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24.3: Humorale Immunreaktionen
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Humoral Immune Responses
 
PROTOKOLLE

24.3: Humoral Immune Responses

24.3: Humorale Immunreaktionen

Overview

The humoral immune response, also known as the antibody-mediated immune response, targets pathogens circulating in “humors,” or extracellular fluids, such as blood and lymph. Antibodies target invading pathogens for destruction via multiple defense mechanisms, including neutralization, opsonization, and activation of the complement system. Patients that are impaired in the production of antibodies suffer from severe and frequent infections by common pathogens and unusual pathogens.

B Cells Are Produced by the Bone Marrow and Circulate through Body Fluids

B lymphocytes, also called B cells, detect pathogens in the blood or lymph system. Although B cells originate in the bone marrow, their name is derived from a specialized organ in birds in which B cells were first discovered, the bursa of Fabricius. After release from the bone marrow, B cells mature in secondary lymphoid tissues, such as the spleen, lymph nodes, tonsils and mucosa-associated lymphoid tissue throughout the body.

B Cells Differentiate into Antibody Releasing Plasma Cells and Memory B Cells

B cells bind to specific parts of a pathogen, called antigens, via their B cell receptors. In addition to antigen binding, B cells require a second signal for activation. This signal can be provided by helper T cells or, in some cases, by the antigen itself. When both stimuli are present, B cells form germinal centers, where they proliferate into plasma cells and memory B cells. All cells that are derived from a common ancestral B cell (monoclonal) respond to the same antigen. Each plasma cell secretes genetically identical antibodies that circulate in the bloodstream. Memory B cells produce antibodies that are bound to the cell’s surface and are highly specific against the antigen that initially led to the production of the memory B cell. Memory B cells are long-lived and enable the organism to react much faster and stronger upon secondary exposure to the same pathogen.

Antibodies Kill Pathogens in Diverse Ways

Antibodies bind to antigens that they encounter in body fluids. The resulting antibody-antigen complex activates three major defense mechanisms: neutralization, opsonization and the complement system.

Neutralization: Antibodies “neutralize” a pathogen by interfering with its ability to infect host cells. For example, when an antibody binds to the surface of a virus, it may impair the ability of the virus to attach to or gain entry into target cells, effectively inhibiting the infection.

Opsonization: Antibodies function as opsonins, which “tag” pathogens for destruction. Specifically, the formation of the antigen-antibody complex attracts and stimulates phagocytic cells that engulf and destroy the pathogen.

Complement: Antibodies can activate the complement system, which plays a role in both innate and adaptive immunity. The complement system is a sequential cascade of more than 30 proteins. With the help of antibodies, these proteins opsonize pathogens for destruction by macrophages and neutrophils, induce an inflammatory response with the recruitment of additional immune cells, and promote lysis (destruction) of the pathogen.

Disruption of the Humoral Immune System Is Life-Threatening

Humans suffering from humoral immune system disorders are often identified early in life, when the number of antibodies that the infant received from its mother (i.e., passive immunity) decreases. Given the complexity of the humoral immune system, the causes for its malfunction are manifold. However, nearly 80% of patients with a primary immunodeficiency disease involve an antibody disorder. For example, hypogammaglobulinemia is the deficiency, or low number, of all classes of antibodies. Patients have more frequent ear, sinus, and pulmonary infections and suffer from gastrointestinal problems, such as diarrhea, malabsorption, and symptoms of irritable bowel syndrome. In general, the frequency and severity of patient infections increase with age. Infections by unusual pathogens tend to be severe, and infections by common pathogens are often both serious and recurrent.

Überblick

Die humorale Immunantwort, welche auch als Antikörper-vermittelte Immunantwort bekannt ist, zielt auf Krankheitserreger ab, die in Humor, oder in extrazellulären Flüssigkeiten wie Blut und Lymphe zirkulieren. Die Antikörper zielen auf eindringende Krankheitserreger ab, um diese über verschiedene Abwehrmechanismen zu bekämpfen. Dazu gehören die Neutralisierung, Opsonierung und Aktivierung des Komplementsystems. Patienten, die in der Produktion von Antikörpern beeinträchtigt sind, leiden unter schweren und häufigen Infektionen durch gewöhnliche und ungewöhnliche Krankheitserreger.

B-Zellen werden vom Knochenmark produziert und zirkulieren durch Körperflüssigkeiten

B-Lymphozyten (B-Zellen) weisen Krankheitserreger im Blut oder im Lymphsystem nach. Obwohl B-Zellen aus dem Knochenmark stammen, leitet sich ihr Name von einem spezialisierten Organ bei Vögeln ab, in dem B-Zellen zuerst entdeckt wurden, der Bursa von Fabricius. Nach der Freisetzung aus dem Knochenmark reifen B-Zellen in sekundären lymphatischen Geweben, wie Milz, Lymphknoten, Mandeln und schleimhautassoziiertem lymphatischen Gewebe im gesamten Körper heran.

B-Zellen differenzieren sich in Antikörper freisetzende Plasmazellen und Speicher-B-Zellen

B-Zellen binden über ihre B-Zell-Rezeptoren an spezifische Teile eines Pathogens, die Antigene genannt werden. Zusätzlich zur Antigenbindung benötigen B-Zellen ein zweites Signal zur Aktivierung. Dieses Signal kann von T-Helferzellen oder in einigen Fällen vom Antigen selbst bereitgestellt werden. Wenn beide Stimuli vorhanden sind, bilden B-Zellen Keimzentren, wo sie sich zu Plasmazellen und B-Gedächtniszellen vermehren. Alle Zellen, die von einer gemeinsamen (monoklonalen) B-Zelle abstammen, reagieren auf dasselbe Antigen. Jede Plasmazelle sezerniert genetisch identische Antikörper, die im Blutkreislauf zirkulieren. Gedächtnis-B-Zellen produzieren Antikörper, die an die Zelloberfläche gebunden sind und hochspezifisch gegen das Antigen sind, das ursprünglich zur Produktion der Gedächtnis-B-Zelle geführt hat. Gedächtnis-B-Zellen sind langlebig und ermöglichen es dem Organismus, bei sekundärer Exposition gegenüber demselben Erreger viel schneller und stärker zu reagieren.

Antikörper töten Krankheitserreger auf verschiedene Weise ab

Antikörper binden sich an Antigene, denen sie in Körperflüssigkeiten begegnen. Der resultierende Antikörper-Antigen-Komplex aktiviert drei Hauptabwehrmechanismen: Neutralisation, Opsonierung und das Komplementsystem.

Neutralisierung: Antikörper neutralisieren einen Erreger, indem sie seine Fähigkeit zur Infektion von Wirtszellen beeinträchtigen. Wenn ein Antikörper beispielsweise an die Oberfläche eines Virus bindet, kann er die Fähigkeit des Virus beeinträchtigen, sich an die Zielzellen zu heften oder in diese einzudringen. Dadurch wird die Infektion wirksam gehemmt.

Opsonierung: Antikörper fungieren als Opsonine, die Erreger zur Zerstörung tagmarkieren Konkret zieht die Bildung des Antigen-Antikörper-Komplexes phagozytäre Zellen an, die den Erreger verschlingen und zerstören.

Komplementsystem: Antikörper können das Komplementsystem aktivieren, das sowohl bei der angeborenen als auch bei der adaptiven Immunität eine Rolle spielt. Das Komplementsystem ist eine sequentielle Kaskade von mehr als 30 Proteinen, die für die angeborene und adaptive Immunität von Bedeutung sind. Mit Hilfe von Antikörpern opsonisieren diese Proteine Krankheitserreger zur Zerstörung durch Makrophagen und Neutrophile, induzieren eine Entzündungsreaktion mit der Rekrutierung zusätzlicher Immunzellen und fördern die Lyse (Zerstörung) des Erregers.

Eine Störung des humoralen Immunsystems ist lebensbedrohlich

Man kann Störungen des humoralen Immunsystems häufig schon früh im Leben ausmachen. Das sieht man z.B., wenn die Anzahl der Antikörper, die das Kind von seiner Mutter erhalten hat (d.h. die passive Immunität), abnimmt. Angesichts der Komplexität des humoralen Immunsystems sind die Ursachen für seine Fehlfunktion vielfältig. Bei fast 80% der Patienten mit einer primären Immunschwächekrankheit liegt jedoch eine Antikörperstörung vor. Die Hypogammaglobulinämie ist beispielsweise der Mangel oder die geringe Anzahl aller Klassen von Antikörpern. Die Patienten haben häufiger Ohr-, Nebenhöhlen -und Lungeninfektionen und leiden an Magen-Darm-Problemen wie Durchfall, Malabsorption und Symptomen des Reizdarmsyndroms. Im Allgemeinen nehmen die Häufigkeit und der Schweregrad der Patienteninfektionen mit dem Alter zu. Infektionen durch ungewöhnliche Erreger sind in der Regel schwerwiegend, und Infektionen durch häufige Erreger sind oft sowohl gravierend als auch wiederkehrend.


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