Immunologia e ipersensibilità

Immunologia

La funzione principale del sistema immunitario è quella di distinguere i componenti dell’organismo (self) da ciò che proviene dall’esterno (non self), causando l’eliminazione. Esistono due tipi di immunità:

• Innata: Barriere fisiche e chimiche (cute, effetto meccanico delle secrezioni, lacrime), agenti antimicrobici (risposte umorali e cellulari: fagociti, complemento, interferon) preesistenti a qualsiasi contatto con il patogeno o con la sostanza estranea.
• Acquisita: Risposta evolutivamente più recente, più mirata.

Immunità innata

Si attiva grazie al riconoscimento di strutture molecolari comuni alla parete cellulare di molti patogeni, ad opera dei PRRs, in numero limitato e direttamente codificati nel genoma. La risposta di difesa è rapida e spesso sufficiente, i meccanismi umorali e cellulari sono preesistenti a qualsiasi contatto con il patogeno o con la sostanza estranea, la quale viene distrutta, viene attivata la fagocitosi e quindi l’infiammazione. Non è da confondere con l’immunità primaria e secondaria (una persona si dice “sensibilizzata” se ha già avuto un contatto con un determinato antigene e ha sviluppato così la risposta primaria; un secondo, terzo… contatto determinano invece la risposta secondaria).

Le barriere possono essere di diverso tipo:

• Meccaniche: Cute (lo strato corneo, impermeabile, costituisce un ambiente secco e inospitale) e mucose (il muco intrappola i batteri e la desquamazione li elimina; si tratta di un epitelio sempre rinnovato, con conseguente eliminazione dei patogeni, infatti, ad esempio, nel tratto respiratorio sono rimossi dalle ciglia), in quanto la continuità degli epiteli rappresenta una difesa per il sangue e l’organismo.
• Chimiche: pH(<6 inibisce la crescita dei patogeni), molecole microbicide (defensine, lisozima, RNasi e DNasi, ad esempio nella saliva) e biologiche (i microbi commensali impediscono la colonizzazione da parte dei patogeni).

Questo tipo di immunità rappresenta la prima linea di difesa contro i microrganismi e si attiva grazie al riconoscimento di strutture molecolari comuni alla parete cellulare di molti patogeni; è caratterizzata dall’attività di:

• Cellule fagocitiche;
• Mediatori aspecifici (fattori plasmatici e citochine) che possono intervenire in breve tempo per eliminarli.

Immunità acquisita

Risposta di difesa specifica, si sviluppa soltanto dopo l’esposizione a un agente infettivo o a una sostanza estranea ed è diretta contro lo stimolo iniziale. Successiva all’intervento delle prime due barriere, è basata sul riconoscimento dell’agente infettivo o della sostanza estranea ad opera di recettori generati in linfociti attraverso il riarrangiamento e ricongiungimento genico. Può essere di due tipi:

• Umorale (linfociti B): Agisce su patogeni extracellulari attraverso questi passaggi:
  • Proliferazione dei B nei tessuti linfoidi;
  • Differenziazione in plasmacellule;
  • Secrezione in circolo di AC con successiva stimolazione del complemento e dei fagociti;
  • Memoria immunologica.
• Mediata da cellule (linfociti T): Interviene quando il microrganismo si trova all’interno delle cellule con:
  • Espansione clonale dei T e distruzione per citotossicità diretta o indiretta tramite linfochine o attivazione di altre cellule;
  • Memoria immunologica.

Caratteristiche dell'immunità

• Specificità per gruppi molecolari (epitopi o determinanti antigenici);
• Diversità nella risposta contro svariati antigeni, si genera nello sviluppo delle cellule B e T, per riordinamento casuale dell’informazione genetica, indipendentemente dalla presenza dell’antigene;
• Memoria immunologica che determina una risposta più rapida, forte ed efficace contro lo stesso antigene;
• Auto-limitazione poiché le risposte sono indotte dall’antigene e lo stimolo cessa quando l’antigene viene eliminato;
• Discriminazione self dal non-self (tolleranza al self): capacità di distinguere gli antigeni propri da quelli estranei all’organismo.

Cellule e organi del sistema immunitario

I linfociti possono essere distribuiti come cellule singole, come aggregati linfoidi o all’interno di organi linfoidi; si ha un continuo ricircolo di linfociti (B nei follicoli e T nella zona paracorticale) nei linfonodi, che contengono anche macrofagi e cellule dendritiche.

Organi linfoidi primari

• Timo: È il primo a svilupparsi, regredisce dopo la pubertà; i pro-timociti migrano nella corticale, dove o maturano, o sono eliminati o inattivati; si ha una selezione positiva attraverso il riconoscimento delle molecole MHC self di I e II classe dei timociti doppio positivi (DP) per CD4 e CD8, che non vengono eliminati. Si ha invece una selezione negativa laddove i timociti singolo positivi (SP) migrano nella midollare dove se interagiscono con gli epitopi self muoiono per apoptosi.
• Midollo osseo: Le cellule self-reattive sono eliminate con meccanismo analogo prima di lasciare il midollo.

Organi linfoidi secondari

• Linfonodi, milza, tessuto linfoide bronchiale, delle mucose e cutaneo, aggregati: si ha un intrappolamento e riconoscimento dell’antigene, attivazione dei linfociti che rispondono all’antigene nei tessuti. I linfonodi contengono anche macrofagi e cellule dendritiche, le zone ricche di cellule B (corticale superficiale e centri germinativi) sono adibite alla produzione delle Ig, mentre la corticale profonda e la midollare sono i siti per l’attivazione dei T. Si formano dei linfomi quando in circolo si trovano dei linfociti maturi, mentre, ad esempio, nella leucemia ci sono dei linfociti immaturi (precursori); più questi linfociti sono immaturi/embrionali, più la malattia è grave.

Cellule del sistema immunitario

I linfociti

I linfociti, dotati di recettori Ag-specifici, si sviluppano in determinati organi ed esprimono recettori in seguito a riarrangiamento genico; vengono classificati in funzione degli organi in cui si sviluppano (linfociti T, NKT, linfociti B) oppure dei recettori che esprimono (TCR, BCR, nessuno). Si originano da cellule staminali del sacco vitellino, poi dal fegato, milza, midollo osseo adulto (la loro maturazione porta a delle cellule immunocompetenti).

Linfociti B

Rappresentano il 10/20% dei linfociti circolanti, si trovano anche nel midollo osseo e negli organi linfatici periferici (linfonodi, milza, tessuti linfoidi). I precursori migrano nel fegato fetale e poi nel midollo osseo, dove sono sempre prodotti: avvengono i riarrangiamenti genici dei recettori (Ig) e si instaura la tolleranza e quindi la distribuzione ai tessuti linfatici e ricircolazione. A seconda del pattern di recettori sulla cellula si può capire a che stadio sia; sono programmati per riconoscere un determinato antigene:

• Molecole presenti sulla superficie: Ig di superficie specifiche per l’antigene (BCR = B Cell Receptor), recettori per il frammento Fc, C3b, C3d del complemento, proteine della classe II;
• Altri marcatori: CD19 e CD21;

Attivazione dei B: il legame dei BCR con l’antigene avvia (in 48-72 ore):

• La trasmissione dei segnali;
• L’espressione di molecole co-stimolatorie e il processo di endocitosi e degradazione enzimatica, per la presentazione dell’antigene in forma di complessi pMHC di II classe;
• Proliferazione ed espansione clonale:
  • Plasmacellule (organi linfoidi e mucose, 7 giorni): secrezione di anticorpi la cui specificità per l’epitopo è la stessa dell’Ig di superficie della cellula da cui derivano;
  • Cellule di memoria: sono ciò che rimane nell’organismo, poiché sono le plasmacellule che producono anticorpi, ma poi muoiono; risposta secondaria;

Attivazione T-indipendente (T = timo): alcuni antigeni (TI: LPS, epitopi ripetitivi) attivano direttamente le cellule B, a cui si può aggiungere un secondo segnale mediato da molecole del C (C3b o C3d) che si possono complessare con CD21; più l’antigene è complesso, più la risposta sarà complessa;

Attivazione T-dipendente: avviene soprattutto nelle risposte agli epitopi degli antigeni proteici; la cellula T è attivata dal legame del BCR con l’antigene, dall’incontro del complesso pMHC di classe II con il TCR appropriato e dalle molecole co-stimolatorie (CD40); dà una risposta solo quando è necessaria.

Linfociti T

Si possono trovare nel sangue (60-70%), nelle aree paracorticali dei linfonodi e nella milza:

• Derivano da precursori staminali che interagiscono con l’epitelio timico, in cui proliferano, si differenziano e da cui migrano nel midollo, con eliminazione delle cellule specifiche per antigeni autologhi (selezione sia positiva sia negativa, cioè anche alcune self vengono eliminate);
• Sono caratterizzati da marcatori di superficie, definiti CD, cioè cluster (gruppo) che definisce un antigene di differenziamento, diversi ai diversi stadi di maturazione;
• Ogni cellula è programmata per riconoscere un antigene specifico esposto sulla superficie della cellula APC (antigen presenting cell), per riarrangiamenti genici dei TCR;
• Restrizione genetica: riconoscimento dell’antigene solo se associato con molecole MHC di I o II classe (self);
• Richiedono due segnali per l’attivazione: legame del TCR all’antigene legato all’MHC, segnale amplificato dai CD4 e CD8 e interazione del CD28 con molecole costimolatorie (B7-1 e B7-2 delle APCs).

I T CD4+ (65%) sono di tipo “helper”. Ristretti da MHC di classe II:

• Riconoscono antigeni espressi su APCs (cellule dendritiche, macrofagi, linfociti B);
• Coadiuvano nelle diverse fasi della risposta cellulare e umorale producendo linfochine e quindi cellule regolatrici;
• Influenzano tutte le altre cellule del sistema immunitario (B, T, NK, macrofagi);
• Sono essenziali nei meccanismi di difesa;

Priming: primo incontro con l’antigene di cellule Th0 naive (secrezione di citochine ed espressione recettori per le citochine);

• TH1 (funzioni inducer): favoriscono l’attivazione dei macrofagi e l’ipersensibilità ritardata; stimolati principalmente da IL-12, prodotta da APCs stimolate. Producono IFNγ e IL-2;
• TH2 (funzioni helper): agiscono sui B stimolandoli alla proliferazione e produzione di anticorpi; i TH2 invece vengono stimolati da IL-4 prodotta dai B e rilasciano IL-4, IL-5 e IL -10.

I T CD8+ (35%) sono citotossici (CTL). Ristretti da MHC di Classe I:

• Hanno funzioni soppressive e citotossiche nei confronti di cellule autologhe infettate da virus, cellule tumorali, allotrapianti.
• Avviene una differenziazione dei linfociti CD8+ vergini in CTL che richiede il riconoscimento del complesso pMHC di classe I (primo segnale) e l’intervento di molecole costimolatorie o di citochine (secondo segnale), fornite dai linfociti TH CD4+.
• I linfociti che durante la maturazione non esprimono né CD4 né CD8 vengono eliminati. I CD8 sono degli effettori, quindi uccidono le cellule anomale (es. virus che presentano antigeni; cellule tumorali).

Maturazione delle cellule T CD8+: il TCR riconosce il complesso MHC-peptide sull’APC (primo segnale), mentre la molecola CD8 agisce come co-recettore e si ha espressione di IL-2R (secondo segnale): proliferazione e differenziamento in cellule effettrici citolitiche (CTL) e cellule di memoria.

CTL (linfociti T citotossici) hanno granuli citoplasmatici contenenti perforina (formazione di pori) e granzimi (serin proteasi) deputati a lisare le cellule bersaglio;

• Producono citochine tossiche (linfotossina e TNF) che attivano i fagociti e amplificano l’azione citolitica;
• Distacco dalla cellula bersaglio che muore, il CTL rimane intatto e può riciclarsi su altre cellule bersaglio.

Funzioni effettrici dei linfociti

Portano all’eliminazione dei patogeni mediante meccanismi umorali e cellulari:

Immunità umorale

Mediata dai linfociti B mediante la produzione di anticorpi, che diffondono nelle secrezioni e nel sangue:

• Neutralizzazione diretta degli antigeni solubili;
• Segnalazione per la successiva distruzione;
• Opsonizzazione;
• Attivazione del Complemento;
• ADCC.

Risposta anticorpale primaria e secondaria: Il primo contatto con un patogeno o una sostanza estranea determina una sensibilizzazione o risposta primaria con una produzione prevalentemente di IgM e poche IgG. Un secondo contatto con lo stesso antigene scatena la risposta secondaria, dove si ha un maggiore scambio isotipico e maturazione di affinità degli anticorpi; lo switch isotipico è più veloce nella risposta secondaria per produrre IgE. La risposta anticorpale primaria è lenta (5-10gg), con un picco ristretto; isotipo: IgM > IgG; bassa affinità. La risposta anticorpale secondaria è veloce (1-3 giorni), con un picco ampio; isotipo: IgG, IgE o IgA elevate; affinità elevata.

Oltre alla differenziazione isotipica, si può instaurare una differenziazione:

• Allotipica: un anticorpo di una specie diversa (es. quello umano è diverso da quello bovino) produce una risposta immunitaria;
• Idiotipica: gli anticorpi agiscono su diversi antigeni, i quali hanno diversi Fab (es. IgG e IgG appartengono alla stessa classe).

Zona di eccesso di antigeni: complessi troppo piccoli per precipitare

• Zona di equivalenza: formazione del reticolo, dove si ha cioè la massima concentrazione di anticorpo che va a causare una concentrazione uguale di anticorpo e di antigene; formazione di grossi reticoli;
• Zona di eccesso di anticorpi: formazione di complessi solubili.

Reazioni Ag-Ac: immunocomplessi (più antigeni polivalenti uniti a più anticorpi polivalenti)

• Non covalenti;
• Di forza variabile (affinità), che insieme al numero dei siti leganti l’epitopo (valenza) definisce l’avidità dell’anticorpo.

Le reazioni di precipitazione sono conseguenti all’interazione di un antigene solubile con un anticorpo solubile che porta alla formazione di grossi reticoli che precipitano (solo in vitro in realtà). In soluzione la quantità di precipitato dipende dal rapporto fra antigene e anticorpo ed è influenzata dal grado di avidità.

Natural Killer (NK)

Sono una sottopopolazione dei linfociti, si sviluppano nel midollo e riconoscono e uccidono direttamente cellule prive di MHC (tumorali e infettate da virus) senza una precedente sensibilizzazione. Si trovano nella fase intermedia, aspettando qualche giorno prima che si attivi la risposta immunitaria. Hanno inoltre dei recettori per Fc (CD16) e uccidono cellule opsonizzate (ADCC). La loro attività è indotta da IL-2 e IL-15 e:

• Producono IF-γ (↑macrofagi), TNFα e IL-4;
• Influenzano le funzioni dei T (TH1) e dei B;
• Ipersensibilità ritardata e produzione di anticorpi;
• Esprimono recettori attivatori (KAR) e inibitori (KIR):

• KAR (killer activation receptors): riconoscono proteine virali e stress-indotte (MICA e MICB) con successivo attacco e distruzione della cellula bersaglio; riconoscono le alterazioni (es. cellule tumorali);
• KIR (killer inhibition receptors): effettuano il monitoraggio MHC di I classe e ne recepiscono le alterazioni in cellule tumorali e infettate da virus; se i livelli sono normali il processo...