Appunti immunologia

Perché studiare immunologia?

Perché consente di capire i meccanismi di resistenza alle infezioni e come potenziarli (vaccini); perché ci fa capire come un alterato funzionamento del sistema immunitario (SI) si possa tradurre in malattia; perché ci consente di mettere a punto strategie per modularne la funzione in senso positivo o negativo, a seconda della necessità, e di produrre reagenti e vaccini a scopo terapeutico.

Immunologia

Importanza del sistema immunitario

Perché avere un SI? Come viene riconosciuto il pericolo dal SI? Come viene eliminato il patogeno dai meccanismi e dagli effettori del SI?

Immunopatologia

Cosa succede quando le cose funzionano troppo o troppo poco? È possibile manipolare il SI?

Definizione di immunologia

Lo studio delle difese dell’organismo contro le infezioni. Questa disciplina nasce con la vaccinazione contro il vaiolo nel 1976.

Immunità e risposta immunitaria

Il SI è l’insieme di tessuti, cellule e molecole responsabili dell’immunità. Il processo coordinato di eventi che si sviluppa verso le sostanze estranee è chiamato risposta immunitaria. La funzione fisiologica del SI è la difesa verso agenti infettivi, ma anche sostanze di natura diversa possono stimolare una RI. La RI può generare conseguenze desiderabili o non desiderabili. Co-evoluzione antagonista di strategie d’invasione e di difesa.

Meccanismi di danno dei microorganismi

Invasione di organismi multicellulari o complessi da parte di microorganismi, geni (a nucleici), estranei (virus). Agenti infettivi: batteri (intra ed extra cellulari), virus (intracellulari), funghi, parassiti multicellulari. Possono essere tutti patogeni con meccanismi diversi.

• Produzione di endotossine (sepsi, meningite, tifo, polio...)
• Secrezione di esotossine (scarlattina, difterite, batteri...)
• Uccisione della cellula (virus, batteri, protozoi...)
• Attivazione di una risposta immunitaria abnorme

La RI è un’orchestra i cui componenti entrano in azione per fasi successive. La RI ha una valenza sistemica, dato che le cellule sono dotate in forma diversa della capacità di migrare; è regolata da meccanismi di feedback positivi per ampliare la reazione; è regolata da meccanismi di feedback negativi per riportare il sistema all’omeostasi e per prevenire risposte inappropriate o patologiche.

Antigeni

Definizione vecchia: sostanze capaci, una volta introdotte per via parenterale (eludendo la via digestiva) in organismi per i quali sono eterogenee, di stimolare questi organismi a produrre sostanze antagoniste dette anticorpi. Nuova definizione: qualsiasi sostanza (non per forza estranea o pericolosa) capace di provocare una RI umorale o cellulare.

Antigene capace di legare prodotti della RI; Immunogeno sostanza che lega un recettore e induce anche l’attivazione della RI stessa. Teoricamente qualsiasi sostanza può comportarsi da antigene (macromolecole o molecole di piccole dimensioni); non tutti gli antigeni sono immunogeni (dimensione, via d’ingresso, dose, estraneità...); di norma il SI risponde solo verso molecole estranee o non self mentre non genera una RI verso le molecole proprie o self, anche se in molti casi è in grado di riconoscerle; un antigene self per un individuo può diventare non-self per il SI di un altro soggetto (es. trapianto d’organo fra individui diversi di una stessa specie: trapianto allogenico che dà sempre rigetto). Trapianto autologo: da una zona a un'altra dello stesso soggetto.

Gli antigeni sono “riconosciuti” dai recettori che legano porzioni della struttura antigenica chiamati epitopi o determinanti antigenici. Epitopo: porzione della molecola antigenica che interagisce con una struttura recettoriale del SI.

Recettori

Strutture che servono alla cellula per decodificare il segnale ambientale. Una volta che interagiscono con i loro ligandi (molecole solubili o molecole espresse su un'altra cellula) si attivano vie di segnalazione fino ad attivare dei moduli genetici che possono far acquisire alla cellula stimolata delle funzioni differenti. Recettori aspecifici o specifici (i linfociti li presentano).

Linee di difesa contro i patogeni

Diverse linee di difesa nei confronti di diversi patogeni: sempre presenti, barriere inducibili, non specifiche, specifiche, diversificate, specializzate, capaci di ricordare e riconoscere, non dannose.

• Involucro: cute, mucose, vie respiratorie, apparato urogenitale e digerente
• Immunità innata: presente dalla nascita
• Immunità adattativa: specifica-acquisita; acquisiamo funzioni e le adattiamo

Involucro

Barriere meccaniche fisico-anatomiche; chimiche quali enzimi, peptidi, antimicrobici (defensine), pH; barriere microbiologiche microbiota normale.

Immunità innata

Componenti "umorali e cellulari" che intervengono subito e riconoscono strutture molecolari comuni e diffuse tra famiglie di microorganismi.

Difese umorali

• Enzimi antibatterici
• Antimicrobici (defensine alfa, beta, catelicidine)
• Proteine battericide (lecitine o collectine)
• Sistema della coagulazione
• Sistema del complemento e citochine

Il sistema della coagulazione favorisce la formazione di trombi che ostacolano la diffusione del patogeno, possono venire chiusi capillari di piccole dimensioni.

Difese cellulari

Cellule residenti nei tessuti e cellule reclutate dal sangue. Le cellule delle risposte innate riconoscono con i loro recettori strutture molecolari condivise da microbi di uno stesso gruppo ma non espresse dalle nostre cellule, riconoscendo self da non-self. A seguito di questo riconoscimento, le cellule inviano segnali di pericolo.

Immunità specifica

Si basa sui linfociti T e B. I T risposta cellulare, B risposta umorale producendo anticorpi solubili. Riconoscimento specifico.

Riconoscimento degli antigeni

Alta capacità di riconoscere e distinguere porzioni diverse anche di una stessa molecola. Ogni volta che rispondiamo a un antigene possiamo produrre una popolazione mista di anticorpi.

Riconoscimento specifico e selezione clonale

Ciascun individuo possiede un repertorio linfocitario cioè un insieme di linfociti diversi per i recettori. Quando un microbo entra in contatto con il repertorio linfocitario di un soggetto, l’antigene opera una selezione attivando solo quei linfociti con il recettore capace di riconoscere gli epitopi. Il linfocita B viene attivato e prolifera in modo da dare origine all’espansione clonale. La velocità di divisione è analoga solo alle cellule tumorali. Necessari almeno 4-5 giorni dall’incontro con il patogeno. La maggior parte delle cellule derivate dall’espansione clonale diventano cellule effettrici (plasmacellule nei linfociti B), rimangono poi delle cellule della memoria.

Antigene X → Risposta primaria anti-X con linfociti B naive → plasmacellule e linfociti B memoria → antigene X+antigene Y → risposta secondaria anti-X e risposta primaria anti-Y → linfociti B della memoria e plasmacellule. Sulla memoria immunologica si basa il principio della vaccinazione.

Immunità umorale

Affronta i microbi extracellulari, linfociti B, anticorpo secreto.

Immunità cellulare

• Microbi fagocitati sopravvivono nei macrofagi finché un linfocita T helper si attiva nei confronti dell’epitopo specifico, acquisisce capacità effettrice per aiutare le cellule innate (macrofagi e neutrofili), i fagociti attivati uccidono così i microbi.
• Microbi intracellulari che si replicano dentro alla cellula, linfociti T citotossici (specifici) attivati, selezione clonale ed espansione clonale, uccisione cellule infettate.

Il SI di ciascun soggetto risponde al non-self mentre è tollerante verso il self. Le risposte acquisite presentano:

• Specificità: risposta per ogni antigene
• Diversità: ampia varietà di antigeni
• Memoria: migliorare la risposta in seguito a ripetute esposizioni allo stesso antigene
• Espansione clonale: generare un grande numero di linfociti specifici per lo stesso antigene a partire da un piccolo numero di linfociti naive
• Specializzazione: risposte ottimali per combattere i diversi tipi di microbi
• Contrazione e omeostasi: permette al SI di rispondere a nuovi antigeni
• Mancata reattività al self: impedisce danni all’ospite nel corso delle risposte ad antigeni estranei

Migrazione cellulare: proprietà esclusiva delle cellule del SI, possono uscire dai tessuti, nel sangue, nella linfa o uscirne, processo finemente regolato da segnali molecolari diversi (molecole di adesione, chemochine, citochine, recettori...). Processo che le cellule tumorali in parte “copiano” per produrre metastasi.

Se il patogeno cresce entro una certa soglia, alcune cellule, attraverso la circolazione linfatica, possono raggiungere i linfonodi drenanti. Qui alloggiano i linfociti a cui viene presentato l’antigene. Dal linfonodo le cellule (B e T) usciranno attraverso la circolazione linfatica e poi andranno nel sangue che li distribuisce (i T) nel sito infettato. Cellule della risposta innata passano informazioni alle cellule delle risposte acquisite in modo che il nostro organismo sviluppi meccanismi più specializzati e adatti al patogeno.

Tipi di immunità

Immunità attiva: a seguito di antigene microbico (vaccinazione o infezione), richiede giorni o settimane, guarigione, viene lasciata la memoria (immunità).

Immunità passiva: viene prelevato del siero (anticorpi) da un soggetto immune e trasferito in un soggetto infetto, si ha guarigione. Dura poco questa immunità non essendo generata nel soggetto quindi non lascia memoria. Feto nel grembo materno e allattamento → immunità passiva.

Errori del SI: ipersensibilità immediata (allergia), autoimmunità, immunodeficienza (HIV).

Cellule delle risposte innate

• Neutrofili (Gn): nucleo bi-trilobato, funzione di scaricare il contenuto di granuli all’esterno e fagocitosi. 40-75% 3000-7000/mmc
• Eosinofili (E): bilobati, granuli nel citoplasma, scaricano contenuto dei granuli, i parassiti sono il loro bersaglio principale. 1-6% 100-400/mmc
• Basofili (B): nel sangue periferico prevalentemente, distinti dai mastociti nonostante vengano accomunati perché liberano entrambi mediatori dell’infiammazione ma hanno progenitori diversi. <1% 20-50/mmc
• Mastociti (Mc): promuovono infiammazione e attivano endoteli capillari nel microambiente circostante.
• (Monociti precursori) macrofagi (M): nel sangue periferico ma anche nei tessuti (controparte dei macrofagi), principali fagociti. 2-10% 100-700/mmc
• Natural killer (NK): cellule citotossiche con capacità innata, difesa contro cellule tumorali o virus.

Cellule risposte acquisite

Linfociti: inizialmente considerate cellule “inutili”, distinguono singole porzioni di un antigene complesso, si specializzano, cooperano tra loro, T e B. 20-50% 1500-3000/mmc

(Never Let Monkeys Eat Banana) Valori rilevati nel sangue periferico dei leucociti (4000-10500/mmc: conta leucocitaria totale).

Cellula emopoietica staminale pluripotente: nel midollo osseo, si auto rinnova e genera il progenitore mieloide e linfoide. Il secondo è comune ai linfociti T, B e anche NK (non certo). Il linfocita T completa la maturazione nel Timo, i B rimangono invece nel midollo osseo, così come le NK. Il progenitore mieloide è responsabile della maturazione delle altre popolazioni immunitarie. Alcune cellule in condizioni fisiologiche sono presenti solo nel sangue, altre invece anche nei tessuti (come mastociti e macrofagi) e possono rimanere per lungo periodo.

I diversi passaggi maturativi avvengono grazie a fattori solubili (citochine) singoli o in combinazione. Nella prima fase di maturazione i progenitori mieloidi sono guidati da Interleuchina 3 (IL-3), CSF (fattori stimolanti colonie, come M o G) danno origine a una colonia omogenea specifica. L’emopoiesi avviene nel midollo osseo nell’adulto; può essere basale (o fisiologica) se mantiene l’omeostasi oppure inducibile (o di emergenza) indotta in condizioni di stress nell’organismo (es. ascesso); è regolata da fattori solubili. Emopoiesi avviene in fasi iniziali nel sacco vitellino, poi nel fegato e milza fino alla nascita.

Cosa ci aspettiamo dalle cellule della RI innata? Che svolgano un certo numero di azioni diverse e rapide; che sentano “sensori” e rispondano ai pericoli e non a tutto ciò che transita nell’organismo (self vs non-self); in caso di necessità trasferiscono l’informazione a elementi più specifici e specializzati (linfociti).

Le prime cellule che percepiscono l’invasione microbica nei tessuti sono:

1. Macrofagi tissutali e mastociti che sono sensori residenti, promuovono infiammazione, possono avere vita lunga, possiedono famiglie di recettori, alcune fagocitano, sono capaci di attivare dei moduli genetici per generare una cascata di segnali, liberano i mediatori dell’infiammazione (citochine infiammatorie quali Tumor necrosis factor, IL1, IL6.., chemochine), svolgono quindi una risposta antivirale. I macrofagi quando diventano tissutali acquisiscono morfologie diverse a seconda del segnale che ricevono in un determinato tessuto (es. cellule di Kupffer nel fegato), hanno capacità di auto-rinnovamento. Tra le famiglie di recettori abbiamo: fagocitosi, per chemochine, per infiammazione, per citochine (es. mannosio, glucano, LPS, spazzino);
2. Granulociti: precocemente richiamati dal sangue nei siti d’infezione, hanno vita breve;
3. Monociti: circolanti richiamati dal sangue periferico, possono trasformarsi in macrofagi;
4. Cellule NK: in parte resistenti, importanti nelle infezioni virali.

Cellule dendritiche

Sono specializzate per la presentazione dell’antigene (APC professioniste) ai linfociti T e derivano da un precursore comune ai monociti-macrofagi. Sono in uno stato di maturazione intermedio: sono delle potenti cellule che catturano l’antigene, se il processo aumenta d’intensità le cellule cambiano il loro assetto fenotipico e le caratteristiche dei recettori e attraverso la linfa migrano nei linfonodi, dove svolgono la funzione di APC professioniste. Dendritiche plasmocitoidi hanno la funzione di produrre interferoni, possiedono origine e funzione diverse.

Tipi di granulociti

• Neutrofili: granuli primari con perossidasi, fosfatasi acida; granuli secondari con lisozima; granuli terziari.
• Eosinofili: affinità per l’eosina dei granuli, no fagocitosi, proteina basica maggiore, presenti anche nei tessuti, importanti nelle parassitosi;
• Basofili: rari, presenti nel circolo ematico, no fagocitosi, istamina, ruolo fisiologico non chiaro, talvolta aumentati nei pazienti allergici.
• Mastociti: progenitore diverso dai basofili, cellule delle reazioni allergiche, asma, anafilassi.

Cellule NK

Citotossiche naturali per contrapporle ai linfociti T citotossici. Entrambi appongono danno sulla membrana della cellula bersaglio, i NK hanno effetto immediato, i T vanno incontro a varie fasi. Non possiedono recettori specifici per l’antigene, i T si. Attivazione sommatoria di segnali negativi o positivi generati da recettori inibitori o attivatori. Nell’uomo si trovano nel sangue (5-20%) e anche nei tessuti. Dopo 6-8 ore in pozzetti con cellule tumorali si dimostra che nel nostro sangue è presente un’attività citotossica naturale (spontanea) a carico di una piccola componente di cellule mononucleate che sono le NK o large granular lymphocytes (LGL). La nostra attività dei NK è molto variabile da giorno a giorno, in base ai farmaci. Oltre all’azione citotossica rilasciano citochine, in particolare IFN (interferone) gamma. Possono uccidere anche cellule self alterate, oltre a cellule tumorali e infettate da virus (Citotossicità naturale: no MHC, no memoria immunologica). Mediano anche la citotossicità dipendente da anticorpo (ADCC) in cui un anticorpo fa da ponte tra NK e cellula target, diretta contro IgG coated cells; oltre alla citotossicità naturale in cui i recettori delle NK legano direttamente il target. Rilasciano citochine (TNF alfa, IFN gamma, CSFs, TGF beta, chemochine).

Risposte immunitarie specifiche

Attive nei confronti del non-self in un contesto infiammatorio, dotate di specificità per l’antigene e mantengono la memoria, cellule attivate e i loro prodotti reclutati nella sede dove è in corso il processo infiammatorio. Le plasmacellule in condizioni fisiologiche non circolano, sono presenti invece nel midollo.

Linfociti: derivano da precursore linfoide midollare, sono le uniche cellule antigene-specifiche, memoria immunologica, alto livello di specializzazione, distinti in T e B e in sottopopolazioni, la loro azione procede per fasi (attivazione, proliferazione, differenziazione), l’attivazione richiede la presenza di un doppio segnale (segnale 1 si ha riconoscimento specifico + segnale 2 complementare o costimolo, ricevuto dalle cellule dendritiche, che genera la risposta infiammatoria superando la fase di quiescenza), possono essere distinti anche sulla base del loro stato di differenziazione (naive, effettori, memoria) o dello stato funzionale (quiescenti o attivati). I linfociti T e B sono Ag specifici perché possiedono recettori clonalmente distribuiti. Possiedono un solo recettore responsabile del riconoscimento specifico, nelle cellule B avremo il recettore BCR e TCR nelle T.

Il BCR è un anticorpo di membrana che anziché essere solubile è una molecola transmembrana. Nelle fasi finali l’anticorpo diventa una molecola solubile che può raggiungere così qualsiasi distretto. (Risposta umorale) Il TCR riconosce l’antigene ma non ha funzione effettrice, non diventa molecola solubile.

Compartimento umorale delle risposte innate

Molecole presenti nei fluidi extracellulari e nel sangue in grado di legare i microrganismi. Il legame ai microrganismi determina le seguenti funzioni: opsonizzare, ossia favorire la fagocitosi; attivazione del processo infiammatorio; morte del batterio.