پاورپوينت سیستم ایمنی در ماهيان

The Immune System

Maryam Khajavi

تاریخچه سیستم ایمنی

واژه ایمنی از لغت لاتین Immunitas به معنای مصونیت سیاسی و اجتماعی مشتق شده است که به سناتورهای رومی در مدت تصدی انها داده میشد.

ایمنی به معنی مصونیت در برابر بیماری به ویژه در مقابل بیماری های عفونی میباشد.

تعریف سیستم ایمنی

به مجموعه ای از سلول ها و مولکولهای دخیل درایجاد ایمنی، سیستم ایمنی می گویند و به پاسخ هماهنگ آنها درمقابل عوامل بیگانه و خارجی، پاسخ ایمنی گفته میشود.

اجزای سیستم ایمنی

به طور کل سیستم ایمنی به دو بخش: ایمنی ذاتی و ایمنی اکتسابی تقسیم بندی می شود.

• مقدمه

•انتوژنی سیستم ایمنی

• ارگان های لنفوئیدی

•تیموس

•کلیه

•طحال

•

•سیستم ایمنی در ماهیان بسیار شبیه مهره داران است اکرچه دارای تفاوت های مهمی است

•ماهیان از دوران جنینی زندگی آزاد در محیط آبی دارند بنابراین برای یک دوره طولانی از مرحله جنینی به سیستم ایمنی ذاتی متکی هستند

•ایمنی غیراختصاصی یک مکانیسم دفاعی پایه در ماهیان است. علاوه براین به واسطه سیستم پروتئین های گیرنده در پاسخ ایمنی اختصاصی و هومئوستازی نقش کلیدی دارد

•پروتئین های گیرنده، پاتوژن ها (پلی ساکاریدها، لیپوپلی ساکاریدها (LPS)، DNA باکتری های پپتیدوگلیکان، RNA ویروس) را تشخیص می دهند.

•پاسخ ایمنی شامل سدهای فیزیکی و ایمنی سلولی و هومورال است

فاکتورهای داخلی و خارجی بسیاری می توانند روی پاسخ ایمنی تاثیرگذار باشند:

فاکتورهای بازدارنده:

§تغییرات دمایی

§مدیریت استرس

§تراکم

فاکتورهای تشدید کننده:

§افزودنی های غذا

§محرک های سیستم ایمنی

هدف

مروری بر سیستم ایمنی در ماهی شامل انتوژنی، مکانیسم ایمنی اختصاصی و غیر اختصاصی و عملکرد برخی محرک های ایمنی است

انتوژنی سیستم ایمنی

اولین اندام خونساز در ماهیان intermediate cell mass (ICM) نامیده می شود

به عبارت دیگر ظهور اولین IgM در لنفوسیت در بین ماهیان مختلف متفاوت است. اگرچه ظهور لنفوسیت B و ایمنوگلوبولین در گونه های دریایی نسبت به گونه های آب شیرین دیرتر اتفاق می افتد زمانیکه لاروها 20–30 mm طول دارند.

انتوژنی

Magnadottir et al. (2005) پیشنهاد کرد نقش اولیه آنتی بادی های مادری حفاظت تخم در برابر انتقال عمودی برخی پاتوژن ها یا IgM مادری فاگوسیتوز و یا فعالیت مسیر کمپلمان در مراحل اولیه توسعه است.

IgM حتی ممکن است مانند پروتئین تغذیه ای کیسه زرده عمل کند

اندام های لنفی

Thymus

Kidney

Spleen

ایمنی ذاتی

شامل مکانیسم های دفاعی بیوشیمیایی وسلولی است . به عنوان اولین سد دفاعی بدن شناخته میشوند که قبل از عفونت نیز وجود دارند، حضور آنها جهت پاسخ صحیح به عفونتها میباشد.

این سیستم به عفونت های مکرربطور مشابه ویکسان پاسخ میدهد.

سیستم ایمنی ذاتی قادر به تشخیص تفاوتهای جزئی میان عوامل بیگانه نیست.

اجزای اصلی ایمنی ذاتی

سدهای فیزیکو شیمیایی مثل اپی تلیوم (سلولهای پوششی بدن) و ترشحات ضد میکروبی آنها

سلولهای بیگانه خوار(نوتروفیل ها و ماکروفاژها)و سلولهای کشنده طبیعی NK CELLs وسلولهای دندریتیک,مست سل ها و گرانولوسیت ها

پروتئین های خون نظیر سیستم کمپلمان و سایر واسطه های التهابی

سایتوکاین های ایمنی ذاتی (که پروتئین های تنظیم کننده فعالیت های سیستم ایمنی ذاتی هستند.)

ایمنی غیراختصاصی

در ماهیان، به دلیل محدودیت های سیستم ایمنی، طبیعت خونسردشان، محدودیت آنتی بادی آن ها، تکثیر و بلوغ آهسته لنفوسیت ها، ایمنی ذاتی یک مولفه ضروری برای مقابله با پاتوژن ها مطرح شده است

در ماهیان پوست، آبشش و بزاق سدهای محکمی در برابر پاتوژن ها هستند

این نوع پاسخ به مکانیسم هایی نیاز دارد که شامل فاکتورهای خونی، سلول و بافت، پپتیدهای آنتی میکروبیال و فاکتورهای کمپلمان است

فاکتورهای خونی می تواند شامل گیرنده های مولکولی یا سلولی محلول در پلاسما و یا دیگر مایعات بدن باشد

Physical barriers

فلس ها، موکوس پوست و آبشش بعنوان اولین سد در مقابل عفونت عمل می کند

موکوس ماهی شامل (lectins, pentraxins, lysozymes, complement proteins, antibacterial peptides و immunoglobulin M (IgM)) است که نقش مهمی در جلوگیری از ورود پاتوژن به بدن را ایفا می کنند.

پوست نیز قادر است نسبت به حملات (بوسیله افزایش ضخامت و هایپرپلازی) واکنش نشان دهد

یکپارچگی پوست برای حفظ تعادل اسمزی و جلوگیری از ورود عوامل خارجی ضروری است.

عوامل محلول ایمنی ذاتی

Nonspecific cellular cytotoxicity

در پستانداران، پاسخ غیراختصاصی عمدتا بوسیله سلول های cytotoxic که سلول های کشنده طبیعی نیز نامیده می شوند صورت میگیرد.

Antimicrobial peptides

مطالعات پوست و ترشحات پوستی ماهی بیانگر نقش مهم این سیستم در دفاع مقابل ویروس ها و باکتری ها بوده است.

این پپتیدها در موکوس، بافت کبد و آبشش ماهیان استخوانی دیده شده اند

پلی پپتیدهای با وزن مولکولی پایین، قادرند دیواره سلولی باکتری ها را تخریب کنند

Phagocytosis

در جانوران خونسرد فاگوسیتوز یکی از مهم ترین فرآیندهاست زیرا این فرآیند حداقل تاثیرپذیری را در برابر دما دارد.

سلول های اصلی درگیر در فاگوسیتوز در ماهیان، نوتروفیل ها و ماکروفاژها هستند

این سلول ها عمدتا بوسیله تولید ROS طی فرآیند انفجار تنفسی، دیواره سلولی باکتری ها را از بین می برند.

نوتروفیل ها در گرانول های سیتوپلاسمی خود دارای myeloperoxidase است که در حضور هیدروژن پراکساید دیواره سلولی باکتری ها را تخریب می کند.

همچنین این سلول ها دارای لیزوزیم و سایر آنزیم های هیدرولیتیک در لیزوزوم خود هستند

بطور مشابه ماکروفاژها قادرند در پستانداران nitric oxide تولید کنند و یا می توانند به قدرتمندی عناصر آنتی باکتریال، peroxynitrites و گروه های هیدروکسیل باشند.

Complement

سیستم کمپلمان در ماهیان استخوانی، مانند مهره داران عالی است و به سه طریق عمل می کند:

روش کلاسیک: با اتصال آنتی بادی به سطح سلول راه اندازی می شود.

روش متناوب: مستقل از آنتی بادی است و مستقیما به وسیله میکروارگانیسم های خارجی فعال می شود

روش لکتین: بوسیله اتصال یک کمپلکس پروتئین mannose/mannan binding lectin در دیواره باکتری فعال می شود.

collectin

Complement

مطالعات بیان می کنند که مسیر متناوب کمپلمان بیشترین اهمیت را در پاسخ ایمنی ذاتی ماهیان استخوانی دارد

آنتی بادی های موجود در پروتئین های کمپلمان در آزادماهیان قادرند ویروس هایی نظیر (IHNV) و (VHSV) را از بین ببرند.

Tumor necrosis factor (TNF)

TNF-α و TNF-β مهم ترین فعال کننده های ماکروفاژها هستند

مطالعات انجام شده در ماهیان مختلف نشان داده است که TNF سبب فعالیت ماکروفازها، با تکیه بر افزایش فعالیت تنفسی، فاگوسسیتوز و تولید nitric oxide می شود.

Interferon (INF)

INFα و INFβ سیتوکین های دارای عملکرد ضدویروسی هستند

INF نقش مهمی را در دفاع در برابر عفونت های ویروسی در سول های میزبان مهره داران ایفا می کند

INF بوسیله اتصال به گیرنده های مختلف از سلول های دیگر در مقابل ویروس ها حفاظت می کند و سبب تحریک چندصد ژن می شود که برخی از این ژن ها، کد کننده پروتئین های ضد ویروسی هستند: protein MX، protein kinase dsRNA activated (PKR)، 2,5-oligoadenylate synthetase (OAS)

Interleukins (IL)

IL-1 در پستانداران، شامل 10 لیگاند و 10 مولکول گیرنده پروتئینی است و نقش مهمی در التهاب و دفاع میزبان بازی می کند.

IL-1β در 13 ماهیان استخوانی شناسایی شده است و در تنظیم ایمنی بواسطه تحریک سلول های T دخیل است.

عملکرد IL-1β در این ماهیان مانند پستانداران است.

Others cytokines and chemokines

همانطور که ذکر شد IL-1β و TNF-α سیتوکین های دخیل در القای پاسخ التهابی در برابر باکتری های گرم منفی در ماهی هستند بعلاوه ثابت شده است که IL-6 نیز در پاسخ التهابی به این نوع از باکتری ها دخیل است

Protease inhibitors

چندین بازدارنده پروتئازی در سرم و سایر مایعات بدن ماهی وجود دارد.

عملکرد اصلی آن ها حفظ همئوستازی مایعات بدن است.

این مولکول ها در واکنش های فاز حاد و دفاع در برابر پاتوژن ها دخیل هستند و آنزیم های پروتئولیتیک ترشح می کنند.

Lysozyme

لیزوزیم یک آنزیم باکتریولیتیک است که بطور گسترده ای در سراسر بدن انتشار دارد و قسمتی از دفاع غیراختصاصی در جانوران است.

در آزادماهیان، در سرم، ترشحات، غشای موکوسی و بافت های غنی از لوکوسیت، عمدتا کلیه و روده یافت شده است.

ظاهرا منبع اصلی لیزوزیم، مونوسیت ها، ماکروفاژها و نوتروفیل هاست گرچه اخیرا مطالعات حضور این آنزیم را در ائوزینوفیل ها نشان داده است.

Lysozyme

عمل ضدباکتریایی این آنزیم شامل هیدرولیز کردن دیواره پپتیدوگلیکان سلول های باکتریایی است که منجر به تخریب دیواره سلولی است.

در ابتدا تصور میشد که لیزوزیم در مقابل باکتری های گرم مثبت فعال است اما بعدا ثابت شد که در مقابل باکتری های گرم منفی نیز فعال است

Natural antibodies

آنتی بادی های طبیعی به مقدار زیاد در سرم ماهی یافت می شوند جاییکه آن ها حفاظت سریع و وسیعی رو در مقابل پاتوژن های باکتریایی یا ویروسی فراهم می کنند که این فاکتورها ترکیب های کلیدی ایمنی غیر اختصاصی را سبب می شوند.

این آنتی بادی های همچنین با ایمنی ذاتی در ارتباطند. ماهیان استخوانی قادر به تولید آنتی بادی های طبیعی اختصاصی نوع IgM علیه آنتی ژن های متنوع هستند.

Pentraxins

CRP و SAP در مایعات بدن مهره داران و بی مهرگان وجود دارند و عموما همراه با پاسخ فاز حاد التهاب همراهند.

حضور این پروتئین ها در بسیاری از ماهیان ثابت شده است.

سطوح این پروتئین ها به محض آسیب بافتی یا عفونت افزایش می یابد.

این پروتئین ها در فعال کردن مسیر کمپلمان کلاسیک و حذف سلول های apoptotic نقش دارند.

محرک های مختلف مثل آسیب بافتی یا عفونت، الگوهای متفاوتی از تولید (CRP) را در ماهیان نشان داده اند.

Transferrin

ترنسفرین یک گلیکوپروتئین کروی با فعالیت بالای ژلات کننده آهن میباشد. این پروتئین مولکول اصلی انتقال یون آهن در جانوران و گیاهان بشمار میرود. ترنسفرین درجه بالایی از چندشکلی های ژنتیکی در همه گونه ها دارد و در سرم و ترشحات همه مهره داران یافت میشود.

سیستم ایمنی اکتسابی

لنفوسیت ها اجزای سلولی این سیستم هستند.

دو نوع لنفوسیت B,T داریم.لنفوسیت های B در مغز استخوان بالغ شده و لنفوسیت های Tدر تیموس بالغ میشوند.

لنفوسیت های Bپس از برخورد به آنتی ژن تولید آنتی بادی میکنند, که این آنتی بادی ها به نوبه خود در ازبین بردن عوامل میکروبی نقش دارند.

اما لنفوسیت های Tقادر به شناسایی مستقیم آنتی ژن نیستند بلکه از طریق سلولهای عرضه کننده آنتی ژن ,شاخص های آنتی ژنی را شناسایی میکنندو پس از شناسایی فعال شده, تکثیر و تمایز پیدا میکنندو با ترشح سایتو کاین های مختلف به دیگر سلولها وحتی اجزای ایمنی ذاتی کمک میکنند تا میکروبها را از بین ببرند.

پاسخ ایمنی اختصاصی، از طریق مکانیسم هایی اتفاق می افتد که با شبکه پیچیده ای از سلول ها، پروتئین ها، ژن ها و پیام های بیوشیمیایی در گیر است که اسباب ضروری را برای بدن جهت پاسخ اختصاصی به آنتی ژن ها، آنتی بادی ها و سلول های اثر گذار ویژه و با میل ترکیبی بالا فراهم می کند

Antibodies

ایمنوگلوبین غالب در ماهیان استخوانی یک تترامر از رده ی IgM است که دارای هشت جایگاه اتصال آنتی ژنیک است.

برخی ماهیان استخوانی یک مونومر IgM در سرم خون خود دارند اگرچه فاکتورهای منتهی به بیان آن‌ها هنوز ناشناخته است

میل ترکیبی مونومریک و تترامریک IgM در ماهی قزل آلا شبیه هم است ولی IgM تترامریک نسبت به شکل مونومرثیک بطور موثرتری کمپلمان را فعال می کند که علت آن اختلاف ساختاری در پروتئین Fc مولکول است.

Antibodies

IgD دومین ایزوتایپ ایمنوگلوبولین شناسایی شده در ماهیان به ویژه گربه ماهی بود که علت آن توالی مشابه با IgD در پستانداران است که محل آن فورا تحت ژن IgM و بیان آن در سلول های B می باشد.

علاوه بر این غلظت IgM در سرم آزادماهیان نسبت به دیگر ماهیان استخوانی مثل مارماهی ژاپنی، کپورماهیان و برخی سوف ماهی شکلان به شدت پایین است.

به علاوه سطوح IgM در ماهیان آزاد و کاد اقیانوس اطلس با اندازه ، دما و کیفیت آب تغییر می کند.

Antibodies

آنتی بادی های ماهیان استخوانی در پوست، روده، مخاط آبشش و بطور سیستماتیک در پلاسمای خون یافت می شوند.

پاسخ ایمنی پوست و آبشش از اهمیت بالایی برخوردارند زیرا این اندام ها در تماس مستقیم با محیط هستند.

آنتی بادی های اختصاصی می توانند در پوست، روده و ابشش ها بدون نیاز به یک پاسخ سیستماتیک تولید شوند.

Immunological memory

ماهیان خاطره ایمنی را قبل از اینکه برای دومین بار در معرض آنتی ژن قرار گیرند می سازند.

ماهی قزل آلای رنگین کمان به دوز پایین تر از حد بهینه هر دو لنفوسیت T در حالت وابسته به آنتی ژن و مستقل از آنتی ژن بعد از اکسپوز اولیه به آنتی ژن مشابه پاسخ می دهد.

مازاد بر این، در حالیکه پاسخ سریعتر و شدیدتر از پاسخ اولیه است، تعداد سلول های B اختصاصی آنتی ژن در طحال مستقیما متناسب با تعداد پیشروهای آنتی ژن اختصاصی سلول B است.

Cellular Cytotoxicity

لوکوسیت های ماهی قادر به انجام واکنش های cytotoxicity هستند که در چندین گونه به اثبات رسیده است.

اگرچه به دلیل فقدان وسایل تخصصی شناسایی سلول هایی مسئول cytotoxicity هستند مشکل است.

این لنفوست ها با استفاده از مولکول MHC کلاس یک، سلول ها را شناسایی کرده و می کشند.

مطالعات نشان داده که مکانیسم مرگ سلولی در ماهیان نیز وجود دارد.

Environmental effect on immune Response

سیستم ایمنی و پاسخ ایمنی ماهیان می تواند بطور عمده ای تحت تاثیر فاکتورهای متنوعی نظیر دما، نور، کیفیت آب، شوری و عوامل استرس زای مختلف باشد.

کاهش در دما، طبیعت خونسرد ماهی حائز اهمیت است روی عملکرد فیزیولوژیک آن ها تاثیر دارد.

در قزل آلای رنگین کمان، اثر فتوپریود بر پاسخ ایمنی از طریق کاهش در تعداد لوکوسیت ها نشان داده شده است که این به علت افزایش ساعت روشنایی ایجاد می شود. در دوره، با کاهش ساعت روشنایی، تعداد لوکوسیت ها افزایش می یابد.

افزایش در فتوپریود همچنین می تواند سبب افزایش فعالیت لیزوزیم و سطوح IgM می شود.

Environmental effect on immune Response

سطوح اکسیژن در محیط می تواند پاسخ ایمنی را تنظیم کند. Hypoxia فعالیت انفجار تنفسی ماکروفاژها و سطوح آتی بادی را کاهش می دهد که این دوره با hyperoxia مرتفع می گردد.

به عبارت دیگر، افزایش سطوح مواد معلق در محیط زیست ماهی منجر به افزایش سطوح هماتوکریت برای جبران کاهش توان آبشش در گرفتن اکسیژن می کند.

این فاکتور همچنین باعث افزایش فعالیت لیزوزیم و میزان تولید IgM در پاسخ به سطوح بالای پاتوژن های موجود در محیط غنی از ذرات می شود.

Environmental effect on immune Response

افزایش شوری همچنین از طریق افزایش فعالیت های آنزیمی، انفجار تنفسی ماکروفاژها و سطوح IgM روی پارامترهای ایمنی تاثیر می گذارد.

تغییرات در pH محیط نشان دهنده نتایج متضاد برای پارامترهای سیستم ایمنی مثل سطوح لیزوزیم و IgM می باشد.

استرس در ماهیان نتیجه تراکم جمعیت در ارتباط با مدیریت کشت و تولید می باشد که می تواند سطوح کورتیزول را افزایش داده و ایمنی غیراختصاصی و اختصاصی را کاهش دهد بنابراین ماهی را در معرض پاتوزن های فرصت طلب قرار می دهد.