Immunologia, riassunto completo

Capitolo 1 – Concetti base dell'immunologia

L'immunologia è lo studio del sistema immunitario e di tutti i processi cellulari che regolano la difesa di un organismo contro le infezioni, e non solo. Il sistema immunitario è composto da organi, tessuti e cellule che cooperano tra di loro attraverso la secrezione e la ricezione di determinate molecole. Oltre a proteggerci dagli invasori, il sistema immunitario si occupa di eliminare cellule morte, di riparare danni tissutali e di riconoscere corpi estranei quali tessuti trapiantati ecc.

Il sistema immunitario agisce attraverso due tipologie di immunità aventi tempi di attivazione e modalità di azione differenti:

Immunità innata e acquisita

L'immunità innata (o aspecifica) è la prima forma di difesa dell'organismo, costituita sia dalle barriere fisiche, che dall'azione rapida e non specifica delle cellule dell'immunità innata. L'immunità acquisita (o specifica) è una risposta che agisce dopo diverse ore dall'avvenuta infezione, ma che sarà diretta contro di essa in maniera altamente specifica, in modo da poter contrastare minacce che hanno eluso la prima forma di difesa.

Definiamo antigene tutte le sostanze che il sistema immunitario classifica come estranee, e che non necessariamente inducono l'attivazione di una risposta immunitaria in quanto non sempre sono patogeni. Possono essere macromolecole esterne quali proteine, lipidi, zuccheri, ma anche veri e propri microorganismi quali batteri e funghi.

Organi linfoidi

Gli organi caratteristici del sistema immunitario sono quelli linfoidi primari e secondari, responsabili della nascita e maturazione di tutti i leucociti (globuli bianchi). Il midollo osseo è un organo linfoide primario all'interno del quale hanno origine tutte le cellule del sangue (e quindi anche quelle immunitarie).

Tutte le cellule derivano da una cellula staminale ematopoietica multipotente, che maturando si differenzia nelle due cellule che danno origine alle due linee distinte: un progenitore comune linfoide, ed un progenitore comune mieloide. La linea linfoide è la linea cellulare dalla quale si sono differenziati i linfociti T, B e le cellule natural killer.

Il progenitore comune mieloide invece si differenzia nel progenitore comune dei granulociti e dei macrofagi, dal quale avranno origine neutrofili, basofili, eosinofili e monociti, e il progenitore comune degli eritrociti, che si differenzierà negli eritrociti. Le cellule dendritiche hanno origine da entrambe le vie.

Anche il timo è un organo linfoide primario, che accoglie i linfociti T dopo essere stati generati all'interno del midollo osseo e mediano la loro maturazione. È costituito da una regione corticale ricca di timociti e di cellule epiteliali corticali e macrofagi, e da una regione midollare costituita da cellule epiteliali midollari e cellule dendritiche.

Percentuali cellule nel sangue:

• Neutrofili: 50-70%
• Eosinofili: 1-4%
• Basofili: <1%
• Monociti: 5%
• T cell: 70%
• B-cell: 20-25%

Il sistema linfatico

Parallelamente ai vasi sanguigni arteriosi e venosi scorrono i vasi linfatici caratteristici del sistema linfatico. All'interno dei vasi linfatici scorre la linfa, liquido interstiziale che non rientra nei capillari venosi ma che torna al cuore attraverso una rete di vasi con origine a fondo cieco presenti nel parenchima degli organi. È un sistema fondamentale in quanto consente ai fluidi tissutali che ristagnano nell'interstizio di tornare a circolare, oltre a proteggere l'organismo dalle infezioni.

Il flusso linfatico è regolato dalla contrazione muscolare e grazie ad apposite valvole di cui i vasi sono dotati, non può esserci reflusso della linfa. Lungo i vasi linfatici sono posti numerosi linfonodi, organi linfoidi secondari sedi dell'attivazione, proliferazione e differenziamento dei linfociti B e T naive che diventeranno così pronti ad agire in difesa dell'organismo attraverso l'immunità adattativa.

Questi organi spugnosi sono costituiti da tre diverse regioni: la corticale esterna, all'interno della quale sono presenti follicoli primari e secondari sedi dei linfociti B, la paracorticale, che costituisce la zona attorno ai follicoli ed è dove sono maggiormente presenti i linfociti T, e la midollare (interna), detta anche stromatica. All'interno dei linfonodi sono presenti anche cellule dendritiche e macrofagi. Tutta la linfa che arriva ai linfonodi viene filtrata da essi.

Oltre ai linfonodi, anche la milza e le placche di Peyer sono organi linfoidi secondari. Queste ultime vengono definite MALT, ovvero organi linfoidi associati alle membrane, in quanto sono presenti al di sotto delle mucose intestinali e fungono da difesa per le mucose. La milza inoltre elimina dal sangue i globuli rossi vecchi o danneggiati.

Ognuno di questi organi ha sezioni precise nelle quali si trovano separatamente i linfociti T e B. La polpa bianca è quella dove si trovano i linfociti. I linfociti B si trovano nelle aree più marginali della polpa bianca, all'interno di follicoli dove possono nascere anche centri germinativi dove vengono sottoposti ai permutazione somatica. All'interno di questi centri ci sono anche cellule dendritiche follicolari che riconoscono complessi formati da antigene, anticorpo e complemento.

L'area dei linfociti T è quella attorno all'arteriola, e anche qui vi sono specifiche DC. Nei linfonodi, l'area delle cellule B è circoscritta in follicoli simili a quelli della milza, posti sotto la corteccia esterna, mentre quella delle T è tutta l'area che circonda questi follicoli, e nella quale arrivano tutte le cellule che fuoriescono dalle HEV, poste anch'esse lì. La milza non ha connessioni con il sistema linfatico, mentre i linfonodi sì.

Capitolo 2: L'immunità innata

Nel momento in cui un patogeno entra all'interno di un organismo, la risposta immunitaria si divide in 3 fasi:

• Immunità Innata: 0-4 ore
• Immunità indotta precoce: 4-96 ore
• Immunità acquisita: 96 ore e oltre

I patogeni possono essere di 5 tipologie: batteri, virus, funghi, proteozoi e vermi (elminti). Possono avere un'azione extracellulare o intracellulare (svilupparsi e duplicarsi), con diverse conseguenze ed azioni da parte del sistema immunitario.

Nel caso dei patogeni extracellulari, questi possono essere fagocitati e distrutti, dai fagociti che li riconoscono tramite i loro recettori fagocitici. Alcuni di essi però hanno delle barriere di polisaccaridi che impediscono la fagocitosi finché non vengono opsonizzati dal complemento, e in seguito fagocitati dai fagociti.

I patogeni che si riproducono dentro le cellule, possono essere distrutti prima che lo facciano, sempre dai fagociti, oppure le cellule infettate possono essere uccise dalle NK, o dai TCD8, oppure aiutate dalle TCD4 Helper (TH1).

La prima difesa che interviene contro i patogeni, e che fa parte dell'immunità innata, sono le barriere fisiche, quali gli epiteli e le mucose. I patogeni possono attraversare queste barriere legandosi a determinate molecole presenti sulle superfici delle cellule epiteliali, oppure sfruttando ferite o lesioni sugli stessi.

A difendere questi tessuti vi sono i batteri commensali, che si nutrono dei nutrienti presenti in maniera da non lasciarne molto a disposizione dei patogeni, si legano alle molecole di adesione che anche i patogeni sfrutterebbero, e la loro presenza stimola le cellule epiteliali a secernere peptidi antimicrobici. Tuttavia, una immuno deficienza o una esagerata proliferazione degli stessi, può causare la malattia indotta proprio dai commensali.

Superate le barriere epiteliali, intervengono le difese chimiche, date da proteine e peptidi antimicrobici prodotti da granulociti, macrofagi e cellule epiteliali. Proteine antimicrobiche sono a fosfolipasi secretoria A, e il lisozima, che troviamo nelle lacrime e nella saliva, ed è una glicosidasi, ovvero effettua un taglio glicosidico nei peptidoglicani, un polimero costituente della parete cellulare batterica.

Tra i peptidi antimicrobici troviamo le defensine, le catelicidine e le istatine. Queste sono secrete sotto forma di zimogeni, ovvero inattive fino a quando non subiranno un taglio proteolitico che le attiverà nel momento in cui dovranno agire contro un patogeno. Le defensine rompono le membrane di batteri e funghi e gli involucri di alcuni virus.

Le Alfa-defensine sono prodotte e depositate nei neutrofili all'interno dei granuli primari, e rilasciate nel momento del bisogno, mentre le Beta-defensine sono prodotte soltanto nel momento del bisogno. Delle Teta-Defensine esiste soltanto un gene mutato che non è più funzionale. Le catelicidine sono prodotte da neutrofili e macrofagi, ma nei neutrofili sono depositate nei granuli secondari. Nel momento in cui il neutrofilo fagocita un patogeno nel fagolisosoma, i granuli primari liberano l'elastasi dei neutrofili che attiva le catelicidine, che potranno agire quando i granuli secondari si fonderanno con il fagolisosoma. Le istatine sono prodotte dalle ghiandole salivari.

Di enorme importanza sono le lectine, una famiglia di proteine che riconoscono gli zuccheri come il mannosio e i beta-glucani. Sono una grande e vasta famiglia di proteine, e alcune di queste sono lectine C-Type in quanto per effettuare il loro legame con il ligando carboidratico hanno bisogno di Ca²⁺ e inoltre nel sito di legame vi sono due ponti disolfuro che stabilizzano il legame.

I patogeni inducono i macrofagi nei siti infetti a sintetizzare IL-6, che agisce sugli epatociti inducendoli a sintetizzare proteine di fase acuta, come fibrinogeno, MBL, proteine C-reattive, che andranno poi ad attivare il sistema del complemento.

Le Proteina C-reattive sono proteine pentaedriche costituite ognuna da 5 subunità monomeriche identiche associate a ione Ca²⁺, che si legano tra di loro per formare una struttura pentagonale. Fisiologicamente, è una opsonina il cui ruolo è quello di legare molecole sulla superficie esterna di diverse specie batteriche, permettendo l'attivazione del complemento attraverso la via classica, in quanto C1q può legarsi ad esse.

Se il patogeno ha superato la barriera fisica e le iniziali difese antimicrobiche, interviene il sistema del complemento, un sistema di una 30ina di proteasi che in assenza di infezione circolano nel plasma sotto forma di zimogeni, e prodotte dal fegato. Questo sistema si attiva nel momento in cui un determinato recettore associato a delle serin proteasi riconoscerà il patogeno, dando inizio ad una cascata di attivazioni (tagli proteolici) che porterà all'ottenimento della proteina opsonizzatrice fondamentale del complemento, C3b. Il complemento può essere attivato attraverso 3 vie: della lectina, via classica e via alternativa.

Via della lectina

Sono 4 i possibili recettori che danno il via alla via della lectina: MBL (Mannose Binding Lectine), e le Ficoline L, M e H. La MBL è composta da trimeri legati tra di loro a formare un oligomero, tramite ponti disolfuro. Questi trimeri sono formati da monomeri composti da un dominio Collagen-Like e da un dominio Lectine C-Type. Questo tipo di proteine è detto COLLECTINE.

I monomeri si uniscono in trimeri grazie alla formazione di una tripla elica attraverso i domini collagen-like, e successivamente i trimeri si uniscono in oligomeri tramite ponti disolfuro creati grazie alla presenza di residui di cisteina nei domini collagen-like. Le ficoline invece differiscono dalle MBL in quanto i monomeri sono formati da un dominio collagen-like e da un dominio fibrinogen-like. Questo dominio conferisce alle ficoline specificità per oligosaccaridi acetilati.

Prendendo come esempio le MBL, queste sono associate a delle Serine Proteasi, le MASP-1 e MASP-2. Nel momento in cui la MBL lega correttamente molecole di mannosio o fucosio sulla superficie di un patogeno (questi ligandi devono essere posti vicini tra di loro, o comunque ad una corretta spaziatura. Se sono troppo lontani tra di loro il legame non avviene) avviene un cambio conformazionale in una MASP-2, che taglia e attiva un'altra MASP-2 che a sua volta taglia e attiva i componenti del complemento C4 e C2. Così facendo, la proteina C4 si dividerà in C4a e C4b.

C4 in origine possedeva una conformazione che nascondeva il suo gruppo tioesterico, mentre in seguito al taglio di MASP-2, la rimozione di C4a fa sì che C4b possa avere un cambio conformazionale ed esporre così il suo gruppo tioesterico con il quale può legarsi al patogeno. C2a si legherà così a C4b sulla superficie del patogeno, formando C4b2a, la C3 convertasi della via classica. Questa inizierà a tagliare C3 in C3a e C3b (stesso principio di C4 per quanto riguarda il gruppo tioesterico) che potrà così legarsi al patogeno ed opsonizzarlo.

Via classica

Il recettore della via classica è C1q, un esamero di trimeri costituito da monomeri formati da un dominio globulare ed un dominio collagen-like. Anche in questo caso, i trimeri si formano tramite formazione di una tripla elica, ecc. Associato a C1q c'è il complesso non covalente C1r:C1s, di serine proteasi simili alle MASP. Nel momento in cui C1q lega il patogeno, avviene un cambio conformazionale nel complesso, che porta all'attivazione di C1r che si autoeffettua un taglio proteolitico. A questo punto C1r tagliato, taglia ed attiva C1s che taglia C4 e C2, con le medesime conseguenze avvenute nella via della lectina.

Via alternativa

La via alternativa è differente dalle altre due, in quanto la C3 convertasi ottenuta è differente da C4b2a. Difatti qui si parla di una C3bBb. Il C3b che forma la C3 convertasi di questa via si può ottenere o da quello ricavato dalla via della lectina e classica, oppure può avvenire che, in circolo, una C3 vada incontro a Tick-Over, ovvero idrolisi spontanea con formazione di C3b. Questa C3b se non lega immediatamente un patogeno, verrà inattivata dopo poco tempo.

Nel caso in cui leghi un patogeno, ad essa si legherà il fattore B, che verrà poi scisso dal fattore D in Bb e Ba. Ba verrà rimossa e rimarrà legato Bb a C3b, formando la C3 convertasi C3bBb. La vita di questa C3 convertasi è molto breve in quanto il complesso è instabile, e perciò questa via viene anche chiamata via della properdina. La properdina infatti, si lega al complesso C3bBb aumentandone la vita, stabilizzando il complesso, da 4 a 40 minuti circa. Questa convertasi amplificherà la scissione di C3b.

Lo scopo di queste cascate è quello di ottenere C3b, molecola opsonizzatrice di patogeni, in maniera che determinate cellule fagocitiche aventi recettori per il complemento possano legarsi ad essi e fagocitare i patogeni. La via classica inoltre, nella fattispecie il recettore C1q, si lega alla sezione Fc di un anticorpo, permettendo alla via classica di agire sia nell'immunità innata che in quella acquisita. Facendo da ponte.

Il legame di C3b ad una qualsiasi C3 convertasi, genera una C5 convertasi, che scinde C5 in C5a e C5b. Andando verso la fine della cascata, le ultime proteine attivate si uniscono formando degli agglomerati che formeranno dei pori nelle membrane del patogeno. C3a, C4a e C5a, detti anafilotossine. Queste inducono l'infiammazione fissandosi ai relativi recettori di membrana presenti su mastociti, granulociti (neutrofili, basofili, eosinofili), monociti e sulle cellule endoteliali. In tutto questo il più potente risulta essere C5a.

Le principali azioni che ne derivano sono le seguenti:

• Degranulazione dei mastociti con liberazione di mediatori vasoattivi.
• Aumento della permeabilità vascolare per azione diretta sulle cellule endoteliali.
• Aumento dell'espressione di P-selectina sull'endotelio per facilitare la chemiotassi dei neutrofili e adesione degli stessi alle cellule endoteliali.

PS: il sistema del complemento è formato proteine del plasma che interagiscono l'una con l'altra al fine di opsonizzare i patogeni e di indurre l'attivazione del processo infiammatorio!

E certo, perché poi le anafilotossine andranno ad indurre l'infiammazione con conseguente vasodilatazione, extravasione, reclutamento ecc. Dolor rabor calor.

Fattori che inibiscono la via alternativa:

• Fattori che legano C3b competendo col fattore B, come il Fattore H
• Fattori che portano alla forma inattiva di C3b (iC3b) --> FATTORE I e Fattore H

Capitolo 3: Le risposte indotte dell'immunità innata

Citochine

Le citochine sono piccole proteine secrete da differenti tipologie cellulari, il cui ruolo è quello di indurre una determinata risposta nelle cellule bersaglio, le quali entrano in contatto con esse tramite recettori specifici per ciascuna delle sue tipologie. Possono avere un'azione autocrina, paracrina ed endocrina e sono caratterizzate dalle seguenti proprietà:

Effetto pleiotropico perché una stessa citochina può indurre diversi effetti in diverse cellule.

Ridondanza, perché più citochine prodotte da una cellula possono avere il medesimo effetto, e quindi potrebbe essere utile una sola citochina anziché 2 o 3.

Sinergia, perché due o più citochine insieme possono procurare un effetto nella cellula bersaglio che altrimenti, le une da sole, non avrebbero procurato.

Antagonismo perché due citochine possono ostacolarsi a vicenda, magari una induce una cosa e l'altra la blocca, ostacolandosi sul bersaglio.

Inducono cascate perché una cellula produce una citochina, che si lega ad una cellula, che ne produce un'altra, che si lega ad un'altra cellula, che ne produce altre e così via.

Distinguiamo differenti sottocategorie di citochine:

• Interleuchine: secrete per lo più da leucociti
• Interferoni:
• Di tipo 1: (Alfa e Beta) prodotte da DC e macrofagi
• Di tipo 2: (Gamma)