introduzione all'immunologia

Immunità

Immunità significa protezione dalla malattia ed in particolare dalla malattia infettiva. Le cellule e le molecole responsabili dell'immunità formano il sistema immunitario. La loro risposta verso sostanze estranee è detta risposta immunitaria, ma questa può essere suscitata anche da sostanze estranee di natura non infettiva e talvolta può anche causare danni tissutali e malattia.

Immunità attiva e passiva

L'immunità si può dividere in attiva e passiva:

• Attiva è l'immunità che deriva dall'esposizione ad un antigene, l'individuo in questo caso ha un ruolo attivo nella risposta. Il soggetto che ha risposto ad un antigene viene detto immune.
• Passiva si ottiene con il trasferimento adottivo, ovvero tramite il trasferimento di siero o di linfociti da un soggetto vaccinato. Anche in questo caso il soggetto diventa immune, ma senza che esso sia stato esposto e senza che abbia mai risposto all'antigene.

Un esempio importante di tale fenomeno è il trasferimento degli anticorpi materni al feto attraverso la placenta. In questo caso i neonati diventano in grado di combattere le infezioni ancora prima di essere in grado di produrre anticorpi.

Tipi di immunità

Si hanno 2 tipi di immunità:

Immunità innata = (naturale o aspecifica) è formata da quei meccanismi di difesa cellulare e biochimici che sono preesistenti all'infezione. Questi reagiscono in modo identico alle ripetute esposizioni.

I suoi principali componenti sono:

• Le barriere fisiche e chimiche (epiteli e sostanze antimicrobiche prodotte dalle superfici epiteliali).
• Le cellule fagocitiche (neutrofili e macrofagi) e le cellule NK, natural killer.
• Le cellule dendritiche.
• Le proteine del sangue, tra cui i fattori del complemento e altri mediatori della flogosi (processo infiammatorio che deriva dall’attivazione dell’immunità specifica ad opera di un Ag, antigene).
• Numerose proteine dette citochine, che regolano e coordinano numerose attività delle cellule.

A fianco di essa vi sono altre risposte immunitarie che aumentano in capacità difensiva ad ogni esposizione di un agente infettivo poiché questa forma di immunità si sviluppa in risposta ad un’infezione e si adatta all’infezione stessa, viene detta immunità adattativa.

Immunità adattativa = (specifica o acquisita). Le sue caratteristiche sono la specificità, ovvero è in grado di distinguere diverse sostanze, e la memoria, ovvero la capacità di rispondere con maggiore vigore a esposizioni ripetute di uno stesso patogeno.

I componenti dell'immunità adattativa sono i linfociti ed i loro prodotti di secrezione, gli anticorpi.

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Queste due non devono essere viste come due tipologie distinte ed indipendenti di immunità. Infatti l’immunità innata stimola l’immunità specifica e l’immunità specifica potenzia l’immunità innata.

Ag = qualunque sostanza in grado di legare i recettori specifici dell'anticorpo e i recettori dei linfociti indipendentemente dalla loro capacità di stimolare la risposta immunitaria.

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Immunità innata

Ha 3 funzioni essenziali:

• È la risposta iniziale e previene, controlla o elimina le infezioni. Sono diversi i microbi che hanno sviluppato strategie fondamentali per la loro virulenza e che sono volte a resistere ad essa.
• Elimina le cellule danneggiate e avvia il processo di riparazione dei tessuti.
• Stimola e influenza la natura delle risposte adattative al fine di ottimizzarne la risposta verso diversi tipi di microbi.

Essa è il componente del sistema immunitario più antico dal punto di vista filogenetico.

Le principali differenze che esistono tra i due tipi di immunità servono per capire in che modo esse si completano a vicenda. In particolare abbiamo:

1. Le risposte innate nei confronti di un microbo non richiedono una precedente esposizione e sono immediate, mentre, le risposte adattative richiedono diversi giorni per svilupparsi.
2. La risposta innata non varia come quantità o entità se sottoposta a esposizioni ripetute e infatti la sua memoria è scarsa o assente del tutto. Viceversa la rapidità, l'entità e l'efficacia della risposta adattativa migliorano in seguito a esposizioni ripetute.
3. Il numero di strutture espresse dai microbi o dalle cellule morte che sono riconosciute dall'immunità innata è piuttosto limitato (1000 in totale circa) mentre l'immunità adattativa è in grado di riconoscere milioni di strutture diverse.
4. I recettori dell'innata sono codificati da geni ereditari della linea germinale mentre quelli dell'adattativa sono generati da una ricombinazione somatica dei segmenti genici durante la maturazione.

Alcune sue componenti sono:

• Costantemente in funzione anche prima dell’infezione, come: le barriere fisiche, attive contro l’ingresso di patogeni.
• Inattivi, ma pronti a rispondere rapidamente alla presenza di microbi, come: fagociti e sistema del complemento.

Il sistema innato ha il compito di impedire l'ingresso e di annullare o almeno limitare la crescita dei microrganismi che stanno colonizzando un tessuto.

Sono due le sue principali strategie:

• L'infiammazione consiste nel richiamo delle proteine plasmatiche e dei leucociti circolanti nei tessuti, dal sangue ai siti di infezione, e vengono attivati per eliminare i microbi (agente patogeno). I principali leucociti richiamati in questa fase sono i neutrofili, i monociti e le cellule fagocitiche.

Patogeni = organismi uni- e pluricellulari responsabili dell’infezione (batteri, virus, funghi…)

• La risposta antivirale invece, si basa sull'azione di alcune citochine che conferiscono alla cellula resistenza contro le infezioni e attivano le NK (che sono cellule dell'immunità innata appunto) che vanno a distruggere le cellule infette.

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Macrofagi e complemento

Se i microrganismi superano la barriera epiteliale incontrano i macrofagi, localizzati nel tessuto sub-epiteliale.

I macrofagi con fagociti esprimono recettori di membrana, promuovendo la fagocitosi dei microbi.

Vengono secrete anche citochine, le quali promuovono il reclutamento di altri leucociti dal sangue ai siti di infezione, come i neutrofili.

Nel SI queste citochine svolgono il ruolo di “messaggeri”.

I microrganismi in grado di resistere ai meccanismi di difesa dei tessuti entrano in circolo dove vengono riconosciuti dalle proteine del complemento.

Esse vengono attivate dopo il riconoscimento delle proteine microbiche, vengono tagliate e attivano diverse risposte infiammatorie.

Inoltre possono ricoprire i microbi (opsonizzazione) e favorirne così la fagocitosi e generare dei pori sulla superficie dei microbi, portandoli alla lisi.

Le proteine del complemento possono essere direttamente attivate dal contatto con la superficie microbica (la via alternativa di attivazione), che determina la formazione di frammenti del complemento.

Queste proteine svolgono molteplici ruoli:

• Attivare la risposta infiammatoria.
• Rivestire la superficie dei microbi al fine di favorire la fagocitosi e generare pori sulla superficie dei microbi portandoli alla lisi.

La cascata del complemento può essere attivata dagli anticorpi (via classica di attivazione).

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Macrofagi

I macrofagi sono cellule immunitarie altamente differenziate nei vari tessuti dell'organismo, dove ricoprono il ruolo di "spazzini del corpo umano".

I macrofagi si concentrano dove c'è necessità di eliminare un rifiuto, come un batterio, un prodotto di disfacimento dei tessuti o una cellula danneggiata.

Nel sangue, i macrofagi non sono presenti come tali, ma sotto forma di precursori chiamati monociti.

A livello tissutale, i monociti si ingrandiscono, aumentano i propri lisosomi e si differenziano divenendo macrofagi, alcuni dei quali rimangono fissi in una determinata sede (macrofagi residenti), mentre altri hanno la capacità di spostarsi tramite movimenti ameboidi (macrofagi reclutati).

Sono presenti in ciascun organo e nelle diverse zone della milza e dei linfonodi.

Ma come riesce un macrofago ad identificare una cellula come pericolosa?

Esistono delle altre cellule immunitarie, i linfociti, capaci di riconoscere gli antigeni e di segnalarli come pericolosi agli occhi dei macrofagi.

Questi ultimi, infatti, sono di per sé in grado di captare gli antigeni, riconoscendo particolari molecole di superficie che si legano direttamente ai loro specifici recettori di membrana.

A questo punto il fagocita letteralmente ingloba e digerisce la particella estranea.

Alcune sostanze sfuggono a questo processo di riconoscimento, ed il macrofago si trova quindi incapacitato a riconoscerne la pericolosità.

È il caso, ad esempio, dei batteri cosiddetti capsulati, nei quali una capsula polisaccaridica esterna maschera i marcatori di superficie.

Altri patogeni batterici mimetizzano la propria superficie con molecole simili a quelle dei globuli bianchi, traendo così in inganno i macrofagi.

Questi antigeni vengono comunque riconosciuti dai linfociti, che sintetizzano anticorpi contro di essi.

Tali anticorpi si legano alla superficie dell'antigene, come una sorta di bandierina identificatrice che permette ai macrofagi di riconoscerne la pericolosità e neutralizzarli.

Dopo che il patogeno è stato trasformato in cibo per macrofagi, tali cellule lo legano, lo avvolgono e lo inglobano, confinandolo in vescicole definite fagosomi.

All'interno del macrofago i fagosomi si fondono con i lisosomi, vescicole ricche di enzimi digestivi ed agenti ossidanti, come le idrolasi acide e l'acqua ossigenata, che uccidono e demoliscono quanto inglobato. Si formano così i fagolisosomi, altrimenti noti come "camere della morte".

Oltre ai grossi lisosomi, i macrofagi si contraddistinguono per le dimensioni nettamente superiori rispetto agli altri leucociti, per l'apparato del Golgi ed il nucleo particolarmente sviluppati, e per la ricchezza di filamenti acto-miosinici, che conferiscono al macrofago una certa motilità (migrazione nelle sedi di infezione).

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PAMP, DAMP e PRR

L'immunità innata riconosce le strutture prodotte dai microbi, le quali sono spesso condivise da diverse classi di patogeni e che sono chiamate PAMP, ovvero pathongen associated molecular patterns (profili molecolari associati ai patogeni).

In particolare riconosce strutture che sono spesso indispensabili per la sopravvivenza dei microrganismi e in questo modo si assicura che le strutture che riconosce siano invariate nel tempo.

Spesso l'immunità innata è anche in grado di riconoscere molecole che vengono prodotte e secrete dalle cellule danneggiate o morte.

Queste prendono il nome di DAMP, ovvero damage associated molecular patterns (profili molecolari associati al danno) e possono essere di origine infettiva o non.

Le DAMP non vengono normalmente prodotte dalle cellule apoptotiche e spesso possono essere anche prodotte da alcune cellule del sistema immunitario, in questo caso si parla di allarmine, per potenziare la risposta innata alle infezioni.

Il riconoscimento dei PAMP e dei DAMP avviene sia grazie a recettori cellulari che si trovano nei vari compartimenti cellulari sia grazie a molecole solubili del sangue e nelle secrezioni mucose.

Tali recettori cellulari prendono il nome di recettori che riconoscono i profili molecolari o PRR.

Una caratteristica essenziale dell'immunità innata è inoltre la sua capacità di non reagire con le cellule e i tessuti non danneggiati.

Ciò avviene grazie a tre diversi meccanismi:

• Non vengono prodotti ligandi dalle cellule normali non danneggiate.
• I recettori delle cellule del sistema immunitario vengono prodotti in compartimenti cellulari che non vengono a contatto con le cellule dell'ospite.
• Infine, le cellule normali producono proteine che impediscono l'attivazione dei componenti dell'immunità innata.

I recettori dell’immunità includono:

• Recettori associati alla cellula, espressi sulla superficie.
• Recettori solubili, in circolo.

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Recettori cellulari

Recettori cellulari: possono trasdurre alla cellula dei segnali, che attivano funzioni antimicrobiche e proinfiammatorie, facilitando la cattura dei microbi da parte della cellula.

Fra questi vi troviamo:

• TLR, recettori toll like sono proteine integrali di membrana contenenti nella regione extracellulare ripetizioni di residui di leu fiancheggiati da motivi caratteristici ricchi di cys che sono implicati nel riconoscimento del ligando. I residui variabili responsabili del riconoscimento del ligando si trovano sulla parte convessa e spesso sono necessarie delle proteine accessorie che consentono proprio il riconoscimento. Sono in grado di riconoscere una grande varietà di microbi e molecole espresse o rilasciate dalle cellule danneggiate o morte. La regione citoplasmatica di questi recettori è simile a quella del recettore per IL-1, che è una citochina proinfiammatoria, ed è essenziale per l'attivazione citoplasmatica.

Dato che tali recettori si trovano anche sulle membrane intracellulari permettono il riconoscimento anche dei microbi che si vengono a trovare in diversi compartimenti intracellulari (vedi figura).

In seguito al legame con il ligando i domini citoplasmatici dimerizzano ed entrano in stretto contatto.

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La trasduzione del segnale inizia con la dimerizzazione dei TLR. Questa è seguita dal reclutamento di proteine adattatrici, che contengono il dominio TIR, che a loro volta facilitano il reclutamento e l'attivazione di diverse protein-chinasi, con conseguente attivazione di fattori trascrizionali diversi e quindi espressione dei geni coinvolti nelle risposte innate.

• Le lectine di tipo C sono un'ampia famiglia di molecole che legano i carboidrati in modo calcio-dipendente e sono espresse sulla membrana plasmatica di macrofagi, cellule dendritiche e altri leucociti. La lectina meglio caratterizzata è il recettore per il mannosio, che partecipa alla fagocitosi dei microbi.
• I recettori del peptide Met-Leu-Phe formilato riconoscono peptidi corti che contengono residui di N-formilmetionina. Poiché tutte le proteine batteriche iniziano con una N-formilmetonina, essi permettono ai fagociti di riconoscere e rispondere alle proteine batteriche.
• NOD, una sottofamiglia di tali recettori chiamata NLPR risponde ai PAMP e ai DAMP citosolici formando complessi attivatori detti inflammasomi, i quali generano forme attive delle citochine infiammatorie. Per esempio l'inflammasoma di NLPR3 una volta formato attiva l'enzima caspasi-1 (un enzima con residui di cys nel sito attivo che agisce su residui di asp) ed esso attiva due citochine omologhe chiamate IL1-β e IL-18.

Recettori solubili

Recettori solubili: facilitano la rimozione dei microrganismi dal sangue, facilitandone la cattura o attivando meccanismi di uccisione, che avvengono all’esterno della cellula.

Sono presenti nel plasma e nei liquidi extracellulari.

Queste molecole effettrici agiscono come opsonine, ovvero favoriscono la fagocitosi da parte dei macrofagi, neutrofili e DC e dopo aver legato i microbi promuovono risposte infiammatorie che richiamano i fagociti nel sito di infezione.

In particolare esse sono:

• Anticorpi naturali.
• Sistema del complemento = composto da proteine plasmatiche che cooperano per opsonizzare i microbi, reclutare i fagociti e in alcuni casi uccidere direttamente il microbo. La loro attivazione prevede una cascata proteolitica in cui uno zimogeno viene modificato per formare una proteasi attiva e poi tale reazione si ripete sui bersagli più a valle.

La prima fase della sua attivazione consiste nel riconoscimento delle molecole estranee e tale processo può avvenire in 3 modi:

• Via classica = una proteina plasmatica riconosce anticorpi legati alla superficie microbica o a altre strutture.

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Una volta legata alla porzione Fc degli anticorpi due serinproteasi associate si attivano e inizia così la cascata.

Questa è uno dei principali meccanismi del ramo umorale dell'immunità innata.

• Via alternativa = una proteina del complemento riconosce determinate strutture microbiche di superficie come LPS. Essa inoltre si può attivare costitutivamente a bassi livelli ma la sua deposizione sulle cellule self è inibita da proteine inibitorie. Si deposita invece sui microbi e la sua attivazione spontanea tende ad amplificarsi sulle loro superfici.
• Via lectinica = è fornita da una lectina legante il mannosio che riconosce tale zucchero sulle catene glicoproteiche e glicolipidiche dei microbi e agisce come nel caso della via classica.

Una volta attivata una delle vie si ha l'assemblaggio di altre proteine del complemento per formare complessi con attività proteasica.

Ad esempio, il complesso C3 convertasi taglia la proteina C3 spezzandola in C3a e C3b.

La b si lega alla superficie microbica che ha dato il via al processo e agisce come opsonina. Inoltre, lega altre proteine e forma il complesso C5 convertasi che a sua volta si divide in due parti a e b.

La parte a, di entrambi i complessi, che sono la parte più piccola, vengono rilasciate e agiscono come sensori chemiotattici per i neutrofili.

Il frammento C5b forma con altre molecole il complesso di attacco alla membrana che forma un poro sulla membrana microbica e causa la lisi di tale cellula.

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• Collectine (nelle quali fa parte la lectina che lega il mannosio, MBL, che è una proteina plasmatica che funziona da opsonina).
• Pentrassine (sono proteine plasmatiche che riconoscono e legano strutture microbiche).
• Ficoline