על פי הערכות נפוצות כיום, למערכת החיסון האנושית ישנה יכולת להתמודד עם formula_1 פתוגנים שונים. יכולת זו קיימת גם ללא חשיפה לפתוגן, אך תגובה חיסונית מותירה אחריה עמידות ארוכת טווח, והרג אפקטיבי יותר של הגורם הזיהומי בחשיפה חוזרת.
מערכת החיסון באופן מסורתי מחולקת לשתי תת-מערכות מרכזיות; מערכת החיסון המולדת ומערכת החיסון הנרכשת. אף על פי שחלוקה זו יוצרת סדר ארגוני, עדויות חדשות מערערות על קווי יסוד אלו.
מלבד טיפול במזהמים, אימונולוגיה עוסקת גם בחיסונים ופיתוחם; פתולוגיות כגון רגישות יתר, דיכוי חיסוני ומחלות אוטואימוניות; השתלת איברים (ודחייתם); סרטן, ועוד. תחומים אלו נכללים בעולם תוכן שנקרא אימונולוגיה קלינית.
תאי מערכת החיסון - לויקוציטים.
תגובה חיסונית מוצלחת דורשת תיאום בין כלל מרכיבי המערכת, ולכן מדובר במערכת מורכבת ומסועפת במיוחד. מקורם של כלל התאים החיסוניים, כמו כן תאי דם אדומים וטסיות דם בתא משותף הוא בתא גזע המטופאטי. תא זה מסוגל להתחלק בחלוקה מיטוטית נרחבת. חלק מתאי הבת ישמרו כתאי גזע זהים למקור, וחלק מתאי הבת יתמיינו לשושלות בעלות פעילות פיזיולוגית.
תא HSC עשוי להתמיין לאחת משתי שושלות; מיאלואידית ולימפואידית. השושלת הלימפואידית מולידה ברובה את מערכת החיסון הנרכשת, ואילו השושלת המיאלואידית יוצרת את תאי הדם האדומים, טסיות הדם ואת מרבית התאים של מערכת החיסון המולדת. יוצאים מכלל אלה תאי NK, אשר מקורם בשרשרת הלימפואידית, אך תפקודם מזוהה עם מערכת החיסון המולדת.
השושלת המיאלואידית.
גרנולוציטים:
בביולוגיה של התא, המונח 'גרנולה' מתאר שקיק הפרשה. אף על פי שכל תאי מערכת החיסון, ומרבית התאים באופן כללי, מכילים גרנולות, ישנם שלושה תאים אשר גרנולות מהווה מאפיין מורפולוגי בולט בהם:
פאגוציטים:
פאגוציטוזה היא מנגנון בו תא עוטף חלקיק זר, ולאחר מכן נסגר על עצמו. מנגנון זה מאפשר לתא להכניס חלקיקים גדולים לתוכו, למרות הממברנה השומנית אשר ביסודה מונעת חדירה. ישנם מספר תאים חיסוניים אשר תכונה זו מאופיינים ביכולת פאגוציטית טובה במיוחד, אם כי ישנם תאים נוספים אשר מסוגלים לבצע תהליך זה:
מערכת החיסון.
מערכת החיסון המולדת - Innate Immune System.
מערכת זו מכילה תאים אשר מסוגלים להתמודד עם מגוון רחב של אויבים. כל תא במערכת החיסון המולדת מכיל קולטנים, שביכולתם לזהות תבניות כלליות של פתוגנים. קולטנים אלו נקראים "PRR". תבניות פתוגניות משפחתיות עשויות להיות חלבונים או סוכרים אשר אינם קיימים באורגניזם עצמו. תבניות אלו נקראות "(Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs". דוגמה בולטת ל-PAMP היא המעטפת הליפופוליסכרידית (LPS) של חיידקים גראם-שליליים.
ידועות כיום 6 משפחות של PRR. כל משפחה מסווגת על סמך מאפיינים מולקולריים משותפים. כמו כן, בכל משפחה מספר קולטנים, וייעודם שונה. ישנם קולטנים ייעודיים להתמודדות עם וירוסים, חלקם עם חיידקים, חלקם עם פטריות ועוד. אין תא אשר מכיל את כל סוגי ה-PRR. על פי רוב, תאי מערכת החיסון המולדת מכילים מספר PRR שונים, וכך ביכולתם ליצור תגובה חיסונית ורסטילית.
תפקיד חשוב של מערכת החיסון המולדת הוא גם פינוי פסולת תאית, כגון תאים מתים. בדומה ל-PAMPs, תבניות של סמנים פתוגניים, ישנן גם תבניות נפוצות לתאים פצועים. תבניות אלו נקראות (DamageAssociated Molecular Patterns (DAMPs.
פעילות מרכזית נוספת של מערכת החיסון המולדת היא זיהוי הצורך בתגובה חיסונית, ואיתות למערכת החיסון הנרכשת. איתות זה מתבצע באמצעות תאים ייעודיים בשם Antigen-presenting cell - APC.
האיתות למערכת החיסון הנרכשת מתבצע על ידי בליעת הפתוגן בפאגוציטוזה ופירוקו. פאגוציטוזה עשויה לצאת לפועל גם בקישור ספונטני של פתוגן ותא בלען, אך לרוב ישנם חומרים נוספים אשר מתווכים זאת. תיווך פאגוציטוזה, או ליתר דיוק הגברת פאגוציטוזה, נקראת מערכת המשלים (אופסוניזציה). ישנם אופסונינים רבים במערכת החיסון, בין היתר ניתן למנות נוגדנים וחלבוני מערכת המשלים.
שלושת סוגי ה-APC:
מערכת החיסון הנרכשת - Adaptive Immune System.
מערכת החיסון הנרכשת מכילה מספר מצומצם של סוגי תאים אשר נקראים לימפוציטים. שמם של הלימפוציטים נגזר מאזור התבגרותם, וכן מפעילותם. תאי T מתבגרים בבלוטת התימוס (Thymus), ומכאן שמם. תאי B מתבגרים במח העצם (Bone marrow). מקור שמם של תאי ה-B נובע מגילוים לראשונה בעופות, במבנה אנטומי שנקרא Bursae of Fabricius.
אף על פי שגם לימפוציטים מכילים PRR בכמות מינימלית, ברשותם קולטנים ייחודיים להם. כל לימפוציט מכיל קולטן אחד בלבד, אשר מותאם לסמן פתוגני ספציפי. כאשר פורץ זיהום את גבולות הגוף, שבט (clone) של לימפוציטים בעלי יכולת השמדה ממוקדת, המותאמת לאותו פתוגן, מתרבים במהירות. חלק מהשבט מתמיין בהמשך לתאי זיכרון, ובכך נוצרת עמידות ארוכת טווח - זיכרון חיסוני.
כאמור, כל תא של מערכת החיסון הנרכשת מכיל קולטן ייחודי לאותו לימפוציט. כל קולטן שכזה מזהה סמן מולקולרי ספציפי על גבי הפתוגן. סמן זה נקרא אנטיגן. אתר הקישור הספציפי בין הקולטן הלימפוציטי לבין האנטיגן נקרא אפיטופ. כל קולטן של מערכת החיסון הנרכשת הוא יחיד ומיוחד, והוא מסוגל לקשור אפיטופ בודד, או מספר אפיטופים דומים.
נוגדנים.
נוגדן (נקרא גם Antibody, Immunoglobulin) הוא קולטן לימפוציטי מתאי B, אשר מופרש לזרם הדם. ישנן 5 משפחות של נוגדנים:
הנוגדנים אשר מופיעים בראש הטבלה, IgM ו-IgD קיימים גם בתצורה ממברנלית. שאר הנוגדנים קיימים אך ורק בתצורה המופרשת.
במהלך התפתחותו, מציג כל תא B אך ורק קולטנים ממברנליים מסוג IgM, ובתום התפתחותו הוא עשוי להציג, בנוסף ל-IgM, גם קולטנים מסוג IgD. בשלב זה התא נקרא 'לימפוציט נאיבי', מכיוון שעדיין לא פגש פתוגן. לאחר חשיפה לפתוגן, יתמיין תא ה-B לתא פלזמה, אשר טומן בחובו את אותו הקולטן הייחודי. לאחר התמיינותו לתא פלזמה, יפסיק התא להציג קולטנים ממברנליים, וכל ייעודו יהיה להפריש אותם לזרם הדם. בשלב זה הקולטנים נקראים נוגדנים. התהליך שבו תא פלזמה מחליף את סוג הקולטן ממשפחה אחת לאחרת נקרא Immunoglobulin_class_switching.
קישור נוגדן לאפיטופ מסייע לאורגניזם להשמיד ולנטרל פתוגנים. נטרול פתוגן מתבצע על ידי עטיפתו בנוגדנים, כך שהוא לא יוכל לתקשר, או לפגוע, בסביבה. נוסף על כך, הנוגדנים עצמם מתקדמים גם כאופסונונים, מגבירי פאגוציטוזה. נוגדנים מסוג IgG ו-IgM מהווים גם טריגר לשפעול מערכת המשלים (מוסבר בהמשך).
נוסף על כל אלו, קיים מנגנון שנקרא Antibody dependent Cell mediated Cytotoxicity (ADCC). מנגנון זה מוביל להשריית ציטוטוקסיסיות, בדומה לפעילותם של תאי T, על ידי תאים נוספים של מערכת החיסון. תאי המטרה המרכזיים אשר מציגים ADCC הם תאי NK, מקרופאג'ים ואאוזינופילים.
מערכת המשלים - Complement System.
מערכת המשלים, בהתאם לשמה, משלימה ומרחיבה את הפעילות האימונולוגית של האורגניזם. מערכת זו, בניגוד למערכות אחרות בגוף, לא כוללת תאים או איברים כשלעצמה, אלא, מדובר באוסף של חלבונים אשר פועלים כזימוגנים. זימוגן הוא חלבון אשר שרוי במצב שאיננו פעיל, ובעת הצורך - הוא נחתך, משופעל ונכנס לפעולה. מרבית חלבוני המשלים מסומנים באות 'C' ומספר, לציון שיוכם למערכת זו; The Complement System.
מערכת זו מכילה למעלה מ-40 חלבונים שונים. שני החלבונים החשובים ביותר במכלול זה הם C3 ו-C5. כאשר פתוגן חודר לזרם הדם, הוא חשוף לחלבוני הפלזמה השונים, וביניהם חלבוני מערכת המשלים. חלבונים אלו נערמים בתורם על גבי הפתוגן. כאשר C3 מתחבר לחלבוני הקומפלמנט, נוצר מבנה שנקרא :C5 Convertase. קומפלקס זה חותך את C5, הזימוגן, ומפעיל אותו. C5 אחראי ליצירת קומפלקס הרס טבעתי - Complement_membrane_attack_complex. טבעת זו מתחפרת בממברנת הפתוגן, ויוצרת חרירים קטנים. פתחים אלו פוגעים ביציבותו האוסמולרית של התא, אשר מובילים לתנועת נוזלים מתוך התא, ובמקביל, לתוכו. בסופו של דבר, הממברנה תתפרק ותוביל לפיצוץ התא (ליזיס).
ישנם שלושה מנגנונים שונים אשר מובילים לחיבור C3 למערום חלבוני המשלים. השוני מתבטא בטריגר הראשוני לשפעול המערכת. בסופו של דבר כלל המנגנונים מתאחדים למסלול אחיד. המסלולים מתאחדים מתחיל ברגע בו C3 נחתך ונוצר C5 Convertase.
על מנת ש-C3 ייחתך וישופעל, יש צורך במבנה חלבוני שנקרא C3 Convertase. בכל מסלול של מערכת המשלים ישנה גרסה שונה של קומפלקס זה.
תפקידי מערכת המשלים.
כאמור מערכת המשלים מורכבת ברובה מזימוגנים, חלבונים אשר שרויים במצב לא-פעיל. לאחר חיתוך הזימוגנים, מתקבלים מספר פרגמנטים - שברי חלבונים. חלקם מיועדים להתאגד ליצירת קומפלקס ההרס MAC, אך ישנם גם תפקידים נוספים, כגון אופסוניזציה ותיווך דלקת. ככל הנראה תפקידים אלו מהווים ייעוד מרכזי של מערכת המשלים, ואילו MAC מהווה אמצעי שולי בחשיבותו, להגנה אימונוגנית.
ציטוקינים – Cytokines.
הציטוקינים הם אוסף של חלבונים קטנים אשר פועלים כחומרים דמויי הורמונים. פעילותם המרכזית היא תיווך דלקת. מרבית תאי הגוף מפרישים ציטוקינים. אף על פי שלרוב מדובר בהפרשה אוטוקרינית ופראקרינית, לעיתים ישנו גם דפוס הפרשה אנדוקריני.
חלבונים אלה הם קבוצה אחת מתוך מכלול רחב של חומרים אשר אחראיים על תקשורת תאית (Cell Signalling). במשפחת החומרים אשר מבצעים תקשורת תאית נמצאים הורמונים, פרוסטגלנדינים, לויקוטריאנים, טרומבוקסנים, ליפוקסינים, אאוקסינים ורסולוינים. ניתן גם לצרף לרשימה זו את כל חלבוני קרישת הדם, מערכת הקינין, מערכת המשלים ועוד.