İmmünoloji, bağışıklık sisteminin yapısını ve fonksiyonlarını açıklayan bilim dalıdır. Tıptan köken alır ve erken dönem çalışmaları hastalıkların bağışıklık nedenlerini üzerinedir.

Bağışıklığın anıldığı en erken anıldığı dönem MÖ. 430′da Atina veba salgınıdır. Thucydides daha önce bir nöbet geçirip iyileşmiş insanların ikinci defa hastalığa yakalanmadıklarını belirtmiştir.

Edinilmiş bağışıklığa bu bakış daha sonra Louis Pasteur tarafından aşıyı geliştirmede ve hastalık-germ teorisini ileri sürmede kullanılmıştır.

Pasteur’ün teorisi hastalıkların miasma teorisi gibi çağdaşı teorilere doğrudan karşıttı. Mikroorganizmaların enfeksiyon hastalıklarının nedeni olduğu, 1905′de Nobel Ödülü alan Robert Koch’un 1891′de yayımladığı Koch postülatlarına kadar kanıtlanmadı.

1901′de virüslerin insan patojeni oldukları sarı humma virüsünün Walter Reed tarafından keşfiyle doğrulandı.

İmmünoloji 19. yüzyılın sonlarına doğru humoral ve hücresel bağışıklığın hızlı gelişmeleriyle büyük ilerleme kaydetti.

Özellikle antijen-antikor reaksiyonunun özgüllüğünü açıklayan yan-zincir teorisini ileri süren Paul Ehrlich’in çalışmaları oldukça önemliydi; Ehrlich, humoral bağışıklığın tanımlanmasına olan katkılarıyla 1908′de hücresel bağışıklığın bulucusu Elie Metchnikoff ile birlikte Nobel Ödülü aldı.

   

Herhangi bir patojende başarı, onun konağın bağışıklık yanıtlarından kaçmabilme kabiliyetine bağlıdır. Bu yüzden patojenler bağışıklık aracılı yıkımdan kaçabilirlerken ev sahibini başarıyla enfekte edebilmelerine izin veren bazı metodlar geliştirmişlerdir.

Bakteriler sıklıkla bariyerleri eriten enzimler salgılayarak – örneğin tip II salgılama sistemi kullanarak- fiziksel engellerin üstesinden gelirler.

Farklı olarak, tip III salgılama sistemi kullanarak, patojenden konağa proteinlerini doğrudan aktarmayı sağlayan ev sahibinin hücresine içi boş bir tüp yerleştirebilirler; bu proteinler tüp boyunca ilerler ve genellikle konağın savunmalarını kapatırlar.

Doğuştan gelen sistemini kandıran bazı patojenlerce kullanılan bir kaçma stratejisi de (intraselüler patogenez olarak da isimlendirilen) hücreiçi replikasyondur. Burada patojen hayat döngüsünün çoğunu, bağışıklık hücreleri antikorlar ve tamamlayıcılarla doğrudan temasdan korunduğu konak hücrelerde geçirir.

Hücre içi patojenlerin bazı örnekleri; virüsler, besin bozucu bakterilerden Salmonella ve malarya etkeni olan ökaryotik parazit Plasmodium falciparum ve leishmania etkeni Leishmania spp.dir.

Mycobacterium tuberculosis gibi diğer bakteriler tamamlayıcıların lizisinden korundukları koruyucu bir kapsül içinde yaşarlar.

Bazı patojenler konağın bağışıklık yanıtını yanlış yönlendiren veya etkisini azaltan bileşenler salarlar.

Bazı bakteriler kendilerini bağışıklık sisteminin hücrelerinden ve proteinlerinden koruyan biyofilmler şekillendirirler. Böyle biyofilmler bazı enfeksiyonlarda başarılı olabilirler; örneğin, kronik kistik fibrozisin karaktersitik enfeksiyonözleri Pseudomonas aeruginosa ve Burkholderia cenocepacia.

Diğer bakteriler antikorları bağlayan ve etkisizleştiren yüzey proteinleri üretirler; örneğin Streptococcus (protein G), Staphylococcus aureus (protein A), ve Peptostreptococcus magnus (protein L).

Virüsleri edinilmiş bağışıklık sisteminden koruyan mekanizmalar ise daha karmaşıktır. En basit yakınlaşma da saldırganın yüzeyindeki temelli-olan epitoplar saklanırken temelli-olmayan epitoplar (amino asitler ve/veya şekerler) hızlıca değiştirilir. Örneğin HIV, konak hedef hücreye girmesi için gerekli olan viral kapsülündeki proteinleri düzenli olarak değiştirir. Antijenlerdeki bu sık değişimler bu proteinlere yönlenen aşıların neden başarısız olduğunu açıklayabilir.

Antijenleri konağın molekülleriyle maskeleme de yaygın olarak kullanılan başka bir kaçınma stratejisidir. HIV’deki vironu kaplayan kapsül konağın en dış membranından şekillenir; kendini-kaplayan virüsler böylece bağışıklık sistemininin “kendinden-olmayan”ı tanımasını zorlaştırır.

   

Bağışıklık yanıtı, kendine bağışıklıklık, alerji, doku nakli redleri sonucu istenmeyen yanıtları baskılamak için geliştirilebilir ve çoğunlukla bağışık sisteminden kaçan patojenler karşısında koruyucu yanıtları uyarabilir.

Bağışıklık baskılayıcı ilaçlar büyük doku harabiyetleri oluştuştuğunda kendine bağışık düzensizlikleri ya da yangıyı kontrol etmek için ve bir organ nakli sonrası nakil reddini önlemek için kullanılırlar.

Yangı-önleyici (anti-enflamatör) ilaçlar sıkça yangının etkilerini kontrol etmek için kullanılır. Glukokortikoidler bu ilaçların en güçlüleridir, bununla beraber bu ilaçların bazı yan etkileri olabilir (örn. merkezi obezite, hiperglisemi, osteoporoz) ve sıkı kontrol altında kullanılmalıdırlar.

Bu yüzden yangı-önleyici ilaçların düşük dozları sıkça sitotoksik ya da metotreksat ya da azathioprin gibi bağışıklık baskılayıcı ilaçlarla birleştirilerek kullanılırlar.

Sitotoksik ilaçlar etkin T hücreleri gibi bölünen hücreleri öldürerek bağışıklık yanıtını engellerler. Bununla birlikte, öldürme rastgeledir ve diğer sürekli bölünen hücreleri ve organları da etkiler ve zehirli yan etkilere neden olur.

Siklosporin gibi bağışıklık baskılayıcı ilaçlar sinyal iletim yollarını engelleyerek T hücrelerinin sinyallere tam olarak doğru yanıt vermesini önlerler.

Daha büyük ilaçlar (>500 Da) özellikle tekrar tekrar veriliyorlarsa ya da daha yüksek dozdaysalar etkisiz (nötralize) bir bağışıklık yanıtını harekete geçirebilirler.

İlaçların etkileyiciliklerinin sınırları (6000 Da’dan daha büyük olan) peptidlere ve proteinlere bağlıdır. Bazı hallerde, ilacın kendisi immünojenik değildir fakat yardımcı bir immünojenik bileşikle güçlenebilir; Taxol zaman zaman bu roldedir. Sayısal yöntemler, terapötik antikorların taslaklanmasında kısmen yararlı olan, viral kapsül parçacıkları mutasyonlarının zararını tayin etmek ve peptid-bazlı ilaç tedavi tekliflerinin onaylanmasına peptidlerin ve proteinlerin immünojenikliğini öngörmek için geliştirilebilirler.

Erken dönem teknikleri büyük ölçüde hidrofilik amino asitlerin epitop bölgelerinde hidrofobik amino asitlere göre çok daha fazla bulunmasina dayanmaktaydı;

bununla birlikte daha gelişmiş yeni teknikler, bilinen epitopların, özellikle de üzerinde çok çalışma yapılmış virüs proteinlerinin veritabanlarını alıştırma kümeleri olarak kullanan öğrenme kabiliyeti bulunan makinesel tekniklere yani özdevimli öğrenme tekniklerine dayanmaktadır.

B hücreleri tarafından tanınanbildiği bilinen patojenlerin epitoplarının kataloğundan oluşan ve kamuya açık bir veritabanı kurulmuştur.

İmmünojenik çalışmaların biyoenformatiğe dayalı yardımcı alanı “immunoenformatiğe” karşılık gelmektedir.

   

Hormonlar, bağışıklık sisteminin duyarlılığını değiştirerek bağışıklık aracıları (immünomodülatörler) gibi görev alabilirler.

Örneğin, dişi eşey hormonları edinilmiş ve doğuştan gelen bağışıklık yanıtının uyarıcıları (immünostimulatörleri) olarak bilinirler.

Lupus erythematosus gibi bazı kendine bağışık hastalıklar, tercihen kadınları bulur ve başlangıçları kıllanmayla aynı zamana denk gelir. Zıt olarak, testesteron gibi erkek eşey hormonları bağışıklık baskılayıcı olarak görünmektedirler.

Diğer hormonlar, en çok prolaktin, büyüme hormonu ve D vitamini bağışıklık sistemini düzenliyor gibi görünmektedirler.

Yaşla değişen hormon seviyelerinin, yaşlanmada kısmen zayıflamış bağışıklık yanıtlarından sorumlu olduğu farzedilmektedir.

Ters olarak, bazı hormonlar bağışıklık sistemince düzenlenirler; örneğin; tiroid hormonu etkinliği gibi.

Bağışıklık sistemi uyku ve dinlenmeyle güçlenir, stresle zayıflar.
Beslenme de bağışıklık sistemini etkileyebilir; örneğin taze meyveler, sebzeler ve yağ asitlerince güçlü yiyecekler sağlıklı bir bağışıklık sistemini destekleyebilir.

Başka bir deyişle, fetal iyi beslenememe, hayat boyu süren bağışıklık sistemi zayıflığına neden olabilir.

Geleneksel tıpta ekinezya, meyan kökü, ginseng, geven, adaçayı, sarımsak, mürver meyvesi, şitaki ve lingzhi mantarları, zufa otu gibi bazı bitkilerin ve balın bağışıklık sistemini uyardığına inanılmaktadır. Çalışmalar, eylemleri karmaşık ve tanımlanmaları zor olsa da bitkilerin gerçekten de bağışıklık sistemini uyarabileceğini göstermektedir.

   

Bağışıklık sisteminin başka bir önemli rolü de tümörleri tanıması ve yok etmesidir.

Tümörlerin değişime uğramış hücreleri, normal hücrelerde bulunmayan tümör antijenlerini ifade ederler. Bağışlıklık sistemine bu antijenler yabancı olarak görünür, sunumları bağışıklık sistemini hücrelerinin değişmiş tümör hücrelerine saldırmasına neden olur.

Tümör hücrelerince ifade olunan antijenlerin bazı kaynakları vardır;

bazıları servikal kansere neden olan insan papilloma virüsü gibi onkojenik virüslerden köken alırken,
diğerleri düşük seviyelerde normalken yüksek seviyelerde kansere neden olan canlının kendi proteinleridir. Enzimlerden tirosinaz olarak bilineni yüksek seviyelerinde olağan deri hücrelerini (örn. melanositleri) melanoma diye bilinen tümörlere değiştirir.

Tümör antijenlerinin üçüncü bir olası kaynağı hücre büyümesi ve yaşamasını düzenleyen, çoğunlukla onkogen diye adlandırılan moleküllerin kansere dönüşmesini sağlayan proteinlerdir.

Bağışıklık sisteminin tümörlere ana yanıtı; yardımcı T hücrelerinin yardımıyla öldürücü T hücrelerini kullanarak anormal hücreleri yok etmesidir.

Tümör antijenleri viral antijenlere benzer yollarla MHC sınıf I molekülleri üzerinden sunulur. Bu, öldürücü T hücrelerinin tümör hücrelerini “anormal” olarak tanımasına izin verir.

Doğal öldürücü hücreler de ayrıca tümörlü hücreleri benzer yollarla, özellikle tümörlü hücreler yüzeylerinde normalden biraz daha az MHC sınıf I molekülünü taşıyorlarsa öldürür, bu tümörlerde yaygın bir durumdur.
Antikorlar bazen kompleman sistemince yıkılmalarına izin veren tümör hücreleri karşısında üretilir.

Açıkçası, bazı tümörler bağışıklık sisteminden kaçabilir ve yaşamaya devam edebilirler.
Tümör hücreleri çoğunlukla yüzeylerindeki MHC sınıf I moleküllerinin bir kısmını indirgemişlerdir, bu yüzden öldürücü T hücrelerinin taramasından kaçabilirler.

Bazı tümör hücreleri ayrıca bağışıklık yanıtını baskılayan ürünler de salarlar; örneğin lenfositlerin ve makrofajların etkinliğini baskılayan TGF-β sitokini gibi.

Ek olarak, bağışıklıksal dayanıklılık (tolerans) tümör antijenleri karşısında gelişebilir ve böylece bağışıklık sistemi artık tümör hücrelerine saldırmaz olur.
Birbirine ters olarak, tümör hücrereleri makrofajları çeken sitokinleri ve tümör gelişimini besleyen gelişme faktörlerini bıraktıklarında, makrofajlar tümör gelişimini desteklerler.

Ayrıca tümördeki hipoksinin bir kombinasyonunda ve makrofajlarca bir sitokin üretildiğinde, tümör hücrelerinin metastazını bloklayan bir proteinin üretimini azaltır ve bu suretle kanser hücrelerinin yayılmasına yardımcı olunur.

   

Edinilmiş bağışıklık sistemleri şeklinde bağışıklık yanıtı ilk kez omurgalılarda ortaya çıkmıştır çünkü omurgasızlarda lenfositler veya antikora-dayalı humoral yanıtlar görülmez.

Bununla beraber bazı türler omurgalı bağışıklığına bakışta öncü olarak görülen bazı mekanizmaları kullanırlar. Bakteriler ve (belki bazı diğer prokaryotik organizmalar) kendilerini bakteriyofaj gibi viral patojenlerden korumak için restriksiyon-modifikasyon sistemi olarak bilinen eşsiz bir savunma mekanizması geliştirmişlerdir.

Patern tanıma reseptörleri, nerdeyse bütün organizmalarca, mikrobiyal patojenlerle ilişkili molekülleri tanımlamak için kullanılan proteinlerdir. “Defensinler” olarak adlandırılan antimikrobiyal peptidler, bütün hayvanlar ve bitkilerde bulunan ve omurgasızlarda sistemik bağışıklığın ana şekillerini gösteren evrimsel olarak korunmuş doğuştan gelen bağışıklığın bileşenleridir.

Kompleman sistemi ve fagositik hücreler de ayrıca omurgasızların çoğu hayat formlarınca kullanılırlar. Ribonükleaz ve RNA interferans yolları bütün ökaryotlarda saklıdır ve virüslere karşı bağışıklık yanıtının oluşmasında rol aldıkları düşünülmektedir.

Hayvanlardan farklı olarak, bitkiler fagositik hücrelerden yoksunlardır ve çoğu bitkinin bağışıklık yanıtları, bitkinin tamamına yayılan sistemik kimyasal sinyaller gönderir.

Bitkinin bir parçası enfekte edildiğinde, bitki sınırlı bir hipersensivite yanıtı (HR) oluşturur, enfeksiyonun olduğu bölgede bitkinin diğer parçalarına yayılmasını engelleyen hızlı programlanmış hücre ölümü gerçekleştirilir. Sistemik kazanılmış dayanıklılık (SAR), tüm bitkiyi birçok enfeksiyon ajanına karşı dirençli hale getiren bir savunma yanıtı tipidir.

RNA interferans mekanizmaları özellikle bu sistemik yanıtlarda virüs replikasyonunu önleyebildikleri için önemlidir.

   

Aşırı duyarlılık, vüğcudun kendi dokularına zarar veren bir bağışıklık yanıtıdır.

Aşırı duyarlılık reaksiyon zamanı ve uyarlandıkları karmaşık mekanizmalara göre 4 sınıfa ayrılır:

Tip I aşırı duyarlılık; sıkı sık alerjiyle ilişkili olan derhal ya da anaflaktik olan reaksiyondur. Semptomlar orta düzey rahatsızlıktan ölüme kadar gidebilir. Tip I aşırı duyarlılığa mast hücrelerinden ve bazofillerden salınan IgE ile aracılık eder.

Tip II aşırı duyarlılık; antikorlar hastanın kendi hücrelerindeki antijenlere bağlanıp, onları yıkım için işaretlediklerinde meydana gelir. Bu ayrıca antikor-bağımlı (ya da sitotoksik) aşırı duyarlılık olarak isimlendirilir ve IgG ve IgM antikorları tarafından aracılık edilir.

Çeşitli dokularda bulunan bağışıklık kompleksleri (antijenlerin yapışmaları, kompleman proteinler ve IgG ve IgM antikorları) tip III aşırı duyarlılık reaksiyonlarını tetikler.

Tip IV aşırı duyarlılık; (hücre-aracılı ya da gecikmiş tip aşırı duyarlılık olarak da bilinir); genellikle gelişmesi iki ya da üç gün süren aşırı duyarlılık tipidir. Type IV reaksiyonları bazı kendine bağışık ve enfeksiyonöz hastalıklarıyla ilişkilidir, fakat bunlardan başka kontakt dermatitis (zehirli sarmaşık) ile de ilişkili olabilir. Bu reaksiyonlara T hücreleri, monositler ve makrofajlarca aracılık edilir.

   

Aşırı etkin bağışıklık yanıtları bağışıklık sisteminin işlevsizliğinin başka bir sonucunu; özellikle “kendine bağışık” yetmezlikleri kapsar. Burada bağışıklık sistemi kendinden ve kendinden-olmayanı uygun şekilde ayırmakta hataya düşer ve vücudun kendi parçalarına saldırır.

Normal şartlar altında bile bazı T hücreleri ve antikorlar kendinden-olan peptidlerle tepkimeye girerler.

Timus ya da kemik iliğinde özelleşmiş hücrelerin fonksiyonlarından biri, genç lenfositleri kendi antijenleriyle vücudun içine üretip sunmak ve bu hücrelerin kendinden-antijenleri, kendine bağışıklığı engelleyerek seçmesidir.