IMMUNTOXIKOLGIA Dr Bir Anna OKKOrszgos Kmiai Biztonsgi Igazgatsg

IMMUNTOXIKOLÓGIA Dr. Biró Anna OKK-Országos Kémiai Biztonsági Igazgatóság Budapest ELTE, TTK, 2015. október 6.

Az előadás vázlata • • Mi az immuntoxikológia? Immunológiai gyorstalpaló Immuntoxicitási tesztek állatokon Az immuntoxikus anyagok hatásai Fontosabb immuntoxikus anyagok WHO által ajánlott tesztek Saját vizsgálataink Immuntoxicitást befolyásoló tényezők

IMMUNTOXIKOLÓGIA Az immuntoxikológia a munkahelyi, környezeti és terápiás expozíció hatására az immunrendszerben bekövetkező módosító hatásokat vizsgálja.

Környezeti hatások Munkahelyi ártalom Életmód Immunrendszer működésének zavara Fertőzés iránti hajlam fokozódása Daganati kockázat növekedése Krónikus, nem fertőző betegségek kialakulásának esélye nő

Az expozíció hatására kialakuló immunológiai eltérések korai kimutatása PRIMER PREVENCIÓ

Elsődleges és másodlagos nyirokszervek Immunbiológia, Erdei et al

Antigén mindazok a struktúrák (sejtek, molekulák) amelyeket az immunrendszer felismer Antigén lehet: Ø Ø Ø Ø baktérium vírus daganatos sejt fehérje szénhidrát fémion mesterséges kémiai anyag Haptén: önmagában nem vált ki immunválaszt, de valamilyen makromolekulához kapcsolódva már igen

A vér alakos elemeinek eredete Immunbiológia, Erdei et al

Az adaptív immunválasz fázisai Immunbiológia, Erdei et al

Limfocitapopulációk effektor funkciói Immunbiológia, Erdei et al

A természetes és az adaptív immunrendszer PATOGÉNEK INVÁZIÓJA TERMÉSZETES IMMUNRENDSZER Barrierek: bőr, nyálkahártya Szolubilis elemek: CRP, SAP, MBL, komplement rendszer Sejtes elemek NK sejtek ADAPTÍV IMMUNRENDSZER Sejt-közvetitett immunitás (T sejtek) CD 5+B sejtek g/d T sejtek Fagociták pl. makrofágok neutrofil granulociták Ellenanyagközvetített immunitás (B sejtek)

A természetes és az adaptív immunrendszer TERMÉSZETES IMMUNRENDSZER • nem specifikus • rögtön reagál • nincs memória ADAPTÍV IMMUNRENDSZER • 1 -2 hét amíg kialakul az immunválasz • specifikus • memóriasejtek alakulnak ki • második találkozásra gyorsan reagál A kettő egymásra épül, nem válnak szét

Tumorellenes immunválasz Daganatos elfajulást okozhatnak: v. Kémiai karcinogének (benzol) v. Sugárzás (UV, ionizáló sugárzás) v. Vírusok (RSV) A tumorossá fajult sejtek felismerése és elpusztítása is az immunrendster feladata, melyben a sejtközvetített immunitásnak jut fő szerep. v. Citotoxikus T sejtek v. NK sejtek

Példák immuntoxikus anyagokra rágcsálóban és emberben Toxikus vegyi anyag Poliklórozott bifenilek (PCB) Polibrómozott bifenilek (PBB) Hexaklórbenzol Diklór-difenil-triklórmetán (DDT) Benz(a)pirén 7, 12 -dimetilbenz(a)antracén Benzidin Benzol, toluol, xilol Ólom Kadmium Higany Azbeszt Dimetil-nitrózamin Immunológiai eltérés Rágcsálóban Emberben + + + + + nem ismert + + + + nem ismert

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Tesztelt fajok ØElsősorban rágcsálók Vizsgálati Rendszerek ØSzisztémás hatás Ø Lokális hatás Kezelés ØOrális ØDermális ØSzem OECD Guidelines for the Testing of Chemicals „A 14 vagy 28 napos szubakut orális toxicitás vizsgálata rágcsálókon” vkvalitatív és kvantitatív vérkép vlép hisztopatológiai vizsgálata „ 90 napos szubakut orális toxicitás vizsgálata rágcsálókon” vkvalitatív és kvantitatív vérkép vlép, tímusz, nyirokcsomó, csontvelő hisztopatológiai vizsgálata

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Nem funkcionális vizsgálatok (1. lépcső) v. Kvalitatív és kvantitatív vérkép v. Szervsúlyok (tímusz, lép, nyirokcsomók) v. Hisztopatológiai elváltozások (tímusz, lép, elvezető és messzebb elhelyezkedő nyirokcsomó, Peyer-plakk, stb) v. Szérum immunglobulin (Ig. G, Ig. M, Ig. E, Ig. A) szint mérése v. Combcsontból származó csontvelő sejtek abszolút száma és megoszlása v. Leukocita szám a bronchoalveoláris mosófolyadékban, peritoneális üregben és bőrben v. Leukocita felszíni antigének vizsgálata

Hexaklórbenzol hatása az immunológiai paraméterekre (1. lépcső )

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Funkcionális vizsgálatok (2. lépcső) v. Makrofágok fagocitáló képességének vizsgálata v. NK sejtek citolitikus aktivitásának mérése v. Elsődleges (Ig. M) és másodlagos (Ig. G) antigén-specifikus ellenanyag válasz meghatározása v. B sejt proliferáció mitogén (pl. LPS) hatására v. T sejt proliferáció mitogén (Concanavalin A vagy fitohemagglutinin) hatására v. Citotoxikus T limfociták citolitikus aktivitásának vizsgálata v. Késői típusú hiperszenzitivitási teszt (pl. szenzitizáció BCG-vel, majd előhívás tisztított fehérjével. Kiértékelés a talp vagy fül duzzanatának mérésével)

Immuntoxicitási tesztek laboratóriumi állatokon Funkcionális vizsgálatok (2. lépcső) v. Host rezisztencia modellek vizsgálata: ØBaktériumok ellen (Listeria monocytogenes, Streptococcus törzsek, kiértékelés hisztopatológia vagy elhullás alapján) ØVírusok ellen (Citomegalovírus, influenza) kiértékelés hisztopatológia vagy elhullás alapján) ØTumorok ellen (tumorsejtek injektálása, kiértékelés a metasztázisok száma alapján) ØAutoimmun modellek: indukált vagy spontán autoimmun betegségek előfordulását és súlyosságát befolyásolja-e az adott anyag.

Az immunrendszert károsító anyagok Az immuntoxikus anyagok támadáspontja széleskörű: Øbefolyásolhatják bármely immunsejt képződését, érését, osztódását, differenciálódását Økárosíthatják az immunsejtek működését Økárosíthatják az immunrendszer szabályozását Az immunrendszer funkciójára hathatnak: Øgátlólag (immunszuppresszió) Øserkentőleg (immunstimulálás)

Az immunrendszer egyensúlya Immunszuppresszió Immunstimuláció Normal Fertőzésekre és daganatos megbetegedésekre hajlamosíthat Hiperszenzitivitás -gyulladás -allergia -asztma Autoimmunitás

Az immuntoxikus anyagok hatásai: Ølehetnek közvetlenül toxikusak Økiválthatnak Ø Ø Ø antigén-specifikus választ túlérzékenységi reakciók autoimmun betegségek gyulladásos folyamatok, szöveti roncsolás Bármely szerv érintett lehet: • légzőszervek, bőr • emésztőrendszer • urogenitális szervek • ízületek • központi idegrendszer

A túlérzékenységi reakciók Elnevezés Hatás Mechanizmus Megnyilvánulási formák Azonnali típusú reakciók Ig. E I. Azonnali típusú túlérzékenység (allergiás reakció) 1 -2 perc II. Ellenanyag mediált citotoxikus reakció 4 -8 óra Ig. M vagy Ig. G komplement aktiválás vagy ADCC révén elpusztítják a célsejteket. Transzfúziós reakció, fetális eritroblasztózis, autoimmun hemolitikus anémia III. Immunkomplex mediált reakció (immunkomplex betegség) 2 -8 óra antigén-ellenanyag komplexek a szövetekben Lokalizált: Arthus-reakció Generalizált szérumbetegség, egyes glomerulonefritiszek, SLE mediátorok (pl hisztamin) szabadulnak föl a hízósejtekből. lerakódva komplement aktiválás révén gyulladást okoznak. Lokális anafilaxia, szénanátha, asztma, csalánkiütés, ekcéma, ödéma, ételallergia Szisztémás: anafilaxia Késői típusú reakció IV. Sejtközvetített reakció (késői típusú hiperszenzitivitás, DTH) 1 -3 nap A szenzitizált TH 1 sejtekből felszabaduló citokinek aktiválják a makrofágokat és a citotoxikus T sejteket. Granulóma képződés, kontakt dermatitisz, graftkilökődés, tuberkulotikus léziók

Allergia megnyilvánulási formái szénanátha asztma csalánkiütés ekcéma ödéma ételallergia Allergiát okozhatnak: Pollen Penész Antibiotikumok Platina sói Formaldehid Organofoszfát növényvédők

Autoimmunitás • Alapvetően a „saját” elleni immunitást jelenti. • Akkor fordul elő, amikor az immunrendszer megtámadja a saját sejtjeit, szöveteit. De! • Az immunrendszer felismeri és különbséget tesz a „saját” illetve az „nem-saját”között • Mindig vannak a szervezetben autoagresszív klónok, de ezeket a szervezet kordában tartja: eliminálja, illetve a saját struktúrákkal szemben tolerancia alakul ki • Autoimmun folyamatokban ez a tolerancia szűnik meg

Autoimmun betegség • Lehet szervspecifikus, ilyenkor olyan struktúra/molekula ellen irányul az autoimmunitás, mely egy-egy sejtre vagy szövetre jellemző • Autoimmun diabetes -hasnyálmirigy inzulin termelő β sejtek • Sjögren szindróma – nyál és könnytermelő mirigyek • Lehet szisztémás, amikor a megtámadott molekula sokféle sejten jelenik meg • SLE –szisztémás lupus eritematosus – sejten belüli struktúrák ellen termelődnek ellenanyagok • RA – reumatoid artritis

Autoimmun betegségeket okozhatnak érzékeny egyénekben: Vegyület/anyag Autoimmun betegség Izoniazid (antibakteriális szer) SLE Chlorpromazine SLE (antipsychotikus vegyület) Etoszuximid (antiepileptikum) SLE Halothane (anesztetikum) Hepatitisz SLE: Szisztémás lupus eritematusus

SLE: Szisztémás lupus eritematusus

Autoimmun betegségeket okozhatnak érzékeny egyénekben: Vegyület/anyag Autoimmun betegség Aromás szénhidrogének, pl. Szkleroderma benzol, toluol, xilol Vinilklorid Szkleroderma Triklór-etilén Szkleroderma Fémek higany Autoantitestek fokozott termelése glomerulonephritis ólom

Autoimmun betegségek nemi eloszlása

Ösztrogének és Autoimmunitás

Fontosabb immuntoxikus anyagok I. Toxikus vegyi anyag Immunszuppresszáns gyógyszerek pl. ciklosporin-A Szteroidok: ØNemi hormonok ØGlükokortikoidok ØÖsztrogén hatású xenobiotikumok pl DDT, tetrahidro-kannabinol, dietilsztilbesztrol (szintetikus ösztrogén) Növényvédőszerek ØOrganotin vegyületek ØOrganoklorin vegyületek DDT, chlordane ØOrganofoszfor vegyületek parathion, malathion, dichlorvos Hatás Sokrétű immunszuppresszió T effektor funkciók gátlása ØA hím nemi hormonok általában immunstimuláns, a női nemi hormonok immunszuppresszív hatásúak ØImmunszuppresszió-a sejtek aktivációjának és osztódásának gátlása ØTímusz visszafejlődése, celluláris immunválasz és NK sejt aktivitás gátlása, mononukleáris fagocita-sejtek aktiválódása ØCsökkent T és NK sejt aktivitás ØCsökkent T aktivitás, autoantitestek ØImmunszuppresszió, ellentmondó adatok

Fontosabb immuntoxikus anyagok II. Toxikus vegyi anyag Oldószerek ØBenzol ØHexéndiol Halogénezett szénhidrogének Ø 2, 3, 7, 8 -tetrakloro- dibenzo-dioxin (TCDD) ØHexaklórbenzol ØPoliklórozott bifenilek (PCB) Hatás ØFehérvérsejtszám csökkenés, csökkent ellenanyag válasz, fokozott érzékenység TBC-re és tüdőgyulladásra ØHatására csökken a tímusz és lép nagysága, csökkent ellenanyag válasz ØTimusz atrófia, csökkent sejtközvetített immunitás ØBőrelváltozások, arthritis ØCsökkent ellenanyag válasz, csökkent szérum ellenanyag szint Policiklusos aromás szénhid-rogének (PAH) Øpl. benz(a)pirén Ø 3 -metilkolantrén Karcinogének, immun-szuppresszánsok, gátolják a humorális és a sejtköz-vetített immunválaszt Toluol-diizocianát Kontakt dermatítisz, asztma

Fontosabb immuntoxikus anyagok III. Toxikus vegyi anyag Fémek ØCd ØPb ØHg Hatás ØCsökkent sejtközvetített immunválasz, fagocitózis és NK aktivitás ØCsökkent ellenanyag válasz, fertőző betegségekkel szemben fokozott érzékenység, immunkoplexek által okozott glomerulonephritis ØGátolja mind a természetes mind az adaptív immunválaszt, fokozza a fertőzések iránti érzékenységet (malária) autoantitestek Azbeszt Gyulladás, fibrózis, szisztémás autoimmun betegség Csökkent elsődleges ellenanyag válasz Szilícium Gátolja mind a humorális mind a sejtközvetített immunválaszt, fokozza a fertőzések iránti érzékenységet Opiátok Gátolják az ellenanyag termelést, a limfociták osztódását, az NK-sejtek ölőképességét és a fagocitózist

Toxikus anyagok előfordulása a munkahelyen/ környezetben Toxikus anyag Előfordulás Antibiotikum por Gyógyszeripar Citosztatikumok Onkológiai osztályok, gyógyszertárak Fémek Fémfinomítás, fémfeldolgozás Formaldehid Textilipar, laboratórium Oldószerek, pl. benzol Kőolajipar Peszticidek Mezőgazdaság Policiklusos aromás szénhidrogének (PAH), pl. benz(a)pirén, 3 -metilkolantrén Fosszilis üzemanyagok égéstermékeivel szennyezett levegő

WHO által ajánlott immuntoxicitási tesztek 1. Vérkép (kvalitatív, kvantitatív) 2. Humorális immunválasz -elsődleges ellenanyag válasz fehérje antigén ellen, pl influenza oltás -szérum immunglobulin koncentráció 3. Limfocita szubpopulációk meghatározása vérből 4. Sejtközvetített immunválasz - késői típusú hiperszenzitivitási reakció 5. Autoantitestek és gyulladás - autoantitest titer -C-reaktív protein 6. Természetes immunitás -NK-sejt ölőképesség -fagocitózis mérése 7. Klinikai laboratóriumi vizsgálat

Vizsgált paraméterek Limfocita szubpopulációk meghatározása: Aktivációs markerek vizsgálata: T limfociták (CD 3+) CD 25 –IL 2 receptor Helper T limfociták (CD 3+/CD 4+) CD 71 -transzferrin receptor Citotoxikus T sejtek (CD 3+/CD 8+) B limfociták (CD 19+) NK sejtek (CD 3/CD 56+) Leukociták ölőképességének vizsgálata reaktív oxigén intermedier termelés alapján

Immunfenotípus meghatározása és reaktív oxigén intermedier termelés mérése fagocitózis Granulocita Reaktív oxigén gyökök termelése aktiváció Monocita „Bursttest” -kontroll -f. MLP -E. coli -PMA Limfocita Counts T limfocita B limfocita Citotoxikus T Helper T NK sejt Counts CD 3 CD 8 CD 19 CD 4 CD 56

Vizsgálati csoportok Csoport n Kontroll Kőolajipari munkások 98 192 Kórházi személyzet 399 Fém-exponáltak Összesen: 42 664

Limfocita szubpopulációk változása Th általában emelkedik Tc általában csökkent Th: Tc arány nő

Aktivációs antigének változása A limfociták aktiváltsága fokozódik CD 25, CD 71, CD 8+/CD 25+

Befolyásoló tényezők v v Genetikai tényezők (MHC haplotípus, enzim polimorfizmus) Kor akkumulált hibák (DNS, sejtek), gyerek≠felnőtt ≠idős Nem (autoimmunitás nő>férfi, ösztrogén) Betegség, fertőzés v Gyógyszerek (immunszuppresszív, immunstimuláns) v Stressz (akut, krónikus) v Életmód: Ø Ø dohányzás táplálkozási szokások alkohol drog

Köszönöm a figyelmet!