Patologia generale

Cellule sane

Le cellule sane si mantengono in uno stato di equilibrio detto omeostasi, caratterizzato dalla stabilità (costanza) della composizione del mezzo intracellulare, mantenendo i parametri fisiologici in un intervallo ristretto di valori (l'omeostasi è la capacità di soddisfare le richieste fisiologiche mantenendo uno stato di equilibrio).

Adattamento e risposte cellulari

Le cellule esposte a stress possono andare incontro a:

1. Adattamento

Insieme di risposte/variazioni cellulari funzionali e strutturali, reversibili a stress, che portano a un nuovo stato di equilibrio per mantenere le funzionalità vitali. Le principali risposte adattative sono metaplasia, ipertrofia, iperplasia e atrofia.

• Ipertrofia: aumento dimensioni delle cellule parenchimali e conseguente aumento di volume dell'organo, a causa dell'aumento della sintesi di proteine strutturali e organelli grazie all'espressione di geni in seguito all'attivazione di vie di trasduzione del segnale da parte di stimoli di tipo meccanico (stiramento, aumento del carico di lavoro) o trofico (fattori di crescita) per fronteggiare un aumento delle richieste funzionali. Può essere fisiologica come ad es nel caso dell'aumento di volume dell'utero in gravidanza, o patologica come quando nel cuore si ha ispessimento della parete per garantire aumento della forza di contrazione per fronteggiare un aumentato carico di lavoro emodinamico cronico dovuto a ipertensione o stenosi valvolare.
• Iperplasia: aumentato numero di cellule a causa della proliferazione di cellule differenziate o staminali da fattori di crescita. Quella fisiologica può essere di tipo ormonale (ad es proliferazione dell'epitelio della ghiandola mammaria femminile durante la pubertà e la gravidanza) o compensatoria (ad es la proliferazione delle cellule residue in un organo che ha subito una resezione parziale come il fegato). Quella patologica la ritroviamo ad es nell'iperplasia benigna della prostata, e ciò che la differenzia da un tumore è che in quest'ultimo caso quando lo stimolo proliferativo viene rimosso la proliferazione non cessa.
• Atrofia: riduzione delle dimensioni cellulari per perdita del contenuto dovuto alla riduzione della sintesi proteica e all'aumento della degradazione, a causa di deficit di nutrienti o ridotta stimolazione.
• Metaplasia: sostituzione di un citotipo con uno più resistente a quel tipo di stress, per riprogrammazione delle staminali. Ad es sostituzione delle cellule dell'epitelio cilindrico ciliare di bronchi e trachea nel fumatore con quello squamoso pluristratificato, che però perde delle funzioni importanti che aveva il ciliato, come secrezione mucosa e movimento ciliare per eliminare il particolato.

2. Alterazioni/danno

Se lo stress supera la capacità di adattamento della cellula (quindi le risposte adattative non bastano a fronteggiare lo stress) o è intrinsecamente nocivo (infezioni microbiche, danno chimico, alterazioni del DNA e proteine, ipossia…). Possono essere:

• Reversibili: nelle prime fasi o se il danno è transitorio; le membrane cellulari non sono gravemente danneggiate e l'involucro nucleare è integro; elementi distintivi sono il rigonfiamento cellulare dovuto alla perdita dell'omeostasi ionica e osmotica per la perdita di funzionalità delle pompe ioniche ATP dipendenti, e la steatosi (accumulo di vacuoli lipidici nel citoplasma di cellule coinvolte nel metabolismo lipidico a causa ad es di ipossia).
• Irreversibili: se lo stimolo nocivo è intenso, grave e persistente (soprattutto a esordio rapido) e può culminare nella morte cellulare (per necrosi o apoptosi).

Causa di danno e morte

• Ipossia: ridotto apporto di ossigeno, dovuto a riduzione del flusso ematico (ischemia) o all'emoglobina che non trasporta correttamente ossigeno nei tessuti. Conseguente perdita della fosforilazione ossidativa con deplezione intracellulare di ATP che comporta uno spostamento verso la glicolisi anaerobia (deplezione di glicogeno) e blocco delle pompe ioniche ATPasi con conseguente accumulo intracellulare di ioni, ingresso osmotico di acqua e rigonfiamento cellulare. Inoltre l'accumulo intracellulare di Ca può comportare effetti tossici su numerosi componenti cellulari.
• Ischemia: riduzione dell'apporto ematico a causa di un'occlusione o di ridotto drenaggio. Nel secondo caso abbiamo un danno più grave perché l'accumulo dei metaboliti inibisce la glicolisi anaerobia.
• Danno da ischemia-riperfusione: il ripristino del flusso ematico può comportare danni maggiori a causa della maggiore espressione di ossidasi avvenuta durante l'ischemia come adattamento e ai mitocondri danneggiati che non riescono a ridurre completamente l'ossigeno.
• Agenti infettivi
• Reazioni immunologiche
• Fattori genetici
• Squilibri nutrizionali
• Agenti fisici
• Invecchiamento
• Agenti chimici

Necrosi

Meccanismo di morte cellulare associato a condizioni patologiche e a infiammazione. Comporta lisi della cellula (la membrana della cellula è irreparabilmente danneggiata) che avviene per autolisi o eterolisi (da parte di enzimi litici rilasciati dai leucociti reclutati in seguito a fuoriuscita del materiale intracellulare). È caratterizzata dalla formazione di figure mieliniche (masse concentriche di fosfolipidi che derivano dalle membrane cellulari lisate) che possono essere digerite dai fagociti o essere degradate ad acidi grassi, i quali possono legarsi a sali di calcio. Alterazioni nucleari: cariolisi (degradazione della cromatina ad opera di endonucleasi), picnosi (condensazione del DNA), carioressi (frammentazione del nucleo picnotico). Tipi di necrosi: coagulativa, colliquativa, fibrinoide e caseosa.

Apoptosi

Meccanismo di morte pulita, programmata, non causa infiammazione.

Patologica

• Via intrinseca o mitocondriale: Quando vengono meno gli stimoli proliferativi, la proteina BH3 attiva le proteine Bax e Bak proapoptotiche, le quali dimerizzano e si inseriscono nella membrana mitocondriale interna ed esterna, formando il poro di transizione mitocondriale attraverso il quale dal mitocondrio fuoriescono SMAC/DIABLO (che lega e inibisce le IAP) e il citocromo C che si lega ad Apaf-1 (che recluta la procaspasi 9 mediante i domini CARD) formando l'apoptosoma, un complesso proteico che consente il taglio autocatalitico della procaspasi 9 che si attiva andando ad effettuare dei tagli su altre caspasi (attivazione della cascata delle caspasi) fino alla caspasi 3 (effettrice) la quale andrà a tagliare ed attivare delle endonucleasi per degradare in punti specifici il DNA e il citoscheletro. Le caspasi sono proteasi a cisteina, effettuano tagli in prossimità di residui di acido aspartico. Si formano poi i corpi apoptotici, delle vescicole contenenti materiale cellulare e fosfatidilserina, la quale viene riconosciuta dai macrofagi che li fagocitano.
• Via estrinseca o mediata da recettori di morte:
  • Recettore Fas (CD95 o Apo1): il ligando del recettore Fas viene espresso sui linfociti T attivati e quando incontrano bersagli che esprimono recettori Fas li legano, il recettore trimerizza e si attiva il dominio di morte intracellulare, che lega una proteina adattatrice (FADD), che a sua volta è capace di legare e attivare la procaspasi 9 formando un complesso proteico detto DISC, quindi attivazione della cascata delle caspasi.
  • Recettore TNF-R1: quando il TNF si lega il recettore si attiva e recluta TRADD, proteina adattatrice in grado di legare FADD che a sua volta legherà e attiverà la procaspasi 8 formando il DISC, con successiva attivazione della cascata delle caspasi.

Malattie da accumulo di glicogeno: glicogenosi

Gruppo di patologie ereditarie autosomiche recessive in cui sono presenti mutazioni di geni che esprimono enzimi coinvolti nella glicogenosintesi o glicogenolisi (ad es enzimi ramificanti/deramificanti, glucosio-6-fosfatasi, fosforilasi muscolare, maltasi acida…), con conseguente mancata sintesi di glicogeno o alterata struttura che ne impedisce la degradazione in glucosio e accumulo che porta tossicità alla cellula.

Malattie da accumulo di lipidi: aterosclerosi

Patologia cronica con eziologia multifattoriale, tra le cui cause ci può essere l'ipercolesterolemia. A causa dell'accumulo di LDL nelle pareti dei vasi di grande e medio calibro, si ha infiammazione della tonaca intima dell'arteria, attivazione delle cellule endoteliali che producono citochine per il reclutamento di macrofagi, i quali fagocitano le LDL ossidate ma non le riescono a degradare andando a formare così le cellule schiumose, che si vanno a posizionare tra la tonaca intima e l'endotelio, formando la stria lipidica. Poi le cellule schiumose rilasciando fattori di crescita per il reclutamento di cellule muscolari lisce dalla tonaca media che vengono indotte a differenziare in un citotipo capace di produrre componenti della ECM e andranno a formare la neointima, quindi si forma la placca aterosclerotica vera e propria, che può essere stabile (se il cappuccio fibroso è calcificato) o instabile (se distrutte da metalloproteasi).

Sistema immunitario

Insieme di cellule, tessuti e molecole che hanno il compito di prevenire le infezioni ed eradicarle una volta stabilitesi nell'organismo.

Risposta immunitaria

Sequenza di reazioni che si innescano in seguito all'incontro delle cellule e delle molecole del sistema immunitario con gli agenti patogeni.

Immunità innata o naturale o aspecifica

È un tipo di immunità che è sempre presente nell'organismo fin dalla nascita (congenita), non ha bisogno di attivazione e rappresenta la prima barriera protettiva nei confronti delle infezioni, immediatamente operativa in risposta all'infezione (agisce nel giro di minuti o ore). Blocca l'ingresso di microrganismi tramite le sue componenti che sono:

• Le barriere fisiche (tutte quelle a contatto con l'ambiente esterno): gli epiteli integri, non danneggiati, della cute, tratto GI e respiratorio, i quali inoltre sono capaci di produrre molecole, sostanze antibiotiche che interagiscono col microrganismo e lo uccidono (es lisozima nella saliva). Inoltre contengono linfociti intraepiteliali (macrofagi e cellule dendritiche) che esprimono sulla loro membrana e anche sugli endosomi (per riconoscere sia i microrganismi extra che intracellulari) PRR (pattern recognition receptors) cioè recettori scarsamente diversificati (perché codificati da geni ereditati attraverso la linea germinativa, cioè linea di cellule germinali in cui se vi è una mutazione genetica questa può essere trasmessa ai figli, e inoltre hanno una distribuzione non clonale, quindi si hanno recettori identici su tutte le cellule di uno stesso stipite; per spiegare che le cellule dello stesso clone hanno lo stesso recettore, diverso dagli altri cloni, si parla di ipotesi della selezione clonale) come il TLR (toll like receptor) che riconoscono strutture, molecole (come LPS, componente della membrana cellulare esterna dei batteri gram-, e mannosio) comuni a molti batteri, non specifici di un unico ceppo. Quindi la risposta immunitaria innata è aspecifica perché le barriere fisiche non fanno distinzione tra un microrganismo e un altro e i recettori riconoscono una componente comune a tanti microrganismi. Una volta attivata la segnalazione intracellulare, il fattore di trascrizione NF-KB attiva a livello nucleare l'espressione genica di citochine che possono essere anche proinfiammatorie, oppure solo nelle cellule in grado di fagocitare il microrganismo come i fagociti possono attivare un'attività microbicida. Non essendoci attivazione di processi specifici la risposta è identica a incontri ripetuti con lo stesso antigene. Inoltre l'immunità innata non attiverà mai processi autoimmuni (cosa che è possibile invece nell'acquisita) perché non è in grado di riconoscere gli autoantigeni presenti nel nostro organismo, riconosce solo strutture microbiche, e le cellule del mammifero esprimono molecole protettive nei confronti dell'immunità innata. Altri componenti dell'immunità innata circolanti, nel sangue:
  • Allarmine: molecole associate a pericolo, rilasciate dalle cellule danneggiate o necrotiche che possono essere riconosciute dai leucociti e dalle cellule epiteliali.
  • Monociti (mononucleati)
  • Mastociti: (leucociti polimorfonucleati, granulociti) si trovano distribuiti nel tessuto connettivo e possiedono nel citoplasma dei granuli contenenti istamina e prostaglandine che vengono rilasciate in seguito a degranulazione dovuta al legame delle IgE (anticorpi molto espressi durante una risposta allergica, reazione di ipersensibilità immediata, mentre in condizioni normali si trovano in quantità inferiori) tramite la loro porzione Fc (frammento cristallizzabile, formato da parte delle due catene pesanti dell'Ig e parte delle regioni costanti) con i recettori dei mastociti prima ancora che le IgE con la porzione Fab abbiano legato le strutture riconosciute.
  • NK: coinvolte nell'immunità innata ma anche in quella specifica perché collaborano riconoscendo anticorpi IgG (se ci sono le IgG vuol dire che è stata attivata l'immunità specifica). Vengono attivate da varie citochine mitogene (IL2, IL15) o che inducono citotossicità e secrezione di citochine (IFNγ). Sono il 10-15% dei linfociti circolanti, non esprimono il TCR ma il TLR quindi possono lisare direttamente le cellule infettate e trasformate senza dover essere attivate da una precedente esposizione antigenica. Se la cellula dell'organismo non è stata infettata, il recettore inibitore della NK si attiva in seguito a legame con il peptide self legato al MHC1 della cellula normale e si inibisce la morte cellulare. Quando la cellula è infettata abbiamo inibizione dell'espressione delle MHC1 e quindi il recettore inibitorio delle NK non viene attivato non essendoci il ligando, e abbiamo inoltre l'espressione del ligando per il recettore attivante (activating receptor) che quindi si lega, lo attiva e la cellula viene uccisa (apoptosi). Se il segnale del recettore inibitorio è dominante, l'attività delle cellule NK sarà inibita, se invece ad essere dominante è il segnale di attivazione ne risulterà l'attivazione della cellula. Le NK sono importanti anche nella distruzione delle cellule tumorali perché quest'ultime non esprimono il MHC1 e sfuggono agli altri controlli immunitari che usano come meccanismo primario di riconoscimento dell'antigene questo complesso, mentre le NK sono le uniche a riconoscere l'antigene senza l'ausilio del MHC. Presentano due marcatori di membrana: il CD16 e CD56. Il CD16 è il recettore per il frammento Fc delle IgG (serve a lisare le cellule rivestite da IgG, nella citotossicità cellulomediata anticorpo dipendente).

Nei tessuti

• I fagociti circolanti (neutrofili e monociti) vengono richiamati nei focolai infettivi da sostanze chemotattiche, riconoscono e inglobano i microrganismi per poi ucciderli all'interno del citoplasma. I neutrofili muoiono nel giro di poche ore dopo la fagocitosi nei tessuti extravascolari e sono più numerosi dei monociti che però quando necessario si differenziano in macrofagi per poter partecipare attivamente nella risposta e sopravvivono a lungo nei tessuti extravascolari.
• Macrofagi: fanno parte dei fagociti mononucleati e derivano dai monociti che migrano nei tessuti e vanno incontro a maturazione, e possono essere differenziati in base al tessuto al quale appartengono, ad es microglia a livello del SNC, cellule di Kupffer a livello epatico, macrofagi alveolari a livello polmonare e osteoclasti a livello osseo. Sono coinvolti sia nella risposta immunitaria (sia innata che specifica) che infiammatoria, in base a come vengono attivati. Nella risposta immunitaria innata tramite il TLR riconoscono ad es il LPS e legano il microrganismo per poi fagocitarlo ed eliminarlo e producono citochine capaci di richiamare e attivare altre cellule infiammatorie. Nella risposta immunitaria specifica quando attivati presentano l'antigene ai linfociti T helper, i quali, attivati, producono l'IFγ, che a sua volta attiverà nuovamente i macrofagi. Il linfocita T può poi produrre altre citochine e chemochine che serviranno per il reclutamento dei macrofagi e neutrofili e partecipare quindi al processo infiammatorio. Le chemochine sono molecole che servono per la chemiotassi (processo che permette alle cellule di spostarsi in un ambiente in base al gradiente di concentrazione delle molecole chemiotattiche, da una zona in cui vi è minore concentrazione di chemochine a una a maggiore conc) e possono essere di diversa natura in base al processo patologico:
  • Nell'infiammazione la molecola chemiotattica è un componente microbico o mediatori dell'infiammazione come le TNF o l'IL7 (citochine). Le chemochine non sono citochine ma tra le chemochine ad es a livello immunitario o infiammatorio ci possono essere delle citochine. I fagociti vengono veicolati verso il tessuto infettato per poi fagocitare ed eliminare il microrganismo.
  • Nel tumore sono i prodotti di degradazione della matrice extracellulare prodotti da metallo proteasi espresse dal tumore, ma anche fattori di crescita e citochine espresse dalle cellule tumorali.

Citochine

Le citochine sono proteine (come ad es le interleuchine che hanno il ruolo di mediatori molecolari delle comunicazioni leucocitarie), fattori solubili di emivita breve, caratteristica importante perché una volta svolta la loro funzione vengono degradate e se il problema è risolto non vengono più prodotte e la risposta immunitaria o infiammatoria si può estinguere anche in questo modo (è un meccanismo antinfiammatorio), se invece il danno, l'antigene, è ancora presente le cellule continueranno a produrle. Questa caratteristica dell'emivita è propria anche dei macrofagi. In base alla loro funzione vengono classificate in varie classi funzionali:

• Citochine dell'immunità naturale (mediatori dell'infiammazione e delle difese antivirali)