Immunologia

Immunologia lezione 1

Il termine immunologia deriva da "immunitas", un termine politico che indicava la non perseguibilità penale dei senatori romani, mantenuto ancora oggi per l'immunità parlamentare, ed è stato trasmesso alla biologia. Per quanto riguarda il significato biologico, invece:

• Protezione dalle malattie infettive
• Protezione da sostanze estranee non self biologicamente riconoscibili (batteri, virus, parassiti e componenti anche se positive per l'organismo come il trapianto di organo, appunto il donatore deve essere compatibile)
• Reazione immunitaria: intervengono molecole della serie bianche, citochine e anticorpi che sono cellule con il compito di favorire aggressione e distruzione della sostanza estranea.
• Indipendente da condizioni patologiche dell'individuo (immunopatologia = situazione per cui la risposta immunitaria è più pericolosa del microrganismo che l'ha provocata - nel caso del Covid le persone ospedalizzate hanno problemi maggiormente legati al sistema immunitario che agisce contro l'agente infettante)

In conclusione, il sistema immunitario è l'insieme di risposte attuate dall'organismo contro tutti quegli elementi non self biologicamente riconoscibili, agendo indipendentemente dal fatto che questi elementi siano positivi o dannosi.

Sistemi di lotta alle malattie infettive

I sistemi di lotta alle malattie infettive sono noti da molto prima della conoscenza del sistema immunitario.

Vaiolizzazione

Pratica diffusa in Cina, consisteva nell'inalazione di polvere ottenuta da lesioni cutanee di pazienti sopravvissuti al vaiolo. Questa pratica sfruttava l'inattivazione del virus del vaiolo (con l'essiccazione) ma lo usava come stimolatore per il sistema immunitario. Le persone che erano sopravvissute alla vaiolizzazione (90%) sopravvivevano durante le epidemie di vaiolo. Mentre quelli che non venivano trattati morivano per il 50-60%.

Da questa intuizione, Edward Jenner a fine '700 scoprì che le persone infettate con il vaiolo bovino (malattia della mungitrice), presentavano danni solo sulle mani, forma benigna, e non prendevano il vaiolo. Ha preso l'escara dalla mano di una mungitrice infetta da vaiolo bovino, ha infettato un bambino, pratica definita challenge (scarifico apposta il bambino, che ha avuto lieve febbre ecc., poi ha infettato il bambino con il vaiolo umano e non si è ammalato). Da questo ha diffuso la scoperta e la prima vaccinazione per il vaiolo, eradicato globalmente nel 1979.

Cross protezione

Il virus bovino e umano hanno proteine simili e il fatto di aver iniettato il virus del bovino (vaccino) ha fatto elaborare una risposta immunitaria che si è svelata cross protettiva nei confronti del vaiolo umano.

Allo stesso modo, Pasteur studiò il colera dei polli. Infezione per errore con ceppi di colera disattivati, successiva infezione degli stessi polli con colera attivato - immunizzati, non si ha avuto sviluppo di malattia.

Distinguiamo due tipi di immunità: innata e specifica

Queste due immunità sono sistemi in grande comunicazione, una successiva all'altra e si compensano. In alcune situazioni, l'immunità acquisita sfrutta diversi meccanismi dell'immunità innata per agire in modo più efficiente. La cellula cardine che rappresenta il punto di assaggio da immunità naturale a specifica è rappresentata dal macrofago.

Immunità innata – naturale

• Agisce come prima risposta, molto grossolana, arriva sempre prima della risposta specifica. Primo argine di difesa contro batteri.
• Agisce solo contro microrganismi.
• Meccanismi pre-esistenti all'infezione.
• Risposta molto rapida.
• Dà risposte identiche al ripetersi della stessa malattia e con malattie diverse. (non si evolve, non migliora è sempre uguale)
• È presente anche negli organismi meno evoluti (invertebrati).
• Si può classificare l'immunità innata in base agli ostacoli che un microrganismo deve superare per entrare nelle cellule: (come se l'immunità innata fosse costituita da più compartimenti che il microrganismo incontra procedendo nell'ingresso all'interno dell'organismo)

Barriere fisico-chimiche

• Flora microbica
• Fagocitosi (se oltrepassa la cute)
• Mediatori infiammatori (sono quelli che richiamano le prime cellule immunitarie)
• Proteine plasmatiche

Immunità specifica – acquisita – adattativa

• Ha una specificità elevata (chiamata a cellule effettrici), verso 1 solo microrganismo o verso organismi che condividono parte della stessa struttura.
• Porta ad una guarigione più efficace.
• Agisce contro tutti gli agenti non self (capacità reattiva molto più ampia rispetto all'immunità naturale).
• Acquisisce la capacità di ricordare (memoria immunitaria specifica alla base dei vaccini).
• Migliora con le successive esposizioni della stessa infezione (non per infezioni diverse).
• Presente solo nei vertebrati.
• Utilizza cellule specializzate (effettrici): linfociti B (danno una risposta umorale in cui si producono gli anticorpi) e linfociti T (danno una risposta cellulo-mediata) importanti verso patogeni endocellulari, come virus che entrano dentro alle cellule.

Esiste anche una risposta locale mediata da anticorpi particolari che vengono riversati nei posti in cui entrano i virus, come gli orifizi. Verso qualsiasi forma non self.

Immunità naturale – innata

Barriere fisico-chimiche

Cute: barriera difficilmente superabile da agenti patogeni, è un epitelio pluristratificato in cui gli strati più esterni sono cheratinizzati (+ cellule morte), inoltre possono esserci cellule secernenti (saliva, muco) che rendono il pH della cute (derma) acido e degradano i patogeni. La cute, nonostante ad occhio nudo appaia integra, può presentare dei micro traumi, soluzioni di continuo sufficienti per permettere ingresso dei microrganismi. La parte sotto all'epitelio, il derma, ha un pH acido, può presentare cellule infiammatorie.

Flora microbica: microbiota (insieme di batteri, funghi, lieviti, virus) flora molto complessa che colonizza cute e mucose (superfici interne) dopo la nascita. La flora cambia nel corso della vita: inizialmente assunta dalla madre, poi condizionata con l'alimentazione e con l'ambiente, molto importante la flora microbica di prima colonizzazione, nel lattante si hanno lattobacilli poi dopo lo svezzamento tende a cambiare e tende ad aumentare nel tratto intestinale. Nello stomaco pochissimi batteri riescono a resistere. Tende ad occupare i siti recettoriali che altrimenti verrebbero occupati dai patogeni (competizione recettoriale) ad es. prestomaci, intestino.

In caso ad es. di una terapia antibiotica si crea dismicrobismo che altera l'equilibrio della flora microbica, generando impoverimento di tipo specifico e può dare la sovracrescita della componente della flora microbica che può essere resistente agli antibiotici. È utile in alcune trasformazioni biochimiche come quelle a livello del rumine.

Fagocitosi: meccanismo ad opera dei granulociti neutrofili (azione rapida di primo intervento, fagocita e lisa solamente il materiale digerito e fa parte solo della risposta innata) e dei macrofagi: azione protratta di secondo intervento. Cellula fondamentale, oltre a fagocitare tende a processare ciò che fagocita e lo espone alla risposta specifica (linfociti B e T) attivando la risposta immunitaria. Il macrofago funge da ponte tra primo intervento e attività adattativa. Fagocitosi anche presente nella fase effettrice della risposta adattativa.

N.B. richiamo di cellule infiammatorie in una particolare sede (chemiotassi): succede sia per la presenza di batteri che per lesioni tissutali. Lo scopo è quello di preservare la ferita da un eventuale attacco batterico. Lo stimolo infiammatorio (presenza di batteri o lesione) tende a far produrre alle cellule del tessuto delle citochine pro-infiammatorie (IL6-IL1-TNFalfa). Queste agiscono sugli endoteli vasali favorendo all'interno dell'endotelio l'espressione di molecole di adesione che tende a rallentare e frenare le cellule della serie bianca. Un'altra funzione delle citochine è quella di aumentare la permeabilità vascolare aprire un po' le maglie tra le cellule endoteliali e quindi far avvenire la diapedesi per attirare nel focolaio infiammatorio le cellule della serie bianca.

Nell'immunità innata esistono dei meccanismi di riconoscimento per grandi gruppi patogeni (virus, batteri..), per cui, in minima parte si può parlare di immunità specifica: avviene grazie al riconoscimento di profili molecolari dei microbi, grazie a strutture superficiali del microbo, molecole essenziali per la loro sopravvivenza.

Si chiamano Pathogen Association Molecular Patterns PAMP (pattern molecolari associati ai patogeni). Queste strutture innescano il meccanismo di stimolazione infiammatoria, innescando il rilascio di citochine.

Tra i PAMP abbiamo ad esempio il lipopolisaccaride (LPS), proteine batteriche (N-formil-metionina), mannosio, RNA a doppia elica (intermedio replicativo degli RNA virus,). Questi PAMP (ligando) vengono captati da alcuni recettori presenti sulle cellule: Toll-like receptors. Questi rappresentano l'unico meccanismo per riconoscere i vari gruppi di patogeni all'interno dell'immunità naturale. Legame tra per esempio LPS con Toll-like receptor 4 provoca eventi a cascata con rilascio di citochine pre infiammatorie (IL6, IL1, TNF) che richiamano cellule infiammatorie (neutrofili e macrofagi) che permettono poi il passaggio all'immunità acquisita.

Mediatori infiammatori

Sulla superficie di una cellula attraverso un Toll-like receptor (4) viene captata ad esempio una LPS. Si attiva a questo punto una cascata di eventi: trasduzione del segnale, infiammazione, reclutamento di cellule della serie bianca (si attivano i fattori di trascrizione per le citochine pro-infiammatorie (IL-6, TNF)= richiamano macrofagi, cellule serie bianca)

Anticorpi naturali: fattori solubili, si trovano nel siero ma non si può dimostrare quale microrganismo ne abbia causato la produzione. La loro presenza è dovuta alla cross-reattività: tra i batteri commensali, che colonizzano le mucose, o addirittura tra gli antigeni alimentari, ce ne sono alcuni che condividono delle porzioni superficiali con dei patogeni, stimolando la sintesi di anticorpi per quelle sequenze. Per cui nel sangue posso trovare anticorpi contro tossine a cui l'animale non è ancora stato esposto (tetanica, difterica). Questi vengono detti anticorpi cross reattivi.

Complemento: miscela di proteine che si trova nel sangue, che può attivarsi per diversi stimoli, innescando una reazione a cascata. L'attivazione delle proteine a cascata (proteolisi) cede nell'attivazione della C9 (anche chiamata perforina) il punto cruciale per la degradazione del patogeno: ha azione citolitica sull'antigene esterno del microrganismo (batterio) quando questa è corpuscolata provocandone la lisi (via diretta).

Il primo meccanismo riconosciuto, che innesca il sistema del complemento è il legame AG-Ac; questo innesca la C1 e si ha reazione a cascata fino alla C9. Nell'immunità naturale ci sono frazioni intermedie delle proteine del complemento che si azionano quando una delle sue frazioni riconosce una struttura batterica. Il batterio, ad esempio, innesca direttamente la C3 dando reazione a cascata fino alla C9.

Molecole antibatteriche: lattoferrine (legano ferro non rendendolo disponibile per il batterio) e interferoni (virologia)

In sintesi l'immunità naturale

• Primo argine di difesa dai microbi.
• Ha dei punti di contatto con l'immunità specifica o adattativa: la stimolano ed esaltano i meccanismi di eliminazione dei virus.
• Non conserva memoria di precedenti infezioni, è sempre uguale nel suo modo di agire.
• È attiva solo nei confronti dei microrganismi (l'immunità adattativa invece contro tutto quello che è no self).

Immunità acquisita

L'immunità acquisita (specifica-adattativa) è tipica degli organismi superiori. È composta da una serie di elementi cellulari altamente specializzati diversi per natura, origine e funzione che cooperano ampiamente tra loro e sono in comunicazione stretta. È programmata per riconoscere qualsiasi organismo non self (al contrario dell'immunità naturale che agisce solo contro i microorganismi). Compresi gli organi e tessuti trapiantati che sono contrastati dal sistema immunitario. Opera un'efficiente eliminazione delle sostanze estranee, attraverso fase effettrice che coinvolge anche alcuni meccanismi dell'immunità naturale, ma in modo molto più efficiente (es. fagocitosi e sistema del complemento). Questa reattività specifica migliora con successive esposizioni grazie alla memoria immunitaria. Principio su cui si basa il vaccino. La specificità infatti migliora con le successive esposizioni, rendendo la sintomatologia molto più lieve.

Le cellule cardine del sistema immunitario sono i linfociti

Cellule altamente specializzate con un grande nucleo e poco citoplasma, tipiche dei vertebrati, che si attivano dopo l'incontro con la sostanza estranea verso la quale sono stati geneticamente programmati per reagire. Infatti i linfociti quando nascono hanno già una combinazione di recettori di partenza sulla loro superficie (nei linfociti B in futuro diventeranno anticorpi). Quindi ogni linfocita è geneticamente programmato per avere il suo pool di recettori che possono variare lievemente da un recettore all'altro. Quando un linfocita incontra un antigene per il quale ha i recettori che presentano un minimo di affinità, attivano una fase di selezione clonale in cui il linfocita è spinto a proliferare. Proliferando, il linfita introduce delle mutazioni somatiche dei geni che si occupano di esprimere un particolare recettore, queste mutazioni migliorano l'affinità/la specificità verso la sostanza estranea e permetteranno al linfocita di maturare e specializzarsi. Questa fase dura all'incirca 2 settimane.

Dopo questo passaggio si può passare alla fase effettrice nella quale il prodotto di questa risposta immunitaria consentirà la neutralizzazione e l'eliminazione della sostanza estranea; questo è possibile tramite gli anticorpi e i linfociti T maturi.

• Anticorpi: cellule effettrici, fattori solubili. Derivano dalla maturazione-specializzazione dei recettori dei linfociti B (in fase di selezione clonale) che si staccano, vengono rilasciati nei fluidi corporei (umori) in particolare il sangue e svolgono attività citotossica.
• Linfociti T: eliminano direttamente il patogeno una volta terminata la fase di selezione clonale, attività citotossica. (azione diretta)

I linfociti generalmente sono sintetizzati da organi emopoietici (midollo osseo), possiedono vita breve (10-15 gg) in cui perlustrano i tessuti linfatici in cerca di antigeni.

Linfociti a vita lunga

Emergono dopo fase effettrice. Vivono circa 200gg si replicano generando delle cellule figlie sempre a vita lunga e con le stesse informazioni che avevano loro. Questa sorta di "staminalità" garantisce una memoria immunologica per molti anni, creando questa prole identica con recettori già specializzati.

Sottopopolazioni linfocitarie

• Linfociti B: chiamati così perché distinti in uccelli dove maturano nella Borsa di Fabrizio. Nei mammiferi, non essendoci la Borsa di Fabrizio, maturano nelle strutture bursa-equivalenti. Riconoscono la sostanza estranea direttamente attraverso molecole di membrana (anticorpi abbozzati fissati sulla membrana). Dopo la loro attivazione, entrano in fase effettrice e si trasformano in plasmacellule. Possiedono morfologia molto diversa dai linfociti, con nucleo ridotto, eccentrico e molto RER. Questo garantisce la sintesi massiva di anticorpi migliaia per minuto, che vengono secreti nei liquidi organici. Quindi linfo B attivato da legame "Anticorpo"-Antigene.
• Linfociti T: maturano nel timo. Si dividono in: linfociti T helper (si distingue per avere particolari recettori di membrana CD4+ e CD8-) e linfociti T citotossici (CD4- e CD8+). Esistono anche i linfociti T suppressor: intervengono quando non è più necessario mantenere attiva la risposta immunitaria perché il patogeno è stato neutralizzato e sopprimono la risposta immunitaria. I linfo T riconoscono la sostanza estranea solo se si presenta in associazione ad un secondo segnale.

Maturazione e differenziazione dei linfociti

• Originano tutti nel midollo osseo a partire da un precursore di una cellula staminale.
• Fase di migrazione verso gli organi linfoidi primari dove avviene il differenziamento e l'acquisizione della competenza immunologica: meccanismo che permette di scartare i linfociti che possiedono recettori anche per le sostanza self (produrrebbero malattie autoimmuni) e mantenere quelli che riescono a riconoscere le sostanze non self. Questa maturazione avviene: nel timo per i linfociti T (per tutte le specie animali), nella borsa di Fabrizio per i linfociti B degli uccelli, in strutture bursa equivalenti (= midollo osseo e placche di Peyer) per i linfociti B di tutte le altre specie.
• Dopo la maturazione migrano verso gli organi linfoidi secondari: milza, linfonodi, aggregati linfoidi associati ad altri tessuti (GALT, MALT, BALT e SALT...). Qui ci potrà essere l'incontro con degli antigeni.

Maturazione linfociti B

• Originano nel midollo osseo.
• Maturano nello stesso midollo osseo, nelle placche di Peyer o nella Borsa di Fabrizio.
• Sintetizzano le immunoglobuline (=anticorpi) esistono 5 classi: IgG, IgM, IgD, IgA, IgE.
• Le Ig si spostano dal citoplasma alla superficie cellulare durante la maturazione, fino al rilascio.