Niedobory odporności

17.01.2024

COVID Impacts: Immune Dysfunction


Source: Memorial Sloan Kettering Cancer Center Library / LibGuides / COVID Impacts / Immune Dysfunction

Detailed information and resources on the long-term health consequences of COVID-19 infection and the broad social impacts of the COVID-19 pandemic.

One of the most concerning long-term effects of COVID-19 is the dysregulation and dysfunction of the immune system.

Kategoria: General
Napisał: admin
Memorial Sloan Kettering Library

COVID Impacts: Immune Dysfunction

Szczegółowe informacje i zasoby na temat długoterminowych konsekwencji zdrowotnych zakażenia COVID-19 oraz szerokich skutków społecznych pandemii COVID-19.

One of the most concerning long-term impacts of COVID-19 is immune dysregulation and dysfunction. Immune system impacts were heavily documented, even in the first waves of the pandemic, however there was a lack of understanding as to what exactly COVID-19 infections were doing to the immune system, and what that might mean both during acute infection and long-term.

 
Early Hypotheses

Early on in the pandemic, there were two main hypotheses for the pathophysiology of COVID-19 severe disease and death: hyperactive immune system and immune system failure.

 
Hyperactive Immune System

The first was due to an overactive immune system. Early on it was noted that many patients with severe COVID-19 ended up developing ARDS (acute respiratory distress syndrome). This was reminiscent of the cytokine release syndrome (CRS) - induced ARDS and secondary hemophagocytic lymphohistiocytosis (sHLH) that had been observed previously in patients with SARS-CoV and MERS-CoV (it also is a common adverse event in cancer patients treated with CAR-T cell therapies).

Therefore it lead researchers to believe that severe infections were the results of an overactive immune response caused by excessive inflammatory cytokines, which lead to inflammatory lung and vascular injuries, and that death was from subsequent respiratory failure or coagulopathy.

 
Immune System Failure

The second hypothesis took the exact opposite hypothesis, that COVID-19 caused immune collapse. In this hypothesis, COVID-19 causes the patient's protective immunity to collapse, causing uncontrolled viral replication and dissemination which lead to cytotoxicity and death. Support for this contrasting theory was based on the observed progressive and profound lymphopenia, often to levels seen in patients with AIDS.

More recent research has concluded that COVID-19 causes dysregulation to both the innate and the adaptive immune systems. Paradoxically, in COVID-19 pneumonia, the innate immune system fails to mount an effective antiviral response while also inducing potentially damaging inflammation.


COVID-19 Alters Both Innate and Adaptive Immunity

The immune system is made up of two parts: the innate, (general) immune system and the adaptive (specialized) immune system. These two systems work closely together and take on different tasks.

 
Innate Immunity

Responsible for the initial immune response and antiviral activity, the innate system functions as a single defense mechanism, crucial for host response and illness protection.

Severe COVID cases were found to have decreased production of early immune responses (INF) which in turn lead to the virus replicating and causing severe cellular lung damage. Not only is was the antiviral response of IFN delayed and reduced, but it was also accompanied an overexaggerated inflammatory response with excessive cytokines. This resulting hyperinflammation caused edema, fibrosis, and thromboses in the lungs that ultimately lead to hypoxia, acute respiratory distress syndrome (ARDS) and death.

 
Adaptive Immunity

The adaptive immune system is critical for the development of efficient host responses to invading pathogens as well as immunological memory for future infections of similar pathogens.

Although COVID-19 patients may exhibit elevated levels of inflammatory cytokines compared to non-critically-ill patients, a study comparing the immune profiles of COVID-19 and influenza noted that while a 3–4% subset of COVID-19 patients exhibited hyperinflammation characteristic of a cytokine storm, they more commonly demonstrated immunosuppression.

CD4+ helper T cells and CD8+ cytotoxic T cells have been identified as crucial in the immunologic response to SARS-CoV-2 infection. CD4+ T cells are responsive to the virus's spike protein, and the presence of CD8+ T cell expansion in bronchoalveolar lavage is correlated with illness moderation. However, one of the most remarkable characteristics of immune dysregulation in COVID-19 is an immense depletion of CD4+ and CD8+ T cells associated with disease severity.

While lymphopenia is observed in other respiratory viral illnesses such as influenza A H3N2 viral infection, COVID-19 induced lymphocytic depletion is distinctive for its magnitude and longevity. Additionally, CD8+ T cells, crucial for their cytotoxic activity against virally infected cells, may experience the more stark reduction.

The lack of intense lymphocytic infiltration found in the lungs of critical COVID-19 patients demonstrates that the peripherally observed lymphopenia may be occurring through a mechanism beyond simply recruitment to the infection site.

Wtórne niedobory odporności

Inaczej tzw. nabyte niedobory odporności, występują znacznie częściej niż pierwotne. Wtórne niedobory odporności najczęściej pojawiają się w chorobach typu: cukrzyca, anemia sierpowata, różyczka, białaczka, wietrzna ospa i różnymi zakażeniami bakteryjnymi. Przyczyną wtórnego niedoboru odporności może być niedożywienie, zabieg chirurgiczne, oparzenia czy przeszczepy narządów i podawanie leków immunosupresyjnych. Innymi przyczynami mogą być choroby układu krwiotwórczego, a także choroby autoimmunologicznych. Może być on również spowodowany przez wirusa HIV (Human Immunodeficieny Virus). AIDS czyli choroba spowodowana wirusem HIV jest również określana jako zespół nabytego upośledzenia odporności (Acquired Immunodeficiency Syndrome. Skutkiem zakażenia HIV jest spadek liczby limfocytów-T, przez co zwiększa się podatność organizmu na choroby, które przy normalnej odporności nie stanowią zagrożenia, jednak dla nosicieli HIV mogą być śmiertelne. Chorzy bardzo często mają nietypowe zapalenia płuc, infekcje grzybiczne, nowotwory oraz defekty w układzie nerwowym, które ostatecznie prowadzą do zgonu. Wtórne niedobory odporności są nabyte i najczęściej spowodowane zaburzeniami jatrogennymi. Stosowanie różnych leków immunosupresyjnych, przeciwnowotworowych czy niektórych antybiotyków dodatkowo obniża odporność organizmu.

Poniżej zestawiono szereg sytuacji w których dochodzi do zaburzeń/ niedoborów odporności.

Zaburzenia immunologiczne wieku podeszłego

      W zakresie odporności komórkowej

    1.     Stopniowy spadek liczby limfocytów T po 70 roku życia
    2.     Wzrost liczby limfocytów CD4 i spadek liczby limfocytów CD8
    3.     Szczątkowa funkcja grasicy
    4.     Wzrost ekspresji CD45RO, spadek ekspresji CD45RA
    5.     Spadek ekspresji IL-2, IL-4 i INF-γ
    6.     Osłabienie odpowiedzi proliferacyjnej limfocytów po stymulacji PHA i ConA
    7.     Zmniejszenie częstości dodatnich reakcji DTH, i osłabienie ich intensywności

      W zakresie odporności humoralnej

    1.        Spadek poziomu IgM, IgE i IgD, wzrost poziomu IgG
    2.        Spadek miana naturalnych przeciwciał
    3.        Wzrost miana autoprzeciwciał i przeciwciał antyidiotypowych
    4.        Spadek liczby limfocytów B CD5(-) i wzrost limfocytów B CD5(+) po 70 roku życia
    5.        Zwiększona synteza IL-4, IL-5, IL-6 , podwyższona aktywność INF-γ

Zaburzenia immunologiczne w przebiegu niewydolności nerek

    •      Przedłużona tolerancja na przeczep allogeniczny
    •      Wzrost podatności na infekcje
    •       Zwiększona liczba przypadków neoplazji
    •      Nieprawidłowa reakcja na szczepionki przeciwko infekcjom wirusowym (grypa, wzw)

Przyczyny zaburzeń  immunologicznych w mocznicy

    •       Przewlekły niedobór białka i kalorii (niedostateczna podaż, zaburzenia wchłaniania, nadmierna utrata)
    •      Niedobory Zn, witamin B6 i E
    •      Przeładowanie żelazem (ferrytyna powyżej 500 mcg/l)
    •      Nisko- i wielkocząsteczkowe toksyny mocznicowe
    •      Przewlekła dializoterapia

Zaburzenia odporności po zabiegu operacyjnym

    •       Wystąpienie anergii skórnej
    •       Spadek IgG i IgM (przed operacją) przeciwko endotoksynom bakteryjnym
    •       Duży spadek (>50%) liczby limfocytów w 1 dobie po zabiegu
    •       Zwiększona w 1 – 2 dobie aktywność neutrofilów
    •       Spadek (20-30%) aktywowanych monocytów
    •       Podwyższone stężenie IL-6

Polekowe zaburzenia odporności

          Po stosowaniu cytostatyków

    •      Neutropenia późna 35 – 45 dni  (nieodwracalne uszkodzenie komórki macierzystej linii mieloidalnej)
    •      Neutropenia wczesna 7 – 14 dni  (odwracalne uszkodzenie komórki macierzystej linii mieloidalnej)

          Po innych lekach – lek (hapten) uruchamia nieprawidłowe niszczenie granulocytów

          Po długotrwałym stosowaniu glikokortykosteroidów – hamowanie czynności granulocytów

Efekt działania glikokortykosteroidów

    •       Apoptoza limfocytów aktywowanych allo- i autoantygenami
    •       Zmniejszenie ekspresji antygenów MCH i cząsteczek adhezyjnych na powierzchniach komórek
    •       Hamowaniu indukcji syntazy tlenku azotu w makrofagach
    •       Upośledzenie funkcji limfocytów cytotoksycznych i komórek NK
    •       Hamowanie funkcji monocytów i makrofagów

Infekcje wikłające leczenie immunosupresyjne

    1.       Infekcja wirusem cytomegalii (CMV) – u 80% populacji w młodości przebiega bezobjawowo, objawy przy obniżonej odporności
    2.       Ostra infekcja wirusem ospy i półpaśca (Varicella Zoster Virus – VZV)
    3.       Ostra infekcja wirusem opryszczki (Herpes Simplex Virus – HSV)
    4.       Gruźlica i mykobakteriozy
    5.       Infekcje grzybicze (candida, cryptococcus, aspergillus)
    6.       Pneumocystodoza

Stres a odporność

W badaniach doświadczalnych na zwierzętach w warunkach stresu stwierdza się spadek wskaźników odpowiedzi komórkowej

    1.    Spadek liczby limfocytów
    2.    Zaburzenia ilościowe subpopulacji
    3.    Spadek aktywności komórek NK
    4.    Spadek odpowiedzi proliferacyjnej na antygen
    5.    Zaburzenia fagocytozy

Przewlekły stres → podwzgórze → przysadka → układ współczulny → ACTH, katecholaminy, opioidy → obniżenie produkcji IL2


Zaburzenia odporności w wyniku promieniowania jonizującego

  •       Napromienianie całego ciała = napromieniowanie tkanki limfatycznej (Total Lymphoid Irradiation)
  •       Największa pobudliwość komórek dzielących się np. limfocytów pobudzonych alloantygenem
  •       Limfocyty Th bardzie wrażliwe niż limfocyty Ts
  •       Makrofagi i komórki NK względnie odporne na napromienianie

Zaburzenia odporności a niektóre nowotwory

Układ odporności sprawuje nadzór immunologiczny, który zapobiega nowotworzeniu poprzez wczesne wykrywanie i niszczenie komórek atypowych. Immunosupresja i upośledzenie odporności może prowadzić do zakażeń wirusowych, które z kolei  mogą sprzyjać rozwinięciu się szeregu chorób nowotworowych:

  •       Chłoniaki nieziarnicze (Epstein-Barr Virus – EBV)
  •       Mięsak Kaposi (human immunodeficiency virus – HIV)
  •       Rak skóry i rak odbytu (human papilloma virus – HPV)
  •       Pierwotny rak wątroby (hepatitis B virus – HBV)

Zaburzenia odporności humoralnej w przebieg choroby nowotworowej

  •       Cytokiny (głównie TGF-beta transforming growth factor) wydzielane przez komórki nowotworowe (rak owsiano-komórkowy, międzybłoniak, ziarnica Hodgkina)
  •       Prostaglandyny (głownie PGE2) wydzielane przez makrofagi (nowotwory głowy i szyi)
  •       Gangliozydy produkowane m.in. przez makrofagi, erytrocyty, komórki wątroby

 

Zaburzenia odporności komórkowej w przebieg choroby nowotworowej

      Ogólne:

    •       Zmniejszenie liczby limfocytów
    •       Zmniejszenie populacji limfocytów CD4
    •       Spadek lub odwrócenie wskaźnika CD4/CD8
    •       Osłabienie aktywności komórek NK

      Miejscowe (region guza, regionalne węzły chłonne):

    •       Zmniejszenie liczby i zaburzenie funkcji komórek jednojądrzastych

Zaburzenia odporności w przebiegu choroby głodowej

Na szczęście w naszym kraju, ani w Europie choroba głodowa praktycznie nie występuje samoistnie. Może się objawić w przebiegu innych chorób o ciężkim i długotrwałym przebiegu /m.in. w przebiegu choroby nowotworowej, gruźlicy, zapalenia płuc, ciężkiej biegunki/. Choroba głodowa jest charakterystyczna do regionów dotkniętych wojną czy do Afryki subsacharyjskiej. W Europie w XX wieku były regiony dotknięte głodem np. wielki głód na Ukrainie w latach 1932 - 1933, oraz głód w obozach koncentracyjnych czy w nazistowskich Gettach dla Żydów. W przebiegu choroby głodowej dochodzi do szeregu zaburzeń organizmu, w tym również w zakresie układu odporności.

    •       Upośledzenie odpowiedzi komórkowej
    •       Upośledzenie fagocytozy
    •       Upośledzenie produkcji cytokin, przeciwciał i białek układu  dopełniacza
    •       Zanik grasicy i grasicozależnych stref węzłów chłonnych

Inne wtórne zaburzenia odporności

    •       W przebiegu zakażenia (HIV, HTLV1 (Human T-cell Leukemia Virus), wirusem odry, gruźlicy
    •       Niedobory żywieniowe (cynku, żelaza, witamin A, E, B, kwasu foliowego)
    •       Endokrynopatie (nadczynność tarczycy, choroba Cushinga, cukrzyca, nadczynność przytarczyc)
    •       Stany po urazach, po oparzeniach, głęboka hipotermia
    •       Utrata białka (enteropatie wysiękowe, zespół nerczycowy)
    •       Alkoholizm, narkomania

Budowa układu odporności

Jak działa odporność?

Niedobory odporności

Jak dbać o odporność?

Aktualności

Europejska Agencja Leków (EMA) dopuściła do stosowania terapię genową w leczeniu ciężkiego złożonego niedoboru odporności w wyniku niedoboru deaminazy adezynowej (ADA-SCID), będącego skutkiem mutacji genetycznej - informuje New Scientist. O terapii genowej, czym jest i o jej perspektywach, można przeczytać na portalu laboratoria.net

17.01.2024

Source: Memorial Sloan Kettering Cancer Center Library / LibGuides / COVID Impacts / Immune Dysfunction

Detailed information and resources on the long-term health consequences of COVID-19 infection and the broad social impacts of the COVID-19 pandemic.

One of the most concerning long-term effects of COVID-19 is the dysregulation and dysfunction of the immune system.

08.08.2023

Source: Nutrients Authors: van Steenwijk H, Bast, A and de Boer A.

Beta-glucans derived from mushrooms are bioactive long-chain polysaccharide compounds, insoluble in water and with immunomodulatory properties. Knowledge of the action and functions of beta-glucans, which have been used in traditional medicine for centuries, is developing thanks to modern immunological and biotechnological methods.

04.08.2023

Source: Oncology Reports; Authors: Hiromi Okuyama Akira Tominaga, z Laboratory of Immunology, Faculty of Pharmacy, Osaka Ohtani University, Tondabayashi, Osaka 584-8540, Japan

Spirulina lipopolysaccharides inhibit tumor growth in a Toll-like receptor 4-dependent manner by altering the cytokine milieu from interleukin-17/interleukin-23 to interferon-γ