Appunti di immunologia Unimi

Immunologia

Capitolo 1: L'immunità innata

L'immunità innata è sempre operativa nei soggetti sani. Elementi dell'immunità innata:

• Barriere epiteliali
• Fagociti
• Linfociti NK
• Sistema del complemento: proteine plasmatiche

L'immunità innata è attiva contro i microbi, ma non contro sostanze tossiche non infettive. Riconosce diverse molecole prodotte da diverse classi di microbi, ma non le singole specie microbiche. Può anche fungere da potenziamento per l'immunità adattativa.

L'immunità adattativa

Elementi dell'immunità adattativa:

• Immunità umorale: linfociti B e i loro prodotti, gli anticorpi. Blocca le infezioni ed elimina i microbi extracellulari agendo nel plasma e nelle mucose. Gli anticorpi possono essere espressi anche sulla membrana e da lì si legano agli antigeni sia solubili sia sulla superficie microbica. La funzione più importante degli anticorpi è quella di impedire che i microbi presenti a livello umorale possano colonizzare le cellule ed i connettivi.
• Immunità cellulare: linfociti T helper e CTL. I linfociti T helper attivano i macrofagi per uccidere i microbi fagocitati, i CTL uccidono le cellule infettate eliminando così i serbatoi d'infezione.

L'immunità adattativa è attiva non solo contro i microbi, ma anche contro le tossine. I derivati di entrambi i tipi di linfociti agiscono riconoscendo in modo specifico gli antigeni microbici, solo che i linfociti T riconoscono solo quelli proteici, mentre gli anticorpi possono riconoscere anche lipidi, carboidrati e frammenti di acidi nucleici. I linfociti che non sono mai venuti in contatto con un antigene sono detti linfociti naïve.

L'immunità adattativa ha delle caratteristiche molto importanti:

• Specificità: Capacità di riconoscere antigeni strutturalmente diversi e quindi di rispondere a microbi di diversa natura. L'insieme complessivo delle specificità dei linfociti è identificato come repertorio linfocitario.
• Memoria: Capacità, dopo una risposta primaria (mediata dai linfociti naïve), di azionare una risposta secondaria più veloce ed efficace. Le risposte secondarie sono il risultato dell'attivazione dei linfociti della memoria (= cellule a lunga vita realizzate durante la risposta primaria).
• Espansione clonale: Proliferazione di un clone di linfociti a partire da un solo linfocita con la caratteristica recettoriale desiderata. Questo tipo di espansione permette di fronteggiare la veloce proliferazione dei microbi.
• Specializzazione: Capacità di adattarsi ad ogni tipo di patogeno.
• Assenza di reattività contro antigeni autologhi: I linfociti sono selezionati per non riconoscere antigeni self.
• Omeostasi: Mantenimento di un numero costante di linfociti e di un repertorio linfocitario differenziato. È realizzata attraverso vie che regolano la morte e inattivazione dei linfociti e si esplica anche in un declino della risposta immunitaria dopo la fase effettrice della risposta stessa.

Fasi della risposta immunitaria

La risposta immunitaria adattativa presenta le seguenti fasi:

• Riconoscimento dell’antigene: I linfociti naïve antigene-specifici riconoscono gli antigeni microbici.
• Attivazione linfocitaria: L'attivazione dei linfociti richiede due segnali:
  • Segnale 1: il legame dell’antigene al proprio recettore.
  • Segnale 2: presente solo nella risposta primaria, è un insieme di segnali forniti dai microbi e dalla risposta innata contro di essi. Garantisce che la risposta sia provocata da antigeni non-self.
  Durante questa fase avviene anche l'espansione clonale, che genera dei linfociti effettori a partire da linfociti naïve: per i linfociti B, linfociti B in grado di secernere anticorpi (= plasmacellule), per i linfociti T i CTL.
• Eliminazione dell’antigene: Le cellule effettrici eliminano i microbi, spesso con l'aiuto dell'immunità innata.
• Declino della risposta immunitaria: La maggior parte delle cellule attivate vanno in apoptosi e vengono eliminate dai fagociti.
• Generazione della memoria.

Cellule del sistema immunitario adattativo

Nel sistema immunitario adattativo esistono essenzialmente tre tipi di cellule:

• Linfociti
• APC
• Cellule effettrici

I linfociti

Sono le uniche cellule dotate di recettori specifici per l’antigene. Vengono differenziate tramite proteine di superficie, che sono catalogate premettendo ad un numero la sigla CD (= cluster di differenziamento). I linfociti B esprimono anticorpi anche sulla membrana e questi anticorpi possono legare antigeni sia solubili che presenti sulla superficie dei batteri. I linfociti T riconoscono antigeni peptidici a loro presentati da delle cellule specializzate nel presentare l’antigene (APC) su molecole dette MHC.

Esistono due tipi di linfociti T:

• Linfociti T helper: esprimono la molecola CD4. Aiutano i linfociti B a produrre anticorpi e i fagociti ad uccidere i microbi fagocitati producendo e secernendo citochine.
• Linfociti T citolitici o citotossici (CTL): esprimono la molecola CD8. Uccidono le cellule infettate.

Oltre ai linfociti B e T esiste anche la classe dei linfociti NK o natural killer, attivi nell’immunità innata. Tutti i linfociti nascono da delle staminali del midollo osseo, ma i linfociti T maturano nel timo. Le sedi anatomiche dove vengono prodotti i linfociti maturi sono dette organi linfoidi primari.

Cellule che presentano l’antigene (APC) o cellule accessorie

Si trovano nelle vie più comuni d’ingresso dei patogeni, cioè gli epiteli. La loro funzione è di catturare l’antigene microbico e trasportarlo ai linfonodi, dove lo presenteranno ai linfociti T esponendolo sulla membrana cellulare. Per attivare la risposta dei linfociti T naïve le APC devono anche produrre proteine (sia di membrana sia secrete) che agiscono da secondo segnale di attivazione linfocitaria. Le cellule che oltre a catturare l’antigene emettono i secondi segnali sono dette APC professionali e sono essenzialmente cellule dendritiche e macrofagi.

Per i linfociti B non è chiaro se esistano APC, in quanto essi possono riconoscere direttamente gli antigeni, anche se l’FDC (cellula dendritica follicolare) presenta l’antigene ai linfociti B negli organi linfoidi secondari.

Cellule effettrici

Le cellule effettrici sono:

• Plasmacellule
• Linfociti T helper e CTL
• Granulociti e macrofagi: sono leucociti e possono funzionare sia nell’immunità innata (riconoscendo ed eliminando direttamente i microbi) sia in quella adattativa (dove vengono richiamati dai mediatori prodotti dai linfociti)

Gli organi linfoidi

Gli organi linfoidi sono di due tipi:

• Primari: sono quelli in cui i linfociti B e T maturano e acquisiscono la capacità di rispondere agli antigeni (midollo osseo e timo).
• Secondari: sono quelli dove avvengono le prime fasi dell’immunità adattativa e sono linfonodi, milza e il sistema immunitario delle mucose e della cute. La loro funzione principale è concentrare i vari tipi di linfociti, gli antigeni e le APC in un unico luogo, di modo da ottimizzare le interazioni tra queste cellule.

Linfonodi = aggregati nodulari di tessuti linfoidi localizzati lungo le vie linfatiche in tutto il corpo. Ai linfonodi l’antigene arriva trasportato dalla linfa o dalle cellule dendritiche e lì si concentra.

Nei linfonodi i linfociti sono così organizzati:

• Linfociti B: stanno in follicoli nella zona corticale con le FDC e l’eventuale centro germinativo (= luogo di produzione degli anticorpi).
• Linfociti T: stanno all’esterno dei follicoli, nella zona paracorticale con le cellule dendritiche.

Alla milza l’antigene viene portato dal sangue, che scorre attraverso numerosi canali presenti in questo organo e l’antigene viene catturato da cellule dendritiche e macrofagi e concentrato. Inoltre i macrofagi (moltissimi nella milza) possono ingerire e distruggere direttamente i microbi provenienti dal circolo.

Nella milza i linfociti sono così organizzati:

• Linfociti B: nei follicoli
• Linfociti T: nei manicotti linfoidi periarteriolari, che circondano le arteriole di piccolo calibro.

Ma perché i linfociti sono così finemente localizzati? I linfociti B e T naïve esprimono recettori diversi per diverse chemochine, cioè per delle citochine chemotattiche, che attraggono chimicamente i linfociti verso un posto preciso; gli FDC producono in modo costitutivo una chemochina che attrae i linfociti B naïve, mentre le cellule dell’area paracorticale nei linfonodi e dei manicotti nella milza ne producono una per i linfociti T naïve. Quando però un linfocita incontra il suo antigene smette di esprimere questi recettori e può migrare: prima i linfociti B e T migrano gli uni verso gli altri, s’incontrano al margine del follicolo e i linfociti T helper aiutano i linfociti B a produrre anticorpi, poi entrambi i tipi linfocitari migrano nel circolo sanguigno.

C’è un terzo tipo di tessuto linfoide secondario ed è quello associato alle mucose e alla cute: sta sotto agli epiteli gastrointestinale e respiratorio e svolge le stesse funzioni degli altri.

Ricircolazione linfocitaria

I linfociti ricircolano costantemente attraverso i diversi organi, con questa direzionalità:

• Linfociti naïve verso gli organi linfoidi periferici
• Linfociti effettori verso le sedi d’infezione

Ovviamente questo riguarda soprattutto i linfociti T: la necessità di un ricircolo per i linfociti B non c’è perché basta che immettano gli anticorpi nel circolo sanguigno.

Viaggio del linfocita T:

• Il linfocita T naïve parte dal timo e arriva al linfonodo.
• Il linfocita T naïve entra nel linfonodo attraverso venule postcapillari specializzate dette HEV (venule a endotelio alto) legandosi a dei carboidrati delle membrane dell’endotelio tramite un recettore chiamato L-selectina (espresso dal linfocita stesso). Le chemochine della zona paracorticale rinsaldano questo legame e portano il linfocita nella zona dove ci sono le APC.
• Se il linfocita viene attivato dall’antigene prolifera, differenzia (→ diventa effettore), attiva l’espressione di molecole di adesione e chemochine ed entra in circolo.
• L’effettore si dirige verso i centri di infezione.

N.B.: i linfociti della memoria comprendono cellule che migrano verso i linfonodi (dove possono dare origine ad una risposta secondaria) e altre che vanno nelle sedi d’infezione (dove possono rispondere velocemente).

Capitolo 2: L'immunità innata

Riconoscimento dei microrganismi

Le componenti dell’immunità innata riconoscono strutture condivise prodotte da diverse classi di patogeni, ma assenti sulle cellule dell’individuo ospite (mammifero). Tra le strutture più frequenti abbiamo:

• LPS (lipopolisaccaride batterico)
• Mannosio sui residui terminali delle glicoproteine
• RNA a doppio filamento
• CpG non metilate

Tutti questi bersagli di riconoscimento sono chiamati profili molecolari o molecular patterns e i loro recettori PRP (Pattern recognition receptors). Questi patterns sono molecole essenziali per la vita e la virulenza del microbo, quindi l’immunità innata non può venire elusa non esprimendoli. I PRP vengono codificati da geni ereditari della linea germinativa e NON per ricombinazione genica, come succede invece per i linfociti, e sono distribuiti in modo non clonale, cioè tutte le cellule dello stesso tipo hanno gli stessi PRP.

Inoltre l’immunità innata NON ha memoria immunologica, il che comporta il fatto che l’immunità innata risponde in modo identico ad ogni attacco dello stesso microbo, non ha una risposta primaria ed una secondaria.

Infine l’immunità innata può riconoscere cellule e molecole self, ma non agisce contro di esse perché:

• Riconosce per la maggior parte molecole esclusivamente microbiche.
• Anche quando riconosce una molecola self ci sono molecole regolatrici che ne inibiscono l’azione.

Componenti dell’immunità innata

Le principali componenti dell’immunità innata sono:

• Gli epiteli
• Varie cellule presenti in circolo e nei tessuti (fagociti, linfociti NK)
• Proteine plasmatiche (complemento)

Le barriere epiteliali

Le barriere epiteliali sono:

• Cute
• Epitelio dell’apparato respiratorio
• Epitelio dell’apparato digerente

La resistenza che questi epiteli oppongono è contemporaneamente di tipo:

• Fisico: sono epiteli continui, fisicamente non lasciano passare i microbi.
• Chimico: le cellule epiteliali secernono peptidi con attività antibiotica.
• Biologica/cellulare: i linfociti T intraepiteliali, che esprimono recettori per l’antigene scarsamente diversificati che riconoscono lipidi e altre strutture microbiche condivise. Una funzione simile è svolta nella cavità peritoneale dai linfociti B-1, che producono la maggior parte delle IgM presenti in circolo e molti di questi anticorpi sono specifici per carboidrati della parete cellulare batterica.

Fagociti: neutrofili e monociti/macrofagi

Esistono due tipi di fagociti (o leucociti): i neutrofili e i monociti. Entrambi i tipi sono cellule del sangue reclutate nei siti d’infezione, dove riconoscono, ingeriscono e uccidono i microbi. I neutrofili sono prodotti a partire da precursori nel midollo osseo in seguito a stimolazione tramite citochine. Sono molto importanti, perché sono il primo cellulare che risponde alla maggior parte delle infezioni, e lo fanno ingerendo i microrganismi, in sede sia endo- sia extravascolare, poi muoiono nel giro di poche ore.

I monociti circolanti sono molti meno, ma in sede extravascolare per lunghi periodi, differenziandosi in macrofagi. Macrofagi e monociti sono due stadi di uno stesso stipe differenziativo, il “sistema dei fagociti mononucleati”.

Sia i monociti che i neutrofili esprimono sulla loro membrana dei residui carboidratici. Ora, quando un microbo lede un epitelio e riesce a penetrare nel tessuto sottostante i macrofagi residenti emettono citochine, in particolare TNF (fattore di necrosi tumorale) e IL-1. Queste stimolano l’endotelio dei vasi sanguigni ad esprimere P-selectina ed E-selectina, che legano i residui carboidratici dei fagociti. Il legame è debole e contrastato dal flusso sanguigno, quindi i fagociti cominciano a rotolare (rolling) sulla superficie endoteliale. A questo punto i leucociti esprimono delle integrine, molecole in grado di “integrare” segnali extracellulari in modificazioni citoscheletriche. Invece i macrofagi tissutali producono chemochine, che si legano al lume del vaso e sono quindi esposte ai leucociti adesi e stimolano quindi l’aumento dell’affinità delle integrine per i loro ligandi espressi sull’endotelio, mentre TNF e IL-1 stimolano l’espressione dei ligandi sull’endotelio stesso.

Il legame stabile dell’integrina coi suoi ligandi determina l’arresto dei leucociti, intanto il citoscheletro si riorganizza e i leucociti aderiscono saldamente all’epitelio, mentre le chemochine ne favoriscono la motilità. I leucociti cominciano a migrare verso il focolaio extravascolare d’infezione seguendo il gradiente delle chemochine. L’accumulo di leucociti, la vasodilatazione e l’aumento di permeabilità vascolare danno luogo alla cosiddetta infiammazione.

N.B.: Le selectine sono molecole che legano i carboidrati per mezzo di un dominio lectinico.

I vari microrganismi sono riconosciuti da macrofagi e neutrofili con recettori di superficie diversi, come:

• Toll-like receptors, il cui legame coi suoi ligandi (componenti microbiche dette PAMP) attiva un fattore trascrizionale, NF-κB, che stimola la produzione di citochine e altre proteine coinvolte nelle funzioni antimicrobiche dei fagociti attivati.
• Recettori che stimolano la fagocitosi, come:
  • Recettore per i peptidi con N-formil-metionina.
  • Recettori per il mannosio.
  • Recettori per le integrine.
  • Recettori scavenger specifici per i diversi patogeni e per alcune molecole dell’ospite.
• Recettori per le citochine (macrofagi), come per l’IFN-γ, che è un potente attivatore della funzione microbicida dei fagociti.
• Recettori per i prodotti di attivazione del complemento.
• Recettori per gli anticorpi, che permettono, loro di legare avidamente i microbi attraverso un fenomeno detto di opsonizzazione.

Il riconoscimento dei microbi da parte dei fagociti determina la loro fagocitosi e l’attivazione del processo di uccisione. Fagocitosi: il fagocita protende la sua membrana plasmatica attorno al microbo originando degli pseudopodi, che si fondono tra loro formando il fagosoma. Il fagosoma si fonde con i lisosomi formando i fagolisosomi. Durante il riconoscimento del microbo sono stati inviati segnali che attivano enzimi dei fagolisosomi:

• L’ossidasi fagocitica, che converte l'O₂ in superossido e radicali liberi (ROI).
• Sintetasi inducibile dell’ossido nitrico, che converte arginina in NO.
• Proteasi lisosomiali, specializzate per proteine microbiche.

Il microbo muore.

Altre funzioni dei macrofagi:

• Producono citochine
• Secernono fattori di crescita ed enzimi per il rimodellamento tissutale.
• Stimolano i linfociti T e rispondono alle sostanze da loro prodotte.

Natural Killer (NK)

Gli NK sono una classe linfocitaria che uccide le cellule infettate e produce l’IFN-γ, che attiva i macrofagi. Non esprimono né immunoglobuline né recettori per l’antigene.