Jak se tělo brání virové infekci?

Zdroj: Pixabay

Autor:
Mgr. Zdeněk Zadražil, Ph.D., buněčná imunologie, Přírodovědecká a 1. Lékařská fakulta UK

Oponentura:
prof. RNDr. Jan Černý, Ph.D.

Imunitní systém je složité „soukolí”, které zajišťuje správnou rovnováhu v lidském těle. Jak konkrétně tento aparát bojuje s virovými infekcemi? A proč je v případě nového koronaviru nepřipraven?

Imunitní systém tvoří desítky různých populací imunitních buněk a specializované orgány jako jsou mízní uzliny, brzlík či slezina. Společně odstraňují staré a poškozené buňky a pomáhají i při opravování poškozených tkání. Tento systém nás chrání například před nebezpečím, jehož původci jsou různí paraziti, jakými jsou viry, bakterie či kvasinky. Chrání nás také před rakovinnými buňkami, které zlikviduje většinou dříve, než se z nich může stát nádor. V tomto článku se zaměříme na nezastupitelnou roli právě při boji s virovými infekcemi.

Sebedestrukce buňce nepomůže

Viry jsou maličké částice, mnohem menší než naše vlastní buňky. Jsou to neživé entity, v zásadě pouhé genetické informace zabalené v proteinovém obalu (případně ještě v obalu z lipidové dvojmembrány, kterou si ukradnou z infikované buňky). Virová částice sama o sobě nic nedělá. Není totiž schopna se sama množit. K tomu potřebuje buňku, která je schopná všech životních projevů. Ke svému namnožení tak využije její metabolický aparát. A proto ta analogie s počítačovým virem, který ostatně dostal svoje jméno po viru biologickém. 

Pokud se do našeho těla virus dostane, v první linii s ním bojují samotné napadené buňky, které za nás neváhají položit život. Buňka nejdřív spustí samoočistný program (autofágii), během kterého likviduje “podivnou entitu v sobě”, a to sebepožíráním. Když to nevyjde, spustí programovanou buněčnou smrt. V zájmu zachování buněčné komunity našeho těla spáchá buněčnou sebevraždu, a tak v sobě zahubí infekci. 

Napadené buňky jsou v první linii boje s virem. Pokud nezafunguje sebepožírání, buňka spustí programovanou buněčnou smrt.

Představme si buňku jako obrovskou továrnu s desítkami tisíc výrobních pásů, která je napájena chemickými elektrárnami. Má k dispozici komplexní řídící systém a je ohromně synchronizovanou mašinérií. Virus je malý USB flash disk, který “přeprogramuje” řídící jednotku podle svého. Přinutí tak všechny výrobní pásy, aby tvořily jeho kopie – virové částice. Pokud buňka dokáže zastavit svou výrobu, nebo se úplně zničit, virus se nestihne namnožit. Protože je uvnitř buňky již jen ve formě nukleové kyseliny (tedy bez proteinů a kapsule), jeho příběh by tím skončil. Ale tak jednoduché to bohužel není. 

Virus při vstupu do buňky vypíná její bezpečnostní systémy a v sebevraždě se jí snaží zabránit. Zajímavé je, že napadená buňka je schopna přítomnost viru signalizovat svému okolí. Pomocí cytokinů, komunikačních molekul, říká dalším buňkám: „Pozor, v okolí je virus, připravte se.“ A okolní buňky to udělaj. Například tím, že zastaví výrobu ve svých továrnách. Virus, který je chce infikovat, se v nich nemá jak účinně množit. Všechno je to ale boj kdo s koho, virus zbrojí proti buňce a buňka proti viru.

Na pomoc přichází imunita

Virové infekci se tedy v první linii postaví samotné napadené buňky v těle. Někdy je to ale málo, a tak musí nastoupit vrozená a specifická imunita, což jsou dvě hlavní části imunity. Každá má k dispozici „své bojovníky” v podobě specializovaných buněk a molekul.

Vrozená imunita tvoří první obranou linii proti patogenům, tedy „cizím organismům” v našem těle. Její buňky, mezi které patří například NK buňky, makrofágy, neutrofily či dendritické buňky, dokáží buď zabíjet nakažené buňky (to dělají NK buňky), a nebo ukazovat na svém povrchu, co se v těle děje a že došlo k infekci. 

Specialisty v posledně jmenované disciplíně jsou dendritické buňky. Ty průběžně pohlcují materiál ze svého okolí. Jakmile zjistí, že pozřely něco, co je tělu cizí a zároveň nebezpečné, spustí imunitní reakci aktivací dalších buněk. Zejména pak stojí u vzniku tzv. imunity získané (specifické, adaptivní). Je vhodné poznamenat, že není důvod, aby dendritické buňky hned útočily proti všemu cizímu, co nebezpečné není. To se například děje při alergiích, kdy imunitní systém špatně vyhodnotí pro tělu sice cizí, ale současně neškodné částice, jako třeba pylová zrnka.

Získaná imunita je namířena již konkrétně proti patogenu, který infekci způsobil. Takzvané T lymfocyty (T od slova Thymus, neboli brzlík, kde se tyto lymfocyty vyvíjejí) a B lymfocyty (B od slova bursa, což je orgán ptáků, ve kterém byly poprvé identifikovány) jsou hlavními „bojovníky” získané imunity.

Pokud se virus množí a šíří tak rychle, že ho T buňky nestačí dostatečně rychle eliminovat, vstupují do hry B-lymfocyty.

T buňky jsou schopné zabíjet napadené buňky, které to samy nesvedou (mají takzvanou cytotoxickou aktivitu). T lymfocyt vpraví do infikované buňky speciální molekuly, které spustí buněčnou smrt. Oproti NK buňkám jsou T lymfocyty v této disciplíně mnohem účinnější a hlavně specifické. Na to už se virům v buňce samotné těžko hledá odpověď. 

Pokud se virus množí a šíří tak rychle, že ho T buňky nestačí dostatečně rychle eliminovat, nastupuje další fáze virové infekce – volný pohyb virových částic, které mohou infikovat další a další buňky. A tady vstupují do hry právě B-lymfocyty, které jsou schopné produkovat protilátky a vylučovat je do oběhu či v místě infekce.  

Protilátka je molekula vypadající jako ypsilon, která se dokáže pevně a velmi specificky na virus mimo buňku navázat a zabránit mu v napadení cílových buněk (protože mu obsadí jeho vazebný protein). A nebo ho zkrátka označkovat a přivolat například makrofágy, které jsou schopny potom virus i protilátku účinně pozřít a strávit.

Paměťové buňky jsou komandem v záloze

Rozvoj získané imunity potřebuje svůj čas. Než se vysoce proškolené komando T a B-lymfocytů naučí svého nepřítele rozpoznávat a likvidovat, trvá to i několik dní. A tím se dostáváme k jádru problému. Virus má totiž poměrně dost času na to, aby se významně rozmnožil.

Obecně, pokud se naše tělo setká s patogenem (v tomto případě s virem), kterého nikdy předtím „nevidělo”, trvá vývoj získané imunity kolem 7-10 dní. Pokud se povede nad patogenem vyhrát, namnožené T a B-lymfocyty odumírají, protože jich už není potřeba. Malá část ovšem zůstane a stanou se z nich takzvané paměťové buňky. Setká-li se organismus se stejným patogenem znovu, tělo už je připraveno s paměťovými buňkami v záloze. Stačí jen rychle navýšit jejich počet a boj může začít. A tentokrát by měl být rychlejší a snadnější. 

Na paměťových buňkách je založené i očkování. Infekci jsme schopni napodobit tím, že vpravíme jedinci oslabený nebo mrtvý patogen a následnou imunitní reakcí vznikne imunitní paměť, která organismus připraví na skutečnou infekci. Není to ale vždy tak jednoduché, protože v mnoha případech není vakcína tělem rozpoznána jako nebezpečí a proto k imunitní reakci nedojde. Tento princip nemůžeme tedy použít pro jakýkoliv patogen a jakoukoliv nemoc.

Naše populace nebyla připravena na nový koronavirus 

Problém s novým koronavirem SARS-CoV-2 je ten, že proti němu nikdo žádnou předem připravenou imunitní paměť neměl. Naše populace byla vůči tomuto viru takzvaně naivní. Protože není dostupné ani očkování, ani lék, imunitní systém každého z nás musí vést prvotní bitvu s virem sám bez velké pomoci. 

Někteří mají to štěstí, že jejich imunitní systém je silný a z „buněčné bitvy” si odnesou třeba jen menší škrábnutí. Někteří však toto štěstí nemají, a tak si nikdo nemůže být stoprocentně jistý, jak si s tímto virem jeho imunitní systém poradí. Situaci komplikuje také fakt, že nás proti novému koronaviru zatím nechrání takzvaná kolektivní imunita, kdy většina populace již chorobu prodělala (či byla očkována) a protilátky má. Tím totiž chrání osoby se slabším imunitním systémem a ztěžuje šíření viru. 

U každého jedince naopak v případě nového koronaviru trvalo poměrně dlouho, než vznikla silná imunitní odpověď, virus se tedy mohl rychle šířit – třeba kvůli masivní letecké dopravě, několikadenní inkubační době či bezpříznakovému onemocnění mnoha jedinců. I proto se používá pojem „naivní populace”. 

Cytokinová bouře způsobí paniku organismu

Spolu s nepřipravenou imunitou celé naší populace s sebou přináší nový koronavirus další problém, a to nekontrolovatelnou reakci imunitního systému na infekci. S tou si můžeme spojit další termín, který se teď občas objevuje i v médiích: cytokinová bouře. 

Jak jsme zmínili, cytokiny jsou molekuly, kterými buňky imunitního systému komunikují. Každý cytokin dává určitý “povel”, když si ale představíme, že jsou v organismu všechny tyto signály najednou, odpověď buněk na ně bude velmi nekoordinovaná a budou se snažit splnit všechny rozkazy najednou. Může se tak stát, že se po určité době infekce imunitní systém „zblázní”. Komunikace mezi jednotlivými buňkami se stane přehnaná a neřízená. Na místo infekce proudí další a další imunitní buňky a celý chaos se obrátí proti vlastnímu organismu. 

Náš imunitní systém tedy není na SARS-CoV-2 připraven. U části populace není imunitní systém dostatečně rychlý, aby zabránil infekci dolních cest dýchacích. 

V případě nového koronaviru tak dochází k plnění plicních váčků tekutinou plnou zánětlivých molekul a buněk, dýchání se stává nemožné. Může také dojít k nevratnému poškození plic, kdy je jejich část nahrazena nefunkčním vazivem, podobně jako se nám po zranění udělá jizva. Zde to má ale vážné důsledky, jelikož se jizvami nahrazují buňky, které absorbují kyslík a předávají jej do krve. Těžké zápaly plic se pak musí řešit například odsáváním tekutiny z plic, mechanickou ventilací či mimotělním okysličováním krve.

Náš imunitní systém tedy není na SARS-CoV-2 připraven. U části populace není imunitní systém dostatečně rychlý, aby zabránil infekci dolních cest dýchacích. Zde potom může docházet k neřízené imunitní reakci. Na začátku je tedy potřeba posílení imunitní odpovědi, na konci ovšem naopak její utlumení. Nastavení takových intervencí není nic jednoduchého, ale intenzivně se na tom pracuje.

Zpracováno ve spolupráci s Cover Story