Komórki Langerhansa – czym są i jak działają? Funkcje komórek Langerhansa

2020-01-07 15:47 Krzysztofa Białożyt

Komórki Langerhansa to komórki odgrywające kluczową rolę w mechanizmach odpornościowych skóry. Komórki Langerhansa zasiedlają nasz naskórek i rozpoznają pojawiające się w nim antygeny. Pomimo wielu lat badań, komórki Langerhansa wciąż uchodzą w świecie naukowym za nieco tajemnicze - wiele kwestii dotyczących ich pochodzenia i dokładnych mechanizmów działania nadal pozostaje niewyjaśnionych. Dowiedz się, czym są komórki Langerhansa, na czym polega ich funkcja w układzie odpornościowym oraz jakie schorzenia mogą być związane z dysfunkcją komórek Langerhansa.

Komórki Langerhansa to komórki odgrywające kluczową rolę w mechanizmach odpornościowych skóry. Komórki Langerhansa zasiedlają nasz naskórek i rozpoznają pojawiające się w nim antygeny. Oprócz skóry, komórki Langerhansa występują także w nabłonku jamy ustnej, dróg oddechowych oraz układu moczowo-płciowego.

Główna rola komórek Langerhansa polega na rozpoznawaniu patogenów wnikających do naszego organizmu przez naturalne bariery. W takich sytuacjach dzięki komórkom Langerhansa dochodzi do natychmiastowego pobudzenia układu odpornościowego. Komórki Langerhansa odgrywają także istotną rolę w mechanizmach tolerancji immunologicznej.

Spis treści:

  1. Komórki Langerhansa - czym są i gdzie występują?
  2. Budowa komórek Langerhansa
  3. Komórki Langerhansa - funkcje w organizmie
  4. Komórki Langerhansa a systemy SALT i MALT
  5. Rola komórek Langerhansa w patogenezie chorób
  6. Komórki Langerhansa - zastosowanie kliniczne

Komórki Langerhansa - czym są i gdzie występują?

Komórki Langerhansa należą do populacji białych krwinek, pełniących funkcje odpornościowe. Miejscem ich powstawania jest szpik kostny. Stamtąd komórki Langerhansa trafiają do krwi, która transportuje je do odpowiednich tkanek.

Komórki Langerhansa zasiedlają zarówno naszą skórę, jak i nabłonek błon śluzowych w jamie ustnej, nosogardle, drogach oddechowych, przewodzie pokarmowym oraz drogach moczowo-płciowych.

Komórki Langerhansa należą do rodziny komórek dendrytycznych. Ich nazwa pochodzi od charakterystycznych wypustek, przypominających dendryty komórek nerwowych (są to wypustki rozgałęziające się w kształt korony drzewa).

Komórki Langerhansa osiadają na stałe w miejscach nieustannego kontaktu tkanek naszego organizmu ze środowiskiem zewnętrznym. Ich lokalizacja nie jest przypadkowa - są to komórki wyspecjalizowane w pełnieniu funkcji immunologicznych.

Po kontakcie z obcą substancją lub patogenem, komórki Langerhansa "podejmują decyzję", czy w danej sytuacji konieczne jest pobudzenie układu odpornościowego.

Jeśli tak, rozpoczyna się proces odpowiedzi immunologicznej i neutralizacji "intruza". Jeśli nie, rozwija się tzw. tolerancja immunologiczna - układ odpornościowy nie reaguje na dany antygen.

Budowa komórek Langerhansa

Komórki Langerhansa po opuszczeniu szpiku kostnego przyjmują niewielki, okrągły kształt. Ich forma drastycznie zmienia się dopiero w momencie zasiedlenia docelowych tkanek. Wówczas ulegają znacznemu powiększeniu oraz tworzą charakterystyczne wypustki.

Przez wiele lat za sprawą podobieństwa do komórek nerwowych, komórki Langerhansa były postrzegane jako elementy zakończeń nerwowych zlokalizowanych w skórze. Dopiero w latach 70-tych XX wieku odkryto powiązania komórek Langerhansa z układem immunologicznym, co zrewolucjonizowało dotychczasowe poglądy na ich temat.

Komórki Langerhansa najchętniej umiejscawiają się w warstwie kolczystej naskórka.

Nasz naskórek składa się z pięciu warstw komórek. Są to kolejno (od wewnątrz) warstwa podstawna, kolczysta, ziarnista, jasna i rogowa.

Komórki Langerhansa zasiedlają więc stosunkowo głębokie warstwy naskórka. Mimo to, potrafią sprawować dokładną kontrolę nad całą jego grubością. W jaki sposób?

Jest to możliwe za sprawą wcześniej wspomnianych wypustek, które sięgają aż do najbardziej zewnętrznej warstwy - rogowej. Owe wypustki łączą się w rozbudowaną sieć, pozwalającą na stworzenie sprawnej bariery immunologicznej.

Oglądając komórki Langerhansa w mikroskopie elektronowym, zauważymy bardzo charakterystyczne struktury w kształcie tenisowych rakietek. Są to tzw. ziarnistości Birbecka, będące swoistym markerem komórek Langerhansa.

Te "rakietki" są prawdopodobnie odpowiedzialne za procesy przetwarzania antygenów, w których specjalizują się komórki Langerhansa. Komórki te posiadają szerokie spektrum mechanizmów, pozwalających na pochłanianie antygenów, ich analizę i wzbudzanie bądź wygaszanie odpowiedzi immunologicznej.

Czytaj też: Skóra - budowa i funkcje skóry

Komórki Langerhansa - funkcje w organizmie

Komórki Langerhansa tworzą niezwykle ciekawą barierę immunologiczną w obrębie naszej skóry i błon śluzowych. Przyjrzyjmy się ich funkcji nieco dokładniej. Komórki Langerhansa są odpowiedzialne za następujące procesy:

  • Komórki Langerhansa - prezentacja antygenu

Najistotniejszym zadaniem komórek Langerhansa jest tak zwana prezentacja antygenu. Na czym polega to zjawisko? Jest to proces pochłaniania, przetwarzania i demonstrowania antygenów innym komórkom układu odpornościowego. Dzięki temu możliwe jest ich pobudzenie do skoordynowanej odpowiedzi immunologicznej.

Antygeny to swoiste "etykiety" cząsteczek i komórek, rozpoznawane przez komórki patrolujące środowisko danej tkanki. Antygeny umożliwiają rozpoznanie danego obiektu oraz podjęcie decyzji, czy ów element jest patogenny.

Warto pamiętać, że antygeny nie są obecne wyłącznie na powierzchni "intruzów". Każda komórka naszego organizmu posiada własne antygeny, rozpoznawane przez układ immunologiczny w taki sposób, by nie wywoływać skierowanej przeciwko nim odpowiedzi zapalnej.

Prezentacja antygenu ma kluczowe znaczenie dla skutecznej obrony przed patogenami. W jaki sposób przebiega ten proces w komórkach Langerhansa?

Pierwszym etapem jest rozpoznanie obcego elementu. Komórki Langerhansa są wyposażone w mnóstwo narzędzi, pozwalających na "wyłapanie" z otoczenia potencjalnie niebezpiecznych cząsteczek i drobnoustrojów.

Jednym z takich narzędzi są tzw. receptory rozpoznające patogeny (z ang. PRR – pathogen recognition receptors). Dzięki nim komórki Langerhansa "wiedzą", że mają do czynienia z obcą komórką o właściwościach chorobotwórczych.

Kiedy komórki Langerhansa rozpoznają patogen, chcą natychmiast ostrzec przed nim inne komórki układu odpornościowego. Aby tego dokonać, muszą wpierw pochłonąć dany obiekt.

Komórki Langerhansa są wyposażone w szereg mechanizmów umożliwiających endocytozę, czyli pobieranie substancji ze środowiska zewnętrznego. W zależności od potrzeb, wykorzystują:

  • fagocytozę ("zjadanie" cząstek stałych)
  • pinocytozę (pochłanianie substancji płynnych)
  • endocytozę z udziałem specjalnych receptorów

W trakcie tych procesów komórki Langerhansa mają możliwość dokładnej analizy oraz zapoznania się z "intruzem". Następnie, antygeny danego drobnoustroju zostają wystawione na powierzchni komórki Langerhansa. Rozpoczyna się prezentacja antygenu.

Doszliśmy do etapu, w którym komórka Langerhansa pochłonęła patogen i wystawiła na swojej powierzchni jego antygeny. Pora więc zaprezentować je innym komórkom układu odpornościowego. Gdzie można znaleźć takie komórki?

W skórze jest ich stosunkowo niewiele. W tym miejscu docieramy do kolejnej niezwykłej umiejętności komórek Langerhansa.

Otóż w celu prezentacji antygenu potrafią opuszczać skórę i przemieszczać się do miejsc, w których aż roi się od komórek układu odpornościowego. Takimi miejscami są węzły chłonne.

Komórki Langerhansa drogą naczyń chłonnych, z wykorzystaniem odpowiedniej sygnalizacji, wędrują ze skóry aż do węzłów chłonnych. Tam napotykają na mnóstwo limfocytów - komórek wyspecjalizowanych w niszczeniu drobnoustrojów.

Komórki Langerhansa prezentują antygeny limfocytom, które w ten sposób uczą się rozpoznawać dany patogen oraz przygotowują skierowaną przeciw niemu odpowiedź odpornościową.

Oprócz pobudzenia tzw. limfocytów cytotoksycznych, zdolnych do unieszkodliwiania drobnoustrojów, w tym procesie powstają również komórki pamięci immunologicznej. Dzięki nim kolejny kontakt z tym samym patogenem wywoła szybszą i lepiej dopasowaną odpowiedź odpornościową. 

  • Komórki Langerhansa - właściwości tolerogenne

Poprzedni akapit skupiał się na właściwościach immunogennych komórek Langerhansa. Ich istotą było pobudzenie układu odpornościowego do walki z patogenami. Stosunkowo niedawno odkryto, że komórki Langerhansa są również zdolne do pełnienia skrajnie odmiennych funkcji.

W ściśle określonych warunkach, nabywają one właściwości tolerogennych. Ich istotą jest wygaszanie odpowiedzi immunologicznej organzimu i wytworzenie tolerancji na pewne antygeny.

Okazało się, że komórki Langerhansa pochłaniają elementy własnego organizmu (białka, fragmenty obumarłych komórek) równie często, jak elementy patogenne. Następnie wędrują z nimi do węzłów chłonnych i prezentują je limfocytom.

Co ciekawe, takie zachowanie nie prowadzi do rozwoju autoimmunizacji (niszczenia komórek własnego organizmu przez układ odpornościowy). Przeciwnie - dochodzi do pobudzenia tzw. limfocytów regulatorowych, których zadaniem jest wygaszanie odpowiedzi immunologicznej. W ten sposób nasz układ odpornościowy uczy się rozpoznawania własnych antygenów.

Podobnie dzieje się z innymi obcymi obiektami, które nie są patogenne. W codziennym życiu nasza skóra ma kontakt z mnóstwem substancji (kosmetyki, ubrania, biżuteria), które nie powinny wywoływać odpowiedzi zapalnej. To właśnie dzięki komórkom Langerhansa możliwe jest wytworzenie tolerancji na tego typu antygeny.

Jak widać, komórki Langerhansa stale balansują pomiędzy działalnością immunogenną a tolerogenną.

Zachowanie równowagi immunologicznej w skórze jest niezwykle istotne. Prawidłowo funkcjonujące komórki Langerhansa generują odpowiedź zapalną, gdy jest ona rzeczywiście potrzebna.

Z drugiej strony, wygaszanie nadmiernej lub niepotrzebnej odpowiedzi immunologicznej umożliwia zapobieganie reakcjom nadwrażliwości.

  • Komórki Langerhansa - gojenie ran

Każde uszkodzenie ciągłości skóry wiąże się z możliwością łatwiejszego wnikania drobnoustrojów do wnętrza organizmu. Gojenie ran ma na celu nie tylko przywrócenie prawidłowej struktury tkanek, ale również odtworzenie ciągłości bariery immunologicznej.

Komórki Langerhansa biorą w tym procesie istotny udział. Uszkodzenie komórek naskórka prowadzi do powstania środowiska zapalnego, które umożliwia miejscowy napływ komórek układu odpornościowego. Ten proces, koordynowany m.in. przez komórki Langerhansa, to pierwszy etap gojenia ran.

W tym miejscu warto przytoczyć badanie naukowe, którego celem było zbadanie zależności pomiędzy liczbą komórek Langerhansa a sprawnością procesu gojenia.

Naukowcy przeprowadzili 4-tygodniową obserwację procesu gojenia ran u pacjentów leczących się z powodu stopy cukrzycowej. Wyniki badania pokazały, że większa liczba komórek Langerhansa w sąsiedztwie rany korelowała z lepszymi efektami gojenia.

Dalsze badania w tym kierunku są potrzebne, aby poznać dokładne mechanizmy działania komórek Langerhansa w miejscach uszkodzeń skóry. Być może dzięki nim uda się znaleźć sposoby wykorzystania komórek Langerhansa na przykład w terapii trudno gojących się ran.

Komórki Langerhansa a systemy SALT i MALT

Skóra oraz błony śluzowe człowieka stanowią barierę mechaniczną przed wnikaniem drobnoustrojów do wnętrza organizmu. Ich funkcja nie polega jednak na tworzeniu jedynie biernej powłoki. Te tkanki posiadają szereg wysoce rozwiniętych mechanizmów immunologicznych, umożliwiających im pełnienie funkcji odpornościowych.

Rolę skóry i błon śluzowych w obronie organizmu przed patogenami podkreśla fakt, że we współczesnej immunologii doczekały się one "własnych" podjednostek w organizacji systemu odpornościowego.

Owe podjednostki określa się skrótami SALT i MALT. Są to odpowiednio: system odpornościowy związany ze skórą (z ang. Skin Associated Lymphoid Tissue) oraz system odpornościowy związany z błonami śluzowymi (z ang. Mucosa Associated Lymphoid Tissue).

Jak nietrudno się domyślić, komórki Langerhansa stanowią istotne ogniwo obydwu ww. systemów.

Działanie systemów SALT i MALT opiera się na współpracy komórek budujących nabłonek, komórek prezentujących antygeny (w tym komórek Langerhansa) oraz komórek zdolnych do neutralizowania patogenów (głównie limfocytów). Ich wspólne działanie umożliwia rozpoznawanie i obróbkę antygenów bezpośrednio w miejscu wniknięcia do organizmu.

Tak efektywny nadzór immunologiczny zapobiega penetracji drobnoustrojów ze środowiska zewnętrznego do głębiej położonych tkanek i narządów.

Rola komórek Langerhansa w patogenezie chorób

Prawidłowo funkcjonujące komórki Langerhansa pozwalają na zachowanie równowagi pomiędzy odpowiedzią zapalną a tolerancją wybranych antygenów w skórze i błonach śluzowych.

Zaburzenia funkcji komórek Langerhansa mogą leżeć u podłoża niektórych schorzeń dermatologicznych, immunologicznych, a nawet nowotworowych. Oto ich przykłady:

  • histiocytoza z komórek Langerhansa

Histiocytoza z komórek Langerhansa to schorzenie onkologiczne, związane z nadmiernym namnażaniem komórek Langerhansa. Komórki te mogą gromadzić się w różnych narządach - na skórze, w kościach, w węzłach chłonnych oraz w narządach wewnętrznych.

Histiocytoza z komórek Langerhansa jest zwykle rozpoznawana u dzieci, choć spotyka się ją także u osób dorosłych.

Komórki Langerhansa mogą namnażać się w określonym miejscu (mówimy wówczas o postaci zlokalizowanej) lub zajmować liczne lokalizacje (jest to tzw. postać wieloogniskowa).

Postać zlokalizowana zazwyczaj wiąże się z dobrym rokowaniem, a w rzadkich przypadkach może nawet ulegać samowyleczeniu.

Postać wieloogniskowa wymaga agresywnego leczenia, głównie za pomocą chemioterapii. Ten wariant choroby wiąże się również z gorszym rokowaniem.

  • komórki Langerhansa a wyprysk kontaktowy

Wyprysk kontaktowy powstaje w wyniku nadwrażliwości skóry na niektóre czynniki zewnętrzne. Do substancji, które najczęściej wywołują wyprysk kontaktowy, należą: nikiel, chrom, niektóre barwniki i konserwanty oraz składniki kosmetyków.

Cząsteczki tych substancji, dzięki niewielkim rozmiarom, są w stanie penetrować przez kolejne warstwy naskórka. W pewnym momencie dochodzi do ich "spotkania" z komórkami Langerhansa.

Komórki Langerhansa pochłaniają owe cząsteczki (w formie związanej z białkami), po czym prezentują je na swojej powierzchni. W ten sposób "uczą" limfocyty rozpoznawania powyższych substancji.

W momencie powtórnego kontaktu z nimi (np. regularne noszenie danej biżuterii), dochodzi do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Rozwija się lokalny stan zapalny, objawiający się powstawaniem swędzących, zaczerwienionych grudek i pęcherzyków.

W tym miejscu warto podkreślić, że pomimo częstego kontaktu ludzkiej skóry z opisanymi wyżej substancjami, objawy wyprysku kontaktowego powstają stosunkowo rzadko.

Tolerancja powyższych antygenów u większości ludzi jest prawdopodobnie skutkiem tolerogennych własności komórek Langerhansa.

  • komórki Langerhansa a schorzenia dermatologiczne

Komórki Langerhansa wydają się odgrywać istotną rolę w patogenezie niektórych chorób skóry, takich jak m.in. atopowe zapalenie skóry i łuszczyca. Zaburzenia regulacji immunologicznej, za którą odpowiadają komórki Langerhansa, przyczyniają się do powstawania schorzeń dermatologicznych o charakterze zapalnym.

Wydaje się, że aktywność komórkek Langerhansa w ww. chorobach zostaje przesunięta w kierunku działalności prozapalnej; osłabieniu ulega natomiast ich działalność tolerogenna.

Potwierdzeniem tych zależności może być fakt, że w terapii zarówno łuszczycy, jak i atopowego zapalenia skóry, z powodzeniem stosuje się fotochemoterapię. Jest to leczenie za pomocą naświetlań z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego. Takie naświetlania łagodzą zmiany skórne.

Podejrzewa się, że jednym z mechanizmów działania fotochemoterapii jest zmniejszenie liczby oraz osłabienie funkcji komórek Langerhansa, co przyczynia się do wyhamowania nadmiernej odpowiedzi immunologicznej.

  • komórki Langerhansa a przeszczep przeciwko gospodarzowi (GvHD)

Choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi (z ang. Graft versus Host Disease) to jedno z możliwych powikłań przeszczepienia szpiku kostnego oraz transufzji krwi. Jego istotą jest odrzucenie narządów biorcy przez przeszczepione mu leukocyty dawcy.

W przebiegu choroby jednym z najczęściej odrzucanych narządów jest skóra. Dokładna rola komórek Langerhansa w patogenezie przeszczepu przeciw gospodarzowi nadal nie została poznana.

Prowadzone dotychczas na zwierzętach badania naukowe pokazują jednak, że zmniejszenie liczby komórek Langerhansa u biorcy przeszczepu zmniejsza ryzyko rozwinięcia reakcji typu przeszczep przeciw gospodarzowi.

  • komórki Langerhansa a zakażenie wirusem HIV

Przez wiele lat w świecie naukowym uważano, że komórki Langerhansa stanowią pierwszy obiekt ataku wirusa HIV. Istniała również hipoteza, że zainfekowane wirusem HIV komórki Langerhansa przenoszą go do węzłów chłonnych, przyczyniając się do rozprzestrzeniania infekcji na inne komórki układu odpornościowego.

Najnowsze doniesienia naukowe obalają jednak powyższą teorie. Obecnie uważa się, że komórki Langerhansa stanowią barierę immunologiczną: rzeczywiście pochłaniają cząsteczki wirusa HIV, jednak blokują jego dalsze przekazywanie.

Wydaje się również, że zaktywowane wirusem komórki Langerhansa wywołują korzystną odpowiedź układu odpornościowego we wstępnej fazie zakażenia.

  • komórki Langerhansa a nowotwory skóry

Komórki Langerhansa pełnią nadzór immunologiczny nad drobnoustrojami, pojawiającymi się w naszej skórze. Oprócz tego, są także zdolne do rozpoznawania komórek nowotworowych i wzbudzania skierowanej przeciwko nim odpowiedzi układu odpornościowego.

W badaniach nad nowotworami skóry wykazano, że liczba komórek Langerhansa w okolicach nowotworu jest znacząco zmniejszona. W trakcie procesu nowotworzenia dochodzi również do osłabienia prezentacji antygenów przez komórki Langerhansa.

Poznanie roli komórek Langerhansa w obronie przeciwnowotworowej zapoczątkowało szereg badań naukowych, których celem było znalezienie zastosowania tych komórek w terapii nowotworów.

Komórki Langerhansa - zastosowanie kliniczne

Komórki Langerhansa są przedmiotem badań naukowych, mających na celu ich zastosowanie w terapii przeciwnowotworowej.

Przykładem metody wykorzystującej komórki Langerhansa jest immunizacja przezskórna, czyli - mówiąc w dużym uproszczeniu - szczepionka przeciwnowotworowa.

Idea polega na podskórnym podaniu antygenów komórek nowotworowych (np. białek charakterystycznych dla komórek czerniaka). Antygeny te miałyby ulec przetworzeniu przez komórki Langerhansa, a następnie zostać zaprezentowane pozostałym komórkom układu odpornościowego. W ten sposób układ immunologiczny zostałby pobudzony do walki z nowotworem.

Badania nad immunizacją przezskórną w terapii nowotworów wciąż trwają - miejmy nadzieję, że nadzieje związane z tą metodą potwierdzą się w eksperymentach klinicznych.

Bibliografia:

  1. "Choroby skóry i choroby przenoszone drogą płciową" S. Jabłońska, S.Majewski, PZWL 2013
  2. "Langerhans Cells: Sensing the Environment in Health and Disease" J.Decker et. al. Front Immunol. 2018; 9: 93 - dostęp on-line
  3. "The balance between immunity and tolerance: The role of Langerhans cells" K. Mutyambizi et. al. Cell Mol Life Sci. 2009 Mar; 66(5): 831–840. - dostęp on-line
  4. "Langerhans cells – dendritic cells of the epidermis" N.Romani et.al. APMIS Journal of Pathology, Microbiology and Immunology, Volume 111, Issue7‐8, July 2003
  5. "Tumor immunotherapy by epicutaneous immunization requires langerhans cells." P.Stoitzner et.al. Journal of Immunology 01 Feb 2008, 180(3) - dostęp on-line
  6. "Depletion of host Langerhans cells before transplantation of donor alloreactive T cells prevents skin graft-versus-host disease." Merad M. et.al. Nat Med. 2004 May;10(5):510-7 - dostęp on-line
  7. "Immunological function of Langerhans cells in HIV infection." Matsuzawa T.et. al. J Dermatol Sci. 2017 Aug;87(2):159-167
  8. "Increased Number of Langerhans Cells in the Epidermis of Diabetic Foot Ulcers Correlates with Healing Outcome" O. Stojadinovic, Immunol Res. 2013 Dec; 57(0): 222–228 - dostęp on-line
O autorze
Krzysztofa Białożyt
Krzysztofa Białożyt
Studentka medycyny na Collegium Medicum w Krakowie, powoli wkraczająca w świat ciągłych wyzwań pracy lekarza. Szczególnie zainteresowana ginekologią i położnictwem, pediatrią oraz medycyną stylu życia. Miłośniczka języków obcych, podróży i górskich wędrówek.
Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.

NOWY NUMER

Czytaj e-wydanie cenie 1,00 zł i zyskaj dostęp do numerów archiwalnych! W nr 6/2020 "Zdrowia" m.in.: jak działają jelita, 10 pytań o wazektomię, uzależnienia a płeć, dłonie pod ochroną, ćwiczenia na smukłe nogi. "Zdrowie" to 76 stron rzetelnej wiedzy!

Dowiedz się więcej
Miesięcznik Zdrowie  6/2020
KOMENTARZE