Comprendere l'immunità: dalle difese innate alle risposte acquisite

Si possono distinguere due forme di immunità: immunità innata ( una prima linea di difesa da agenti patogeni) e immunità acquisita o adattativa (agisce contro un bersaglio preciso).

Negli invertebrati prevale l’immunità innata. Un basso pH e la secrezione di lisozoma contribuiscono alla protezione del sistema digerente mentre, attraverso la fagocitosi, alcune cellule immunitarie distruggono sostanze estranee inglobandole in un vaculo che si fonde con un lisozoma.

Immunità innata nei vertebrati

Nei vertebrati immunità innata e acquisita coesistono.

Tra le difese innate dei vertebrati ci sono la pelle e le membrane mucose.

Le cellule del sistema immunitario innato attaccato i microrganismi che attraversano le barriere esterne.

Queste cellule sono classificate come globuli bianchi; per la maggior parte, si tratta di fagociti, soprattutto neutrofili e macrofagi.

Tra i globuli bianchi ci sono i linfociti natural killer (NK), che attaccano le cellule tumorali o infettate da virus rilasciando sostanze chimiche e promuovendo l’apoptosi, la morte cellulare programmata.

Tra le difese innate troviamo anche proteine che possono attaccare direttamente i microbi o impedirne la riproduzione; un esempio sono gli interferoni, proteine prodotte dalle cellule già infettate per aiutare quelle ancora sane a resistere agli invasori.

L’immunità innata comprende anche il sistema del completamento, un gruppo di 30 tipi di proteine che circolano nel sangue in forma inattiva.

Risposta infiammatoria

La risposta infiammatoria

Costituisce il principale meccanismo dell’immunità innata nei vertebrati.

Il suo scopo principale è quello di disinfettare e ripulire il tessuto danneggiato.

I mastociti rilasciano l’istamina; questa ha funzione vasodilatarice, fa quindi dilatare i vasi sanguigni portando all’aumento dell’affluenza di sangue. Altre sostanze attraggono i fagociti (macrofagi e neutrofili) nella zona colpita; questi eliminano batteri e resti di cellule danneggiate.

La risposta infiammatoria può essere localizzata in una data superficie, oppure diffusa (sistemica). Questo avviene quando i microrganismi rilasciano tossine, che sono trasportate in tutto il corpo dalla circolazione sanguigna o entrano direttamente nel sangue.

I vari tipi di risposta infiammatoria possono essere:

- Aumento dei globuli bianchi circolanti

- Febbre -> aumento della temperatura corporea che stimola la fagocitosi, accelera la riparazione di tessuti e ostacola il proliferare di microrganismi che vivono solo entro determinati intervalli di temperatura

- Shock settico: febbre alta e bassa pressione sanguigna -> La risposta infiammatoria diffusa può essere molto pericolosa.

Sistema linfatico e sue funzioni

Il sistema linfatico

Svolge un ruolo importante sia nell’immunità innata sia in quella acquisita.

Comprende: rete di vasi, numerosi linfonodi (noduli contenenti macrofagi e linfociti), tonsille, adenoidi, appendice e milza.

Al sistema linfatico si collegano poi midollo osseo e timo, luoghi di formazione dei linfociti.

Nei vasi linfatici scorre la linfa, liquido che ha una composizione simile a quello interstiziale, anche se meno ricco di ossigeno e sostanze nutritive.

Il sistema linfatico svolge due funzioni principali: riportare il liquido interstiziale nel sistema circolatorio e combattere le infezioni.

Dai capillari linfatici la linfa confluisce in vasi più grandi e torna nel sistema circolatorio attraverso due grandi vasi, il dotto toracico e il dotto linfatico destro.

Il dotto toracico si immette nella vena succlavia sinistra, il dotto linfatico destro nella vena succlavia destra.

I vasi linfatici hanno valvole che impediscono il reflusso della linfa verso i capillari e il flusso di questa dipende dalla concentrazione dei muscoli scheletrici.

I linfonodi

Sono noduli contenenti macrofagi e linfociti costituiti da tessuto spugnoso; grazie alla loro azione, la linfa rimuove microrganismi e materiali estranei penetrati nell’organismo.

Nei linfonodi maturano i linfociti B prodotti nel midollo osseo e vengono digerite cellule morte e danneggiate (come quelle tumorali).

Quando l’organismo combatte un’infezione, i linfonodi si rigonfiano di cellule pronte per la difesa. Questo avviene soprattutto nel collo e nelle ascelle, prendono il nome di ghiandole).

Gli organi linfatici

Nell’organismo se ne individuano due tipi:

- Organi linfatici primari: midollo osseo e timo, in cui vengono prodotti e maturano i linfociti

- Organi linfatici secondari: milza, placche e tonsille: non sono fondamentali per la sopravvivenza; svolgono un ruolo simile a quello dei linfonodi.

Immunità acquisita e antigeni

Immunità acquisita

Entra in atto quando la risposta immunitaria innata non riesce a respingere l’invasione di un agente patogeno. E’ presente solo nei vertebrati e differisce da individuo a individuo perché dipende dal tipo di patogeni cui ciascuno è stato esposto nel corso della sua vita.

Antigeni e anticorpi

Gli antigeni sono molecole di polisaccaridi estranee che si possono trovare sulla superficie dei patogeni e sono in grado di innescare una risposta immunitaria specifica.

Quando il sistema immunitario entra in contatto con un antigene, esso aumenta le cellule che attaccano gli invasori o che producono anticorpi. Gli anticorpi sono proteine di difesa che circolano nel plasma sanguigno.

Gli anticorpi sono inefficaci nei confronti di molecole estranee, ma sono specifici per un determinato antigene: infatti sulla superficie di una molecola antigenica c’è una piccola porzione esposta chiamata determinante antigenico che si lega con la molecola di anticorpo perché hanno forme complementari.

L’immunità acquisita è adattativa perché ha una sorta di memoria, infatti ricorda gli antigeni incontrati e, in caso di incontro successivo, di reagire più velocemente.

Vaccini e immunità passiva

I vaccini

L’immunità acquisita è ottenuta di solito per esposizione naturale a un antigene (febbre), ma può essere anche prodotta da una vaccinazione.

La vaccinazione consiste nella somministrazione di un vaccino, sostanza con antigeni attenuati da calore che producono la risposta immunitaria.

I vaccini non possono essere somministrati a persone con difetti del sistema immunitario, perché possono causare malattie.

Immunità passiva e attiva

Immunità attiva: Può essere acquisita naturalmente o artificialmente.

Gli anticorpi vengono prodotti attivamente dal sistema immunitario della persona.

Immunità passiva: E’ innata. Gli anticorpi vengono ricevuti “già pronti” come nel caso del feto che acquisisce anticorpi dal circolo sanguigno della madre. Questa difesa è temporanea perché il sistema immunitario del ricevente non è stimolato da antigeni; dopo poco, gli anticorpi vengono degradati dall’organismo e l’immunità sparisce.

Linfociti e recettori antigenici

La risposta immunitaria acquisita è mediata dai linfociti, globuli bianche situati negli organi e nei tessuti del sistema linfatico. I linfociti derivano da cellule staminali presenti nel midollo osseo.

Si possono distinguere:

- Linfociti B : linfociti immaturi che completano lo sviluppo nel midollo osseo.

- Linfociti T: linfociti che si specializzano passando dal sangue al timo.

Durante la maturazione nel timo o nel midollo osseo, alcune proteine dette recettori antigenici vengono inglobate nella membrana cellulare; queste sporgono dalla superficie cellulare e sono capaci di riconoscere e legare uno specifico tipo di antigene.

Ciascun linfocita T e B possiede circa 100 000 recettori antigenici. Questi recettori sono identici per ogni cellula e riconoscono un solo tipo di antigene, ma possono essere diversi da cellula a cellula.

Dopo aver sviluppato i recettori antigenici, i linfociti B e T lasciano timo e midollo osseo e vengono trasportati dal sangue a linfonodi, milza e altri organi del sistema linfatico. Qui, la maggior parte di essi incontra gli agenti infettivi che hanno superato le difese immunitarie.

Linfociti t e linfociti b mettono in atto una duplice difesa:

- Risposta immunitaria umorale: E’ attiva contro virus e batteri dei liquidi corporei. Agiscono i linfociti B che secernono anticorpi nel sangue e nella linfa. Può essere trasferita iniettando plasma di un individuo immune in un individuo privo di immunità.

- Risposta immunitaria mediata da cellule: La difesa non è affidata agli anticorpi, ma alle cellule.

In questo caso, prevale l’azione dei linfociti T.

I linfociti T intervengono in entrambi i tipi di immunità: possono attaccare direttamente le cellule del corpo infettate oppure, in modo indiretto, promuovono la fagocitosi e stimolano i linfociti B a produrre anticorpi.

Selezione clonale

Processo di selezione clonale

Consiste nel processo di moltiplicazione dei linfociti indotto da un antigene.

All’interno del corpo, un antigene incontra vari tipi di linfociti T e B, ma interagisce solo con quelli dotati di recettori in grado di riconoscerlo.

Queste cellule “selezionate”, una volta attivate dall’antigene, proliferano dando origine a un colone

(= popolazione di cellule geneticamente identiche e specifiche per quell’antigene).

Tappe della selezione clonale

Nei linfonodi ci sono molti linfociti B. Come abbiamo detto, ogni linfocita possiede uno specifico recettore antigenico sulla superficie della cellula.

Quando un antigene entra nel corpo e viene trasportato in un linfonodo, i determinanti antigenici della sua superficie si legano ai linfociti B provvisti di recettori complementari.

L’interazione con l’antigene attiva il processo di selezione clonale per il linfocita B che lo ha legato: questa cellula cresce, si divide e si differenzia in due popolazioni cellulari geneticamente identiche, ma fisicamente distinte:

- 1° gruppo: cellule effettrici (o plasmacellule nel caso dei linfociti B): Possiedono un’elevata quantità di reticolo endoplasmatico. Secernono anticorpi specifici, tutti dello stesso tipo; questi circolano nel sangue e nella linfa, contribuendo all’immunità umorale. Le cellule effettrici sopravvivono 4-5 giorni.

- 2° gruppo: cellule della memoria: sono meno numerose delle precedenti, ma sopravvivono più a lungo. Rimangono nei linfonodi e si attivano con una seconda esposizione all’antigene.

Risposta immunitaria primaria e secondaria

Risposta immunitaria primaria : si verifica quando i linfociti sono esposti per la prima volta all’antigene.

Non è immediata: l’individuo può ammalarsi durante l’intervallo di tempo che precede la sintesi degli anticorpi. La risposta primaria cessa quando muoiono le cellule effettrici.

Risposta immunitaria secondaria : si verifica in seguito a una successiva esposizione allo stesso antigene e comporta un secondo processo di selezione clonale da parte delle cellule della memoria.

Questa risposta è più rapida, più prolungata e più intensa (numero maggiore di anticorpi) della prima.

Anche il secondo clone è costituito da due gruppi di cellule: cellule effettrici e cellule della memoria.

La risposta secondaria produce molti anticorpi più efficaci di quelli prodotti con la risposta primaria.

Inoltre, se l’organismo, già esposto all’antigene X, è esposto a un antigene Y, deve attivare una nuova risposta primaria diretta in modo specifico contro l’antigene Y.

Funzioni degli anticorpi

Gli anticorpi dell’immunità umorale

Nella risposta umorale l’anticorpo svolge due funzioni principali: riconosce e lega un antigene specifico e partecipa alla sua inattivazione.

La molecola di anticorpo (con forma a Y) possiede quattro catene; ciascuna di esse ha una regione costante (C) e una regione variabile (V). Ogni coppia di regioni variabili forma, all’estremità di ciascun braccio, un sito di legame per l’antigene. Questo porta a una varietà di strutture di siti di legame che, a sua volta, determina l’estrema diversità dei linfociti conferendo al sistema dell’immunità umorale la capacità di reagire a tittti gli antigeni.

La “coda” della molecola di anticorpo, costituita dalle regioni costanti, ha un ruolo nell’eliminazione dell’antigene legato.

Ruolo fondamentale degli anticorpi -> Eliminare gli invasori

Una molecola di anticorpo marca un antigene legandosi ad esso per formare un complesso antigene-anticorpo, che inattiva gli antigeni per mezzo di:

- Neutralizzazione dei virus: gli anticorpi si legano a proteine specifiche sulla superficie dei virus, impedendo che infettino una cellula ospite. ( si possono anche legare a molecole presenti sulla superficie delle cellule batteriche stimolandone la distruzione da parte dei macrofagi).

- Agglutinazione di cellule: poiché ogni molecola di anticorpo ha almeno due siti di legame per l’antigene, gli anticorpi possono tenere insieme un certo numero di cellule facilitandone la cattura da parte dei fagociti.

- Precipitazione: gli anticorpi legano insieme molecole di antigene in soluzione, facendole precipitare in forma solida. Anch’essa facilita l’azione dei fagociti.

- Attivazione del sistema del completamento: le proteine da esso attivate, attaccano le cellule estranee aprendo fori nella loro membrana plasmatica e causandone la lisi.

Linfociti T e loro funzioni

Linfociti T helper

La risposta immunitaria mediata da cellule si basa sulla distinzione tra molecole self (dell’organismo) e molecole nonself (estranee all’organismo). In questo modo il sistema immunitario riesce a individuare e neutralizzare le cellule infettate da patogeni esterni.

Ci sono due tipi principali di linfociti T :

- linfociti T citotossici: attaccano direttamente le cellule infettate dai patogeni

- linfociti T helper : interagiscono con altri globuli bianchi ( macrofagi, linfociti B e altre cellule immunitarie indicate come APC)

Consideriamo una tipica APC (macrofago). Il macrofago fagocita una particella estranea e la frammenta in una serie di antigeni; alcune proteine self del macrofago legano gli antigeni estranei formando complessi self – nonself che sono esposti sulla superficie della cellula.

I linfociti T helper si legano a questi complessi in base alla struttura dei recettori presenti sulla loro membrana plasmatica.

Ogni recettore, infatti, possiede due siti di legame, uno per l’antigene e uno per la proteina self; questi permettono al recettore di riconoscere la forma dell’intero complesso.

Il legame complesso – recettore attiva i linfociti T helper che promuovono la risposta immunitaria in diversi modi: il principale consiste nella secrezione di ulteriori proteine stimolatrici. Una di queste, l’interleuchina – 2, ha tre effetti principali:

- Promuove crescita di linfociti T helper che, a loro volta, originano nuove cellule (tra cui quelle della memoria).

- Promuove l’attivazione dei linfociti B, stimolando l’immunità umorale.

- Stimola l’attività dei linfociti T citotossici che distruggono le membrane cellulari.

Linfociti t citotossici

Sono gli unici che uccidono direttamente le cellule infettate in tal modo:

1) Si legano alla cellula infettata riconoscendo il complesso self – nonself.

2) Una volta attivati, sintetizzano diverse proteine tra cui la perforina : questa aderisce alla membrana della cellula infettata e la fora consentendo il passaggio degli enzimi.

3) La cellula infettata viene distrutta per apoptosi.

Ogni individuo ha una propria impronta molecolare, costituita da particolari proteine presenti sulla superficie delle cellule che insieme formano il complesso maggiore di istocompatibilità (MHC).

Ogni persona possiede 12 loci di MHC, ognuno dei quali ha centinaia di alleli, quindi è impossibile che due persone abbiano le stesse impronte individuali.

Le proteine self sulla superficie delle cellule sono di due tipi:

- Proteine MHC di classe I : comprendono tutte le cellule dotate di nucleo; si legano a frammenti di proteine provenienti da patogeni esponendoli all’esterno della cellula infettata e rendendola riconoscibile dai linfociti T.

- Proteine MHC di classe II : sono presenti solo in alcune cellule del sistema immunitario.

Malfunzionamenti del sistema immunitario

Il malfunzionamento del sistema immunitario può causare patologie molto gravi.

- Malattie autoimmuni : Il sistema immunitario reagisce contro le molecole del proprio corpo. Portano a febbre, eruzioni cutanee, artrite e disfunzione renale.

I farmaci utilizzati possono agire in due modi: sopprimono la risposta immunitari o alleviano i sintomi.

- Malattie di immunodeficienza: il sistema immunitario non funziona bene perché privo di una componente fondamentale. L’unica cura possibile era il trapianto di midollo osseo, con cui il paziente poteva acquisire nuovi linfociti funzionanti.

Allergie e loro meccanismo

Allergie

Sono reazioni estreme agli antigeni presenti nell’ambiente. Gli antigeni che provocano allergie sono detti allergeni.

Come avviene un’allergia:

Prima fase: esposizione iniziale all’allergene

1) L’allergene (per esempio il polline) entra nel circolo sanguigno

2) I linfociti B producono anticorpi

3) Gli anticorpi si uniscono al mastocita

Seconda fase: esposizione successiva allo stesso allergene

4) L’allergene si lega agli anticorpi del mastocita

5) Viene rilasciata istamina, che provoca i sintomi dell’allergia