Immunologia

Cellule e tessuti del sistema immunitario

La protezione dell'organismo

Difese fisiche e biochimiche: cute (barriera fisica, rinnovamento strato corneo, basso pH grazie alle ghiandole) e mucose (barriera fisica, produzione di peptidi ad attività microbicida, secrezioni come lisozima e glicoproteine inibenti virus e batteri).

Antigeni

Antigeni: sostanza che induce corpi del sistema immunitario (anticorpi) - esogeni - endogeni, ovvero generati all'interno delle cellule come conseguenza del metabolismo cellulare normale, tumorale o a causa di un'infezione - autoantigeni, ovvero una proteina del nostro organismo che viene riconosciuta dal sistema immunitario.

Organi del sistema immunitario

• Centrali (midollo osseo e timo)
• Periferici (linfonodi, milza, sistema linfoide associato alle mucose e alla cute)

Cellule del sistema immunitario

• Stanziali (mastociti, macrofagi e cellule dendritiche)
• Circolanti (granulociti, linfociti, monociti e cellule dendritiche)

Organizzazione della risposta immune

Immunità innata: componenti del sistema immunitario presenti in tutti i tessuti dell'organismo, attivate dall'esposizione ad agenti esterni in virtù di recettori monomorfi (recettori non clonali).

Immunità specifica o acquisita: componenti del sistema immunitario presenti nei tessuti linfoidi ed attivate dall'esposizione ad agenti esterni in virtù di recettori specifici clonali che agiscono una seconda volta grazie alla memoria immunologica. L'immunità acquisita si distingue in umorale e cellulare. Specificità antigenica, diversità, memoria, riconoscimento self/non-self.

Fasi della risposta immunitaria

Fase di riconoscimento → attivazione (linfociti T effettori) → effettrice (immunità cellulare e umorale per eliminare l'antigene) → declino della risposta e omeostasi → memoria.

Timo e midollo osseo

Il timo induce e sviluppa la tolleranza verso il self. Nel midollo osseo, le cellule della linea mieloide e linfoide si sviluppano dalle cellule staminali pluripotenti sotto lo stimolo di fattori di crescita prodotti dalle cellule stromali e endoteliali del midollo osseo.

Linfonodi e milza

Nei linfonodi hanno inizio le risposte immunitarie specifiche agli antigeni proteici. I follicoli con linfociti B stimolati dall'antigene proliferano e maturano, producendo anticorpi. Qui avviene anche l'interazione tra B e T. La milza è coinvolta nelle risposte immunitarie ad antigeni presenti nel sangue.

Sistema immunitario delle mucose e della cute

Aggregati di tessuto linfoide non capsulato → Innata: memoria assente, controllo e limitazione dell'infezione, pronta risposta, linfociti NK. Acquisita: memoria, sradicazione dell'infezione, linfociti T e B, con recettori specifici per antigene, immunità di lunga durata.

Cellule immunitarie specifiche

• Linfociti T citotossici: combattono agenti virali e cellule tumorali.
• Linfociti T helper: coordinano l'attività dell'intero sistema immunitario.
• Macrofagi: fagocitano i batteri e rilasciano citochine.
• Mastociti: rilasciano istamina, eparina (un anticoagulante), citochine ed altre sostanze chimiche.
• Eosinofili: combattono i parassiti e partecipano alle reazioni allergiche.

Cellule dendritiche

Globuli bianchi che attivano il sistema immunitario catturando gli antigeni ed esponendoli all'azione delle cellule "killer" (i linfociti T). Le cellule dendritiche si concentrano a livello dei tessuti che fungono da barriera con l'ambiente esterno, dove ricoprono il ruolo di vere e proprie "sentinelle". Dopo essere entrate a contatto con porzioni di agenti estranei ed averle esposte sulla loro superficie, migrano a livello dei linfonodi dove avviene l'incontro con i linfociti T.

Immunità innata I

Monociti e macrofagi

Monociti: In seguito a stimoli chemiotattici e infiammatori, la cellula raggiunge il compartimento vascolare e poi il tessuto, dove matura in macrofago. Contengono nel citoplasma granuli primari e secondari.

Macrofagi: Fagocitano (fagosoma e fagolisosoma con idrolasi acide), secernono citochine proinfiammatorie e presentano l'antigene ai linfociti T. Assumono caratteristiche citomorfologiche diverse a seconda del tessuto nel quale si sono localizzati. Quando avvengono infiammazioni croniche, i macrofagi si accumulano e formano una capsula intorno al sito di infiammazione (cellule epitelioidi, poi cellule giganti plurinucleate). Producono citochine capaci di richiamare e attivare altre cellule infiammatorie (chemochine) e secernono enzimi contribuendo alla riparazione dei tessuti lesi dalla risposta all'infezione.

Recettori importanti nei macrofagi

Recettori: CD40, CD80, CD86 (costimolazione linfociti T), MHC II (presentazione atg ai linfociti CD4), toll-like receptors, recettore per il frammento costante dell'Ig (opsonizzazione e citolisi mediata dagli anticorpi) e recettore del complemento (C3b opsonizza il batterio).

Le cellule sentinelle

DC ("sentinelle"): Soprattutto nei tessuti che fungono da barriera con l'ambiente esterno. Quando vengono a contatto con agenti estranei migrano a livello dei linfonodi dove innescano la risposta immunitaria specifica.

Polimorfonucleati

• Neutrofili: 60% dei leucociti. Fagocitano e distruggono. Contro batteri extracellulari e funghi, no virus. Non sono APC.
• Eosinofili: Contro parassiti. La degranulazione di queste cellule avviene grazie alla presenza sulla loro membrana del recettore per le IgE.
• Basofili: I granuli contengono mediatori chimici dei processi infiammatori come istamina (vasodilata), fosfatasi acida. Sulla superficie contengono recettori specifici per la porzione Fc delle IgE.

Mastociti

Associati alle mucose e ai tessuti connettivi. Principale cellula effettrice delle reazioni di ipersensibilità immediata (allergiche). Il legame di un antigene (allergene) alle IgE, a loro volta legate ai recettori Fc del mastocita, causa la liberazione del contenuto dei granuli, nonché la sintesi e la secrezione di nuovi mediatori.

Cellule NK

Lysano cellule tumorali e cellule infettate da virus o da batteri intracellulari. Hanno granuli carichi di perforina e granzimi e possono produrre IFN-γ. A differenza degli altri tipi di linfociti (B e T), caratteristici della risposta immunitaria acquisita, i linfociti NK non riconoscono specificamente l'antigene (non hanno recettori specifici) e per questo fanno parte dell'immunità innata. Recettori inibitori (ITIM, KIR) e attivatori (ITAM, KAR), c-type lectin receptors.

• NK + cellula senza MHC I = lisi
• NK + cellula con MHC I = self recognition
• NK + cellula con MHC I + KIR = no lisi
• NK + cellula con MHC I + KAR = lisi

Immunità innata II

Le cellule dell'immunità innata (macrofagi, DC, neutrofili) riconoscono la presenza di un agente microbico poiché esprimono recettori PRR che riconoscono proteine, lipidi, ecc. espressi dagli agenti microbici, PAMP (pattern molecolare associato a patogeni): solo negli organismi patogeni, altamente conservato, assente nel self, identifica strutture importanti per la sopravvivenza dei microorganismi. DAMP sono proteine che in seguito a necrosi cellulare vengono liberate nell'ambiente extracellulare e riconosciute da PRR.

→ Caratteristiche dell'immunità innata: reattività: strutture condivise da classi di patogeni (PAMP), molecole associate a danno o stress cellulare (DAMP). Recettori: diversità limitata (PRR) non clonali (recettori identici su tutte le cellule della stessa linea).

Recettori PRR

I PRR riconoscono solo il non-self, altrimenti si sviluppano malattie autoimmuni. PRR → immunità innata → immunità acquisita.

Strutturalmente: toll-like receptors (domini ricchi di leucina), c-type lectin receptors (ricchi di calcio), scavenger receptors, nod-like receptors, rig-like receptors.

Funzionalmente: in grado di segnalare (TLR, NLR, RIGLR), di fagocitare (c-type, scavenger), di opsonizzare, neutralizzare e attivare la cascata complementare.

Localizzazione: legati alla membrana cellulare (TLR, c-type, scavenger), secreti (collectine, ficoline, funzionano come opsonine, molecole che aderiscono alla parete dei patogeni e li circondano), sono riconosciuti dai recettori presenti nelle cellule del sistema immunitario, endosomiali (TLR), citosolitici (NLR, RIGLR).

Toll-like receptors (TLR)

TLR è un recettore di membrana, riconosce il PAMP, trasduce il segnale, producendo citochine che amplificano la risposta immunitaria. Glicoproteine di membrana con una porzione extracellulare caratterizzata da ripetizioni di residui ricchi in leucina responsabili del riconoscimento del ligando. Un dominio citoplasmatico responsabile della trasmissione del segnale e quindi dell'attivazione cellulare. Sono importanti mediatori dell'infiammazione in quanto inducono la produzione di molte citochine pro-infiammatorie (TNF, INF-γ, IL12, IL6, chemochine) che richiamano i leucociti e molecole di costimolo per i linfociti T da parte delle cellule dell'immunità innata. Tutti i TLR segnalano attraverso 4 proteine adattatrici contenenti nella loro struttura un dominio Tir in grado di interagire con il dominio Tir del TLR ed in grado di attivare alcune protein chinasi → attivazione fattori di trascrizione (NF-kB, IRF-3 ed IRF-7).

Attivazione del signalling TLR

Via MyD88: La molecola adattatrice contenente il dominio Tir, MyD88, si associa al dominio Tir del TLR, a seguito del legame tra ligando e TLR. In questo modo recluta IRAK → TRF6 → IκB che staccandosi da NF-kB ne permette la traslocazione nel nucleo dove induce l'espressione di citochine infiammatorie.

Via TRIF: La molecola adattatrice contenente il dominio Tir, TRIF, si associa al dominio Tir del TLR a seguito del legame tra ligando e TLR. In questo modo recluta ed attiva il complesso IKK → TBK1 → IRF3 che può traslocare nel nucleo ove induce l'espressione di IFN-β.

C-type lectins receptors

Sia proteine transmembrana che proteine solubili caratterizzate da un dominio legante carboidrati calcio dipendente. Le chemochine sono citochine in grado di richiamare i leucociti nei tessuti infiammati e di stimolare le DC (cellule che catturano l'antigene e lo presentano ai linfociti T) e i linfociti a recarsi nei linfonodi per iniziare la risposta immunitaria. Tessuto infetto → citochine → gradiente.

Scavenger receptors ("spazzini")

Espresse sulla membrana cellulare, in particolare dai macrofagi, sono coinvolti nel riconoscimento di strutture molecolari presenti sui batteri e nell'eliminazione delle cellule apoptotiche.

Nod-like receptors

Proteine recettoriali citoplasmatiche di fagociti deputate al riconoscimento di molecole associate a patogeni (PAMP e DAMP) ma anche a stress cellulare. Possono formare complessi attivatori detti inflammasomi.

Rig-like receptors

Sono espressi in tutte le cellule nucleate. Esistono 3 tipi. Possono contenere domini CARD che comportano l'attivazione di vie conducenti alla produzione di IFN e altre citochine infiammatorie.

Altri recettori della fagocitosi

Recettori del frammento costante delle IgG. Tramite il loro recettore Fc, non solo i fagociti ma anche le cellule NK e altri leucociti sono in grado di legarsi e uccidere cellule opsonizzate da anticorpi. Recettore CR3 che riconosce la frazione C3b del complemento (opsonina = anticorpo naturale).

Fagocitosi

1. Recruitment dei fagociti nel sito di infezione: I neutrofili e i monociti sono richiamati nel sito di infezione grazie al legame con molecole di adesione espresse dalle cellule endoteliali dei vasi. Le molecole di adesione vengono secrete in risposta alle chemochine prodotte dai macrofagi residenti in risposta all'infezione. I macrofagi residenti situati nel sito di infezione riconoscono i microbi e secernono citochine (TNF e IL-1) e chemochine. Il TNF e la IL-1 inducono l'espressione di specifiche molecole di adesione sulla membrana delle cellule endoteliali. (Molecole di adesione: E-selectina per i monociti, VCAM-1 per i neutrofili, ICAM-1 per i linfociti). Il legame dei fagociti alle cellule endoteliali che esprimono queste molecole di adesione causa il passaggio attraverso l'endotelio verso il sito extravascolare di infezione. Infine si ha coagulazione dei capillari.
2. Riconoscimento dei microbi da parte dei fagociti: I neutrofili ed i macrofagi esprimono sulla loro superficie recettori (pattern recettoriale di riconoscimento) capaci di riconoscere nel sangue e nei tessuti i microbi e di attivare il processo di distruzione.
3. Fagocitosi: ATP-dipendente, si forma una vescicola chiamata fagosoma.
4. Distruzione dei microbi fagocitati: I neutrofili e i fagociti attivati distruggono i microbi presenti nei fagosomi mediante la produzione di molecole ad attività microbicida. Tale processo si verifica dopo la fusione del fagosoma con il lisosoma (fagolisosoma) presente nel citoplasma dei fagociti. Le sostanze ad attività microbiotica sono: radicali liberi dell'ossigeno, ossido nitrico. Nei fagolisosomi il NO si combina con H₂O₂ a formare i perossinitriti; enzimi proteolitici, capaci di digerire la componente proteica della parete batterica. I fagociti esprimono recettori ad alta affinità per gli anticorpi, le proteine del complemento e le lectine.

Immunità naturale III

Immunità naturale

• Cellulare (cellule)
• Umorale (fattori solubili come PRR, complemento, proteine di fase acuta, citochine pro-infiammatorie)

Il complemento

30 proteine complementano gli effetti degli anticorpi (Ig) nella lisi dei batteri; importante per la neutralizzazione dei virus. Sono attivate attraverso proteolisi sequenziali secondo tre vie che differiscono nel raggiungimento della formazione del complesso enzimatico C5 convertasi.

• Via classica
• Via alternativa
• Via lectinica

La maggior parte delle proteine è sintetizzata nel fegato, e le componenti C1, C2, C3, C4 sono up-regolate dalle citochine IL-6, TNF-α e IFN-γ. Sono proteine sensibili al calore (si denaturano).

Via Classica

C1q può legare la superficie del patogeno in 3 modi:

• Direttamente
• Attraverso la proteina C reattiva
• Attraverso gli anticorpi (riconoscimento IgG o IgM legate ad antigene)

La scissione dei componenti della cascata del complemento dà origine a 2 tipi di fattori: "a" che vanno nel microambiente (anafilotossine non coinvolte nel poro), "b" che fanno proseguire la reazione.

Via Lectinica

(collectine, ovvero lectina legante il mannosio, e ficoline) Inizia con l'attivazione del primo componente, la lectina legante il mannosio (MBL), presente specificamente sulla parete del microbo. MBL è anch'essa una collectina. Il legame di MBL alla parete batterica innesca la cascata enzimatica proteolitica.

Via Alternativa

(lento ma continuo clivaggio spontaneo di C3 nel plasma), anche in assenza di anticorpi specifici. C3b: opsonina che rivestendo l'organismo aumenta l'efficienza della fagocitosi perché il C3b si lega ai recettori specifici espressi su macrofagi e neutrofili. → fase finale della cascata complementare.

Regolazione del complemento

L'attivazione del complemento è inibita da una serie di proteine espresse dalle cellule dell'ospite (sia in forma secreta che di superficie: DAF, CR1, Factor H, Factor I) ed assenti sulla parete dei batteri.

Recettori per frazioni del complemento

• CR1: recettore ad alta affinità per C3b e C4b. Favorisce la fagocitosi dei neutrofili, monociti, eosinofili, T e B, DC e stimola l'infiammazione.
• CR2: recettore per frammenti di C3b prodotti dal Fattore I; favorisce la risposta umorale potenziando l'attivazione dei linfociti B da parte dell'antigene.
• CR3 e CR4: sono integrine, ovvero favoriscono l'adesione dei fagociti alle cellule endoteliali.

Funzioni del complemento

• Opsonizzazione e fagocitosi (i microbi rivestiti da C3b, C4b vengono fagocitati grazie all'interazione di queste proteine con specifici recettori)
• Induzione dell'infiammazione (grazie alle anafilotossine che si legano ai mastociti e ne inducono la degranulazione di istamina; C5 stimola la reclutazione di neutrofili)
• Citolisi mediata da MAC, solubilizzazione ed eliminazione degli immunocomplessi, attivazione della risposta umorale

Citochine

(87 citochine: 37 interleuchine e 50 chemochine)

• Fattori di crescita e differenziazione
• Citochine pro-infiammatorie
• Citochine anti-infiammatorie o regolatorie
• Chemochine

Sono molecole di segnale per le cellule del sistema immunitario. Ogni citochina ha un proprio recettore attraverso il quale innesca una sequenza di segnali intracellulari che modificano alcune funzioni della cellula stessa. Ridondanza (una può avere diverse funzioni, una funzione può essere effettuata da diverse citochine).

Citochine pro-infiammatorie

• Reazioni di fase acuta: produzione delle proteine di fase acuta e reclutamento delle cellule infiammatorie; (cambiamenti vascolari)
• Reazioni di fase ritardata: induzione della risposta immune adattativa con la differenziazione delle diverse risposte T helper e funzioni delle cellule effettrici.

Chemochine (attività chemotattica)

Suddivise in base al fatto che due cisteine N-terminali siano adiacenti (CC chemochine) o separate da un altro aa (CXC chemochine); una chemochina con un solo residuo cisteinico e una CX C3.

Funzioni: regolano il traffico dei linfociti attraverso gli organi linfoidi, reclutano le cellule del sistema immunitario nei focolai d'infezione, regolano lo sviluppo di organi e lo stimolo/inibizione della proliferazione cellulare.

Proteine di fase acuta

Sintesi indotta da IL-1, IL-6, TNF-α. Le più importanti sono:

• Proteina C-reattiva
• Collectine, come ad esempio MBL (proteine solubili, che si legano ai carboidrati presenti sulla parete batterica; famiglia c-type lectin: opsonizzazione, neutralizzazione, attivazione risposta infiammatoria, attivazione del complemento, legandosi a C1)
• Ficolina (famiglia c-type lectin: opsonizzazione, neutralizzazione, attivazione risposta)