para resistir à eliminação pelos fagócitos. Isso inclui a inativação de substâncias microbicidas como as espécies reativas de oxigênio, através do sequestro dos intermediários reativos do oxigênio. 55 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 » Fungos A resposta imune contra fungos não é muito bem conhecida; contudo, os estudos feitos na área indicam que a resposta celular é aquela que confere proteção. Os fagócitos e células dendríticas reconhecem os organismos fúngicos através de diversos receptores, como os TLRs e os receptores do tipo lectina, chamados dectinas. Os principais mediadores da imunidade inata contra fungos são os monócitos, os macrófagos ativados e os neutrófilos. Dessa forma, os pacientes imunodeficientes são extremamente suscetíveis a infecções por fungos oportunistas. Os neutrófilos presumivelmente liberam substâncias fungicidas, tais como as defensinas e produtos da rota do óxido nítrico, e fagocitam os fungos para a morte intracelular. Muitos fungos extracelulares provocam fortes reações Th17. As células Th17 estimulam a inflamação e os neutrófilos e monócitos recrutados destroem os fungos. As respostas Th1 são protetoras em infecções fúngicas intracelulares, como a histoplasmose, mas estas respostas podem provocar a inflamação granulomatosa, que é uma importante causa de lesão tecidual no hospedeiro nessas infecções. 56 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 As imagens acima demonstram como tanto uma resposta Th1, quanto uma resposta Th17 pode ser útil na resposta contra fungos. Todavia, as imunidades dos tipos Th2 e Treg não são eficientes. » Protozoários Em relação aos protozoários, vários aspectos dificultam o seu reconhecimento e a sua eliminação: ✓ Diversidade de ciclos de vida; ✓ Diversidade de mecanismos de infecção; ✓ Diversidade de locais de infecção no hospedeiro; ✓ Diversidade de respostas imunológicas; ✓ Localização geográfica. Tanto a resposta humoral como a mediada por célula tem sido associada à imunidade às infecções por protozoários. A eficiência da resposta depende em parte da localização do parasito. Muitos protozoários passam parte do seu tempo livre na corrente sanguínea; o anticorpo humoral é mais eficaz durante esses estágios. Em outros estágios, eles podem crescer intracelularmente, tornando as reações imunes mediadas por células a defesa mais eficaz do hospedeiro. Assim, muitos protozoários provocam respostas Th1, com ativação de macrófagos (através do IFN-γ) e resposta de células T citotóxicas. ➔ Exceção: Alguns protozoários infectam hemácias, que são células que não expressam MHC de classe I em sua superfície e, por consequência, não poderão ser reconhecidas por linfócitos T citotóxicos. Assim, na malária, por exemplo, durante o ciclo eritrocítico, a imunidade depende da ação de anticorpos. A tabela ao lado demonstra uma comparação da eficiência da resposta imune contra algumas espécies de fungos entre indivíduos normais e imunodeficientes apresentando a Doença Granulomatosa Crônica (CGD) e deficiência da expressão de mieloperoxidase. Perceba como os pacientes imunodeficientes são mais suscetíveis a infecções por determinados fungos. Estas imagens demonstram como uma resposta Th1 é adequada para eliminação do parasita, enquanto a ausência da resposta Th1 ou uma resposta Th2 são prejudiciais. 57 Gabriela Figueiredo Güntzel– ATM 24/1 ► Mecanismos de evasão dos protozoários: Os protozoários escapam ao sistema imune através de vários mecanismos. Alguns (Trypanosoma brucei) são cobertos por uma camada de glicoproteína que está continuamente mudando graças a um mecanismo de troca genética (variação antigênica). Outros (Plasmodium spp.) livram-se de sua camada de glicoproteína após o anticorpo ligar-se. Adicionalmente, o revestimento de glicoproteína do plasmódio contém poucos epítopos para linfócitos T, e aqueles que existem são em regiões da glicoproteína que exibem a maior variação entre indivíduos da mesma espécie. A grande variedade de formas do protozoário também prejudica a resposta imune. 58 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Observe como no ciclo de vida do Plasmodium sp. existe uma grande variedade de formas: Os esporozoítos entram na corrente sanguínea quando um mosquito infectado se alimenta do sangue de determinado indivíduo. Os esporozoítos migram para o fígado, onde se multiplicam, transformando hepatócitos em esquizontes multinucleados gigantes, que liberam milhares de merozoítos na corrente sanguínea. Os merozoítos infectam as hemácias, que eventualmente se rompem, liberando mais merozoítos. Eventualmente, alguns dos merozoítos se diferenciam em gametócitos masculino e feminino, que são ingeridos por um mosquito e se diferenciam em gametas no intestino do mosquito. Os gametas se fundem para formar um zigoto que se diferencia do estágio esporozóico dentro da glândula salivar do mosquito. VARIAÇÃO ANTIGÊNICA: Duas espécies de tripanossomas africanos causam a “doença do sono africana”, uma doença crônica e debilitante transmitida aos seres humanos e ao gado pela picada da mosca tsé-tsé. O tripanossoma é revestido com um tipo único de glicoproteína, a glicoproteína variante-específica (VSG, do inglês variant- specific glycoprotein), que induz uma potente resposta protetora de anticorpos, a qual rapidamente elimina a maioria dos parasitas. O genoma do tripanossoma, porém, contém cerca de 1.000 genes VSG, e cada um codifica uma proteína com diferentes propriedades antigênicas. O gene VSG é expresso ao ser colocado em um sítio de expressão ativo no genoma do parasito. Somente um gene VSG é expresso em um dado momento e pode ser alterado por rearranjo genético, que coloca um novo gene VSG no sítio de expressão. Assim, tendo seu próprio sistema de rearranjo genético que pode alterar a proteína VSG produzida, os tripanossomas mantêm-se um passo à frente do sistema imune. Os poucos tripanossomas com essas glicoproteínas de superfície alteradas escapam dos anticorpos produzidos pelo hospedeiro, e essas variantes multiplicam-se e causam uma recorrência da doença. Anticorpos são agora produzidos contra a nova VSG, repetindo-se todo o ciclo. » Helmintos Os helmintos são parasitos grandes e que normalmente não se multiplicam dentro das células. Sabe-se que a exposição do sistema imune aos helmintos é limitada e consequentemente somente um baixo nível de imunidade é induzido. Isso acontece porque apenas um pequeno número destes organismos 59 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 são albergados por um indivíduo afetado e porque eles, na sua maioria, não se multiplicam dentro do hospedeiro. Além disso, somam-se a esses fatores a questão da alta mobilidade dos helmintos (são capazes de migrar para diferentes tecidos) e, muitas vezes, eles podem ser de baixa antigenicidade (pois as substâncias que produzem podem não ser de fato imunogênicas). A presença de helmintos induz ao processo inflamatório e aciona mecanismos citotóxicos mediados por anticorpo (IgA, IgE e IgG) e efetuados por neutrófilos, macrófagos e eosinófilos sob a regulação de linfócitos Th2. As células T CD4+ naive podem se diferenciar em vários tipos diferentes de células efetoras e reguladoras durante a infecção por helmintos. Citocinas específicas e fatores de transcrição contribuem para a diferenciação e expansão dessas populações celulares, e sua ativação diferencial desempenha um papel importante na determinação de se uma resposta imune que contribuirá ou para a proteção do hospedeiro ou para a inflamação patológica. As células Th1 são incapazes de eliminar os helmintos e acabam por produzir uma inflamação patológica. Por outro lado, as células Th2 produzem um painel de citocinas que contribuem para a imunidade anti-helmíntica. Respostas fortes do tipo Th2 geralmente levam ao aumento da resistência aos parasitas. Já as células Treg atuariam inibindo a resposta imune e as células Th17 também mediaram uma inflamação prejudicial. As células Th2 orquestram a resposta imune principalmente através da produção de citocinas. A IL-5 desencadeia eosinofilia e, em conjunto com IL-4, IL-9 e IL-13, e a ligação cruzada de FcεRIs (receptores Fc de alta afinidade para IgE), podem resultar em aumento de mastócitos e basófilos e liberação de mediadores. As IL-4 e IL-13 estimulam aumento da contratilidade das células musculares lisas, aumento da permeabilidade intestinal e elevação da secreção mucosa das células caliciformes. A IL-4 e a IL-13 também aumentam a capacidade de resposta desses tipos de células aos mediadores derivados de mastócitos. A IL- 60 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 4, em conjunto com outros sinais, pode induzir a troca de classe nas células B, levando à produção de IgE. As IL-4, IL-13 e IL-21, podem impulsionar o desenvolvimento de macrófagos alternativamente ativados, levando à regulação positiva da expressão da arginase-1 e, em alguns casos, isso pode levar a fibrose, como na esquistossomose crônica. A expressão da IL-25 estimula uma população de granulócitos c-KIT+FcεRI– a migrar para os linfonodos e a regular positivamente os mRNAs de citocinas do tipo Th2. ► Mecanismos de evasão dos helmintos: As moléculas liberadas pelos helmintos podem interferir na resposta imune do hospedeiro. Os produtos parasitários atuam via APCs para (1) interferir no processamento ou apresentação do antígeno; 61 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 (2) induzir a supressão de macrófagos, inibindo, assim, a proliferação de linfócito T; (3) induzir células T reguladoras (induzir linfócitos T que secretam IL-10, a qual inibe a resposta inflamatória). Os produtos parasitários também podem (4) induzir a tolerância de linfócitos T ou B por exaustão clonal ou pela indução de anergia; (5) causar ativação policlonal (muitos produtos parasitários são mitogênicos para linfócitos T ou B, e as altas concentrações séricas de IgM não específica [e IgG], comumente encontradas nas infecções parasitárias, provavelmente resultam desta estimulação policlonal – acredita-se que sua continuação leve ao comprometimento da função do linfócito B, à depleção progressiva de linfócitos B reativos ao antígeno e, assim, à imunossupressão); (6) inibir diretamente a ativação de linfóitos T ou B. 62 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 IMUNOLOGIA → IMUNIDADE ATIVA E PASSIVA A IMUNIDADE ATIVA diz respeito a nossa capacidade de responder a um determinado antígeno, ou grupo de antígenos, gerando uma resposta imunológica própria e protetora. Isto ocorre, normalmente, por contato natural com organismos que invadem e tentam se multiplicar no nosso corpo. Como já foi visto em resposta imune às doenças infecciosas, normalmente este processo somente se desencadeia contra organismos com potencial patogênico. Como algumas infecções podem trazer sequelas graves ou até a morte antes que o sistema imune estabeleça uma resposta protetora, passou a ser importante gerar esta imunidade ativa artificialmente. A este processo chamamos de vacinação. Por outro lado, a imunidade protetora pode sertransferida de um indivíduo imunizado para outro não imunizado, a chamada IMUNIDADE PASSIVA. Ela é, via de regra, imunidade humoral e pode ser transferida por processos fisiológicos normais, que são pela amamentação para o recém-nascido e transferência pela barreira placentária para o feto. Entretanto, ela pode também ser transferida artificialmente para humanos não imunizados com a utilização de soros/plasmas de animais ou de seres humanos imunizados, soluções hiperimunes, além de anticorpos monoclonais humanizados ou não. Diferente da imunidade ativa, a passiva é de ação imediata, porém de curta duração. Foi visto, anteriormente, que as doenças infecciosas são responsáveis por um número significativo de mortes no mundo todo, especialmente em crianças com menos de 5 anos de idade, e de sequelas permanentes que afetam a qualidade de vida e longevidade do indivíduo, em especial em países com população predominantemente de baixa renda. Na tabela a seguir, conforme a publicação Global Vaccine Action Plan 2011-2020 da Organização Mundial da Saúde, é possível observar o número estimado de mortes que poderia ser evitado em função da vacinação para algumas doenças infecciosas. Em função do potencial letal ou mórbido das doenças infecciosas, o ser humano tem desenvolvido ao longo dos séculos estratégias para, preventivamente, protegê-lo de um número significativo destas 63 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 A imunidade a microrganismos infecciosos pode ser alcançada por imunização ativa ou passiva. Em cada caso, a imunidade pode ser adquirida por processos naturais (geralmente por transferência da mãe para o feto ou por infecção prévia pelo organismo) ou por meios artificiais, como injeção de anticorpos ou vacinas. Os agentes usados para induzir imunidade passiva incluem anticorpos de seres humanos ou animais, enquanto a imunização ativa é alcançada por inoculação com patógenos microbianos que induzem imunidade, mas não causam doença ou com componentes antigênicos dos patógenos. doenças. Isto era feito de forma empírica há alguns séculos e, com o avanço do conhecimento científico, sistematizado a partir de Pasteur, na produção de vacinas. Com o avanço dos conhecimentos em imunologia, em especial, das respostas humorais e celulares, foi possível proteger indivíduos de forma imediata pela transferência de soros hiperimunes para àquela determinada doença para indivíduos não protegidos. » Imunidade ativa: vacinas A implementação da vacinação é um importante objetivo da Organização Mundial da Saúde. Na imagem abaixo estão os principais objetivos para o período 2011-2020. Atualmente, existem vacinas para várias doenças. Algumas são administradas compulsoriamente em toda a população obedecendo programas nacionais de vacinação. Cada país tem o seu programa e conjunto de vacinas que irá administrar. Por exemplo, enquanto a vacina para tuberculose (BCG) é compulsória no Brasil, nos EUA ela não é utilizada. A época de imunização e o número de doses obedece a critérios bem estabelecidos e conhecidos como mostra a tabela a seguir. Para o Brasil, consulte as informações sobre vacinação no Brasil e calendários de vacinação no site do Ministério da Saúde. As informações sobre o calendário vacinal nos EUA podem ser acessadas no site do CDC. 64 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 O gráfico ao lado mostra o número anual relatado de casos de rubéola, poliomielite, coqueluche, caxumba, sarampo e difteria nos EUA no ano de pico para o qual existem dados disponíveis (em laranja) em comparação com o número de casos de cada doença em 1999 (em verde). Atualmente, existem vacinas disponíveis para cada uma dessas doenças e a vacinação é recomendada para todas as crianças nos EUA. O intuito da vacinação é bastante claro: ➢ Proteger os indivíduos que montam uma resposta imune protetora contra o agente infeccioso ou toxina, sem que eles tenham que sofrer os sintomas clínicos da doença; ➢ Proteger os indivíduos que NÃO montam uma resposta protetora pela diminuição do agente infeccioso no meio ambiente, como consequência da imunização protetora dos que respondem. Este é o objetivo mais importante da vacinação e é chamado de proteção do rebanho. A ação benéfica da vacinação de grandes grupos populacionais pode ser observada nos gráficos a seguir, onde se nota uma diminuição significativa de casos de doenças específicas após o início de programas nacionais da população nos EUA. 65 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Já este gráfico mostra a evolução do número de casos de sarampo nos EUA ao longo dos anos. Observe a queda acentuada do número de casos a partir de 1965, um ano depois de se iniciar a vacinação em massa. O benefício também pode ser observado quando comparamos os problemas causados pela doença e os causados pela vacina. Na tabela abaixo, vemos uma comparação entre os riscos de complicações entre indivíduos não vacinados que contraem sarampo naturalmente e os riscos de complicações ocasionados pela vacina. 66 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Requisitos para uma boa vacina: ➢ Precisa induzir uma resposta imune adequada. ➢ Esta resposta precisa ser do tipo certo (humoral e/ou celular). ➢ A reposta precisa ter uma duração adequada (algumas vezes é necessário um reforço da imunização para renovar a memória imunológica). ➢ Estabilidade e segurança da vacina. ➢ Custo da vacina. A maioria das vacinas utilizadas atualmente são baseadas em um de três tipos de metodologias: ➢ Microrganismos inativados ➢ Microrganismos atenuados ➢ Macromoléculas ► Vacinas com microrganismos inativados: Neste tipo de vacina, o organismo infeccioso é inviabilizado biologicamente através de algum tratamento físico ou químico. Neste caso, o microrganismo perde a sua capacidade de multiplicação e penetração em células. Em outras palavras, isso mata o patógeno, tornando-o incapaz de replicação, mas ainda permite a indução de uma resposta imune a pelo menos alguns dos antígenos contidos no microrganismo. As vacinas com microrganismos inativados têm vantagens e desvantagens. DESVANTAGENS: Vacinas atenuadas geralmente requerem apenas uma dose para induzir imunidade duradoura. As vacinas mortas, por outro lado, geralmente requerem reforços repetidos para manter o 67 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 status imunológico do hospedeiro. Além disso, vacinas mortas induzem uma resposta predominantemente humoral a anticorpos; elas são menos eficazes do que as vacinas atenuadas na indução de imunidade mediada por células. Embora contenham patógenos mortos, estas vacinas ainda estão associadas a certos riscos. Uma complicação grave com as primeiras vacinas Salk® surgiu quando o formaldeído não conseguiu matar todo o vírus em dois lotes de vacinas, o que causou poliomielite paralítica em uma alta porcentagem de indivíduos. VANTAGENS: No entanto, em geral, a segurança das vacinas inativadas é maior do que a das vacinas vivas atenuadas. As vacinas inativadas são comumente usadas contra doenças virais e bacterianas, incluindo a clássica vacina anual contra a gripe e as vacinas contra hepatite A e cólera. Além de sua relativa segurança, suas vantagens incluem estabilidade e facilidade de armazenamento e transporte. ► Vacinas com microrganismos atenuados: Estas vacinas são feitas com organismos que perderam a sua capacidade patogênica. Isto é obtido crescendo-se o organismo por longos períodos em meios de cultivo. Por esta metodologia, são selecionadas formas mutantes que mantêm uma capacidade infectante e de multiplicação, embora limitada. Em outras palavras, nesse caso, o microrganismo não perde a capacidade infectante e de multiplicação, mas perde a capacidade patogênica. As vacinas atenuadas têm vantagens e desvantagens. VANTAGENS: Essas vacinas fornecem exposiçãoprolongada do sistema imunológico aos epítopos individuais nos organismos atenuados, resultando em maior imunogenicidade e produção de células de memória. Como consequência, essas vacinas geralmente requerem apenas uma única imunização, eliminando a necessidade de reforços repetidos. Essa propriedade é uma grande vantagem nos países do terceiro mundo, onde estudos epidemiológicos mostraram que aproximadamente 20% dos indivíduos não retornam para cada reforço subsequente. A capacidade de muitas vacinas atenuadas se replicarem dentro das células hospedeiras as torna particularmente adequadas para induzir uma resposta mediada por células. DESVANTAGENS: Uma grande desvantagem das vacinas atenuadas é a possibilidade de elas voltarem a uma forma virulenta. Por exemplo, a taxa de reversão da vacina Sabin® contra a poliomielite, levando a subsequente doença paralítica é de cerca de um caso em 2,4 milhões de doses da vacina. Essa possibilidade levou ao uso exclusivo da vacina inativada contra a poliomielite em alguns países. Além disso, as vacinas atenuadas também podem estar associadas a complicações semelhantes às observadas na doença natural. Uma pequena porcentagem de indivíduos que recebem a vacina contra o sarampo, por exemplo, desenvolve encefalite pós-vacina ou outras complicações. No entanto, como mostrado anteriormente, o risco de Historicamente, a estratégia preferida para o desenvolvimento de vacinas tem sido a atenuação de patógenos humanos, com o objetivo de diminuir sua virulência enquanto retém os antígenos desejados. Isso foi realizado pela primeira vez com sucesso com uma cepa bovina do Mycobacterium tuberculosis, que foi cultivada durante 13 anos (1908-1921) in vitro e modificou-se para uma forma muito menos virulenta, hoje conhecida por BCG, mas que ainda apresenta efeito protetor contra a tuberculose. Outros sucessos foram obtidos com os vírus, começando com a cepa de 17D do vírus da febre amarela, obtida pela passagem em camundongo e ovos embrionados de frangos (1937), seguida por uma abordagem relativamente semelhante para com os vírus da poliomielite, sarampo, caxumba e rubéola. 68 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 complicações relacionadas à vacina é muito menor do que o risco de infecção. Outra possível desvantagem é que as vacinas atenuadas precisam ser armazenadas em refrigeradores, os quais podem não estar disponíveis em muitas unidades de saúde. ► Vacinas com macromoléculas: Neste tipo de vacina, macromoléculas imunogênicas são purificadas diretamente do organismo ou produzidas a partir da clonagem e expressão dos genes que as codificam. Normalmente, este tipo de vacina tem menor capacidade imunogênica e protetora se comparada com as vacinas que usam organismos inteiros. No entanto, alguns dos riscos associados à atenuação ou morte de microrganismos podem ser evitadas com as vacinas de macromoléculas. Alguns patógenos bacterianos, incluindo aqueles que causam difteria e tétano, produzem exotoxinas. Essas exotoxinas produzem muitos dos sintomas da doença que resultam da infecção. As vacinas contra difteria e tétano, por exemplo, podem ser feitas purificando a exotoxina bacteriana e depois inativando a toxina com formaldeído para formar um toxoide. A vacinação com o toxoide induz anticorpos anti-toxóides, que também são capazes de se ligar à toxina e neutralizar seus efeitos. Já para outras bactérias patogênicas, a virulência depende principalmente das propriedades antifagocíticas de sua cápsula de polissacarídeos. O revestimento da cápsula com anticorpos e/ou sistema complemento aumenta muito a capacidade dos macrófagos e neutrófilos de fagocitarem esses patógenos. Essas descobertas fornecem a justificativa para vacinas que consistem em polissacarídeos capsulares purificados. A vacina atual para Streptococcus pneumoniae, que causa pneumonia pneumocócica, consiste em 23 polissacarídeos capsulares antigenicamente diferentes. A vacina induz a formação de anticorpos opsonizantes e está na lista de vacinas recomendadas para todos os bebês. A vacina para Neisseria meningitidis, uma causa comum de meningite bacteriana, também consiste em polissacarídeos capsulares purificados. O antígeno de superfície da hepatite B recombinante, sintetizado em levedura, tem sido utilizado desde 1986. 69 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Uma limitação das vacinas polissacarídicas é a incapacidade de ativar as células Th. Elas ativam as células B de maneira independente do timo, resultando na produção de IgM, mas com pouca troca de classe, sem maturação por afinidade e pouco ou nenhum desenvolvimento de células de memória. Uma maneira de contornar este problema é conjugar o antígeno a algum tipo de proteína. Por exemplo, a vacina para o Haemophilus influenzae tipo b (Hib), a principal causa de meningite bacteriana em crianças com menos de 5 anos de idade, consiste em polissacarídeo capsular do tipo b ligado covalentemente a um transportador de proteínas, o toxóide tetânico. O conjugado polissacarídeo-proteína é consideravelmente mais imunogênico que o polissacarídeo isolado e, por ativar células Th, permite a troca de classe de IgM para IgG. Com o objetivo de torná-las mais eficientes e seguras, novos tipos de vacinas têm sido desenvolvidos. Alguns grupos de pesquisa tentam desenvolver vacinas utilizando peptídeos imunogênicos sintetizados in vitro. Estes peptídeos estimulariam tanto a resposta celular como a humoral e seriam introduzidos nas células do indivíduo vacinado por diferentes metodologias. Uma abordagem é preparar complexos matriz- anticorpo-antígeno anexando anticorpos monoclonais a matrizes sólidas particuladas e depois saturar o anticorpo com o antígeno desejado. Os complexos resultantes são então utilizados como vacinas. Ao ligar diferentes anticorpos monoclonais à matriz sólida, é possível ligar uma mistura de peptídeos ou proteínas (compondo epítopos imunodominantes para células T e células B) à matriz sólida. Demonstrou-se que esses complexos multivalentes induzem vigorosas respostas humorais e mediadas por células. A sua natureza particulada contribui para o 70 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 aumento da imunogenicidade, facilitando a fagocitose pelas células fagocíticas. Os peptídeos antigênicos são acoplados a micelas, lipossomos ou complexos imunoestimuladores e assim poderem ser transferidos pra o interior celular depois da imunização. Esses complexos imunoestimuladores, assim como lipossomos e micelas parecem se fundir com a membrana plasmática para entregar o antígeno intracelularmente, onde pode ser processado pela via citosólica e, assim, ser apresentado com moléculas de MHC classe I, induzindo, então, uma resposta imune. Com o desenvolvimento de novas técnicas de DNA recombinante, hoje é possível produzir organismos transgênicos não patogênicos que contenham um ou mais genes que codifiquem imunógenos de um ou mais organismos patogênicos. Nas figuras a seguir, é apresentada uma estratégia para a criação de um vírus da vaccinia recombinante. Este vírus causa a varíola no gado, mas não é patogênico para o ser humano e o imuniza para varíola humana. Um gene codificando um antígeno de um patógeno é clonado em um plasmídeo vetor sob a regulação de um promotor de vaccinia. Observe que a clonagem interrompe e torna sem expressão o gene da enzima timidina-cinase (TK) de vaccinia. Células cultivadas in vitro são simultaneamente transfectadas pelo plasmídeo recombinante e infectadas com o vírus vaccinia. Assim, dentro das células ocorre uma recombinação homóloga que gera vírus recombinante. Somente o vírus recombinante consegue se multiplicar em função da presença de bromodeoxiuridina (Budr) no meio de cultivo. O vírus recombinante expressará, além de proteínas da vaccínia, proteínas desse outro agente infecciosoe, com isso, temos uma vacina que protege tanto para a varíola, quanto para esse outro agente infeccioso. 71 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Uma outra abordagem recente é a da utilização de vacinas de DNA. Neste caso, genes codificantes de imunógenos de patógenos são clonados sob a regulação de promotores controláveis em células humanas. Este DNA recombinante é transfectado em células do indivíduo vacinado. O gene injetado é expresso nas células desse indivíduo. Os peptídeos da proteína codificada pelo DNA são expressos na superfície da célula após o processamento como um antígeno endógeno pela via do MHC classe I. As células que apresentam o antígeno no contexto das moléculas de MHC de classe I estimulam o desenvolvimento de células T citotóxicas. A proteína codificada pelo DNA injetado também é expressa como uma proteína solúvel e secretada, que é absorvida, processada e apresentada no contexto das moléculas de MHC de classe II. Essa via estimula a imunidade das células B e gera anticorpos e memória das células B contra a proteína. Teoricamente, esta expressão será temporária, pois o DNA transfectante será degradado em alguns dias. No entanto, existe a possibilidade de, nesse tipo de vacina, ocorrer integração do DNA recombinante ao genoma da célula, criando uma célula transgênica, que continuamente expressaria essa proteína diferente. Isso seria algo perigoso. Para evitar esse problema, uma metodologia semelhante tem sido utilizada diretamente com RNA mensageiro. 72 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Há, ainda, as vacinas anti-idiotípicas. Estas vacinas são baseadas na formação da rede idiotípica, ou seja, de que sejam formados anticorpos anti a região variável de outro anticorpo. Eventualmente, a região variável de um desses anticorpos pode ter uma forma similar ao epitopo do antígeno que iniciou a resposta imune. Este segundo anticorpo é usado, então, para imunizar o ser humano. Nas tabelas a seguir é possível observar uma comparação entre os diferentes tipos de vacinas com relação a algumas características importantes. 73 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 ► Adjuvantes: Outro aspecto importante em relação à vacinação é que, especialmente para vacinas de macromoléculas e para vacinas com microrganismos inativados, há a necessidade de se utilizar adjuvantes. Adjuvantes são substâncias que estimulam a resposta inflamatória e, consequentemente, a resposta imune. Notavelmente os sais inorgânicos (como sais de alumínio), adicionados ou emulsificados ao antígeno, aumentam muito a produção de anticorpo – ou seja, eles agem como adjuvantes. As desvantagens do seu uso são relacionadas aos efeitos colaterais do processo inflamatório que podem gerar desconforto no indivíduo imunizado. » Imunidade passiva: soros e soluções hiperimunes Em algumas situações o ser humano não está protegido contra certas doenças ou toxinas, ou porque não existe uma vacina, ou o indivíduo não foi vacinado, ou porque ele já não tem mais memória imunológica ou porque possui uma imunodeficiência que afeta a produção de anticorpos. Nestes casos, é necessário que o indivíduo receba soro ou uma solução rica em anticorpos específicos para aquele patógeno ou toxina e, desta forma, adquirir uma imunidade imediata, embora não duradoura. Como comentado, a imunidade passiva é temporária e, quando proveniente da utilização de soros de outras espécies animais em seres humanos, é menos duradoura ainda e pode resultar em hipersensibilidade do tipo 3 (doença do soro). 74 Gabriela Figueiredo Güntzel – ATM 24/1 Nas tabelas a seguir são colocados alguns exemplos de situações em que se usa a imunidade passiva para proteção do indivíduo.