Immunità innata e nozioni, Patologia generale

Immunologia

Immunità innata

L'immunità innata rappresenta il primo meccanismo di difesa contro le infezioni. È costituita innanzitutto dalle barriere epiteliali; esse rappresentano una barriera fisica all'infezione, contengono anche delle sostanze con potere antimicrobico e inoltre la presenza di linfociti intraepiteliali favorisce l'aggressione e l'uccisione dei microbi. L'immunità innata può riconoscere un ampio spettro di patogeni grazie ad un elevato numero di recettori invarianti. I componenti chiavi includono:

• Cellule: monociti/macrofagi, granulociti polimorfonucleati, cellule NK, mastociti e piastrine.
• Complemento: un complesso sistema di proteine che reagendo a cascata costituiscono un sistema effettore molto efficace nelle reazioni anticorpo mediate e non.

Le “cellule sentinella” (cellule epiteliali, fagociti, cellule dendritiche) esprimono combinazioni di recettori che si sovrappongono e che producono risposte tessuto-specifiche alle stimolazioni microbiche. Tra queste cellule vi sono i mastociti. Essi derivano dal precursore emopoietico. Si trovano nella cute e nelle mucose. Sono in grado di riconoscere il microbo e comunicare tale segnale ad altre cellule che vengono reclutate nel luogo dell'infezione.

I mastociti presentano nel citoplasma dei granuli preformati che vengono rilasciati dopo il contatto. Questi contengono: istamina (che provoca la dilatazione dei vasi sanguigni che irrorano la zona invasa), proteasi (che degradano proteine estranee), TNF (una citochina che allerta il sistema immunitario). Inoltre, rilasciano lipidi mediatori per la via dell'acido arachidonico. Degradano alcuni veleni e attivano i linfociti T e alcune cellule del sangue. La loro attivazione è graduale rispetto all'insulto. Se l'attivazione è debole si ha solo degranulazione. Se è più forte oltre alla degranulazione si ha la sintesi di altre sostanze utili alla risposta. L'attivazione dei mastociti può essere diretta o indiretta (Fc mediata, CR mediata).

I fagociti derivano dalle cellule staminali del midollo osseo. Si parla di sistema dei fagociti in quanto possono presentarsi o nella fase ematica (monocita) o nella fase tissutale (macrofago). In base al tessuto in cui si trovano assumono forme e caratteristiche diverse.

Strategie dell'immunità innata

Le strategie messe in atto dall'immunità innata sono:

• Riconoscimento del non-self: identificazione di strutture molecolari proprie del microbo chiamate PAMPs (Pathogen Associated Molecular Patterns).
• Riconoscimento del missing-self: strutture molecolari normalmente espresse sulle cellule che si perdono in corso di infezione e/o trasformazione.
• Riconoscimento del self alterato: presenza di marker modificati in seguito ad infezione, trasformazione neoplastica o apoptosi.

Identificazione del non-self

Tra gli agenti patogeni vi sono delle strutture che non cambiano, in quanto fanno parte del batterio o del virus stesso. Come il lipopolisaccaride nei batteri Gram- o l'RNA a doppia elica nei virus. Quindi i recettori identificano tali strutture come non-self. Tali recettori vengono chiamati PRRs (Pattern Recognition Receptors).

I PRRs possono essere:

• Recettori di secrezione: riconoscono i PAMPs sulla superficie del patogeno “segnalandolo” per il riconoscimento da parte dei fagociti (opsonizzazione) o per l'attivazione del complemento. Un esempio sono le collectine. Sono oligomeri formati da triple eliche proteiche con domini di lectina di tipo C. Legano i carboidrati in modo Ca⁺⁺ dipendente e riconoscono un'ampia varietà di PAMPs.
• Recettori fagocitici: riconoscono i PAMPs e mediano l'internalizzazione del patogeno e la formazione del fagolisosoma. Si trovano sulla superficie di neutrofili, macrofagi, c. dendritiche ed epiteliali che possono venire a contatto con l'antigene. In seguito alla distruzione del patogeno presentano dei peptidi ai linfociti T. Si distinguono in:
  • Recettori non opsonici: riconoscono direttamente il patogeno. Come gli scavenger receptors e i recettori per il mannosio.
  • Recettori opsonici: riconoscono molecole dell'ospite poste sulla superficie del microbo.
• Recettori di segnale: inducono una risposta dell'ospite attraverso trasmissione del segnale intracellulare e si trovano sulla superficie cellulare delle cellule dell'immunità innata o su cellule epiteliali o nel citosol, dove riconoscono patogeni che riescono a entrare nella cellula. Un esempio sono i toll receptors. Essi sono proteine con una porzione extracellulare ed un dominio citoplasmatico simile a quello del recettore per IL-1. Entrambi portano all'attivazione del fattore di trascrizione NFkB che codifica per le citochine. Tali recettori oltre a legare molecole non-self legano anche molecole self sintetizzate in condizioni di allarme. Sono recettori ubiquitari, possono essere espressi sia sulle membrane cellulari che sugli endosomi. In seguito al legame con l'antigene, due recettori dimerizzano interagendo tra di loro. In base ai diversi agenti patogeni danno al sistema immunitario la via da seguire, attraverso l'espressione di differenti combinazioni di TLR. Le principali molecole adattatrici (secondi messaggeri) sono Myd88 e TRIF che portano rispettivamente alla produzione di citochine pro infiammatorie e di interferone di tipo 1. La produzione esagerata di citochine infiammatorie stimolata dall'attivazione dei TLRs può indurre pesanti conseguenze sistemiche come lo shock settico indotto da LPS.

Gli organismi hanno evoluto quindi meccanismi di regolazione: SOCS1 (Suppressor Of Cytokine Signalling) insieme ad altri mediatori regola negativamente le vie di attivazioni citochiniche agendo all'interno della trasduzione del segnale. Esistono anche meccanismi locali di regolazione data dall'espressività differente da tessuto a tessuto. Ad esempio nell'intestino sono prodotte una grande quantità di molecole regolatrici (IRAK-M, TOLLIP, SHIP) in modo da non inficiare sulla flora batterica locale commensale. I TLRs sono anche importanti in determinate terapie di patologie. Queste vengono effettuate con “analoghi”: molecole in grado di legarsi ai TLRs in modo da tenere attivo il sistema immunitario.

Un altro tipo di recettori di segnale sono i recettori NOD. Simili ai TLRs come modalità d'azione, si trovano a livello citoplasmatico. La trasduzione del segnale comporta la formazione di una rete proteica: l'inflammasoma, che porta all'attivazione di NFkB e quindi alla sintesi di citochine. L'inflammasoma e i TLRs servono da “priming” per la produzione di IL-1. Il riconoscimento da parte dei TLRs genera segnali che attivano la risposta adattativa. Proteine del microrganismo sono processate e dei peptidi sono presentati al linfociti T. Inoltre, tale riconoscimento porta all'attivazione di vie che inducono l'espressione di citochine, chemochine e molecole costimolatorie.

Il complemento

Per complemento intendiamo una serie di circa 20 proteine che agiscono in sequenza (a cascata) e che hanno capacità catalitica. Sono in grado di interagire tra di loro e con le membrane cellulari. Fa parte dell'immunità innata ma ha importanti collegamenti con quella adattativa. Il complemento viene attivato da tre diverse vie:

• Via classica: attraverso un sistema Ag-Ab.
• Via lectinica: attivata dalla MBL (Lectina Legante il Mannosio).
• Via alternativa: continuamente attiva; la presenza di un patogeno accelera questa attivazione.

Via classica

L'attivazione della via classica dipende dall'interazione di 3 proteine del complemento (C1, C4 e C2) con il complesso Ag-Ab. La reazione inizia con il legame di C1 con le immunoglobuline di tipo IgG e IgM, legate all'Ag. La componente C1 è costituita da 3 subcomponenti: C1q, C1r e C1s. C1q si lega alla regione Fc delle Ig e per attivarsi necessita di legarsi a due porzioni Fc contemporaneamente (le IgM pentameriche sono più efficaci delle IgG monomeriche). Questo legame attiva la C1r che attiva la C1s. La C1s scinde la C4 in due frazioni: il C4a che rimane in circolo nel plasma e la C4b che si lega alla membrana. C4b a sua volta attiva C2 in due frazioni: C2a e C2b. C2b che va in circolo e C2a si lega alla C4b formando il complesso C4bC2a. Questo complesso costituisce l'enzima C3 convertasi della via classica capace di legare il C3 e scinderlo in C3a, che va in circolo, e C3b capace di legarsi sia alla membrana batterica con finalità opsonizzanti, sia al complesso C4bC2a costituendo così la C5 convertasi della via classica.

Via lectinica

La via lectinica viene attivata dal legame del mannano (che si trova sulla superficie del patogeno) al MBL. Il legame permette l'interazione con l'enzima MASP1. Questo a sua volta attiva MASP2 che scinde la C4 e il meccanismo continua come nella via classica.

Via alternativa

In condizioni normali si verifica continuamente la scissione del C3 circolante a un ritmo lentissimo con formazione di piccole quantità di C3b. Questo se rimane in circolo viene prontamente inattivato. Se invece si lega alla superficie di cellule (per esempio batteriche) può associarsi ad una proteina plasmatica chiamata Fattore B. Appena legatosi al C3b il Fattore B perde un piccolo frammento (Ba) ad opera di una proteasi chiamata Fattore D. Il frammento residuo (Bb) rimane legato al C3b formando il complesso C3b-Bb che rappresenta la C3 convertasi della via alternativa. La prosperdina (o fattore P) è una proteina plasmatica che stabilizza questo complesso. Al posto della prosperdina può legarsi un'altra subunità di C3b formando la C5 convertasi della via alternativa. La C3 convertasi è capace di scindere grandi quantità di C3 solo se il complesso si forma sulle membrane batteriche. Se si forma su cellule self il complesso viene subito degradato per la presenza dell'acido sialico.

Tutte e tre le vie portano alla formazione di C5 convertasi che è il primo elemento della via finale comune. Le C5 convertasi scindono la C5 in due frammenti C5a, che rimane in circolo, e C5b che si lega ad altre proteine del complemento già presenti sulla membrana. Si possono così legare altre due proteine del complemento, la C6 e la C7, formando il complesso C5bC6C7. Una volta legata, C7 si inserisce nel doppio strato lipidico del patogeno e lega la componente C8. Anche questa si inserisce nella membrana del patogeno. Alla C8 si lega la C9 che polimerizza (poliC9) formando il MAC (Membran Attack Complex) completo. Si forma un poro nella membrana batterica generando la lisi osmotica del bersaglio. Tuttavia non tutte le cellule patogene possono essere lisate. Ad esempio i Gram+ hanno una spessa parete di peptidoglicano.

Meccanismi di regolazione

Servono ad impedire che il complemento si attivi su cellule dell'organismo. Sono attuati da proteine circolanti della famiglia dei regolatori dell'attività del complemento (RCA):