Immunologia e immunopatologia

Perché dobbiamo conoscere l’immunologia?

Clinica

• Difese anti-infettive
• Difese anti-tumorali
• Immunodeficienze
• Malattie autoimmuni (artrite reumatoide, lupus eritematoso, sclerosi multipla...)
• Allergie
• Rigetto di trapianti e reazioni trasfusionali

Tecniche di laboratorio

Sierologia, tipizzazione tessutale, ibridomi; supporti per la ricerca, diagnosi e terapia.

Le funzioni del sistema immunitario

• Difesa contro le infezioni: se c’è un difetto temporaneo o persistente, consegue un’immunodeficienza. La vaccinazione aumenta le difese immunitarie e aiuta a proteggersi dalle infezioni. Per malattie comuni c’è stata una riduzione vicina al 100%. Il vaiolo è stato eradicato con il vaccino. La riduzione delle complicanze avviene a distanza di anni.
• Riconosce e risponde ai trapianti di tessuti e alle nuove proteine: le risposte immunitarie costituiscono un ostacolo importante per i trapianti e la terapia genica.
• Difesa contro i tumori: costituisce un potenziale terapeutico per l’immunoterapia del cancro.
• Gli anticorpi sono reagenti altamente specifici per il riconoscimento di qualsiasi classe di molecole: test immunologici di laboratorio sono largamente utilizzati nella pratica clinica e in ricerca.

I vertebrati hanno perfezionato un sistema di misure protettive che si basa sul riconoscimento a livello molecolare di materiale potenzialmente pericoloso, estraneo (not self) o anche proprio (self).

Il sistema immunitario riconosce quindi le componenti dell’organismo che in alcuni momenti diventano pericolose, come le cellule danneggiate.

Risposte immuni

Cute e mucose: barriere superficiali rapidamente rigeneranti, trasporto mucociliare, movimenti peristaltici, vomito, flusso di urine/lacrime, tosse.

Immunità innata: difese umorali e cellulari; lisozima, secrezioni sebacee, secrezioni mucose, acido gastrico, organismi commensali, complemento, citochine, fagociti, cellule NK.

Infiammazione: difese umorali e cellulari.

Immunità adattativa: anticorpi, citochine, linfociti T helper, linfociti T citotossici.

Immunità innata e adattativa

Il sistema immunitario è organizzato in 2 grosse branche: immunità innata (naturale o aspecifica) e immunità adattativa (acquisita o specifica).

• Difese umorali
• Difese cellulari

Sono due meccanismi in seconda linea rispetto ad una prima linea, costituita dalle barriere che con mezzi fisici/chimici controllano il contatto con l’esterno (cute, mucose…).

Barriere

A livello di diversi distretti ci sono componenti diversificati.

Cute, intestino, polmoni, occhi/naso: cellule epiteliali unite da giunzioni salde; movimento di fluidi; flusso longitudinale; aria o fluidi; muco mediato da ciglia; lacrime; cilia nasali; basso pH; acidi grassi; enzimi nelle lacrime; enzimi (lisozima); peptidi antibatterici; flora normale.

Prima linea di difesa

Le cellule epiteliali hanno il ruolo principale di bloccare l’ingresso dei microrganismi.

• Agiscono in pochi secondi dal contatto con un patogeno.
• Rappresentano una barriera meccanica, selettivamente permeabile, tra outside e inside.
• Producono antibiotici naturali: peptidi cationici antibatterici, defensine e catelicidine.
• Possono essere dotate di ciglia.
• Sono rinnovabili rapidamente.
• Producono citochine: proteine che interferiscono con il comportamento di altre cellule.
• Producono chemochine: proteine che attraggono altre cellule.
• Possono produrre mucine.
• Trasportano anticorpi mediante transcitosi.

Il loro ruolo principale è bloccare l’ingresso dei microrganismi.

Peptidi antibatterici: sono costantemente prodotti, antibiotici naturali già di per sé in grado di danneggiare/uccidere i microrganismi.

Gli antibiotici naturali sono una famiglia di molecole in grado di uccidere direttamente i patogeni o di collaborare con il sistema immunitario, segnalando un’aggressione (ne vengono prodotte in maggiore quantità in caso di infezione) e reclutano il sistema immunitario migliorando le risposte.

Defensine e catelicidine

• Defensine: α, cellule di Paneth.
• Defensine: β, prodotte dalle cellule epiteliali.

Sono in grado sia di uccidere direttamente l’agente infettivo sia di inibire la replicazione nelle cellule.

Catelicidine.

Gli antibiotici naturali servono a tenere a bada inizialmente l’infezione.

Immunità innata

È in grado di intervenire subito, è costituita da componenti sempre presenti:

• Proteine solubili (componente umorale), la principale è il complemento.
• Cellule: granulociti (neutrofili, eosinofili, basofili), cellule dendritiche, cellule natural killer.

Immunità adattativa

• Cellule: linfociti (T/B), alcuni si localizzano a livello delle barriere epiteliali. Una volta acquisita la risposta, le cellule dell’immunità adattativa.
• Proteine ematiche: anticorpi, prodotti dai linfociti B.

Dalla cellula staminale pluripotente ho la suddivisione in 2 precursori:

• Mieloide: cellule dell’immunità innata.
• Linfoide: linfociti e cellule NK (dell’immunità innata).

Entrambe si basano sul riconoscimento di materiale potenzialmente pericoloso.

• Le componenti dell’immunità innata riconoscono componenti comuni degli invasori: riconoscono che si tratta di un virus, ma non discriminano quale sia.
• L’immunità adattativa riconosce l’individualità molecolare dei singoli invasori: discriminano quale tipo di virus sia.

C’è una strettissima collaborazione tra i due sistemi di immunità, dell’immunità innata e adattativa. Il riconoscimento generale da parte dell’immunità innata è fondamentale nel primo momento per attivare quella adattativa, ma poi i prodotti dell’immunità adattativa sono importanti per potenziare i meccanismi dell’immunità innata.

All’inizio l’infezione viene solo contenuta, poi eliminata.

Immunità innata e adattativa

La difesa contro i microbi è mediata dalle reazioni precoci dell’immunità innata e da altre più tardive dell’immunità adattativa.

L’immunità innata consiste in meccanismi di difesa cellulare e biochimici preesistenti all’infezione e pronti a reagire con rapidità. Questi meccanismi reagiscono solo ai microbi e non a sostanze non infettive e reagiscono sostanzialmente in modo identico a infezioni ripetute.

I principali componenti dell’immunità innata sono:

1. Le barriere fisiche e chimiche, come epiteli e sostanze antimicrobiche prodotte dalle superfici epiteliali.
2. Le cellule fagocitiche (neutrofili e macrofagi) e le cellule natural killer.
3. Le proteine del sangue, tra cui i fattori del sistema del complemento e altri mediatori della flogosi.
4. Numerose proteine chiamate citochine che regolano e coordinano molte delle attività delle cellule dell’immunità innata.

I meccanismi dell’immunità innata sono attivati in modo specifico da strutture molecolari comuni a gruppi di microbi simili tra loro e non distinguono sottili differenze presenti tra sostanze estranee.

L’immunità innata è la prima linea di difesa contro i microbi.

Oltre all’immunità innata, esistono risposte immunitarie che aumentano in ampiezza e capacità difensiva a ogni successiva esposizione a un particolare agente infettivo. Poiché questa forma di immunità si sviluppa in risposta a un’infezione e si adatta all’infezione stessa, viene definita immunità adattativa (o acquisita o specifica).

Le sue caratteristiche sono una spiccata specificità per molecole diverse e la capacità di “ricordare” e di rispondere più vigorosamente a esposizioni ripetute a uno stesso microbo. Il sistema immunitario adattativo è in grado di riconoscere e reagire in risposta a un gran numero di sostanze microbiche e non.

I principali componenti dell’immunità adattativa sono i linfociti e i loro prodotti di secrezione, come gli anticorpi. Le sostanze estranee che inducono una risposta immunitaria specifica o che di tali risposte sono bersaglio vengono dette antigeni.

Vi sono due importanti collegamenti tra immunità innata e adattativa:

1. L’immunità innata ai microbi stimola e condiziona la natura della risposta immunitaria adattativa.
2. Le risposte immunitarie adattative usano, per eliminare i microbi, molti dei meccanismi effettori dell’immunità innata e a tal fine agiscono aumentando l’attività antimicrobica dell’immunità innata.

Caratteristiche distintive dei due tipi di immunità

• Specificità: capacità di riconoscere e di rispondere a molti microbi di diversa natura.
• Memoria: potenziamento delle risposte alle infezioni ricorrenti o persistenti.
• Espansione clonale: capacità di fronteggiare la veloce proliferazione dei microbi.
• Specializzazione: le risposte sono ottimizzate per la difesa contro tipi diversi di patogeni.
• Non reattività verso gli antigeni autologhi dell’ospite: previene le risposte dannose nei confronti delle cellule e dei tessuti dell’ospite.

Specificità

L’immunità innata riconosce una molecola condivisa da più microbi di uno stesso gruppo: riconosce i PAMPS (pathogen associated molecular patterns).

L’immunità adattativa è in grado di riconoscere in modo specifico ogni singolo microbo: riconosce gli antigeni.

Un antigene è una molecola che può essere riconosciuta in modo specifico da molecole dell’immunità adattativa.

Il riconoscimento è mediato da recettori.

I recettori per i pattern molecolari hanno una diversificazione limitata, sono espressi sulla superficie delle cellule dell’immunità innata perché codificate geneticamente.

I recettori dell’immunità adattativa hanno specificità elevatissima e quindi sono estremamente diversificati.

C’è una ricombinazione casuale che consente di avere una varietà ampia.

La distribuzione dei recettori segue quindi regole diverse nei due tipi di immunità:

• Distribuzione non clonale: ciascun macrofago (immunità innata) esprime tutto il repertorio di recettori per i pattern molecolari.
• Distribuzione clonale: un linfocita (adattativa) ha recettori identici fra loro e diversi rispetto a quelli degli altri linfociti.

Quando bisogna difendersi, servono molti linfociti e per avere un numero adeguato di linfociti con la specificità necessaria a attivare una risposta immunitaria efficace è necessaria una proliferazione clonale.

Nell’organismo ci sono tanti linfociti diversi quanti sono gli antigeni riconosciuti, ma vengono espansi i cloni solo nel momento in cui avviene l’incontro con l’antigene riconosciuto.

Memoria

È prerogativa dell’immunità adattativa, non dell’innata. Implica che se un individuo incontra per la prima volta l’antigene A, all’inizio non ha anticorpi, il sistema immunitario in qualche giorno comincia ad attivarsi (mentre l’immunità innata tiene sotto controllo l’infezione). Avviene la risposta, l’infezione è debellata e il sistema immunitario va incontro a una fase di riduzione.

La seconda volta che si incontra l’antigene A, la risposta sarà molto più rapida ed efficace (è il principio su cui si basa la vaccinazione).

Espansione clonale

Serve per fronteggiare la proliferazione. Quando il linfocita specifico incontra l’antigene, serve un certo periodo di tempo per la proliferazione, durante il quale agisce l’immunità innata.

Solo il linfocita interessato va incontro a espansione.

Quando avviene l’espansione clonale, si ha un differenziamento diversificato:

• Parte delle cellule generate dal clone diventano effettrici e andranno incontro a apoptosi dopo aver svolto il loro lavoro.
• Parte costituisce i linfociti della memoria e sono ingaggiati in un secondo incontro con l’antigene.

Le fasi della risposta immune adattativa

Specializzazione

È diverso dalla specificità. Le risposte immuni non sono tutte uguali, servono meccanismi effettori diversi in base al tipo di patogeni con cui si viene a contatto.

Linfociti B:

• Effettori: producono anticorpi.
• Regolatori: mettono un freno alla risposta immune (regolazione negativa).

Linfociti T:

• T helper: collaborano con altri tipi cellulari per mettere in atto risposte difensive appropriate.
• Possono attivare anche i macrofagi attivando l’eliminazione di microrganismi fagocitati.
• T citotossici: uccidono la cellula bersaglio infettata da patogeni intracellulari.
• Regolatori: mettono un freno alla risposta immune (regolazione negativa).

Le risposte difensive dell’immunità

Immunità umorale: produzione di anticorpi proteici (dai linfociti B) rilasciati nello spazio extracellulare, non sono in grado di reagire ai microbi interni alle cellule ma solo a quelli extracellulari.

Immunità cellulare: vede coinvolti linfociti T helper e citotossici.

Anche nell’immunità innata c’è una diversificazione delle risposte, in base alle diverse categorie di microrganismi.

• Parassiti: eosinofili, basofili, mastociti.
• Batteri: neutrofili, monociti.
• Virus: NK, pDC/IPC.

Discriminazione fra self e not self

I tessuti autologhi vengono risparmiati con meccanismi diversi:

• Innata: le cellule dell’ospite non sono riconosciute oppure esprimono molecole che prevengono le reazioni dell’immunità innata Liu, Annu Rev Immunol 2005;23:275.
• Adattativa: basata sulla selezione contro i linfociti autoreattori; può essere imperfetta (fenomeni di autoimmunità).

Confronto tra immunità innata e adattativa

• Immunità innata: presente dalla nascita.
• Immunità adattativa: plasmata dall’esperienza.
• Immunità innata: non antigene-specifica.
• Immunità adattativa: conferisce immunità patogeno-specifica.
• Immunità innata: non amplificata da una seconda reazione.
• Immunità adattativa: amplificata da una seconda esposizione.
• Immunità innata: non ha memoria.
• Immunità adattativa: dotata di memoria.
• Immunità innata: usa componenti umorali e cellulari.
• Immunità adattativa: utilizza componenti umorali e cellulari.
• Immunità innata: scarsamente efficace senza immunità adattativa.
• Immunità adattativa: scarsamente efficace senza immunità innata.
• Il repertorio anticorpale di ogni individuo riflette le infezioni a cui l’individuo stesso è stato esposto.
• Sia le risposte innate che quelle adattative sono coinvolte anche nella induzione/amplificazione.

Immunità innata: invasori, riconoscimento e attivazione, risposta effettrice, rimozione degli invasori.

Immunità adattativa: invasori, riconoscimento e attivazione, espansione clonale, risposta effettrice, rimozione degli invasori.

Un sistema integrato

L’immunità innata e quella adattativa formano un sistema integrato.

Ci sono cellule dell’immunità innata che fungono da APC, cellule presentanti l’antigene che fagocitano i microrganismi, li digeriscono e li presentano alle cellule dell’immunità adattativa.

Quelle dell’immunità innata cominciano a tenere a bada l’infezione e c’è uno scambio di informazioni con scambio reciproco di mediatori solubili (citochine) il cui risultato è l’attivazione della risposta dei linfociti.

Il sistema adattativo focalizza la risposta immune sullo specifico materiale antigenico selezionato dalla presentazione da parte delle cellule dell’immunità innata.

L’immunità innata costituisce, nei mammiferi, la prima linea di difesa contro gli invasori: essa è pronta, aspecifica, non inducibile.

Le APC:

• Selezionano il materiale verso cui i linfociti devono dirigere la risposta.
• Orientano la risposta modulandone intensità e qualità.

L’immunità adattativa costituisce la seconda e più specifica linea di difesa: essa è relativamente tardiva, specifica, inducibile.

Il sistema adattativo focalizza la risposta immune sullo specifico materiale antigenico selezionato dalla presentazione da parte delle cellule dell’immunità innata.

Innata e adattativa: caratteristiche

• Specificità innata: per strutture condivise da microbi di uno stesso gruppo.
• Specificità adattativa: per antigeni microbici e per antigeni non microbici.
• Diversificazione innata: limitata; codificata nella linea germinativa.
• Diversificazione adattativa: molto ampia; i recettori sono prodotti per ricombinazione somatica di segmenti genici.
• Memoria innata: nessuna.
• Memoria adattativa: sì.
• Non reattività al self innata: sì.
• Non reattività al self adattativa: sì.

Componenti

• Barriere cellulari e chimiche innate: cute, epiteli delle mucose, sostanze antimicrobiche.
• Barriere cellulari e chimiche adattative: linfociti intraepiteliali; anticorpi secreti a livello delle superfici epiteliali.
• Proteine ematiche innate: complemento, altre.
• Proteine ematiche adattative: anticorpi.
• Cellule innate: fagociti (macrofagi, neutrofili), cellule natural killer.
• Cellule adattative: linfociti.

Tipi di risposte immunitarie adattative

Esistono due tipi di risposta immunitaria adattativa, denominati immunità umorale e immunità cellulare. Esse sono mediate da componenti diversi del sistema immunitario e hanno il compito di eliminare tipi diversi di microbi.

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