Immunità e infiammazione acuta

Lezione 3 (18/03/16)

La vaccinazione induce una risposta immunitaria contro un patogeno modificato in modo tale che mantenga le caratteristiche antigeniche ma non le capacità patogene; in questo modo l’organismo ha già acquisito le difese perché possano rimanere a lungo termine.

Immunità naturale, infiammazione e immunità acquisita

Immunità naturale, infiammazione e immunità acquisita sono aspetti complementari e interdipendenti della risposta che l'organismo riesce a sviluppare nella sua interazione con l'ambiente. Questo vale soprattutto per l'incontro con i microbi (batteri, virus, parassiti, funghi) che sono capaci di evocare una risposta immunitaria specifica (hanno antigeni immunogeni), possono cioè indurre la produzione di anticorpi (Linfociti B) e/o la risposta citotossica (Linfociti T CD8) che riconosce e distrugge le cellule dell'organismo infette, cioè che portano i microrganismi al loro interno. L'immunità naturale e l'infiammazione possono essere evocate da microrganismi ma anche da altri stimoli dannosi che sono stati capaci di distruggere le cellule dell'organismo (cause fisiche e chimiche come radiazioni o agenti chimici o traumi) senza necessariamente innescare una risposta immunitaria specifica.

Barriere fisiche e microbiota

La cute è una barriera fisica, che non permette l'ingresso a germi esterni. Le ghiandole sebacee producono il sebo, che conferisce il giusto pH alla cute e permette la crescita della flora microbica saprofita, cioè batteri che non sono patogeni, ma poiché occupano e vivono nella cute e nelle mucose impediscono ad altri germi di attecchire. Tosse e starnuti e i movimenti peristaltici dell'intestino sono azioni che esercitano la funzione di respingere l'eventuale ingresso dei microrganismi, così come il movimento delle ciglia nelle vie aeree. Tutti questi sono meccanismi innati non indotti. Sono naturalmente presenti dalla nascita in tutti gli individui. Il microbiota è l'insieme dei microrganismi che è presente sulla cute e sulle mucose, soprattutto nell'intestino e in particolare nel colon. Dalla nascita si instaura un processo di tolleranza verso questi organismi che ci sono alleati, producendo per noi sostanze utili e importanti. In particolare quelli intestinali partecipano al metabolismo di carboidrati e lipidi, generano energia e creano una collaborazione positiva con il nostro sistema immunitario.

Molecole e secrezioni

Sulla cute e nelle mucose sono presenti secrezioni che uccidono o allontanano i microrganismi: la saliva nella bocca lava la mucosa e contiene il lisozima, una sostanza ad azione antibatterica, capace di distruggere germi Gram positivi. Il lisozima catalizza l'idrolisi del legame β-1,4 tra N-acetilmuramico (NAM) e la N-acetilglucosammina (NAG) che sono la componente principale del peptidoglicano. Il lisozima è presente anche nelle lacrime, che lavano le congiuntive, e nel muco nasale. Il pH acido dello stomaco, la tosse, gli starnuti, le ciglia nei bronchi, la produzione di muco e le lacrime hanno la funzione di espellere e allontanare un potenziale patogeno.

Cellule Natural Killer e cellule dendritiche

Cellule Natural Killer (NK)

Le cellule Natural Killer sono come i linfociti T senza però i cell receptor. Sono una classe particolare di linfociti, diversa dai Linfociti B e T, che riconosce le cellule che hanno microrganismi intracellulari e le uccide. Producono la più potente molecola che attiva i macrofagi: l'interferone-γ.

• Riconoscimento e uccisione delle cellule infette che non hanno più i Complessi Maggiori di Istocompatibilità di Classe I (MHC I) o sono ricoperte di anticorpi (Citotossicità anticorpo mediata, ADCC)
• Stimolazione dei macrofagi alla fagocitosi

Nelle Cellule NK ci sono recettori attivatori e recettori inibitori. Impediscono il trapianto da un soggetto non compatibile, questi recettori sono identici solo nei gemelli monovulari.

• Recettori attivatori: riconoscono le molecole di cellule danneggiate e infette da virus o batteri intracellulari. Inoltre riconoscono il danno al DNA e le cellule neoplastiche. NKG2D è il recettore che riconosce una particolare classe di MHC I espressa in risposta a stimoli dannosi. Oppure entra in gioco un recettore per le IgG legate alla superficie di una cellula, che innesca il processo della citotossicità anticorpo mediata (ADCC). La trasduzione del segnale porta alla fosforilazione di residui di tirosina presenti nei domini ITAM (Immunoreceptors Tyrosine-based Activation Motifs) della porzione citoplasmatica dei recettori e attiva la trasduzione del segnale.
• Recettori inibitori: si legano ai recettori MHC1 presenti in tutte le cellule sane di un organismo e bloccano i recettori attivatori. Ne esistono diversi tipi: Recettori Inibitori delle cellule Killer, KIR, il CD94 e NKG2. Contengono motivi inibitori immuno-recettoriali tirosin dipendenti (ITIM) che vengono fosforilati quando il recettore di lega al MHC1. Il legame attiva delle fosfatasi che rimuovono i residui di tirosina e impediscono l'attivazione. Se un virus modifica l'espressione di MHC1, riducendone l'espressione, questo meccanismo di inibizione non funziona per cui le NK intervengono e possono eliminare la cellula infetta. La mancata attivazione dei recettori inibitori (dovuta a mancanza o cambiamento delle molecole MHC1) innesca la distruzione della cellula che ospita microrganismi al suo interno.

Conseguenze dell'attivazione delle cellule NK:

• Secrezione del contenuto dei granuli che alterano la permeabilità e lisano la cellula infetta.
• Produzione di interferone-γ in seguito alla secrezione di Interleuchina 12 (IL-12) da parte dei macrofagi attivati che hanno ingerito microrganismi.

Cellule dendritiche

Una seconda categoria di cellule importanti nell’immunità innata sono le cellule dendritiche. Sono così chiamate perché hanno un citoplasma con molte ramificazioni che ricordano morfologicamente le cellule nervose. Sono distribuite vicino a tutti i punti di ingresso e di comunicazione con l’esterno. Li troviamo al di sotto di tutti gli epiteli di rivestimento, oltre che a quelli cutanei anche a quelli di tutte le mucose. Sono un po’ come delle sentinelle: proprio per la loro vicinanza ai potenziali punti di ingresso dei patogeni sono in grado di intercettarli immediatamente. Presentano recettori PRR e TLRs con i quali catturano i microrganismi che sono riusciti a penetrare e li portano al loro interno, degradandoli nel citoplasma. I frammenti di queste molecole (antigeni) vengono utilizzati per istruire le cellule dell'immunità acquisita a produrre la risposta immunitaria specifica. Questo è uno degli esempi di integrazione fra immunità innata e immunità acquisita. La fagocitosi porta alla distruzione di un microrganismo e alla sua frammentazione in molte molecole. Quando la cellula dendritica ha catturato il patogeno, perde la capacità di fagocitare e acquisisce quella di muoversi, si infila nel primo vaso linfatico che trova e se ne va ai linfonodi. Nei linfonodi le cellule dendritiche espongono i frammenti antigenici e li presentano alle cellule T. Un compito analogo viene svolto dai macrofagi. Inoltre in seguito al legame con i linfociti T, sia le cellule dendritiche che i macrofagi producono le molecole indispensabili perché la risposta dei linfociti T sia completa (2° segnale). Tutte le cellule che presentano l'antigene ai linfociti T prendono così il nome di APC (Antigen Presenting Cells). C'è una seconda categoria di cellule dendritiche residenti nei follicoli linfatici (follicolar dendritic cells) e che interagisce con i linfociti B ed è completamente differente dalle altre cellule dendritiche. Si tratta di cellule che partecipano a funzioni dell'immunità acquisita. Le cellule dendritiche vegliano in tutti i luoghi nei quali potenzialmente un patogeno potrebbe entrare, sono dotate di recettori in grado di riconoscere molecole presenti sulla superficie di questi patogeni, li catturano e li degradano fino ad impossessarsi di piccole frazioni di peptidi che portano ai primi linfonodi periferici. Si muovono, abbandonano la postazione e trasportano attraverso i linfatici queste molecole, le portano ai linfonodi quindi alle cellule B e T che iniziano a partecipare alle funzioni dell’immunità acquisita. Sono cellule dell’immunità innata ma hanno un legame profondo con l’immunità acquisita. Le cellule dendritiche (DC) attivano la risposta immunitaria. Le cellule dendritiche ancora immature, presenti vicino ai punti di ingresso dei microrganismi, internalizzano e degradano proteine, detriti e microbi (se presenti) in modo costante. Il legame di componenti microbici ai Recettori Toll-like (TLR) induce la maturazione delle DC che cessano di internalizzare nuovo materiale, migrano nel linfonodo, up-regolano le molecole MHC II (Complessi Maggiori di Istocompatibilità di classe II), B7 e B7.1 (molecole costimolatorie) per la presentazione dell’antigene e producono citochine che attivano i linfociti T. Le citochine prodotte dalle DC e l’interazione di queste ultime con i linfociti T helper “naive” danno inizio alla risposta immunitaria.

Altre cellule:

• Linfociti T intraepiteliali: sono presenti nella cute e nelle mucose, e sono Linfociti T a tutti gli effetti ma con un recettore TCR particolare, caratterizzato da 2 catene diverse da quelle di tutti gli altri Linfociti T (γ e δ invece che α e β).
• Linfociti NK-T: anche questi sono Linfociti T ma hanno anche marcatori di membrana delle cellule NK e riconoscono lipidi microbici.
• Linfociti B-1: sono Linfociti presenti nelle mucose e nel peritoneo e producono anticorpi dopo aver interagito con molecole e tossine microbiche.

Citochine

Le citochine sono piccole molecole di dialogo, tra tutte le cellule del sistema immunitario. Il termine citochine si riferisce ad una proteina di origine cellulare che esercita un’attività regolatrice autocrina o paracrina. Le citochine sono fondamentali per la regolazione dell’infiammazione e per la differenziazione e l’attivazione delle cellule della risposta immune, inclusi linfociti B, T e cellule APC. A parte gli interferoni, che sono una categoria particolare, ve ne sono tanti tipi: abbiamo le monochine (fagociti mononucleari), le linfochine che sono linfociti T attivati; le interleuchine; le chemochine che hanno una funzione di chemo-attraccante e fanno sì che le cellule si muovano in una particolare direzione. Sono state identificate inizialmente come fattori di crescita.

• Prodotte sia dalle cellule dell’immunità innata che specifica
• Mediano e regolano le risposte immuni
• Sono prodotte quando è necessario per un tempo limitato
• Non sono conservate
• La sintesi avviene dopo la trascrizione del gene
• La stessa citochina può essere prodotta da cellule diverse
• Alcune citochine possono agire su cellule diverse (effetto pleiotropico)
• In alcuni casi più citochine possono agire sulla stessa cellula (effetto sinergico)
• Solo in pochi casi la loro azione è antagonista
• Le azioni delle citochine possono essere locali o sistemiche
• Alcune citochine possono influenzare la sintesi e/o l’attività di altre citochine
• Le citochine svolgono la loro funzione legandosi a recettori specifici espressi dalle cellule

Le cellule bersaglio delle citochine hanno specifici recettori di membrana, che presentano sempre una porzione intracitoplasmatica per la trasduzione del segnale. A questo segue la risposta cellulare, cioè l'effetto biologico indotto dal legame fra la citochina e il suo recettore. Le funzioni delle citochine sono:

• Funzioni legate ad immunità naturale ed infiammazione
• Regolano la risposta immunitaria acquisita
• Stimolano l’emopoiesi

Gli interferoni sono una linea difensiva importantissima nelle infezioni virali. Le cellule infette da virus rilasciano INF di tipo 1 (α e β) che agiscono sulle cellule vicine, bloccandone la sintesi proteica e quindi la replicazione virale. Sulla cellula infettata da virus aumentano l’espressione di MHC di classe I, facilitando l’azione dei CTL (linfociti T citotossici).

Il TNF è prodotto principalmente dai monociti-macrofagi attivati; è molto importante perché a basse concentrazioni favorisce la risposta alle infezioni, stimolando la sintesi di molecole chemiotattiche e di molecole di adesione. Ad alte concentrazioni induce febbre e reazioni cardiovascolari potenzialmente letali. È un importante mediatore dell’infiammazione acuta.

IL-1 è prodotta principalmente da macrofagi attivati, agisce parallelamente al TNF e ne condivide molte funzioni ma non è letale. IL-6 è prodotta principalmente dai macrofagi attivati e da altre cellule, induce produzione di proteine di fase acuta da parte del fegato.

Le chemochine sono sostanze ad azione chemotattica, guidano altre cellule ad arrivare dove si è verificato il danno. Sono le più piccole di tutte le citochine e sono prodotte da macrofagi, cellule T e fibroblasti.

L’interleuchina 12: i macrofagi e le cellule dendritiche, attivati dal contatto con il microrganismo, producono IL-12 che induce la sintesi di INF-γ da parte dei linfociti T e NK, e stimola la capacità citolitica di NK e CTL.

L’interleuchina 2: i linfociti non attivati esprimono un recettore per l’IL-2 a bassa affinità composto solo dalle catene β e γ. Dopo contatto con l’antigene, viene espressa anche la catena α e il recettore diventa ad alta affinità. Questo fa sì che IL-2 stimoli i linfociti che hanno già incontrato l’antigene. È l’interleuchina fondamentale per l’attivazione di linfociti T e B.

Citochine ed emopoiesi: il fattore delle cellule staminali (stem cell factor, SCF) è il ligando del recettore tirosin kinasico c-kit e promuove la crescita delle cellule staminali. IL-3 è un fattore di crescita per tutti i progenitori midollari, mentre IL-7 promuove solo la crescita di progenitori linfoidi. I colony stimulating factors (CSF) promuovono la crescita di cellule di tipo mieloide o granulocitico.

Proteine plasmatiche dell’immunità innata

Queste proteine sono legate soprattutto ad un'altra funzione difensiva molto importante nell'immunità innata: la fagocitosi, cioè il processo attraverso il quale le cellule deputate a questo compito (granulociti neutrofili e macrofagi) catturano e distruggono i microrganismi. La fagocitosi è a sua volta supportata e amplificata da un sistema di proteine presenti nel sangue e prodotte dal fegato che prende il nome di complemento. Le proteine del complemento sono tutte prodotte dal fegato e sono presenti in forma inattiva nel sangue. Il complemento ha come funzione principale di fissarsi alla superficie del microrganismo e di provocarne la morte per lisi, ma ha anche altre funzioni, tra cui quella di favorire la fagocitosi e contribuire ad attivare l’infiammazione acuta.

• Lectina plasmatica legante il mannosio (MBL), prodotta dal fegato, appartiene alla famiglia delle collectine, favorisce la fagocitosi e attiva il complemento (legano il mannosio in posizione terminale specifico dei microbi).
• Proteina C reattiva favorisce la fagocitosi da parte dei macrofagi. In seguito ad infezione molte di queste proteine aumentano. In gran parte vengono prodotte dal fegato e prendono il nome di proteine della fase acuta.
• Le proteine del complemento prodotte dal fegato sono fondamentali per numerose funzioni del sistema immunitario e aumentano il potere fagocitante dei fagociti (neutrofili e macrofagi).

La fagocitosi è svolta principalmente da granulociti neutrofili e macrofagi. La fagocitosi è un processo attraverso il quale i microrganismi vengono riconosciuti, catturati, uccisi e digeriti dalle cellule fagocitarie. È un processo indipendente ma strettamente legato all’infiammazione acuta, la quale porta le cellule in sede di danno da parte del patogeno. È anche importante nell’eliminare i resti cellulari che derivano da morte cellulare in seguito a danni non biologici. Sono sempre i fagociti che con i loro recettori DAMP riconosceranno molecole derivate dalla distruzione di cellule e le elimineranno. Viene ricostruito il tessuto il più vicino possibile alla situazione originaria; in ogni caso la fase di eliminazione del patogeno e dei detriti cellulari è sempre presente. Questo è funzionalmente il significato di portare i fagociti in sede di danno. Se il microrganismo ha invaso un tessuto, provocando un danno alle cellule lì presenti, i macrofagi residenti riconoscono il microrganismo e iniziano a produrre sia citochine (Tumor Necrosis Factor, TNF, e Interleuchina 1, IL-1) che agiscono sull'endotelio che produce chemochine (citochine di dimensioni molto piccole, 6-14 Kd, a funzione chemiotattica) che “attirano” i leucociti che fuoriescono dai vasi. Il primo passo perché possa avvenire la fagocitosi è il riconoscimento, cioè un legame tra fagocita e microrganismo. I fagociti possono riconoscere i microrganismi grazie a specifici recettori. Le componenti dell'immunità innata possono riconoscere i microrganismi perché individuano molecole che sono presenti esclusivamente nei microrganismi e non nell'organismo di appartenenza:

• Residui di mannosio terminali sulle glicoproteine batteriche (invece di acido sialico e N-acetilglucosammina che sono in posizione terminale nell'organismo umano)
• Lipolisaccaride batterico (LPS)
• Molecole di RNA a doppio filamento (presenti solo nei virus)
• Sequenze CpG non metilate (mentre tali sequenze sono spesso metilate nei vertebrati)
• Proteine batteriche (flagellina)

Abbiamo tanti tipi di recettore in grado di legarsi a molecole presenti sulla superficie del microrganismo. Questi sono i PRR e i Toll-like Receptor, gli stessi che attivano tutte le risposte dell’immunità innata. La presenza di questi recettori permette di riconoscere e legare: senza queste fasi la fagocitosi non parte.