Jak organizm walczy z koronawirusem SARS-CoV-2

Nie każdy w dzieciństwie oglądał serial „Było sobie życie”, w którym przystępnie pokazano, jak w praktyce działa układ immunologiczny człowieka. Czy mogłaby Pani wyjaśnić w kilku słowach, jakie są jego najważniejsze zadania i mechanizmy?



Trwająca pandemia sprawiła, że wielu z nas bardziej niż dotąd zaczęło interesować się sprawami zdrowia, w tym zwłaszcza czynnikami wpływającymi na naszą odporność. O tym, co konkretnie ją wzmacnia, a co osłabia i jak działa w zetknięciu z nowym koronawirusem – opowiada prof. Joanna Zajkowska z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku.

Podstawowa funkcja to odróżnianie komórek własnych od obcych. Każda nasza komórka jest sygnowana, że należy do nas, za pomocą tzw. układu zgodności tkankowej, a konkretnie cząsteczek MHC I i MHC II. Za ich pomocą układ zgodności tkankowej nadaje każdej naszej komórce identyfikator (jakby imię i nazwisko), które rozpoznawane jest właśnie przez nasz układ immunologiczny. Jeśli jakaś komórka nie ma takiego identyfikatora, to wtedy układ immunologiczny rozpoznaje w niej „intruza bez legitymacji” i ją niszczy. W ten sposób codziennie niszczone są komórki, które mogą dać początek nowotworowi (nowotwór to nasze własne komórki, które dzielą się według własnych reguł). Tak też rozpoznawane i niszczone są bakterie i wirusy, które dostają się do naszego organizmu z zewnątrz. Dlatego dobrze działający układ immunologiczny chroni nas zarówno przed chorobą nowotworową, jak i chorobami zakaźnymi. Jego sprawność zwiększa się, jeśli pozna wcześniej i zapamięta takich intruzów. To właśnie dlatego tak skutecznym sposobem zapobiegania wielu chorobom są szczepionki, które po prostu wykorzystują te naturalne mechanizmy obronne organizmu. 

Ale te same mechanizmy chyba również czasem sprawiają kłopoty np. przy transplantacjach jakichś narządów lub tkanek, prawda?

Rzeczywiście. Dlatego przed transplantacją najpierw badamy układ zgodności tkankowej pacjenta, a potem szukamy dawcy, który jest pod tym względem jak najbardziej zbliżony. Mimo to i tak trzeba potem podawać pacjentowi (biorcy) leki, które osłabiają działanie układu immunologicznego, żeby jego organizm nie odrzucił przeszczepu.

Wróćmy do chorób zakaźnych. Proszę wyjaśnić, jak układ immunologiczny rozpoznaje wirusy, które przecież nie są organizmami komórkowymi.

Cząsteczki MHC I i MHC II, poza znakowaniem naszych komórek, biorą też udział w pokazywaniu układowi immunologicznemu obcych białek. Jeśli zrobi to cząsteczka MHC I, to wtedy organizm generuje tzw. odpowiedź immunologiczną komórkową, a jeśli zrobi to cząsteczka MHC II, to generuje się tzw. odpowiedź humoralna.

Od czego to zależy i czym różnią się te dwa typy odpowiedzi immunologicznej?

Jeśli obce białko powstanie w naszej komórce (np. białko kolca koronawirusa wytworzone na podstawie przepisu mRNA ze szczepionki), to wtedy przedstawia je układowi immunologicznemu cząsteczka MHC I, a jeśli obce białko zostanie wchłonięte przez komórkę z zewnątrz (np. ze szczepionki zawierającej gotowe białko kolca koronawirusa), to wtedy pokazuje je cząsteczka MHC II. Zarówno odpowiedź komórkowa, jak i humoralna mają na celu zniszczenie intruza, różnią się jednak mechanizmem działania.

A który z tych dwóch rodzajów odpowiedzi immunologicznej związany jest z wytwarzaniem przeciwciał? 

Odpowiedź humoralna, gdy białko przedstawione jest na cząsteczce MHC II (czyli kiedy „połknięte” jest gotowe białko).

Czyli to na jej wytworzeniu powinno nam najbardziej zależeć?

To dość złożona sprawa. Warto wiedzieć, że nasz układ opornościowy generalnie inaczej walczy z wirusami, a inaczej z bakteriami oraz ich toksynami. Wirusy zwalczamy przede wszystkim za pomocą tzw. cytotoksycznych komórek, limfocytów NK, zwanych naturalnymi zabójcami. Stanowią one element zarówno przeciwzakaźnej jak i przeciwnowotworowej odporności komórkowej. Tymczasem bakterie zwalczamy głównie za pomocą przeciwciał, które są elementem odporności humoralnej. Jednak w praktyce, do skutecznego zwalczania infekcji wirusowych potrzebne są nam obydwa rodzaje odpowiedzi immunologicznej. W kontekście szczepionek warto podkreślić, że zarówno szczepionka mRNA, jak i wektorowa, łączą te dwa mechanizmy. Za sprawą tych szczepionek synteza białka kolca wirusa następuje bowiem w naszych komórkach, dzięki czemu cząsteczki MHC I generują odpowiedź komórkową, ale później, jak te komórki się rozpadną, to wtedy obce białko jest pochłaniane przez inne komórki niejako z zewnątrz, przez co cząsteczki MHC II uruchamiają odpowiedź humoralną.



Zatem inne rodzaje szczepionek, np. tzw. białkowe, czyli zawierając nie przepis na białko kolca koronawirusa lecz gotowy kolec, a raczej tworzące go powierzchniowe białko „S”, będą generować inną odpowiedź immunologiczną?

Tak, sposób w jaki przedstawimy obcy antygen układowi immunologicznemu w dużej mierze determinuje rodzaj odpowiedzi. Jak już wspomniałam, szczepionki mRNA i wektorowe pozwalają na wytworzenie obcego białka przez nas samych, co pozwala najpierw na wygenerowanie silnej odpowiedzi komórkowej, a dopiero później generuje odpowiedź humoralną. Natomiast szczepionki posługujące się gotowym białkiem kolca wirusa (np. Novavax) lub zabitym wirusem (np. szczepionki chińskie), generują głównie silną odpowiedź humoralną. W praktyce szczepionki mRNA i wektorowe działają więc w sposób bardziej kompleksowy. W tym kontekście warto jeszcze dodać, że obydwa rodzaje odpowiedzi immunologicznej generują tzw. komórki pamięci, czyli „portret pamięciowy intruza”, który ułatwia jego szybsze zidentyfikowanie i pokonanie w przyszłości.

A czy wiadomo już, który rodzaj szczepionek jest najskuteczniejszy i zapewnia najdłuższą ochronę?

Z wielu względów trudno na razie o jednoznaczną ocenę. Przypuszczamy jednak, że sposób wprowadzenia cząsteczek mRNA do komórek może wpływać na trwałość efektów szczepienia. Jak wiadomo, w szczepionkach genetycznych nośnikami mRNA są pęcherzyki nanolipidowe, które są dość obojętne dla układu immunologicznego (wzbudzają niską odpowiedź z jego strony o ile w ogóle). Tymczasem w szczepionkach wektorowych nośnikiem, który wprowadza mRNA do komórek jest osłabiony adenowirus, pozbawiony zdolności namnażania się. Jednak ten adenowirus nie jest już obojętny dla układu immunologicznego, który rozpoznaje jego białka jako obce i generuje przeciwko nim odpowiedź (przeciwciała). To właśnie dlatego po szczepionkach wektorowych częściej występują niepożądane odczyny poszczepienne, choć zwykle łagodne i przejściowe po pierwszej dawce, a jeszcze słabsze po drugiej. Warto dodać, że naukowcy cały czas analizują czynniki, które wpływają na trwałość efektów szczepienia. Jedną z metod, stosowanych w tym celu w niektórych szczepionkach, są dodawane do nich adjuwanty.

Mówiliśmy dużo o szczepieniach, ale rozumiem, że obydwa wspomniane wcześniej mechanizmy odpornościowe pojawiają się także w przypadku naturalnego zakażenia się nowym koronawirusem. Proszę powiedzieć jak przebiega taka infekcja krok po kroku, z punktu widzenia układu immunologicznego.

Zacznijmy od tego, że spotykamy się na co dzień z dużą liczbą różnych patogenów, w tym również wirusów, ale nie każdy z nich nas zakaża. Robią to jedynie te wirusy, które mają specjalny „klucz”, dzięki któremu potrafią wejść do naszej komórki, po to żeby przestroić tak jej maszynerię wewnętrzną, żeby tworzyła ona kopie wirusa. Taka jest pokrótce filozofia działania wirusów. Zatem nowy koronawirus posiada taki klucz i żeby się namnażać, czyli tworzyć swoje kopie, wchodzi do naszych komórek. Wykorzystuje do tego receptory ACE-2, których najwięcej znajduje się w komórkach śluzówek, m.in. w górnych drogach oddechowych, ale także i w innych narządach, np. jelitach czy nawet mózgu. Jeśli wirus zacznie się namnażać, wtedy rozprasza się po naszym organizmie atakując kolejne komórki, do których potrafi wejść, zwłaszcza te zlokalizowane w płucach, bo ma do nich najbliżej.

Jak reaguje na ten najazd nasz organizm?

Gdy wirus stworzy swoje kopie, w końcu doprowadza do rozpadu zainfekowanych komórek. To alarmuje nasz układ immunologiczny, który jednocześnie próbuje rozpoznać obce białko wirusowe, zaczyna sprzątać produkty rozpadu komórek, a także mobilizuje różne formacje sił odpornościowych, czyli wytwarza się stan zapalny, który ma na celu zlikwidować najazd intruzów. Jest to przyczyną pojawienia się zauważanych przez nas objawów zakażenia, czyli m.in.  obrzęku, wysięku, obecności płynu w pęcherzykach płucnych, duszności, gorączki, kaszlu. To właśnie próba wyeliminowania wirusa daje nam objawy kliniczne COVID-19. Metaforycznie można to przyrównać do bitwy pod Grunwaldem, ponieważ zaangażowanych jest w tę walkę z infekcją bardzo wiele różnych komórek układu immunologicznego, tworzących odrębne formacje, które mają odmienne kompetencje: jedne rozpoznają, inne atakują, jeszcze inne sprzątają pobojowisko, są też takie które regulują odpowiedź immunologiczną oraz te, które zapamiętują najeźdźcę. Jeżeli organizm opanuje sytuację w pierwszym tygodniu infekcji, to później następuje stopniowe wyciszanie stanu zapalnego, co prowadzi do zdrowienia.

A co się dzieje dalej, gdy sytuacja jednak nie zostanie opanowana i wymknie się spod kontroli? 

U części osób występuje nadmierna reakcja układu immunologicznego na infekcję. Dochodzi u nich do dysregulacji w zakresie działania komórek zwalczających zakażenie, głównie makrofagów. Wtedy zamiast wyciszenia stanu zapalnego dochodzi do jego niekontrolowanego narastania, co stwarza niebezpieczeństwo wystąpienia tzw. burzy cytokinowej. Prowadzi ona często do niewydolności wielonarządowej i dramatycznego przebiegu choroby.

A w którym momencie powstają przeciwciała?

W pierwszej fazie infekcji do działania przystępuje głównie mechanizm odporności wrodzonej (nieswoistej), a powstawanie swoistych przeciwciał obserwujemy dopiero w 2-3 tygodniu, czyli w momencie, kiedy zaczyna się rozpadać duża ilość zaatakowanych przez wirusa komórek. Wydostaje się z nich wtedy białko wirusa, które jest następnie pochłaniane przez makrofagi oraz komórki prezentujące antygeny układowi immunologicznemu (komórki dendrytyczne). Te ostatnie w celu skutecznej prezentacji antygenu (obcego białka) najpierw siekają go na kawałki. Dzięki temu w końcu zaczynają się wytwarzać przeciwciała skierowane przeciwko wirusowym białkom, najpierw przeciwciała klasy IGM i IGA, a potem IGG. Tworzą się też komórki pamięci. W tym momencie zaczyna się więc rozwój tzw. odporności nabytej (swoistej).

Strony: 1 2 3