Immunologia ed immunopatologia

RISPOSTA INFIAMMATORIA

Per combattere l’infezione e il danno tissutale l’immunità innata utilizza anzitutto l’infiammazione, grazie

alla quale si ottiene l’accumulo di leucociti, proteine e fluidi di derivazione ematica nel tessuto infettato o

danneggiato. I leucociti e le proteine plasmatiche circolano normalmente nel sangue ma possono essere

reclutati nei tessuti infettati o danneggiati, dove contribuiscono all’eliminazione dei patogeni e alla

riparazione del danno tissutale. I polimorfonucleati neutrofili rappresentano senza dubbio il tipo

leucocitario più abbondante nei tessuti infiammati; tuttavia i monociti (che nel tessuto diventano

macrofagi) possono prevalere nelle fasi più tardive o in alcuni particolari tipi di reazione. Le principali

proteine che si accumulano nei siti infiammatori sono quelle del complemento, gli anticorpi e le proteine di

fase acuta.

L’afflusso di cellule e proteine nel sito infiammatorio dipende dai seguenti cambiamenti reversibili dei vasi

sanguigni:

1) dilatazione arteriolare e conseguente aumento del flusso sanguigno;

2) aumentata adesività dei leucociti circolanti all’endotelio delle venule;

3) aumentata permeabilità dei capillari e delle venule.

Questi cambiamenti sono provocati da citochine e da piccole molecole prodotte inizialmente da cellule

residenti (quali mastociti, macrofagi e cellule endoteliali) in risposta alla stimolazione da parte dei PAMP

o dei DAMP.

L’infiammazione acuta si sviluppa nell’arco di minuti oppure ore e persiste per alcuni giorni. Se

l’infezione non viene eradicata, oppure se il danno tissutale permane a lungo, l’infiammazione evolve in

infiammazione cronica, che consiste nel reclutamento e nell’attivazione di monociti e linfociti. I siti di

infiammazione cronica vanno spesso incontro a fenomeni di rimodellamento tissutale e presentano

angiogenesi e fibrosi.

PRINCIPALI CITOCHINE PROINFIAMMATORIE: TNF, IL-1 e IL-6

La prima risposta dell’immunità innata all’infeizone e al danno tissutale è la secrezione di citochine. Esse

hanno importanti proprietà:

- Sono prodotte principalmente dai macrofagi tissutali e da cellule dendritiche

- La maggioranza di queste citochine agisce su cellule vicino alla cellula produttrice

- Una citochina può innescare una cascata con produzione di altre citochine

- Svolgono diverse funzioni: induzione dell’infiammazione, inibizione della replicazione,

promozione delle risposte dei linfociti T e inibizione delle risposte immunitarie innate.

Tre sono le citochine proinfiammatorie più importanti: TNF, IL-1 e IL-6.

• FATTORE DI NECROSI TUMORALE (TNF)

È un mediatore della risposta immunitaria acuta a batteri e ad altri patogeni. Il TNF viene chiamato

anche TNF-alfa per distinguerlo dal TNF-beta detto anche linfotossina. È prodotto dai macrofagi,

cellule dendritiche e altri tipi cellulari. Nei macrofagi viene sintetizzato come proteina di

membrana di tipo II non glicosilata ed espresso come omotrimero in grado di legare un tipo di

recettore del TNF.

Esistono due distinti recettori per il TNF detti di tipo I e di tipo II. L’affinità del TNF per i suoi

recettori è insolitamente bassa per una citochina. Entrambi i recettori sono espressi sulla

superficie di quasi tutti i tipi cellulari e fanno parte di una grande famiglia di proteina, chiamata

superfamiglia dei recettori del TNF. Sono espressi sulla membrana citoplasmatica come trimeri e

l’interazione del ligando con alcuni membri della famiglia dei recettori del TNF determina

l’associazione della porzione citoplasmatica del recettore con proteine definite TRAF, che

inducono l’attivazione di fattori di trascrizione come NF-kB e AP-1. L’interazione del TNF con altri

recettori membri della famiglia può anche reclutare una proteina adattatrice che attiva le caspasi e

innesca l’apoptosi.

La produzione di TNF è stimolata da un grande numero di PAMP e DAMP.

• INTERLEUCHINA-1

Anche l’IL-1 è un mediatore della risposta infiammatoria acuta e condivide con il TNF molte

funzioni. La principale fonte cellulare di IL-1 sono i fagociti mononucleati attivati, ma a differenza

del TNF, IL-1 viene prodotta anche da molti altri tipi cellulari quali neutrofili, cellule epiteliali e

cellule endoteliali. Esistono due forme di IL-1, denominate IL-1alfa e IL-1beta, che legano gli stessi

recettori e condividono le stesse attività biologiche. La principale forma secreta e biologicamente

attiva è l’IL-1beta.

La produzione di IL-1 richiede normalmente due segnali distinti: il primo per attivare la

trascrizione genica della pro-IL-1beta (indotta dalla cascata di trasduzione del segnale dei recettori

TLR e NLR) e il secondo per attivare l’inflammasoma (effettuato da NLRP3) , il quale a sua volta

taglia proteoliticamente il precursore generando la forma matura.

IL-1 viene secreta da una via definita non classica, in quanto ne IL-1alfa ne IL-1beta contengono

una sequenza segnale idrofobica in grado di condurre il polipeptide nascente verso la membrana

del reticolo endoplasmatico.

IL-1 induce i suoi effetti biologici interagendo con un recettore di membrana detto recettore di

tipo I espresso da molti tipi cellulari, tra cui le cellule endoteliali, epiteliali e leucociti, contenente

un dominio immunoglobulinico extracellulare che lega l’IL-1 e un dominio nella regione

citoplasmatica detto TIR, responsabile della trasduzione del segnale.

• INTERLUCHINA-6

L’IL-6 è un’altra importante citochina nelle risposte infiammatorie acute con effetti sia locali sia

sistemici. Induce la sintesi di una varietà di altri mediatori infiammatori a livello epatico, stimola la

produzione di neutrofili del midollo osseo e promuove la differenziazione di linfociti T helper in

cellule che producono l’IL-17.

Viene sintetizzata da fagociti mononucleati, cellule dell’endotelio vascolare, fibroblasti e altre

cellule in risposta a PAMP, IL-1 e TNF.

L’IL-6 è un omodimero appartenente alla famiglia delle citochine di tipo I.

Il recettore per l’IL-6 consiste in una catena polipeptidica che lega la citochina in una subunità che

trasduce il segnale (gp130), la quale rappresenta anche il componente attivatorio dei recettori per

altre citochine. Il recettore dell’IL-6 innesca una cascata di trasduzione intracellulare che porta

all’attivazione del fattore trascrizionale STAT3.

• ALTRE CITOCHINE PRODOTTE IN CORSO DI RISPOSTA IMMUNITARIA INNATA

Oltre alle 3 già citate, le cellule dendritiche e i macrofagi attivati dai PAMP e dai DAMP

producono altre citochine che svolgono ruoli importanti nelle risposte immunitarie innate.

- IL-12 stimola la produzione di INF-gamma da parte delle cellule NK e dei linfociti T,

promuove la citotossicità dei linfociti CD8 e CD8+ delle cellule NK e la differenziazione

delle cellule TH1. È un eterodimero legate da porti disolfuro, composto da due subunità:

p35 e p40. La principale fonte di IL-12 è costituita dalle cellule dendritiche attivate e dai

macrofagi. Numerose cellule sembrano essere in grado di sintetizzare la subunità p35, ma i

macrofagi e le cellule dendritiche sono i principali tipi cellulari che producono la proteina

p40. IL-12 è prodotta in risposta al legame tra TLR e stimoli microbici quali LPS. INF-

gamma, prodotto dalle cellule NK e linfociti T, stimola la produzione di IL-12 contribuendo

ad un feedback positivo.

Il recettore per IL-12 è un eterodimero composto dalle subunità beta1 e beta2 e sono

entrambe necessarie per il legame ad alta affinità dell’IL-12 e per la trasduzione del

segnale.

- IL-18 attiva le funzioni delle cellule NK, analogamente a IL-12. La produzione di IL-18

dipende dall’inflammasoma. Il recettore di IL-18 trasduce il segnale attraverso un dominio

TIR.

- IL-15 svolge funzioni nella stimolazione, crescita e sopravvivenza delle cellule NK e dei

linfociti T. E’ strutturalmente omologa al fattore di crescita dei linfociti T. L’IL-15 promuove

la produzione di INF-gamma da parte delle cellule NK nei linfonodi.

RECLUTAMENTO DEI LEUCOCITI NEI FOCOLAI INFETTIVI

Durante l’infiammazione acuta un elevato numero di neutrofili e successivamente anche di monociti

abbandona il torrente ematico per accumularsi nei tessuti. TNF, IL-1 e IL-6 e le chemochine, prodotte nei

siti di infezione o di danno tissutale, hanno molteplici effetti sull’endotelio vascolare, sui leucociti e sul

midollo osseo.

Sia TNF che IL-1 inducono l’espressione di E-selectina e aumentano quella di ICAM-1 e VCAM-1, i ligandi

delle integrine leucocitarie espressi dall’endotelio delle venule postcapillari. Questi cambiamenti sono il

risultato dell’attivazione di fattori di trascrizione come NF-kB. Anche la P-selectina risulta aumentata grazie

all’azione dell’istamina e della trombina.

Il TNF e l’IL-1 stimolano anche diversi tipi cellulari a produrre chemochine quali CXCL1 e CCL2 che, legando i

rispettivi recettori su neutrofili e monociti, stimolano il movimento direzionale dei leucociti e aumentano

l’affinità delle integrine leucocitarie per i proprio ligandi.

Il risultato dell’aumentata espressione di selectine, integrine e chemochine è l’aumento dell’adesione di

neutrofili e monociti alle cellule endoteliali e la loro trasmigrazione attraverso la parete dei vasi.

Infine il TNF, l’IL-1 e l’IL-6 prodotti nei siti infiammatori possono entrare in circolo ed essere trasportati al

midollo osseo, dove incrementano la produzione di neutrofili a partire da progenitori midollari,

normalmente agendo in concreto con i fattori di stimolazione delle colonie.

INGESTIONE E UCCISIONE DEI MICROBI DA PARTE DELLE CELLULE FAGOCITICHE ATTIVATE

I neutrofili e i macrofagi reclutati nei siti di infezione inglobano i microbi all’interno di vescicole attraverso il

processo della fagocitosi e successivamente li eliminano.

La fagocitosi è un processo attivo che comporta consumo energetico e permette di inglobare grosse

particelle all’interno di vescicole. Le vescicole fagocitiche si fondono con i lisosomi, dove le particelle

ingerite vengono degradate: in questo modo i meccanismi di uccisione rimangono isolati dal resto della

cellula.

I neutrofili e i macrofagi esprimono recettori in grado di riconoscere in modo specifico i microbi e il legame

dei microbi a tali recettori rappresenta l’inizio del processo di fagocitosi. Alcuni di questi recettori sono

PRR, come le lectine di tipo C e i recettori scavenger. I PRR contribuiscono esclusivamente alla fagocitosi dei

microrganismi che esprimono particolari profili molecolari, come il mannosio.

I fagociti esprimono anche recettori ad alta affinità per alcune opsonine come gli anticorpi, le proteine del

complemento e le lectine plasmatiche. Gli anticorpi rappresentano una delle opsonine più efficienti.

I fago