Appunti e riassunti di Immunologia

Immunologia: proprietà generali del sistema immunitario

L’immunità viene definita come uno stato di protezione da malattie infettive e da processi endogeni che inducono danno al nostro organismo. L’insieme delle cellule, dei tessuti e delle molecole che mediano la resistenza alle infezioni e che agiscono in una rete dinamica integrandosi a vicenda è chiamato sistema immunitario (SI), il quale si è evoluto per garantire le seguenti funzioni:

• Prevenire le infezioni ed eradicare quelle in atto;
• Prevenire la crescita tumorale;
• Rimuovere le cellule morte nei vari tessuti;
• Innescare il meccanismo di riparazione tissutale.

Inoltre, il sistema immunitario riconosce e risponde ai trapianti di tessuto e alle proteine di nuova sintesi, per cui la risposta immunitaria costituisce una barriera ai trapianti e alla terapia genica. Infine, il sistema immunitario può essere causa di danno cellulare e causa di patologia su base infiammatoria (allergie, malattie autoimmuni).

Anticorpi e riconoscimento

Gli anticorpi, molecole effettrici del SI, sono utilizzate in diagnostica come strumenti di riconoscimento di un ampio spettro di molecole presenti in circolo, nelle cellule e nei tessuti. Il sistema immunitario è in grado di svolgere tutte queste funzioni grazie a due attività essenziali:

• Riconoscimento: il SI deve riconoscere e distinguere ciò che è self e ciò che è non self, ed in particolare deve riconoscere:
  • Antigeni (Ag): viene definita antigene qualsiasi molecola estranea, non self, che si leghi ad un anticorpo o a un recettore per l’antigene TCR. Possono essere di natura proteica, glucidica, nucleotidica e lipidica.
  • Epitopi o determinanti antigenici: regione specifica di un antigene o macromolecolare riconosciuta dall’anticorpo. Viene definito epitopo immunodominante quella porzione di antigene che è responsabile della maggiore parte delle risposte in individui immunizzati con un antigene macromolecolare.
  • Apteni: molecole a basso peso molecolare che possono legarsi ad un anticorpo ma che devono essere complessate ad una macromolecola con funzioni di carrier per evocare una risposta immunitaria.
• Risposta: il SI deve eliminare o neutralizzare il patogeno.

Tipi di immunità

I meccanismi di difesa dell’ospite comprendono due tipologie di immunità:

Immunità innata

È responsabile delle protezione iniziale contro le infezioni ed è sempre presente nei soggetti sani, pronta a bloccare l’ingresso di microbi e ad eliminare quelli che sono riusciti a penetrare nei tessuti. È costituita da quattro barriere difensive:

• Barriera anatomica: costituita dagli epiteli di rivestimento della cute e delle mucose gastrointestinale e respiratoria, che quando integri risultano essere una barriera pressoché impermeabile alla penetrazione dei patogeni.
• Barriera fisiologica: costituita dal pH acido dello stomaco, dalla temperatura corporea, dalla pressione osmotica, dalle secrezioni (sebo, lisozima, saliva, lacrime, muco). Tutte queste componenti ostacolano la sopravvivenza dei patogeni nel nostro organismo.
• Barriera endocitica/fagocitica: consiste nella popolazione cellulare del sistema monocito-macrofagico o sistema reticolo-endoteliale, le cui cellule sono in grado di effettuare pinocitosi e fagocitosi distruggendo antigeni non self e cellule da eliminare.
• Barriera infiammatoria: è costituita dal processo dell’infiammazione, i cui segni cardinali sono rubor, tumor, calor, dolor e functio lesa.

Immunità acquisita o adattativa

Si sviluppa più lentamente e costituisce una strategia più specifica ed efficace contro le infezioni. Viene definita adattativa in quanto si adatta alle caratteristiche dei microorganismi invasori e infatti distinguiamo:

• Immunità umorale: è esercitata dagli anticorpi, proteine sintetizzate dai linfociti B che vengono rilasciate in circolo e sulla superficie mucosale e che sono in grado di mediare l’eliminazione di microbi extracellulari e tossine.
• Immunità cellulo-mediata: è esercitata dai linfociti T e, attivando i fagociti o distruggendo essi stesse le cellule in cui albergano agenti infettivi, mediando l’eliminazione di microbi intracellulari.

In ciascun individuo l’immunità può essere attivata in due modi:

• Immunizzazione attiva: stimolazione della risposta immunitaria mediante somministrazione di antigeni microbici o in seguito ad infezione.
• Immunizzazione passiva: attivazione dell’immunità in seguito a inoculazione di anticorpi o cellule del SI provenienti da un soggetto immune. L’unico esempio di immunizzazione passiva naturale è il passaggio di anticorpi da madre a feto/neonato tramite la placenta o l’allattamento.

Caratteristiche dell'immunità adattativa

• Specificità: capacità di discriminare tra un’infinità di antigeni diversi, riconoscendone eventuali minime differenze.
• Diversificazione: proprietà del SI di possedere un numero estremamente limitato di cellule specifiche per un determinato antigene e di generare un’enorme diversità di molecole di riconoscimento che possono individuare milioni di singole strutture presenti su antigeni estranei. I linfociti esprimono i recettori in modo clonale per cui l’attivazione dei linfociti da parte dell’antigene induce la loro proliferazione (espansione clonale).
• Memoria: capacità del SI di generare una risposta immunologica tale per cui in caso di un secondo incontro con l’antigene si ha l’innesco di una risposta secondaria più rapida, intensa ed efficace. Questo è possibile grazie all’attivazione di linfociti di memoria, che sopravvivono dopo l’esaurimento della risposta primaria.
• Tolleranza: capacità del sistema immunitario di riconoscere e di non reagire nei confronti degli antigeni self.

Cellule del sistema immunitario

Le cellule effettrici delle funzioni del sistema immunitario sono raggruppabili in tre classi:

Linfociti

Sono le uniche cellule dotate di recettori specifici per l’antigene. I linfociti B sono responsabili dell'immunità umorale e sono deputati alla secrezione di anticorpi, che sono in grado di neutralizzare il microbo, promuoverne la fagocitosi e attivare il complemento. I linfociti B sono cellule del sistema immunitario che giocano un ruolo primario nell’immunità umorale dell’immunità acquisita. La principale funzione dei linfociti B è quella di produrre anticorpi contro uno specifico antigene, svolgendo anche il ruolo di APC ed eventualmente evolversi in linfociti B della memoria dopo attivazione dovuta all’interazione con un antigene. I linfociti B, in seguito a stimolazione, proliferano, si trasformano in cellule effettrici, le plasmacellule che producono anticorpi.

Esistono due sottopopolazioni di LyB particolari, che sono:

• Linfociti B1: prodotti dal fegato fetale e presenti nella cavità peritoneale e nelle mucose, producono anticorpi IgM detti anticorpi naturali contro microbi che abbiano penetrato la parete intestinale. Funzionano anche da APC, ma non hanno memoria.
• Linfociti B della zona marginale: presenti nella milza, sono coinvolti nella risposta anticorpale contro antigeni polisaccaridici.

I linfociti T sono invece le cellule dell’immunità cellulare e in base all’espressione di una proteina di membrana CD (cluster of differentiation) sono classificati in:

• Linfociti T CD4+: detti anche Linfociti T helper in quanto aiutano i LyB a produrre anticorpi e i fagociti a uccidere i microbi fagocitati. Producendo citochine sono anche in grado di innescare e alimentare l’infiammazione. Una parte di LyTh si differenzia in linfociti T regolatori, implicati nella modulazione della risposta immunitaria.
• Linfociti T CD8+: detti anche linfociti T citotossici CTL sono responsabili dell’uccisione delle cellule infettate o danneggiate.
• Linfociti Tγδ: linfociti effettori dell’immunità innata presenti a livello degli epiteli che esprimono recettori per l’antigene con una diversificazione molto limitata. Esprimono in modo variabile CD4 e CD8.
• Linfociti NKT: linfociti che condividono alcune caratteristiche con le cellule NK e che si localizzano a livello di epiteli e organi linfoidi. Riconoscono lipidi microbici in associazione ad una molecola analoga a MHC I chiamata CD1. Presentano anch’essi recettori antigenici con diversificazione limitata. Fanno parte sia della risposta innata sia di quella adattativa.

I LyT e i LyB originano da cellule staminali presenti nel midollo osseo e maturano negli organi linfoidi primari, rispettivamente timo e midollo osseo. Una volta maturi, chiamati linfociti naive, migrano nei linfonodi e nella milza, definiti organi linfoidi secondari, nei quali ricircolano per mesi e settimane in attesa di rispondere all’antigene. In caso di mancata attivazione vanno incontro ad apoptosi. In seguito all’attivazione dopo esposizione all’antigene, una quota di linfociti differenzia nelle cellule della memoria, linfociti T e B responsabili della risposta secondaria in caso di ennesima esposizione all’antigene.

Antigen presenting cells (APC)

Sono cellule presenti soprattutto a livello delle barriere anatomiche (cute e mucose) che sono in grado di catturare gli antigeni, trasportarli agli organi linfoidi secondari e presentarli ai linfociti, determinandone l’attivazione. Le più efficienti APC, dette anche APC professionali, sono le cellule dendritiche, che oltre a presentare l’antigene (peptidico) ai linfociti T, sono in grado di sintetizzare molecole sia solubili che di membrana in grado di attivare la proliferazione e il differenziamento dei linfociti T naive. Lo stesso ruolo può anche essere svolto dai linfociti B (non quelli fagocitanti) e dai macrofagi.

Esistono due tipi di cellule dendritiche:

• Cellule dendritiche convenzionali: svolgono la classica funzione di APC.
• Cellule dendritiche plasmacitoidi: risiedono nel circolo ematico e secernono IFN di tipo I, ossia IFN-α/β.

La presentazione dell’antigene (peptidico, lipidico, glucidico) ai linfociti B, che per altro sono in grado di riconoscere direttamente gli antigeni, avviene grazie a specifiche cellule chiamate FDC Cellule dendritiche follicolari, poste nei centri germinativi dei follicoli.

Cellule effettrici

Sono le cellule, appartenenti sia al sistema dell’immunità innata sia a quello dell’immunità acquisita, che sono deputate all’eliminazione del microbo. Sono cellule effettrici:

• Macrofagi: derivano dal differenziamento dei monociti (500-1000 per µL) una volta che questi sono migrati nei tessuti extravascolari, nei quali hanno lunga emivita. Rivestono molteplici ruoli:
  • Innescano e alimentano il processo infiammatorio producendo citochine.
  • Sono dotati di spiccata attività fagocitaria e sono pertanto deputati all’eliminazione dei microbi.
  • Svolgono funzione di APC.
  • Iniziano il processo di riparo dei tessuti.

La loro attivazione avviene in seguito al riconoscimento di molecole microbiche o dei prodotti delle cellule danneggiate mediante recettori chiamati PRR (recettori per i profili molecolari o pattern recognition receptors) oppure in seguito all’attivazione di recettori leganti prodotti della cascata del complemento e di recettori che riconoscono la porzione Fc degli anticorpi. Anche le citochine possono indurre attivazione macrofagica. I macrofagi, in particolare, possono essere attivati secondo due vie distinte:

1. Attivazione classica: è indotta da segnali immunitari innati, quali l’attivazione dei TLR e dei recettori leganti l’IFN-γ oppure l’attivazione dei recettori leganti le componenti del complemento. L’attivazione di TLR e il riconoscimento di IFN-γ inducono liberazione di citochine proinfiammatorie (TNF, IL-1,6,12) e la produzione di NO e ROS con funzione microbicida. L’attivazione dei recettori per il complemento induce al contrario potenziamento dell’attività fagocitaria dei macrofagi. I macrofagi attivati secondo questa via, detti M1, hanno due ruoli:
   • Eliminazione del microrganismo;
   • Attivazione dell’infiammazione.
2. Attivazione alternativa: è indotta dal riconoscimento delle citochine IL-4 e IL-13; questi macrofagi, definiti M2, non sono coinvolti nell’eliminazione del microbo ma sembrano avere le seguenti funzioni:
   • Riparazione tissutale;
   • Controllo e regolazione del processo infiammatorio.

• Neutrofili: chiamati anche polimorfonucleati, sono i leucociti più abbondanti (4000-10000 per µL) e in risposta ad infezione si ha un rapido incremento della loro proliferazione nel midollo osseo per azione di citochine chiamate CSF (colony stimulating factors) secrete da molti tipi cellulari in risposta all’infezione. Sono dotati di spiccata attività fagocitaria e contribuiscono all’eliminazione dei microbi sia in circolo sia nel focolaio infiammatorio. Nei tessuti sopravvivono per poche ore.
• Eosinofili: granulociti di derivazione midollare abbondantemente presenti negli infiltrati infiammatori delle reazioni di fase tardiva e partecipano a molti dei processi patologici alla base delle malattie allergiche. Sono presenti soprattutto nelle mucose degli apparati genito-urinario, gastrointestinale e respiratorio e la loro maturazione e attivazione è mediata dall’IL-5, prodotta dai linfociti Th2. Essi vengono reclutati nei focolai infiammatori di fase tardiva o in seguito ad infezione da elminti e la loro attivazione comporta liberazione del contenuto dei granuli, costituito da proteine enzimatiche che danneggiano i parassiti. Producono inoltre prostaglandine e leucotrieni.
• NK: le cellule natural killer sono una classe di linfociti che si sviluppa nel midollo osseo indipendentemente dal timo e che non esprimono né anticorpi di membrana né TCR (T cell receptor). Essi sono caratterizzati dal fatto di produrre IFNγ e di possedere granuli citoplasmatici contenenti enzimi e proteine che hanno la funzione di indurre l’apoptosi nelle cellule bersaglio. L’IFNγ agisce sui macrofagi, potenziandone l’attività microbicida. L’attivazione dei NK è mediata da citochine prodotte dai macrofagi e dalle APC:
  • IL-12: stimola la produzione di IFNγ;
  • IL-15: stimola la proliferazione e la maturazione dei NK;
  • IFNα-β: stimolano le funzioni citotossiche dei NK.

L’attivazione dei NK dipende dal bilancio dell’attivazione di recettori attivatori ed inibitori. I recettori attivatori riconoscono molecole di superficie espresse da cellule sotto stress o infettate da microbi intracellulari: il legame con il proprio agonista determina la fosforilazione dei motivi ITAM (Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) e l’innesco di una cascata di trasduzione del segnale che porta all’esocitosi dei granuli citotossici e alla produzione di IFNγ. I principali recettori attivatori sono:

• NKG2D: lega proteine associate ad MHCI esposte in seguito a danno cellulare;
• CD16: riconosce cellule opsonizzate con IgG.

I recettori inibitori, invece, riconoscono molecole di MHCI espresse dalle cellule sane, che sono così protette dall’azione citotossica dei NK. L’attivazione di questi recettori comporta la fosforilazione dei domini ITIM (Immunoreceptor tyrosine-based inibitory motifs) e l’attivazione di un pathway di signalling che blocca l’attivazione dei NK. I principali recettori inibitori sono KIR e NKG2-CD94.

• Mastociti: cellule derivanti da precursori emopoietici le quali si localizzano a livello epiteliale e mucosale (tessuti connettivi) e possono essere attivate sia da un meccanismo mediato dal TLR (Toll like receptor) sia da un meccanismo mediato da anticorpi IgE. Contengono granuli citoplasmatici contenenti amine vasoattive (istamine) e enzimi proteolitici che danneggiano i microbi e inattivano le tossine. Inoltre secernono prostaglandine e citochine che alimentano il processo infiammatorio.

Tessuti del sistema immunitario

I tessuti del sistema immunitario comprendono gli organi linfoidi primari, in cui i linfociti maturano e acquisiscono la capacità di rispondere agli antigeni, e gli organi linfoidi secondari, in cui ha inizio l’immunità adattativa e organizzati in modo da ottimizzare le interazioni tra antigeni, APC e linfociti.

Organi linfoidi primari

• Midollo osseo: il midollo rosso delle ossa piatte è la sede di produzione di tutte le cellule che circolano nel sangue nell’adulto, compresi i linfociti immaturi, le quali originano da una cellula ematopoietica comune, e rappresenta la sede di maturazione di linfociti B. Nel midollo osseo migrano inoltre i plasmablasti, plasmacellule a lunga sopravvivenza.
• Timo: è la sede dove avviene la maturazione dei linfociti T. Il suo parenchima presenta una zona corticale, riccamente popolata di linfociti T immaturi, e una zona midollare meno basofila e meno densa in linfociti. I linfociti T presenti nel timo appartengono a vari stadi maturativi ed in generale la loro maturazione avviene via via che dalla corticale migrano verso la midollare.

Organi linfoidi secondari

L’organizzazione anatomica degli organi linfoidi secondari permette alle APC di concentrare gli antigeni in questi organi e ai linfociti di venire in contatto con i microbi. All’interno degli organi linfoidi secondari i linfociti T e B sono mantenuti segregati in strutture anatomiche differenti:

• LyT: nella milza e nei linfonodi sono segregati insieme alle cellule dendritiche rispettivamente nel PALS e nella zona paracorticale. La localizzazione in queste strutture è garantita dal fatto che le APC professionali secernono chemochine (citochine chemiotattiche CCL19 e CCL21) che legano il recettore linfocitario CCR7.
• LyB: nella milza e nei linfonodi sono segregati insieme alle FDC nei follicoli, strutture rotondeggianti la cui zona centrale, in seguito a attivazione dei linfociti, risulta essere costituita da plasmacellule.