Immunologia, prof. Saviozzi

Immunologia, parte II

Reazioni immunopatogene e ipersensibilità

Talvolta il sistema immunitario (SI) invece di proteggerci da agenti esterni, microrganismi, ecc., sviluppa una risposta talmente esagerata da causare ai tessuti dell'ospite dei danni in grado di provocare l'insorgenza di malattie specifiche, chiamate “malattie da ipersensibilità”. Per ipersensibilità si intende una reazione abnorme del SI che può essere diretta sia verso Ag ambientali (come microrganismi o altri Ag normalmente innocui, come avviene nel caso delle allergie) sia verso Ag self (quindi tra le malattie da ipersensibilità sono comprese anche le malattie autoimmuni, perché il meccanismo patogenetico con cui causano malattia si riconduce strettamente ad alcuni tipi di ipersensibilità). Quindi le malattie da ipersensibilità sono tutte le reazioni immunologiche che sono causa manifesta di un meccanismo patogenetico. La loro conseguenza è la comparsa nell'organismo di una manifestazione patologica clinicamente evidenziabile, con una sintomatologia localizzata o sistemica.

Le cause di queste malattie possono essere Ag ambientali esogeni (microbici e non, vedi allergie) oppure Ag self endogeni. In questo ultimo caso si tratta di malattie autoimmuni. Alla base dell'autoimmunità vi è un mancato funzionamento dei meccanismi di tolleranza al self, per cui alcune strutture del nostro organismo vengono riconosciute come non self e, in seguito alla perdita di tolleranza, si sviluppa una reazione anticorpale contro le cellule e i tessuti stessi dell'organismo. Alla base delle malattie autoimmuni così scatenate ci sono reazioni di ipersensibilità di II, III e talvolta anche IV tipo.

Risposte contro i microrganismi

• Risposte dei linfociti T verso microbi persistenti: alla lunga la risposta dei linfociti T verso microrganismi può dar luogo allo sviluppo di infiammazione cronica, che poi può procedere con formazione di granulomi (es. tubercolosi, listeria, leishmania).
• Risposte di tipo anticorpale contro Ag espressi da cellule (es. globuli rossi) o da componenti della matrice extracellulare.
• Risposte anticorpali contro Ag microbici solubili in grado di formare immunocomplessi che si depositano nei tessuti dove non possono essere smaltiti, dando luogo a risposta infiammatoria che provoca danno ai tessuti stessi dell'ospite.

NB: Talvolta ci possono essere Ab o linfociti T specifici per un Ag microbico in grado di cross-reagire con Ag del tessuto dell'ospite, scatenando una risposta immune contro batteri commensali che popolano normalmente le nostre mucose (es. intestino) e che non dovrebbero indurre una risposta anticorpale (o perlomeno questa non dovrebbe essere dannosa). Questo è quello che succede nelle malattie infiammatorie intestinali (es. morbo di Crohn, colite ulcerosa); anche se rimane sconosciuto il meccanismo alla base della loro insorgenza. Attenzione a non confondere queste situazioni con la risposta immune normale che si ha nel caso di cellule distrutte dai linfociti T citotossici in seguito a infezione virale (es. epatociti infetti in seguito a epatite virale): in questo caso NON si tratta di ipersensibilità.

Risposte immuni contro Ag ambientali

Queste possono essere di tipo immediato con produzione di IgE (si tratta quindi delle allergie, grosso problema della nostra società in quanto il 20% della popolazione reagisce in modo anormale a comuni Ag ambientali che dovrebbero essere innocui e le statistiche sono in continuo aumento), ma possono essere anche di tipo ritardato (nel caso in cui l’Ag sia rappresentato da sostanze chimiche che in seguito a contatto, per es. con la cute, causano ipersensibilità da contatto, che rientra nelle reazioni di ipersensibilità di IV tipo).

La classificazione delle ipersensibilità (Gell e Coombs, 1963)

Classicamente si distinguono 4 tipi di ipersensibilità, in base ai meccanismi molecolari patogenetici e in base ai tempi di manifestazione. Le prime tre sono considerate reazioni immediate, anche se in realtà quella di tipo III non si manifesta subito, ma dopo qualche giorno. In ogni caso si contrappongono a quella di tipo IV, che è di tipo ritardato e comprende le uniche reazioni mediate da cellule, mentre le prime tre sono mediate da anticorpi.

• Tipo I: reazioni anafilattiche
• Tipo II: reazioni citolitiche o citotossiche
• Tipo III: reazioni da immunocomplessi
• Tipo IV: reazioni di tipo ritardato o cellulo-mediate

Nel corso degli anni ‘70 furono descritte anche reazioni di ipersensibilità di tipo V, VI, VII che ora sono state comprese nelle reazioni di tipo II:

• Tipo V: reazioni stimolatorie, individuate da Roitt nel 1971
• Tipo VI: reazioni citotossiche mediate da Ab e cellule killer tramite un meccanismo di tossicità cellulare Ab-dipendente
• Tipo VII: reazioni mediate da Ab che determinano deficit della funzione cellulare

In particolare, le reazioni di tipo V sono indotte da Ab (IgG) anti-recettore (solitamente un Ag di membrana), che hanno azione agonista perché mimano l’azione effettrice del ligando fisiologico, per questo sono dette stimolatorie. Non si hanno effetti citotossici o citolitici, ma l’Ab tramite i suoi siti di legame dell’Ag (siti FAb), va a legarsi al recettore e stimola le funzioni del normale ligando (per es. di un ormone). Es. nella malattia di Graves che interessa la tiroide si trovano Ab che stimolano il recettore per TSH, causando ipertiroidismo.

Le reazioni di tipo VI sono mediate da Ab di tipo IgG e cellule killer contro tessuti propri dell’organismo, tramite meccanismo di tipo ADCC, tipico di alcune malattie autoimmuni (es. diabete mellito di tipo I), ma anche delle reazioni di rigetto post-trapianto o nei confronti di Ag di cellule neoplastiche (che, teoricamente, dovrebbero essere eliminate).

Le reazioni di tipo VII sono mediate da Ab inibitori che, interagendo con recettori cellulari per ormoni, neurotrasmettitori o altre molecole biologicamente attive, inibiscono l’interazione del ligando fisiologico con il recettore. Es. se si lega Ab al posto dell’acetilcolina il risultato è un grave deficit funzionale della placca motrice che risulta nella miastenia grave, ma il meccanismo è il solito che interviene anche nell’anemia perniciosa e nell’insulino-resistenza dei diabetici. Questi tre tipi sono compresi nel tipo II di ipersensibilità mediata da cellule, es. anticorpi o cellule della matrice cellulare.

Ipersensibilità immediata (o di tipo I, o allergia)

Anche gli agenti più innocui, come il pelo degli animali o il polline, possono essere allergeni, talvolta anche molto gravi o letali. Non è del tutto raro che persone muoiano per shock anafilattico causato dalla puntura di qualche insetto, così come può succedere che i prodotti alimentari contengano per sbaglio ingredienti non dichiarati in etichetta e in questo caso i produttori devono avvisare quanto prima i consumatori, tra i quali potrebbero esserci individui intolleranti proprio a quegli ingredienti (in realtà l'intolleranza è diversa da allergia: la prima, a differenza della seconda, non può portare a morte ed è dovuta a un difetto metabolico).

Anafilassi è un altro termine usato per indicare l'allergia, dal greco significa “contro protezione” e fu coniato nel 1902 da Portier e Richet (che per questi studi si aggiudicò nel 1913 il premio Nobel per la medicina). Allergia indica una risposta alterata dell’organismo in reazione a una sostanza estranea; infatti, dal greco significa “altro lavoro”, nel senso che il SI in questo caso compie un altro tipo di lavoro: invece di proteggere, danneggia l’ospite. Oggi con il termine allergia si intendono malattie che insorgono in seguito a risposte del SI ad Ag normalmente innocui.

Le reazioni di ipersensibilità di tipo I sono indotte da Ag chiamati allergeni, che sono proteine ambientali molto comuni o sostanze chimiche, quali apteni che agiscono solo se legati a proteine. La caratteristica di questi allergeni è che attivano i linfociti Th2 che stimolano lo scambio isotipico nei confronti delle IgE. Il motivo per cui questi allergeni, che sono comuni proteine e sostanze che si trovano nell’ambiente, causano allergia solo in alcuni soggetti e in altri no è perché esiste una forte predisposizione genetica allo sviluppo delle allergie.

I segni clinico-patologici possono essere:

• Reazione immediata che si verifica in seguito a ripetuti contatti con allergeni, provocando una rapida reazione a livello vascolare e della muscolatura liscia;
• Reazione tardiva caratterizzata da secrezione di citochine che richiamano le cellule dal circolo formando un essudato infiammatorio.

Le reazioni di ipersensibilità immediata si manifestano con diverse modalità a seconda dei tessuti interessati: si possono avere allergie cutanee o delle mucose; allergie alimentari; allergie che interessano il tratto respiratorio superiore (es. rinite, raffreddore allergico, asma) fino ad arrivare all’anafilassi sistemica, cioè allo shock anafilattico. Perciò si tratta di reazioni che possono essere limitate a uno specifico tessuto o perfino essere sistemiche.

Atopia

Con atopia (“fuori posto”) si indica questa capacità aberrante di alcuni individui di rispondere ad Ag ambientali innocui con la produzione di IgE e lo sviluppo di reazioni immunopatogene di tipo I. C’è una predisposizione genetica allo sviluppo di atopia, che ha andamento familiare ed è sotto il controllo di vari loci genici riconosciuti responsabili del suo sviluppo (se ne scoprono sempre di nuovi). Gli individui affetti da atopia, cioè atopici, producono elevati livelli di IgE in risposta ad allergeni ambientali, mentre i soggetti normali producono altri isotipi (IgM, IgG) e solo piccole quantità di IgE; per cui gli individui atopici hanno livelli sierici di IgE più elevati del normale ([IgE] normale nel siero è 50-300 ng/ml; [IgG] normale è 9 mg/ml) e hanno anche un maggior numero di eosinofili circolanti (eosinofilia). Nei soggetti normali l’incremento delle IgE si riscontra solo in risposta a parassiti, per es. nel caso di infestazione da elminti (da ricordare che si tratta di una categoria di vermi tra cui ce ne sono alcuni che infettano normalmente l’uomo, come la tenia, e ce ne sono altri che provocano infestazioni soprattutto nei paesi in via di sviluppo, nonostante non vadano sottovalutati perché alcuni sono tornati in circolo per es. mediante il sushi si può contrarre il parassita del genere Anisakis). È stato dimostrato che nelle regioni tropicali dove il rischio di parassitosi è alto, sono per contro poco frequenti le reazioni allergiche. Un’ipotesi fatta per spiegare ciò è che in seguito alle frequenti infestazioni da parassiti, la gran quantità di IgE sono specifiche per parassiti e saturano tutti i recettori dei mastociti, dei basofili ed eosinofili, impedendo il legame di IgE anti-allergeni (risposta protettiva da parte delle IgE).

Meccanismo dell'ipersensibilità immediata

Gli allergeni attivano selettivamente i Th2 che tramite IL4 inducono il differenziamento dei linfociti B in plasmacellule, le quali subiscono scambio di classe da IgM a IgE. Le IgE sensibilizzano mastociti e basofili e rappresentano il meccanismo di riconoscimento dell’Ag che scatena l’ipersensibilità immediata.

Basi genetiche della suscettibilità all'ipersensibilità immediata

La propensione a produrre IgE è regolata da ereditarietà multigenica, in quanto sono vari i geni implicati e in particolare alleli specifici di geni polimorfici sono associati alla predisposizione alle atopie. Una concentrazione plasmatica di IgE superiore alla norma può essere osservata in gruppi familiari: si tratta di ereditarietà multigenica a trasmissione autosomica. Se entrambi i genitori sono allergici i figli hanno il 50% di probabilità di sviluppare allergia (che può anche essere diversa da quella dei genitori). Quando invece non ci sono genitori allergici la probabilità per i figli di essere allergici cala al 19%.

Sono state identificate diverse regioni cromosomiche e geni associati con atopia:

• Nel cromosoma 13 ci sono diverse regioni e più di 20 geni coinvolti.
• Nella regione 5q 31-33 ci sono geni che codificano per citochine che stimolano differenziamento di Th2 (es. IL4). Pazienti con polimorfismi in questa regione hanno nei tessuti coinvolti una maggiore quantità di Th2 ed elevati livelli di IL4 rispetto ai non atopici.
• Altri geni coinvolti si trovano nel cromosoma 11 e 6.

Studi su regioni e geni interessati e associati ad atopia sono in corso e sempre nuovi loci vengono aggiunti al novero. In generale sono implicati polimorfismi che coinvolgono IL4 o il suo recettore:

• Polimorfismi associati con aumentata espressione del promotore del gene IL4 sono associati a aumentati livelli di IgE sieriche.
• Varianti strutturali del gene IL4R che codifica per la catena del recettore per IL4 sono associate a maggiore suscettibilità all’asma.
• Varianti strutturali del gene MS4A2 che codifica per la subunità di FcεRI sono associate con aumento dei livelli sierici di IgE e aumentata suscettibilità all’asma.

Gli effetti fenotipici di un genotipo allergico comprendono:

• Molecole HLA II che presentano preferenzialmente peptidi derivati da processazione di allergeni;
• Linfociti Th che hanno TCR che interagisce con il complesso HLA II-peptide allergenico;
• Eccessiva biosintesi di citochine, in particolare IL 4, ma anche 3, 5, 9, 13;
• Eccessiva biosintesi di recettori per queste citochine.

Sequenza di eventi

1) Prima esposizione all’allergene, che è qui rappresentato come una molecola che ha molti epitopi (e questa è una caratteristica essenziale).

2) Attivazione dei Th2 specifici per l’Ag, che presentano Ag ai linfociti B, indotti in questo modo a trasformarsi in plasmacellule.

3) Produzione di Ab di classe IgE, che sono Ab particolari, perché in condizioni normali in circolo se ne trovano pochissime, perché si verifica il

4) Legame delle IgE ai recettori Fc ad alta affinità dei mastociti e vi possono rimanere legate anche a lungo.

5) Riesposizione allo stesso Ag: nel momento in cui si ha una nuova esposizione allo stesso allergene questo trova le sue IgE specifiche già legate alle cellule. È indispensabile che l’allergene abbia molti epitopi, perché per attivare il mastocita è necessario un legame crociato tra almeno due molecole di IgE legate alla sua superficie.

6) Attivazione dei mastociti in seguito a legame crociato tra IgE e allergene.

7) Liberazione dai granuli del mastocita di mediatori, che possono essere sia preformati (istamina), sia lipidici (non preformati, per questo liberati successivamente), ma anche citochine (liberate dopo qualche ora perché devono essere sintetizzate).

L’allergene fa da ponte tra due molecole di IgE presenti sulla superficie del linfocita B e lo attiva, inducendone la differenziazione in plasmacellula che secerne IgE specifiche per l’allergene, le quali si legano al mastocita. All’arrivo dell’allergene, pronto a legarsi alle IgE espresse sul mastocita, questo si attiva e degranula.

Fasi dell'ipersensibilità di tipo I

• Fase di sensibilizzazione: prevede la prima esposizione all’antigene (allergene). Fra gli allergeni più comuni si ricordano:
  • La polvere di casa, che può contenere diversi tipi di antigeni (acari della polvere, polline, muffa).
  • Fra gli alimenti, quelli che danno maggiori problemi sono la frutta secca al guscio (noci, arachidi), ma anche crostacei, uova, legumi, soia, latte (dovuta alla caseina, oppure al lattosio, di solito è più frequente un’intolleranza al lattosio). Un’allergia alimentare può limitarsi a dare sintomi locali, ma anche anafilassi sistemica.
  • Pollini: lolium, ambrosia, timo, betulla, erba codolina.
  • Prodotti di insetti: veleno di ape, vespa, formica, acaro della polvere, carapace scarafaggio.
  • Farmaci: antibiotici β-lattamici (es. penicillina), sulfamidici, Fans, anestetici, salicilati, mezzi di contrasto.
  • Proteine, come il siero eterologo per es. se viene somministrato il siero antitetanico, o i vaccini.
  • Spore di muffe, talvolta molto comuni: es. la alternaria è una muffa che può dare sintomi respiratori e si trova sui vasi di coccio.
  • Pelo e forfora degli animali: è particolare che ci sono persone allergiche al pelo di cane ma non a quello di gatto e viceversa.
  • Lattice.
• Fase di attivazione
• Fase effettrice

Anche le industrie alimentari sono sensibilizzate a questo problema e nelle etichette degli alimenti si trova sempre un avviso sui tipi di ingredienti che possono provocare allergie o intolleranze. Si indica, inoltre, anche l’eventuale presenza di tracce di altri ingredienti allergenici, come frutta a guscio e soia (perché possono bastare davvero tracce minime di una sostanza per scatenare un’anafilassi sistemica nelle persone sensibili e queste tracce possono essere presenti non perché ingredienti fondamentali del prodotto, ma perché la fabbrica utilizza quegli ingredienti per altri prodotti).

Variazione degli allergeni ambientali

Il grafico qui sotto mostra come variano gli allergeni ambientali in base alla stagione e al sito in cui si possono trovare.

Che cosa rende l’antigene un allergene?

Gli allergeni hanno dalla loro il fatto di essere sostanze ambientali abbastanza comuni (come i pollini) con cui le persone possono venire continuamente e ripetutamente a contatto, in maniera inevitabile (non si può eliminare dall’ambiente). Inoltre, gli allergeni non attivano l’immunità innata, per cui non stimolano né.