immunopatologia

Storia dell’immunologia

1796 Edward Jenner: i mungitori infettati dal vaiolo bovino erano protetti contro il vaiolo (smallpox). Usò quindi il termine di vaccinazione (vaccino = bovino).

1878-80 Louis Pasteur: in questo periodo Pasteur dimostrò che una coltura di Pasteurella aviseptica (colera aviare) lasciata a temperatura ambiente aveva perso il potere patogeno. I polli vaccinati con questa coltura erano protetti se poi saggiati con un ceppo patogeno. In onore di quanto pubblicato da Jenner 100 anni prima usò il termine vaccinazione.

1888 Richet e Hericourt: siero terapia: il siero di animali immunizzati con ceppi di Staphylococcus conferivano una parziale protezione alla successiva inoculazione con ceppi patogeni.

1889 Pfeiffer “allievo di Kock”: immunizzazione crociata con ceppi simili (Vibrio cholera e Vibrio metchnikovi) conferiva protezioni specifiche senza cross reazioni.

1882 Elia Metchnikoff: nel 1882 a Messina, lo zoologo russo studiando le cellule mobili nelle larve di stella marina scoprì le cellule fagiche (microfagi e macrofagi).

1882 ⇒ Se in una larva di stella marina viene infissa una spina di rosa, attorno a questa si accumulano cellule infiammatorie, piccole (microfagi) e grandi (macrofagi).

1884 ⇒ Successivamente queste osservazioni sono state estese ai leucociti del coniglio e dell’uomo usando batteri diversi.

1875 Cohnheim e Arnold: dimostrarono l’importanza delle modificazioni vascolari nei processi infiammatori.

1892 Elia Metchnikoff: infiammazione come processo attivo mediato dalla penetrazione nei tessuti delle cellule.

1890 Behring e Kisato: azione del siero sulle tossine.

1894 Calmette: azione del siero sul veleno dei serpenti.

1894 Pfeiffer e Isael (Pfeiffer phenomenon): Vibrio cholera inoculato nel peritoneo di una cavia iperimmune etto(d) perdono la mobilità, la possibilità di essere del sangue o di una sua parte che abbia un alto contenuto di anticorpi colorati e possono essere fagocitati. Possono essere lisati in assenza di cellule (azione del complemento).

NB: La protezione dell’ospite dipende da fenomeni cellulo-mediati o umorali?

1898 Jules Bordet: la lisi dei globuli rossi è causata da una frazione resistente al calore “Sensitizer” e da una termosensibile “Alexin” poi chiamata da Ehrlich “complemento”. In questo esperimento gli anticorpi diretti contro i globuli rossi furono chiamati “isoanticorpi”, successivamente il termine usato per identificare la variabilità all’interno della specie (1902 Landstainer A, B, O).

1902 Richet e Portier: studiando l’attività dei tentacoli di Actinia scoprirono il fenomeno dell’anafilassi (è una reazione IgE-mediata acuta, potenzialmente letale, che si verifica in soggetti precedentemente sensibilizzati in occasione di una riesposizione all'Ag sensibilizzante).

1903 Arthurs: ha scoperto il fenomeno omonimo ⇒ patologia di immunocomplessi: ponfo e poi necrosi nel punto di iniezione del siero anti veleno di serpente.

1905 von Pirquet: scoperta della malattia da siero (quadro morboso che si può manifestare in soggetti ai quali sia stato iniettato del s. eterologo è una reazione di ipersensibilità che dipende dalla produzione, da parte del paziente, di anticorpi contro le proteine contenute nel s. iniettato, e a ciò segue la formazione di complessi antigene-anticorpo che si depositano a seguito di una seconda inoculazione di siero eterologo anti-sulla parete dei vasi sanguigni causando una vasculite), Streptococcus, patologia di immunocomplessi circolanti (aggregato macromolecolare che si forma, in conseguenza di una reazione immunitaria, dall’unione di un antigene con il corrispondente anticorpo specifico prodotto dall’organismo.

Gli immunocomplessi si possono formare nei tessuti ove la reazione ha avuto luogo, oppure anche in circolo; in questo secondo caso, quando essi sono solubili e di piccole dimensioni, vengono rapidamente eliminati dall’organismo attraverso i reni; se gli aggregati sono invece di notevoli dimensioni e poco solubili, essi vengono fagocitati dagli istiociti.

In particolari condizioni gli immunocomplessi possono persistere a lungo in circolo, venir trasportati in diverse sedi ove si depositano (per es. nei glomeruli renali, o nelle pareti dei vasi sanguigni) e dove possono provocare danni anche gravi interagendo con vari fattori cellulari o umorali (particolarmente attivando il sistema del complemento).

Vengono considerate malattie da i. la malattia da siero (che si può manifestare 8-12 giorni dopo l’iniezione di un siero immune, o anche dopo assunzione di determinati farmaci in soggetti predisposti), diverse forme di vasculite, di glomerulonefrite, di artrite.

Gli immunocomplessi hanno la tendenza a precipitare non perché sono grossi, ma per una caratteristica della struttura delle immunoglobuline: la solubilità di queste è mediocre ed è dovuta alle cariche elettriche della parte di molecola che porta il sito anticorpale. Se una immunoglobulina viene divisa in due frammenti, la parte opposta al sito anticorpale precipita spontaneamente, da cui il nome di frammento Fc /frammento cristallizzabile).

Quando l'anticorpo è legato all'antigene, le cariche elettriche del sito anticorpale sono neutralizzate e la solubilità globale dell'insieme antigene-anticorpo diventa precaria. A seconda delle condizioni locali della circolazione, gli immunocomplessi possono precipitare preferenzialmente nei piccoli vasi capillari della pelle e di organi come i reni.

Il sistema del complemento diventa allora deleterio, perché scatena fenomeni infiammatori, danneggia le cellule endoteliali e attira i polimorfonucleati neutrofili e le piastrine: si osservano allora in tali casi stravaso capillare, formazione di micro trombi, necrosi tessutale locale e un vero e proprio circolo vizioso di amplificazione e aggravamento delle lesioni.

Le lesioni da immunocomplessi non sono dovute solamente a quelli circolanti: infatti, gli immunocomplessi si possono formare localmente ove l'antigene sia presente in forte concentrazione e, soprattutto, quando il soggetto possieda una grande quantità di anticorpi che si fissano sull'antigene prima che questo si sia potuto diffondere, diluendosi.

Questa situazione è esattamente l'inverso di quella che si verifica nel caso degli immunocomplessi circolanti, in cui bisogna che il soggetto possieda solo una modesta quantità di anticorpi a bassa affinità, cioè di cattiva qualità, per ragioni da attribuire sia all'antigene sia al terreno genetico che determina una cattiva risposta anticorpale).

1906 von Pirquet: introduzione del termine allergia.

1910 William Henry Schultz: scoperta della reazione di Schultz e Dale (IgE citotrope) preparazioni della muscolatura liscia vascolare (vasi sanguigni polmonari ed epatici) e non vascolare (gastro-intestinali, dell'apparato respiratorio e dell'apparato respiratorio) ottenute da animali specificamente sensibilizzati di numerose specie incluso l'uomo, vengono poste in vitro a contatto con Ag-specifico (fenomeno Schultz-Dale).

Questa tecnica immunofarmacologia è uno strumento utile per dimostrare l'ipersensibilità di tipo immediato in tessuti sensibilizzati attivamente o passivamente e può essere utilizzata per indagare la natura dei principali mediatori farmacologici coinvolti in un particolare tessuto nonché per lo screening di farmaci anti-anafilattici (anti-allergico). Tuttavia, resta ancora molto da indagare sui complessi meccanismi d'azione dell'antigene, desensibilizzazione e resensitizzazione (recupero) della reattività anafilattica.

1910 Ehrlich: i fenomeni immunopatologici sono una risposta in eccesso della normale risposta immune e la definizione di “Horror autotoxicus” (tolleranza).

1927 Lewis: scoperta della triplice risposta di Lewis vd infiammazione patologia.

1953 Roley e West: importanza dei mastociti e dei meccanismi del rilascio dei loro mediatori.

1921 Prausnitz e Kuster: scoperta dell’anafilassi cutanea.

1942 Felton: scoperta della «tolleranza» per inoculazione di una quantità molto piccola di antigene.

1948 Fragaeus: le plasmacellule sono le cellule produttrici degli anticorpi.

1955-57 Barnet e Jerne: scoperta della teoria della selezione clonale.

1966 Claman et al.: cooperazione tra i linfociti T e B.

1970: scoperta dell’importanza dell’immunità cellulo-mediata.

Teorie della produzione di Abs

Teoria delle catene laterali

1896 Paul Ehrlich: teoria della «Catene laterali>>». La teoria è stata subito molto criticata, ma la sua ipotesi dell’esistenza di specifici recettori su cellule immunocompetenti è stata recentemente completamente vendicata, questa teoria anticipa diverse idee riprese solo a metà degli anni Cinquanta del Novecento, tra cui l’ipotesi che gli anticorpi siano recettori preesistenti sulle cellule che interagiscono sia con i nutrienti che con le tossine prodotte dai parassiti, che fu fondamentale per la comprensione del sistema immunologico.

L’idea se di base era corretta errava nel suppore che gli anticorpi fossero protrusioni di membrana in rapporto 1:1 (Ag-Ac) mentre il rapporto Ag-Ac 1.2 e gli anticorpi sono proteine.

Teoria del template

1940 Linus Pauling: teoria del “Template”: le indagini frutto della ricerca su antigeni chimici: gli anticorpi fanno uno stampo sugli antigeni che arrivano, per ora come teoria viene messa da parte.

Teoria della selezione clonale

1955 Burnett: teoria della selezione clonale: ogni tipo di anticorpo agisce solo su un antigene specifico.

I biologi per molto tempo hanno pensato che l’antigene funzionasse come uno stampo intorno a cui la molecola di anticorpo si plasmava per assumere una forma complementare: Teoria di F. Haurowitz anni ’30 e sostenuta da L. Pauling fino al 1960, verso però la metà degli anni cinquanta si capisce che la struttura di una proteina dipende soltanto dalla particolare sequenza degli aminoacidi che la compongono.

F. Crick scoprì che nei sistemi biologici l’informazione è trasmessa dal DNA all’RNA alle proteine. Le proteine antigeniche non possono definire nuove proteine anticorpali. L’informazione per le strutture anticorpali deve essere codificata nei geni. Se sono i geni a regolare la sintesi anticorpi, come possono esserci geni specifici per ognuno dei milioni di anticorpi che l’organismo è in grado di fabbricare?

S. Tonegawa e Leder scoprono che la natura ha utilizzato la tecnica della ricombinazione genetica: una proteina può essere codificata da una molecola di DNA composta da alcuni minigeni che, combinandosi, danno origine al gene completo.

La disponibilità di piccoli gruppi di segmenti genici diversi e la possibilità di unirli al caso - a formare un gene effettivo - consentono di produrre un enorme repertorio di specificità tutte diverse fra loro utilizzando un piccolo numero di segmenti genici. Produzione di un enorme repertorio di recettori immunologici utilizzando una piccola quantità di DNA riservato a questo scopo.

Si arriva alla teoria della selezione clonare (anni 50 Jerne, Burnet e Tlmage hanno ideato questa teoria): i singoli linfociti B e T esprimono recettori di membrana specifici per antigeni distinti. Ciascun linfocita esprime un’unica specificità recettoriale che è determinata prima che avvenga l’incontro con l’antigene.

Il legame di un antigene ad un recettore specifico, attiva la cellula a proliferare generando un clone di cellule tutte con la stessa specificità immunologica della cellula parentale. Si ha la capacità di riconoscer antigeni ‘self’ senza indurre risposta immunitaria (tolleranza immunitaria).

Nel 1955 N. Jerne capisce il processo di selezione e non d’istruzione: i mammiferi possiedono la capacità innata di sintetizzare miliardi di anticorpi diversi e l’arrivo di un antigene accelera soltanto la formazione dell’anticorpo che gli si adatta meglio.

Nello sviluppo embrionale si ha un periodo in cui maturano i linfociti B e T e viene fatto l’inventario di tutti gli antigeni presenti nei tessuti ed organi. Questi antigeni vengono considerati Self cioè propri e il sistema immunitario non funzionerà verso questi e si dice che rimarrà tollerante per tutta la vita. Tolleranza immunologica = non-risposta immunologica.

Teoria del network idiotipo-anti-idiotipo

1980 Niels Jerne: teoria del network idiotipo-anti-idiotipo: durante la risposta immunitaria, si forma il cosiddetto network idiotipico (o di Jerne, dal nome dell’immunologo danese che ne ha per primo ipotizzato l’esistenza). I linfociti B che interagiscono con l’antigene si moltiplicano producendo grandi quantità di immunoglobuline con lo stesso idiotipo.

Durante una massiccia produzione anticorpale, il sito combinatorio dell’anticorpo può fungere, esso stesso, da antigene verso un altro anticorpo, inducendo così altri anticorpi specifici (anticorpi anti-idiotipo). A sua volta, il sito combinatorio di questi secondi anticorpi induce la produzione di anticorpi, e così via.

Il processo si espande generando un vero e proprio reticolo di anticorpi che si legano l’uno all’idiotipo dell’altro, in uno stato di generale equilibrio che rende il sistema immunitario diversificato e pronto a nuove risposte difensive. Ogni successiva produzione di anticorpi risulta progressivamente di intensità inferiore rispetto a quella che l’ha indotta.

Questo reticolo di interazioni regola la produzione di anticorpi e la sua caratterizzazione sta aprendo affascinanti possibilità di manipolazione della risposta immunitaria. Alcuni degli anticorpi di seconda generazione, quelli che interagiscono con il sito combinatorio degli anticorpi che legano l’antigene (e che pertanto vengono considerati come ‘specchio’ o ‘immagine interna dell’antigene’), in determinati casi (come risulta da evidenze sperimentali e cliniche), possono venir utilizzati al posto del vero antigene; potendo interagire con il sito combinatorio dell’immunoglobulina e dare un segnale simile a quello dato dall’antigene, essi sono in grado di indurre la produzione di anticorpi reattivi verso l’antigene.

Dalla prima guerra mondiale fino alla fine degli anni Cinquanta, la ricerca in campo immunologico è dominata dalla sperimentazione biochimica. Oggetto principale della ricerca è lo studio della reazione antigene-anticorpo, identificata come la chiave fondamentale della risposta immunitaria.

Stabilito che l'organismo è in grado di produrre anticorpi, ovvero sostanze neutralizzanti batteri, tossine e altro materiale estraneo, collettivamente definiti antigeni, come è possibile che per ogni antigene diverso venga prodotto un anticorpo specifico?

Nel 1940, Linus Pauling, elaborò una risposta che sembrò la soluzione definitiva al problema: gli anticorpi assumono la forma specifica richiesta dall'antigene, poiché la proteina anticorpale, entrando in contatto con l'antigene, si modella sulla sua configurazione.

La teoria dello "stampo", non dava risposta, però, a Perché gli anticorpi sono sempre in quantità superiori agli antigeni. Come è possibile cioè che le copie siano superiori agli stampi? E Perché, se un antigene si presenta una seconda volta, come nel caso delle vaccinazioni, la risposta è più rapida e massiccia?

Su questa critica, a metà degli anni cinquanta, si innestano le idee rivoluzionarie ed il contributo teorico formidabile del danese Niels Kaj Jerne che avvia la nascita di una nuova branca medica indipendente, l'Immunologia ⇒ Nasce il dogma centrale dell'immunità.

La selezione clonale e la teoria del network immunitario Niels Kaj Jerne, propose un cambiamento teorico radicale basato su due rovesciamenti: anziché sull'antigene, concentrò l'attenzione sull'anticorpo; anziché pensare all'induzione di una proprietà (l'antigene che "stampa" il suo anticorpo specifico), teorizzò la selezione di proprietà già esistenti.

Ipotizzò la preesistenza di anticorpi con diverse specificità, che venivano selezionati dall'antigene: in sostanza, non era la chiave a produrre la propria serratura, come nella teoria dello "stampo", ma era la serratura giusta che incontrava casualmente la propria chiave però anziché pensare agli anticorpi, occorreva pensare alle cellule che li producono.

Ed è ciò che fece quattro anni dopo, nel 1959 l'australiano Frank Macfarlane Burnet, proponendo la teoria della selezione clonale. Secondo questa teoria, le cellule produttrici di anticorpi hanno recettori specifici e ogni cellula ne produce un solo tipo.

Se un antigene si adatta bene ad un recettore si lega ed induce la cellula a moltiplicarsi in una progenie di cellule tutte con la medesima specificità (CLONE). La specificità sono i recettori che per Jerne erano gli anticorpi. Questo spiega perché gli anticorpi sono in numero maggiore degli antigeni e perché una successiva stimolazione antigenica produce una risposta rapida e potentissima.

Con Burnet si scopre una proprietà essenziale del sistema immunitario: la sua capacità di memoria. Il successivo passaggio è sempre opera di Jerne che, nel 1974, propone uno schema organizzativo e di funzionamento generale del sistema immunitario che fornisce la cornice teorica ai successivi, notevoli sviluppi.

Per lo scienziato danese occorre ampliare lo sguardo al sistema nel suo insieme. Da questo punto di vista due sono le caratteristiche centrali:

• Il suo modello di funzionamento a rete;
• La complessità e la diffusione del sistema nella gran parte dei tessuti dell'organismo.

La teoria della selezione clonale risolve brillantemente il problema della produzione di anticorpi specifici senza ricorrere a teorie di adattamento della proteina anticorpale all'antigene (teoria dello stampo) o ad altre teorie che presuppongono meccanismi preesistenti complessi in grado di spiegare la variabilità adattativa della specificità anticorpale all'universo antigenico: l'incontro antigene-anticorpo è casuale e prevede lo stimolo proliferativo del clone cellulare che risulti specifico per l'antigene, fenomeno che spiega, fra l'altro, lo squilibrio quantitativo fra antigeni ed