Immunologia veterinaria

Difese innate

Ci sono dei meccanismi innati aspecifici che entrano in azione subito. Intanto che questi agiscono, le difese immunitarie specifiche si formano e a un certo punto prendono il sopravvento. Se l'aggressore supera le difese fisico-chimiche iniziali, il sistema immunitario agisce subito con vari metodi rapidi e aspecifici:

Febbre

È un meccanismo metabolico. Blocca la replicazione degli organismi termosensibili, aumenta la migrazione delle cellule di primo intervento, stimola l'attività delle cellule sentinella, favorisce la circolazione dei linfociti, allunga la sopravvivenza dei linfociti T, promuove la secrezione di alcune sostanze utili, come le citochine.

Infiammazione

Nel punto di aggressione vengono richiamate molte molecole con attività difensiva. Il richiamo proviene sia dagli aggressori che dal tessuto danneggiato. Si attivano le cellule sentinella, che possono essere o "professioniste", dislocate in punti strategici, o cellule "non professioniste" che fanno altro ma che in caso di attacco possono loro stesse dare un segnale al sistema immunitario. Le cellule necessarie per la difesa vengono richiamate tramite un meccanismo che si chiama chemiotassi. Sono:

• Granulociti neutrofili (PMN). Detti anche granulociti polimorfonucleati. Sono cellule "spazzine" e praticano la fagocitosi. Si formano a velocità molto elevata e molto in fretta muoiono. A seconda della specie sono presenti in percentuale più o meno elevata, per esempio nei carnivori costituiscono fino al 75% dei leucociti. In pratica vengono richiamati da stimoli in periferia, inglobano l'aggressore e lo distruggono. Non reggono però allo sforzo e quindi vengono rimpiazzati in continuazione. Capiscono che devono andare in un luogo perché i batteri o i tessuti danneggiati rilasciano degli stimoli chemiotattici che li richiamano. Per uscire dai vasi esprimono dei recettori, le integrine, che si attaccano a delle molecole dell'endotelio vasale (ICAM) e questo permette l'arresto dei neutrofili, altrimenti circolanti, e permette al neutrofilo di inserire i suoi pseudopodi tra le cellule dell'endotelio vasale e l'uscita dal vaso. Questo processo si chiama diapedesi. La fagocitosi avviene quando il neutrofilo ingloba il batterio attirandolo a sé grazie alle sue propaggini. All'interno il batterio si trova una prima vescicola, il fagosoma, che poi si unisce ai lisosomi formando il fagolisosoma, dove il patogeno viene distrutto. La particella viene digerita e i resti innocui vengono eliminati all'esterno. Gli altri granulociti hanno attività fagocitaria minore.
• Granulociti eosinofili: sono presenti in quantità più bassa rispetto ai neutrofili. Sono molto mobili. La loro funzione, più che di fagocitare, è di riversare i loro granuli all'esterno, distruggendo ciò che sta all'esterno. Vengono richiamati soprattutto quando ci sono dei metazoi. A volte fanno danni maggiori dei parassiti stessi. Sono importanti anche perché stimolano i mastociti a continuare a rilasciare istamina (sono cellule effettrici terminali della risposta allergica) e producono l'istaminasi, l'enzima che degrada l'istamina.
• Granulociti basofili: pochissimi in tutte le specie, sono la controparte circolante dei mastociti. Si muovono molto e contengono granuli che, al pari dei mastociti, contengono istamina e altri mediatori del processo infiammatorio. Sono responsabili dei fenomeni allergici cronici. Possono anche rilasciare PAF, ossia una citochina che va ad agire sulle piastrine e ha un'attività 10000 volte più potente dell'istamina sulla permeabilità vascolare, e quindi permette l'uscita di molti liquidi e molecole. Sono anche in grado di rilasciare due citochine (interleuchina-4 e interleuchina-6) che vanno dai linfociti T helper 0 e li inducono a diventare linfociti T helper 2 che danno il segnale ai linfociti B per la produzione di IgE.
• Mastociti: equivalenti tessutali dei granulociti basofili, maturano e vivono nei tessuti. Si trovano nelle zone più sensibili alle aggressioni. Non sono macrofagi, ma rilasciano anche loro i granuli. Sono le cellule cardine dei processi infiammatori e allergici.
• Piastrine: non sono vere e proprie cellule ma intervengono nell'infiammazione e anche loro sono in grado di secernere istamina e/o serotonina.
• Monociti e macrofagi: i monociti (circolanti) si trasformano in macrofagi (tissutali). Hanno nomi diversi a seconda della posizione: cellule della microglia nel cervello, cellule di Kupffer nel fegato… Siccome hanno nomi diversi vengono racchiusi tutti nell'insieme chiamato "sistema reticolo-endoteliale". I macrofagi sono cellule a lunga vita, posizionate all'interno (non in superficie) e fagocitano gli aggressori, distruggendoli. A differenza dei neutrofili però i macrofagi conservano i pezzi dell'aggressore e li montano sulla membrana (Antigen Presenting Cells, APC) per farlo vedere ai linfociti T helper, innescando una risposta immunitaria specifica. I linfociti T helper hanno bisogno che qualcuno gli presenti l'antigene ossia le APC. I macrofagi sono molto più lenti dei neutrofili ma anche molto più potenti, e non muoiono dopo aver svolto il loro compito. Si dividono in due sottogruppi: M1, che una volta stimolati dai PAMP, secernono citochine quando è necessario dar il via all'infiammazione, e M2, che riducono l'infiammazione nelle fasi tardive di un'aggressione quando l'aggressore è debellato. Capita che i macrofagi si fondano insieme nel tentativo di eliminare materiale estraneo. Si formano le cellule giganti polinucleate. Riescono a eliminare l'aggressione molto meglio quando l'aggressore è già stato riconosciuto da un anticorpo. Sono APC professioniste.
• Cellule dendritiche: sono cellule sentinella e tra tutte le APC sono le più potenti, poste nei punti più vulnerabili, in genere a livello di superfici. Entrano in gioco cronologicamente prima dei macrofagi. Sono 100 volte più potenti dei macrofagi. Possono venire attivate da sostanze prodotte dai neutrofili o dai DAMP. Sono cellule molto mobili, dopo aver fagocitato l'antigene lo portano ai linfonodi per mostrarlo ai linfociti T helper, e quelli che avranno specifici recettori si attiveranno e decideranno che tipo di intervento attuare. Sono APC professioniste.
• Linfociti B attivati: intervengono nelle fasi tardive e nelle reinfezioni. Per fare in modo di innescare una reazione rapida, funzionano da APC e fanno vedere l'antigene ai linfociti T helper. Sono molto più efficaci delle altre APC nell'attivare i linfociti T helper, soprattutto in caso di reinfezione. In questo caso sono cellule di memoria. Sono APC professioniste.
• Cellule Natural Killer: rappresentano la prima linea di difesa verso tutto, qualsiasi tipo di aggressore. Sono assenti in un tessuto normale e arrivano in caso di aggressione. Hanno vita breve e la particolarità di produrre citochine (messaggeri che dicono ad altre cellule cosa fare), ma sono anche cellule effettrici e distruggono la cellula bersaglio. Hanno due tipi di recettore, uno classico di attivazione e uno di inibizione. Il primo entra in gioco quando è necessario distruggere una cellula. Quello inibitore dice alla cellula di non muoversi perché non serve. Riconoscono l'assenza delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC, diverso da individuo a individuo e che quindi può essere registrato come non-self), che sono presenti su tutte le cellule nucleate e normalmente vengono usate per montare sulla membrana il pezzo di antigene. Alcuni virus impediscono alla cellula di montare l'MHC (normalmente esposto) sulla membrana rendendo impossibile l'attivazione dei linfociti T. Le cellule natural killer si accorgono di questa assenza.

N.B. qualsiasi cellula dell'organismo può fungere da APC se necessario. Si tratta di APC non professioniste.

Riconoscimento degli aggressori

Cellule molto diverse entrano in gioco all'inizio, riconoscendo gli aggressori. Questo è possibile perché riconoscono PAMP (pattern molecolari patogeno-associati, forma molecolare degli aggressori) e i DAMP (pattern molecolari danno-associati, molecole rilasciate da cellule danneggiate o morte), che sono molecole molto conservate e riconoscibili, che non deve fare nessuna fatica a riconoscerli e non perde tempo. Per riconoscere i PAMP e i DAMP servono dei recettori che si chiamano PRR (recettori per il riconoscimento dei pattern) che sono presenti su diversi tipi cellulari e una volta legati ai PAMP o ai DAMP rilasciano citochine e risvegliano il sistema immunitario. Tra i vari PRR molto importanti sono i TLR (toll-like receptor), una famiglia di recettori transmembrana presenti anche sulle cellule del sistema immunitario specifico e innato oltre che anche su cellule epiteliali, endoteliali e parenchimatose. I TLR sono vari e possono essere sia dentro che fuori dalla cellula. Quando c'è il legame con i PAMP o i DAMP c'è la produzione di certe citochine che danno un segnale al sistema immunitario. C'è uno stretto legame tra questa prima stimolazione e la successiva risposta specifica.

Molecole delle difese innate

Le varie molecole che fanno parte delle difese innate sono:

• Citochine: centinaia di tipi diversi, in genere una cellula produce varie citochine. Possono essere responsabili del sickness behaviour, quindi il senso di malessere dovuto alla malattia.
• Molecole vasoattive: tipiche dell'infiammazioni, agiscono sui vasi sanguigni. Favoriscono l'arrivo di cellule del sistema immunitario. La più famosa è l'istamina, simili effetti ha la serotonina.
• Molecole antimicrobiche: in genere verso i batteri, per esempio:
  • Lisozima: enzima ad azione antibiotica, che porta alla lisi dei batteri. È stato scoperto da Alexander Fleming. Funziona meglio sui batteri gram-positivi.
  • Lattoferrina: proteina prodotta dai granulociti neutrofili. Fa parte della famiglia delle transferrine. È presente nel sangue e in tutte le secrezioni. Ha attività battericida. Lega il ferro e lo sottrae ai batteri, che lo utilizzano come elemento di crescita. Quindi i batteri non riescono più a moltiplicarsi. Ha anche la funzione di opsonina, si lega ai batteri e li rende visibili alle cellule fagocitarie.
  • Defensine: sono presenti in tutti i mammiferi, oltre che in insetti e piante. Sono sostanze inducibili, ossia di solito a basse concentrazioni, ma alla necessità aumentano. Hanno anche funzione chemiotattica. Sono efficaci contro numerosi antigeni.
• Interferoni: grande famiglia.
  • Tipo 1: si indicano con tre lettere greche: alfa, beta e omega. Hanno attività antivirale, vengono prodotte da cellule infettate da un virus. Le cellule infettate cercano di mandare segnali (interferone) alle cellule circostanti, in modo che quando il virus uscirà dalla cellula incontrerà cellule pronte, perché viene bloccata l'entrata o perché all'interno gli viene impedito di replicarsi. Attiva anche le cellule natural killer. Sono cellulo-specifici, ossia agiscono solo sulle cellule uguali alle cellule che hanno prodotto l'interferone.
  • Tipo 2: è rappresentato dall'interferone gamma e prodotto dai linfociti T. È simile a una citochina. Attiva i macrofagi e stimola la fagocitosi e l'espressione sulla membrana dei resti dell'antigene, in modo che ci sia una risposta specifica. Inoltre, stimola i linfociti T helper a trasformarsi nella sottopopolazione Th1, che daranno il segnale al sistema immunitario specifico a rispondere in modo cellulo-mediato.
  • Tipo 3: di recente scoperta, si chiama interferone lambda ed è simile al tipo 2 e a una citochina.
• Complemento (C): è un sistema di circa 30 proteine, prodotte principalmente dal fegato e dai macrofagi. Si trovano nel plasma e sono di solito inattive. Se necessario si attivano una dopo l'altra (cascata del complemento). Hanno funzione di lisi verso gli antigeni, di stimolazione della fagocitosi, di liberazione di sostanze utili per l'infiammazione e azione chemiotattica. Ci sono tre vie di attivazione:
  • Via classica: la cosa fondamentale è che l'aggressore sia stato già riconosciuto dall'anticorpo. Quando l'anticorpo si lega all'antigene modifica il proprio gambo permettendo alla prima frazione del complemento di legarsi. Prima si lega C1, poi C2, C3… fino a C9, ossia l'ultima porzione del complemento. Le varie frazioni hanno a loro volta sottofrazioni: le molecole del complemento sono circa 30 ma numericamente si arriva fino a C9. Il nome non deriva dall'ordine di legame ma dall'ordine di scoperta. Infine, il complemento formerà un buco nell'antigene. Intervengono gli ioni calcio.
  • Via alternativa: il complemento si attiva in assenza di anticorpi qualora gli antigeni siano patogeni e abbiano una superficie molto ricca di polisaccaridi, ossia gram-negativi. Interviene anche una proteina, la properdina, presente nel siero. La sequenza parte dalla C3. Intervengono ioni magnesio.
  • Via lectinica: è anticorpo indipendente, si innesca quando ci sono particolari aggressori ricchi di mannosio, che può essere legato da lectine circolanti. È simile alla via classica, parte da C1.
  Tutte le vie terminano con una fase terminale comune, dove c'è il complesso di attacco alla membrana, ossia l'attacco delle ultime frazioni che porta alla distruzione dell'aggressore per lisi osmotica.

Organi linfoidi e linfociti

Il sistema immunitario specifico è formato da: organi linfoidi (primari e secondari), vasi linfatici e cellule effettrici, ossia i linfociti.

Organi linfoidi primari

Da una cellula staminale totipotente che si trova a livello di midollo osseo e fegato fetale avranno origine tutti i linfociti. Queste cellule si spostano agli organi linfopoietici, che hanno il compito di dare il via e differenziare i linfociti. I linfociti si distinguono in due tipi morfologicamente identici, ossia B e T.

• Linfociti T: le cellule staminali si spostano da midollo/fegato al timo, dove maturano e si differenziano. In tutti gli animali.
• Linfociti B: si sviluppano in organi bursa-equivalenti (deriva da Borsa di Fabrizio, negli uccelli). Nella maggior parte dei casi questo corrisponde al midollo osseo, che significa che le cellule totipotenti non si spostano. I ruminanti fanno eccezione perché l'organo linfoide primario bursa-equivalente è rappresentato dalle placche di Peyer, che si trovano nell'intestino.

Organi linfoidi secondari

Sono organi immunopoietici, e sono il punto di incontro tra i linfociti e gli antigeni. Sono rappresentanti da: milza, linfonodi, tonsille e aggregati linfoidi diffusi, associati alle mucose. Sono aggregati senza struttura precisa ma posizionati a livello di tutte le mucose che saranno le possibili porte d'entrata degli aggressori. Questi organi sono ricchi di cellule dendritiche che una volta preso l'antigene lo portano agli organi linfoidi primari dove i linfociti decideranno quale risposta sia la migliore. Gli organi linfoidi secondari si trovano in posizioni strategiche per non dover perdere tempo nel trasporto.

I linfociti sono le cellule cardine del sistema immunitario specifico. Sono le cellule immunitarie più sofisticate. Si trovano dappertutto. Il 2% si trova nel sangue, la maggior parte si trova nei linfonodi.

Linfociti B

Maturano a livello del midollo osseo e producono anticorpi, che si trovano sulla membrana. Gli anticorpi si dividono in 5 isotipi (IgM, IgG, IgA, IgE, IgD). Riconoscono proteine o molecole esterne libere. A seconda del grado di maturazione si dividono in:

• Pre-B: posseggono i primi anticorpi prodotti, le IgM, che si trovano nel citoplasma.
• B-immatura: le IgM si trovano nel citoplasma e sulla membrana. Ci sono anche altre molecole che sono le IgD, le quali aiutano il linfocita B quando dovrà produrre la classe anticorpale migliore.
• B-matura: anche detta "programmata", ha già incontrato l'antigene e ha deciso che tipo di anticorpo è più adatto a combattere l'antigene. Avrà IgM, IgD e l'altro isotipo adatto.
• Plasmacellula: forma evoluta del linfocita B. Produce migliaia di anticorpi al secondo.

Sulla membrana ci sono anche dei marker che si…