Immunologia e Citochine Granatiero Padovano

PARTE SECONDA

CITOCHINE

Giuseppe Padovano

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11. Introduzione alle

citochine

Le citochine sono un gruppo molto numeroso di molecole proteiche ad azione regolatoria,

secrete da diversi tipi di cellule in risposta ad uno stimolo, ed in grado di modificare il

comportamento di altre cellule, inducendo nuove attività come crescita, differenziazione e

morte.

L’azione delle citochine di solito è locale, di tipo autocrino (sulle cellule stesse che le hanno

secrete) oppure paracrino (sulle cellule vicine); in altri casi, trasportate dal sangue, si comportano

come ormoni, agendo a distanza. Si tratta di molecole molto complesse e difficili da studiare,

poiché ogni citochina può esercitare vari effetti che anche altri composti possono dare sullo stesso

bersaglio. Inoltre, esse possono agire sulle cellule in modo additivo, sinergico o soppressivo e la

loro azione non è specifica, ma può avere un’ influenza molto ampia.

Le citochine vengono distinte in diversi gruppi (famiglie) a seconda della loro struttura:

 che include diversi fattori di crescita, tra cui l’eritropoietina

famiglia delle ematopoietine,

(Epo);

 famiglia delle chemochine, che hanno come principale funzione quella di attivare e reclutare

leucociti nei siti di flogosi, anche se alcune di esse vengono prodotte in assenza di

infiammazione o infezione, per regolare il traffico di leucociti nell’organismo;

 famiglia dei TNF (tumor necrosis factor), prodotti da macrofagi e linfociti T e coinvolti

nell’instaurazione dell’infiammazione;

 famiglia delle interleuchine (IL), prodotte soprattutto da macrofagi e linfociti, ma anche

cellule epiteliali ed endoteliali, con un ventaglio d’azione molto ampio sia nei processi

immunitari innati che in quelli acquisiti;

 famiglia degli interferoni (INF), prodotti da fibroblasti, macrofagi e altre cellule bianche,

capaci di inibire la replicazione virale e di attivare la fagocitosi da parte dei macrofagi stessi

e delle NK cells.

Le citochine prodotte da cellule del sistema immunitario sono dette linfochine o interleuchine (cioè

messaggeri tra i leucociti). Inoltre esse vengono definite linfochine vere e proprie quando sono

prodotte dai linfociti, mentre vengono chiamate monochine quelle che vengono prodotte dai

macrofagi. Come accade per gli anticorpi, le linfochine vengono messe in circolazione in risposta

dall’antigene

ad uno stimolo antigenico, ma la loro composizione chimica invece non è determinata

stimolante; non sono cioè antigene-specifiche.

La prima linfochina (macrophage migration inhibitory factor o MIF) venne identificata alla fine

degli anni Sessanta da John David e Barry Bloom.

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Attualmente l’uso delle citochine, ottenute per via sintetica, trova applicazione nella cura di varie

immunodeficienze e di malattie neoplastiche.

11.1. Recettori per le citochine.

Le citochine agiscono legandosi a specifici recettori localizzati sulle membrane delle cellule

bersaglio e ognuno traduce uno specifico segnale che alla fine porterà a modifiche in quelle cellule

stesse. I recettori che interagiscono con le citochine sono definiti recettori per le citochine o

recettori accoppiati a chinasi perché il meccanismo di trasduzione del segnale prevede la

mediazione di proteine enzimatiche ad attività chinasica, cioè di fosforilazione.

Sono state identificate cinque famiglie di recettori, con differenti vie di trasduzione del segnale.

I recettori di tipo I legano le emopoietine e usano una via di trasduzione mediata da JAK (una

tirosin-chinasi) e STAT (un fattore di trascrizione), il quale viene fosforilato e migra nel nucleo,

attivando la trascrizione. Il recettore ha nella sua porzione extracellulare una sequenza di quattro

“WSXWS”,

cisteine seguite dal motivo dove W è il triptofano, S è la serina e X è un aminoacido

non conservato.

I recettori di tipo II legano IFN e IL-10 e hanno come il tipo I una sequenza di quattro cisteine, ma

non il WSXWS. La trasduzione è uguale al tipo I.

I recettori per TNF (TNFR) legano TNF, FASL, CD40L. In questo caso abbiamo due possibili vie

di trasduzione con esito finale molto diverso: nel primo caso abbiamo attivazione di una caspasi

(una proteasi con cisteina nel sito attivo) che innesca il processo di apoptosi cellulare. Nel secondo,

abbiamo un'attivazione genica che porta all'espressione di NF-kB (un fattore di trascrizione).

I recettori della superfamiglia delle Ig comprendono i due recettori per IL-1, il primo con funzione

positiva mentre il secondo, espresso solamente dai linfociti B, si comporta come sequestratore della

citochina dal momento che non trasduce il segnale.

I recettori 7-TM legano le chemochine e usano per la trasduzione le G-proteins, che idrolizzano

GTP attivando enzimi come la adenilato ciclasi.

Prima di affrontare lo studio delle diverse citochine bisogna premettere che le loro funzioni sono

estremamente variegate ed il loro studio può risultare complicato a causa delle numerose

interazioni che si instaurano tra esse, di tipo positivo, negativo, sinergico, inibitorio etc. Pertanto,

una loro suddivisione in classi distinte può non risultare precisa poiché le loro funzioni spesso si

sovrappongono. 119

12. Le interleuchine

12.1. Interleuchina-1 (IL-1).

E’ una molecola dal P.M. di circa 14.000-17.000 daltons, viene secreta dai macrofagi ed ha come

bersaglio i linfociti B, T e altri tipi di cellule (epatociti), in cui stimola la produzione di proteine

è uno dei mediatori della risposta dell’organismo

della fase acuta come la proteina C. La IL-1

all’invasione batterica, all’infiammazione e alle reazioni immunitarie, svolgendo quindi numerose

Inoltre, l’IL-1

funzioni, con effetti a livello sistemico. viene rilasciata dai cheratinociti esposti alla

dell’eritema solare. Infine, ci sono

luce ultravioletta, contribuendo al processo infiammatorio prodotta dall’epitelio gengivale,

diverse evidenze sperimentali sul coinvolgimento della IL-1, nella

patogenesi della malattia parodontale.

L’IL-1 poiché nel corso dell’infiammazione

venne inizialmente chiamata pirogeno endogeno,

agisce sul centro termoregolatore dell’ipotalamo, inducendo la febbre. Oggi nella definizione di IL-

1, oltre al pirogeno endogeno, sono comprese anche altre molecole, quali il fattore attivante i

linfociti (LAF), il mediatore endogeno leucocitario (LEM), il fattore cellulare mononucleare

(MCF). Attualmente si conoscono due tipi di IL-1: IL-1 alfa e IL-1 beta.

Ruolo ed effetti di IL-1 nella patogenesi della risposta della fase acuta (figura 12.1).

L’invasione microbica, le lesioni tissutali, le reazioni immunitarie e i processi infiammatori

inducono una molteplicità di risposte che nel complesso vengono indicate come risposta della fase

acuta. Questa è caratterizzata da alterazioni delle funzioni metaboliche, endocrine, neurologiche ed

immunitarie.

Quasi tutte le infezioni, le reazioni immunitarie e i processi infiammatori inducono le cellule

dell’infezione i monociti del sangue e i

fagocitiche mononucleate a sintetizzare IL-1. All’instaurarsi

macrofagi tessutali diventano attivi e fagocitano i microbi invasori o i loro prodotti; entrambi questi

processi portano alla sintesi e rilascio di IL-1. Malgrado i numerosi processi anabolici, la risposta

della fase acuta è accompagnata da un pronunciato catabolismo delle proteine muscolari.

ha un’utilità pratica nella diagnosi

La conoscenza dei livelli di IL-1 di alcune malattie e a

L’intervento terapeutico durante la risposta

determinare le indicazioni terapeutiche opportune.

della fase acuta è basato sulla capacità di certi farmaci di inibire l’attività della IL-1 su alcuni

tessuti. Tutti gli agenti antinfiammatori non steroidei sono potenti inibitori della sintesi delle

prostaglandine e quindi sono antipiretici molto efficaci, ma non agiscono sull’IL-1, non essendo

un’azione

utili quindi contro la maggior parte dei suoi effetti. I corticosteroidi invece presentano

antagonistica sulla IL-1, ma di tipo non specifico e diretta quindi principalmente sulle risposte

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cellulari secondarie.

Curando la febbre con gli antipiretici quindi si riduce la richiesta metabolica e calorica causata

dall’elevata temperatura e allo stesso tempo si migliorano molte componenti della fase acuta, come

l’emicrania e la mialgia. Inoltre, alcuni effetti dell’IL-1

per esempio giocano un ruolo importante e

vitale nella difesa contro le infezioni e le cellule maligne.

Figura 12.1. Risposta della fase acuta.

Figura 12.2. Effetti sistemici dell’IL-1.

SNC - febbre

- sintesi di prostaglandine

- aumento dei corticosteroidi

diminuzione dell’appetito

-

Metabolismo - iposideremia (per sequestro del complesso Fe-lattoferrina da parte dei neutrofili)

- aumento di insulina

dell’escrezione di sodio

- aumento

- aumento delle proteine della fase acuta (inibitori delle proteasi, componenti del

complemento, proteina amiloide sierica A, proteina C reattiva)

Tessuto ematico - neutrofilia

- linfopenia

- rilascio di TNF

Effetti emodinamici - ipotensione

- diminuzione del pH 121

Figura 12.3. Effetti autocrini dell’IL-1.

- attrazione dei neutrofili, linfociti e monociti

- rilascio di istamina da parte dei granulociti basofili

- stimolazione dei fibroblasti e dei cheratinociti

induzione dell’attività

- del GM-CSF

Figura 12.4. Effetti immunologici.

- attivazione delle cellule T, con produzione di IL-2

- attivazione delle cellule B e l’IFN per l’uccisione delle cellule

- attivazione delle NK cells (sinergismo con la IL-2

tumorali)

- aumento della produzione di linfochine

- citotossicità dei macrofagi (aumento della produzione di IL-1)

Figura 12.5. Riassunto dei principali effetti dell’IL-1.

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12.2. Interleuchina-2 o fattore di crescita per le cellule T (TCGF).

L’interleuchina-2 è una molecola prodotta dai linfociti T, dal peso molecolare di 13-14 kDa. Essa

ha un’azione sulle stesse cellule T, ma anche sulle cellule NK, delle quali stimola la produzione e il

differenziamento. La IL-2 ha diverse proprietà immunoregolatrici:

- è responsabile della proliferazione dei timociti dopo stimolazione con fitoemoagglutinina (una

lectina con proprietà agglutinanti);

- sostiene la crescita continua delle cellule T citotossiche;

- provoca il rilascio da parte dei linfociti T di fattori mitogeni (fattore stimolante le colonie o CSF,

IL-4) e di INF di tipo II;

I diversi tipi di linfociti T (helper, citotossici e suppressor) hanno tutti la capacità di legare tale

fattore di crescita ed inoltre si è visto che anche cellule NK sono capaci di aumentare la loro attività

sotto la sua influenza.

La