Patologia generale parte 2

Difesa del corpo umano contro le infezioni microbiche

Quando un microbo ci infetta, noi conserviamo memoria di questa infezione e rispondiamo in maniera più veloce, per cui non ci ammaliamo di nuovo di quella malattia. Questo però non vale per tutti i microbi, ma per la grande maggioranza di essi.

Barriere fisiche e sistematiche

Le prime difese dell’organismo sono le barriere fisiche, cioè le barriere che vengono dette di superficie. Se queste ultime non funzionano, si passa alle difese sistematiche, che sono:

• Risposta innata: essa non si deve adattare, in quanto innata è già presente nel nostro organismo, nelle nostre cellule immunitarie e quindi è molto veloce.
• Risposta adattativa: è quella che risponde con la formazione e produzione di anticorpi specifici per quel microbo o per parte di esso.

Prime barriere difensive

Abbiamo prima di tutto la cute, ovvero una barriera fisica impenetrabile per virus e batteri, perché l’ultimo strato dell’epidermide è formato da uno strato corneo cheratinizzato che funziona proprio da barriera. Questo è formato da cellule terminalmente differenziate che producono molta cheratina. Queste sono anucleate e quindi l’unica funzione è quella di esprimere quelle molecole necessarie come appunto la cheratina, però non si dividono ulteriormente.

Poi abbiamo le barriere mucosali che sono costituite da pochi strati di cellule vive che funzionano in maniera attiva. Differenziamo:

• Mucosa respiratoria: presenta il muco che ricopre le cellule ed intrappola il microbo a livello degli alveoli polmonari.
• Mucosa digestiva: presente già nella saliva e contiene sostanze antivirali; le mucose in generale mantengono un pH abbastanza acido che non favorisce la replicazione dei microbi. Contengono anche attività enzimatiche come gli enzimi digestivi e i sali biliari, tutte con funzioni antimicrobiche.
• Mucosa riproduttiva: dove la presenza di un pH acido intorno a cinque sensibilizza molti virus.

Un fattore molto importante è poi la competizione da parte della flora intestinale normale: questi batteri che sono presenti e vivono in simbiosi con noi sono importantissimi non solo per le funzioni fisiologiche e omeostatiche che ci forniscono, ma anche perché competono con i microbi patogeni per quanto riguarda lo spazio. Quindi questa barriera difensiva è molto importante ed è proprio la prima barriera che noi opponiamo all’infezione dei microbi.

Seconda barriera difensiva: Immunità innata

La seconda barriera difensiva è l’immunità innata: se l’agente patogeno (batterio, virus) attraversa la prima barriera fisica, questi batteri si introducono all’interno del nostro organismo. Una volta che il batterio entra all’interno dei microvasi, succede che in risposta ad un’infezione batterica si entra in contatto con una serie di cellule infiammatorie.

Le cellule più importanti dell’immunità innata sono due: i macrofagi (che sono capaci di fagocitare il batterio e poi di attivarsi per l’uccisione di quest’ultimo) e una categoria di linfociti che si chiamano natural killer (presenti anche loro in maniera già attiva nel nostro organismo, sono capaci di eliminare le cellule infettate da virus).

Queste due cellule sono già pronte e possono subito operare per le infezioni dei microbi. All’interno del connettivo troviamo anche alcuni elementi importanti dell’infiammazione acuta, cioè il complemento. Quest’ultimo deve essere attivato (viene attivato in vari modi) e proprio questa è molto importante perché alcuni componenti che si attivano durante questo processo funzionano da opsonine e aumentano l’attività fagocitaria.

Mentre nelle prime quattro ore si attiva l’attività dei macrofagi e delle natural killer che vengono a contatto con le cellule infettate o con il microbo che sta infettando, intanto l’infezione da parte dei microrganismi ha iniziato i cambiamenti vascolari che inducono il processo dell’infiammazione acuta. L’infiammazione serve a far fuoriuscire dal nostro circolo i neutrofili e i monociti. Questi ultimi in seguito diventano attivi all’uccisione dei microbi fagocitati, tramite l’esplosione ossidativa, la produzione dei ROS e l’acido nitrico.

Quindi nell’immunità innata abbiamo una prima risposta nelle prime ore dovuta a macrofagi e natural killer e poi con l’inizio dell’infiammazione acuta abbiamo il contributo dei neutrofili e monociti.

Ruolo delle cellule dendritiche

Ci sono poi altre cellule all’interno di questa rappresentazione che sono le cellule dendritiche. Queste non hanno una vera funzione nella fase dell’immunità innata ma le ritroviamo poi nell’immunità adattativa cellula-mediata. Le cellule dendritiche connettono l’immunità innata a quella immunospecifica perché sono capaci di fagocitare così come fanno i macrofagi gli antigeni microbici.

Questo antigene che incontra il macrofago, infetta le cellule del nostro organismo e viene combattuto dai natural killer, viene anche preso e inglobato all’interno della cellula dendritica, la quale poi è capace di migrare negli organi linfoidi secondari e di esporre questo antigene ai linfociti T e quindi di indurre la risposta immunospecifica mediata dai linfociti T.

Quindi le cellule dendritiche le troviamo già attive nel momento in cui siamo infettati da un microbo e mentre i natural killer e i macrofagi hanno già un’azione diretta di eliminare il virus, la cellula dendritica invece ha un’azione di trasporto dell’antigene negli organi linfoidi per attivare la risposta immunospecifica, quella più tardiva che però è specifica e ci consente di combattere specificamente il microbo e di conservarne la memoria.

Immunità adattativa

Quindi abbiamo da una parte l’immunità innata e in un secondo momento l’immunità adattativa. Quest’ultima è importante perché è capace tramite i linfociti B di produrre anticorpi che sono specifici di quel microbo.

Nell’immunità innata abbiamo il riconoscimento di strutture comuni a più tipi di microbi, quindi il macrofago non riconosce un determinato microbo o un determinato virus ma tutta una famiglia di virus o di batteri. Questo riconoscimento avviene nelle prime quattro ore.

Poi abbiamo il reclutamento di cellule infiammatorie che avviene in un secondo momento, tra le 4 e le 96 ore. L’immunità adattativa è la risposta al trasporto di antigeni microbo-specifici da parte delle cellule dendritiche e comincia non prima dei tre giorni. C’è il riconoscimento da parte dei linfociti B e T con l’espansione di questi cloni specifici.

Immunità innata: Abbiamo detto che riconosce strutture comuni a più tipi di microbi da parte delle cellule già attive, quindi in questo caso dei macrofagi, avviene perché noi abbiamo il riconoscimento di componenti essenziali alla sopravvivenza del microbo infettato.

Lo stesso macrofago tramite il suo recettore può riconoscere più tipi di microbi, quindi è aspecifica perché non è un’attivazione verso un solo tipo di microbo ma rispetto a tutti i microbi. Questa è una cosa molto importante perché le cellule dell’immunità innata riconoscono componenti che sono essenziali alla sopravvivenza del microbo infettante. Anche se i microbi mutano rapidamente, queste mutazioni non coinvolgono mai molecole importanti e quindi non coinvolgono mai l’immunità innata. Possiamo dire quindi che l’immunità innata è più resistente alle mutazioni rapide dei microrganismi.

Funzionamento del macrofago

Come fa un macrofago a sapere che siamo stati infettati da un microbo? Esso ha sulla membrana un recettore che riconosce componenti strutturali del batterio, inoltre attiva anche altri recettori. Queste componenti sono comuni a più tipi di virus; tutti i virus hanno una componente che è il mannosio nella struttura delle loro membrane. Quindi, in questo caso, il recettore per il mannosio non è specifico di un virus, ma è per tutti i virus. Quindi quel macrofago è capace di riconoscere più tipi di batteri.

Il fatto che riconoscano strutture che sono importanti per la sopravvivenza del batterio fa sì che la risposta innata non abbia degli effetti negativi da parte delle mutazioni veloci dei microbi perché le mutazioni veloci non intaccano mai le funzioni fondamentali del batterio, quindi non intaccano mai le strutture delle membrane dei batteri e il recettore dei macrofagi troverà sempre il mannosio.

In questo caso la specificità non esiste come nel caso dell’immunità adattativa, ma riconosce tutte le strutture di base dei batteri. I recettori che riconoscono questi batteri, tipo i recettori per il mannosio oppure i recettori toll-like, sono già presenti sulla cellula dei macrofagi e riconoscono gruppi di microbi. Codificati nella linea germinale significa che i recettori che riconoscono le strutture microbiche sono codificati da geni presenti nelle cellule germinative; cioè quando si forma lo zigote durante la vita fetale, questi macrofagi già esprimono questi recettori i quali sono già attivi, quindi possono rispondere in maniera immediata, diversamente dai recettori degli antigeni che vedremo nei linfociti T che invece devono essere modificati durante la maturazione del sistema immunitario.

Questo significa che c’è una risposta immediata, però naturalmente c’è una diversificazione limitata, perché non abbiamo un recettore sui macrofagi per ogni batterio, quindi la diversificazione è limitata però poiché sono aspecifici la risposta è assicurata.

La distribuzione di questi recettori non è clonale, ovvero la popolazione dei neutrofili e la popolazione dei macrofagi non sono mai omogenee, ci sono sempre delle piccole differenze, però per quanto riguarda i recettori che esprimono in membrana tutti i macrofagi esprimono gli stessi recettori, quindi non abbiamo un sottogruppo di macrofagi che esprime un recettore e un sottogruppo che ne esprime un altro. Tutti i macrofagi e tutti i neutrofili di quel sottogruppo oppure di tutta la popolazione esprimono gli stessi recettori.

Questi recettori sono capaci di discriminare tra microbi esterni che ci infettano e molecole del nostro corpo, perché la risposta recettoriale è strettamente connessa a strutture che sono microbiche e quindi che noi non esprimiamo nel nostro corpo, e se ci sono delle componenti del nostro corpo che possono essere eventualmente attaccate dai nostri macrofagi, abbiamo evoluto dei meccanismi regressivi che non consentono l’attivazione del macrofago.

Quindi i recettori dei macrofagi e dei neutrofili sono aspecifici, sono buoni perché rispondono a vari tipi di microbi ma sono aspecifici, cioè non sono specifici di un singolo batterio, ma uno stesso macrofago può rispondere a più microbi. Diversamente nell’immunità adattativa ogni clone di linfocita B o di linfocita T riconosce specificamente un microbo. I recettori sono ognuno specifico per un tipo di batterio e quindi c’è bisogno di un evento che sviluppi questa specificità, è un meccanismo di ricombinazione somatica dei geni dell’immunoglobulina oppure dei recettori per l’antigene. Quindi nell’immunità adattativa c’è bisogno che questi recettori maturino la propria specificità, quindi abbiamo bisogno di giorni.

I linfociti B sono ad espressione clonale, quindi abbiamo un tot numero di cellule che si diversificano tra di loro. La discriminazione del self è altamente presente anche nell’immunità adattativa, sa riconoscere il self dal non self anche se non sempre funziona così, quindi possiamo dire che il sistema immunoadattativo è più imperfetto da questo punto di vista e può dare luogo alle reazioni di autoimmunità.

Recettori toll-like

I recettori più importanti che riconoscono i batteri e i virus che ci infettano sono i toll-like receptor. Essi mediano la risposta innata. I toll-like receptor sono più tipi di recettori, quindi i macrofagi possono esprimere più tipi di recettori e ogni tipo di recettore è specifico per un gruppo di batteri. Ad esempio, i recettori il toll-like receptor 4 (TLR4) e il TLR5 riconoscono la flagellina che è un componente dei batteri gram negativi; mentre il TLR1 e il TLR6 riconoscono il primo i batteri dei gram positivi e il 6 quello del lievito e altri tipi di funghi.

Ci sono quindi categorie di TLR che riconoscono gruppi di microrganismi. Poi ci sono anche quelli che riconoscono i virus; essi entrano nella nostra cellula, quindi i recettori TL che sono specifici per i virus non li ritroviamo sulla membrana esterna del macrofago ma li troviamo nelle membrane interne, ad esempio in quelle degli endosomi e abbiamo il TLR3 che è specifico e riconosce il double-strand (doppio filamento) dell’RNA.

Ad un certo punto il ligando, sia esso un double-strand RNA sia esso una componente batterica, si lega ad un recettore. La componente extracellulare ha il compito di legare il ligando che attiva quel recettore; in questo caso per il TLR sarà per esempio la componente LPS oppure la flagellina, quindi una componente della parete batterica. Questo legame attiva la parte interna intracellulare del recettore che inizia la trasduzione del segnale. Abbiamo una cascata di eventi citoplasmatici che culminano all’interno del nucleo con l’attivazione di fattori di trascrizione; in particolare il fattore trascrizionale NF-kB e i fattori trascrizionali che vengono chiamati fattori regolatori dell’interferone (IRF), in risposta al legame con il recettore tramite questa trasduzione del segnale si attivano nel nucleo e attivano la trascrizione di geni, dell’infiammazione acuta, della simulazione dell’immunità adattativa oppure dell’attività antivirale.

Risposta innata all'infezione virale

Le cellule dell’immunità innata sono macrofaghe e natural killer. Quando il virus entra nella cellula non solo la infetta ma attiva i recettori toll-like receptor. La funzione di questi recettori è quella di attivare un’attività antivirale, in questo caso la produzione di interferone gamma di tipo 1 nella sua forma alfa oppure nella sua forma beta. Questo in risposta sia a virus al DNA che al RNA.

Le citochine inducono l’espressione di attività antivirale nelle cellule non infettate e che esprimono il recettore per loro stessi. Quindi la cellula infettata tramite il toll-like receptor attiva l’espressione dell’interferone gamma di tipo 1 alfa o beta. La cellula infettata produrrà questa interleuchina che verrà poi secreta e troverà intorno le cellule non ancora infettate, incontrerà quindi un recettore per l’interferone gamma e riattiva l’azione antivirale e cioè promuove l’attività di enzimi inibitori della replicazione virale.

Un altro meccanismo che fa l’interferone gamma è quello di aumentare l’espressione delle cellule presentanti l’antigene e lo vedremo nelle molecole di istocompatibilità di tipo 1. Queste ultime sono molto importanti per presentare l’antigene alle cellule T citotossiche che uccidono le cellule infettate. Quindi se l’interferone gamma aumenta l’espressione delle molecole di istocompatibilità nelle cellule infettate, aiuta l’attivazione del CTL e quindi l’eliminazione del virus. Abbiamo un’azione diretta dell’interferone gamma che protegge le cellule non infettate e un’azione indiretta aumentando l’attività dell’immunità immunospecifica.

La risposta innata dell’ospite all’infezione batterica è caratterizzata sempre da macrofagi e natural killer che però stavolta sono in un’interazione specifica auto attivantesi, significa che il macrofago che ha appena fagocitato un batterio produce interleuchina 12 che attiva le natural killer a produrre l’interferone gamma, quest’ultimo è una citochina molto potente che attiva ulteriormente il macrofago e lo abilita all’uccisione del microbo che aveva fagocitato.

Funzioni immunomodulatorie dell'interferone gamma

• Attiva l’espressione di MHC di classe I e II.
• Aumenta l’attività del proteasoma e quindi l’efficienza di prestazione dell’antigene.
• Attiva i macrofagi inducendo NADPH ossidasi e NO (acido nitrico) sintetasi, aumentando la capacità battericida.
• Aumenta la citotossicità delle cellule NK aumentando la sintesi di perforine (che sono appunto il mezzo attraverso cui le NK uccidono le cellule infettate).
• Regola lo sviluppo e la maturazione dei linfociti B.
• Stimola la divisione delle cellule T della memoria.

Quindi, l’interferone gamma ha una funzione importantissima nell’immunità innata perché attiva i macrofagi all’attività battericida, ma ha anche un’influenza importante sull’attività dell’immunità adattativa, cioè quella che ci porta alla produzione di anticorpi specifici.