Patologia generale - appunti

Patologia 6/03: cellule ed organi del sistema immune

Struttura del sistema immunitario

Il sistema immunitario è formato da numerosi organi e tessuti distribuiti nell'organismo. Gli organi si dividono in:

• Primari:
  • Midollo osseo
  • Timo

  Servono alla maturazione dei linfociti B e T. Nel midollo osseo avviene inoltre la produzione di tutte le cellule del sangue.

• Secondari:
  • Linfonodi
  • Milza
  • MALT (tessuto linfoide associato alle mucose)

  Intrappolano l'antigene (Ag) e rappresentano la sede in cui i linfociti maturi interagiscono con esso. Tali organi sono interconnessi tra loro tramite il letto vascolare ed il sistema linfatico e sono popolati da cellule del sistema immune trasportate nel sangue e nella linfa.

Sangue e cellule associate

Il sangue è formato da differenti tipi di cellule sospese in un mezzo fluido, il plasma, che contiene acqua, proteine e sali minerali. Se si lascia coagulare il sangue, la parte liquida, priva del fibrinogeno e delle altre proteine della coagulazione, prende il nome di siero. Le cellule occupano invece il 45% del volume e rappresentano la parte corpuscolata e sono:

• Eritrociti (Globuli rossi)
• Leucociti (Globuli bianchi)
• Piastrine (derivanti dai grossi megacariociti)

Eritrociti

Sono gli elementi più numerosi (di media 5x10⁶ / µl o mm³) e hanno la forma di disco biconcavo con diametro di circa 7-8 µm. Contengono acqua, emoglobina, altre proteine, sali, vitamine. Non possiedono un nucleo, perso durante la maturazione.

Leucociti

Il numero dei leucociti nell'adulto varia da 4500 a 11000 µl. Essi si suddividono a loro volta in:

• Granulociti, distinti in:
  • Neutrofili (1800-7700/µl)
  • Eosinofili (0-450/µl)
  • Basofili (0-200/µl)
• Monociti (0-800 /µl)
• Linfociti (1000-4800/µl)
• Cellule NK (5% dei linfociti)

Piastrine

Variano come numero da 150.000 a 440.000 µl ed hanno la forma di un disco di circa 2-3 µm di diametro.

Ematopoiesi e generazione delle cellule del sistema immunitario

Le cellule del sistema immunitario e del sangue vengono generate durante tutta la vita di una cellula staminale pluripotente comune mediante un processo chiamato ematopoiesi. Nel midollo osseo la cellula staminale si auto-rinnova tramite un processo di self-rinnovamento, fondamentale per la continuazione della loro riproduzione. Oppure dà origine ad una progenie che si differenzia in cellule della linea: eritroide, mieloide o linfoide.

La cellula staminale ed i precursori generati sono spinti verso queste vie differenziative da:

• Cellule stromali
• Fattori solubili presenti nel micro ambiente circostante

Il primo organo emopoietico è il sacco vitellino. Dalla V-VI settimana fino al VI mese il principale organo emopoietico diventa il fegato. L'emopoiesi midollare inizia tra il IV e il V mese e dal VI mese in poi il midollo è il principale organo. La milza produce cellule ematiche dal II al VII mese di gestazione.

Nell'embrione sono presenti due popolazioni eritrocitarie:

1. I grossi megaloblasti nucleati, che derivano dal mesoderma primitivo e contengono emoglobina embrionale.
2. Cellule più piccole che le sostituiscono, di probabile origine epatica che producono emoglobina fetale e piccole quantità di emoglobina adulta.

Durante i primi anni di vita la componente cellulare emopoietica del midollo diffonde nelle ossa lunghe, nelle costole, nello sterno, nelle ossa del cranio, del bacino e nelle vertebre. A 18 anni solo il midollo delle vertebre, delle costole, delle ossa piatte e delle epifisi prossimali delle ossa lunghe funziona in senso emopoietico.

Dal precursore mieloide si originano:

• Granulociti
• Monociti
• Megacariociti, che a loro volta si frammentano dando origine alle piastrine
• Mastcellule (o mastociti)

Mastcellule e cellule dendritiche entrano in circolazione in una forma immatura.

Dal precursore linfoide si originano:

• Linfociti T
• Linfociti B
• Cellule Natural Killer

I precursori dei linfociti T lasciano il midollo osseo in una forma immatura e migrano nel timo per progredire ad uno stadio maturo, mentre la maggior parte delle cellule immunitarie maturano ad uno stadio di competenza proprio nel midollo.

Ruolo dei fattori di crescita sulla differenziazione delle cellule del sistema immunitario

L'ematopoiesi è regolata da:

• Fattori prodotti dalle cellule stromali presenti nel midollo osseo
• Fattori prodotto al di fuori del midollo osseo (di solito sintetizzati in risposta alle infezioni)

Numerose citochine sono coinvolte nella ematopoiesi. Esse sono proteine a basso peso molecolare prodotte per lo più dalle cellule del sistema immunitario, ossia quelle in risposta all'Ag, stromali e macrofagi. Influenzano la produzione, la crescita o la differenziazione di altre cellule, per cui in base alla quantità e il tipo si determina la maturazione di cellule differenti. Una stessa citochina può inoltre svolgere le sue azioni su diversi tipi cellulari. Quelle che promuovono e dirigono lo sviluppo delle cellule del sangue sono spesso chiamate fattori di crescita (CSF= colony stimulation factors).

La cellula staminale pluripotente si divide in risposta al fattore delle cellule staminali interleuchina-3 (IL-3), IL-6 e al ligando FTL-3. Alcune citochine stimolano più di una linea differenziativa ed influenzano il processo maturativo a più stadi di sviluppo.

Linea mieloide

Il fattore di stimolazione delle colonie granulocito-macrofagiche (GM-CSF) e IL-3 agiscono sul precursore mieloide per indurre la differenziazione di altri precursori specifici per la linea mieloide:

• G-CSF induce la produzione di neutrofili maturi
• IL-5 eosinofili
• IL-4 basofili
• M-CSF maturazione dei monociti

Linea linfoide

• Il precursore linfoide può essere stimolato dall' IL-3 e IL-7 per diventare un progenitore B che stimolato poi da IL-2, IL-4, IL-5, IL-6 si sviluppa in cellula B matura.
• IL-7 agisce anche su un progenitore T che dopo aver lasciato il midollo osseo raggiunge il timo per diventare un timocita. I timociti sono poi stimolati dal microambiente timico e da alcune citochine (IL-2, IL-4, IL-7) a svilupparsi in cellule T mature.
• Lo sviluppo delle cellule NK nel midollo osseo è invece regolato dall'IL-15.

Morfologia e funzioni delle cellule mieloidi

Monociti

I monociti hanno un diametro di 10-18 mm, un nucleo a forma di fagiolo e un citoplasma granulare contenente lisosoma, vacuoli fagocitici e filamenti citoscheletrici. Essi circolano nel sangue per alcune ore. Una volta usciti dal torrente circolatorio si muovono all'interno dei tessuti e differenziano in:

• Cellule dendritiche
• Macrofagi, che possono sopravvivere nei tessuti per diversi mesi. Essi sviluppano un abbondante citoplasma, aumentano organelli e gli enzimi litici. Alcuni macrofagi hanno una localizzazione relativamente stabile ed assumono delle caratteristiche peculiari che dipendono dagli organi nei quali risiedono.

Funzioni dei macrofagi

• Fagocitosi: Durante la fagocitosi i macrofagi emettono lunghi prolungamenti citoplasmatici (pseudopodi) per circondare ed inglobare corpuscoli particolati, detriti cellulari, cellule morte e microorganismi, formando quindi il fagosoma. La fagocitosi è grandemente favorita quando i bersagli sono prima legati dagli anticorpi o dalle proteine del complemento presenti nel siero. Il fagosoma si fonde quindi con i lisosomi formando il fagolisosoma. Dopo la formazione del fagolisosoma i macrofagi sono attivati e digeriscono o distruggono le particelle inglobate con gli enzimi proteolitici, idrolasi acide e perossidasi contenute nei loro lisosomi. I macrofagi attivati possono uccidere i patogeni mediante la produzione di intermedi reattivi dell'ossigeno (come il perossido di idrogeno), i radicali idrossilici, l'anione superossido e l'ossido nitrico (processo detto burst-ossidativo). Queste sono sostanze molto tossiche per processare l'Ag. La fagocitosi per essere utile deve essere seguita da eliminazione (non accade sempre, ad es candida e tubercolosi).
• Presentazione dell'antigene: Un'altra importante funzione dei macrofagi è la presentazione dell'Ag (APC= antigen presenting cell) ai linfociti T. L'attivazione dei linfociti T in risposta ad un Ag non può avvenire fino a quando esso non è esposto in modo tale da essere riconosciuto da tali cellule, le quali sono le uniche che hanno questa caratteristica. L'Ag viene complessato con proteine del complesso maggiore di istocompatibilità: MHC di classe I e MHC di classe II. * Sono proteine polimorfe, ossia dotate di molte forme alleliche diverse per lo stesso gene, scoperte e studiate nell'ambito del rigetto del trapianto. Processare un Ag proteico significa tagliarlo in una serie di piccoli peptidi (da 13 a 18 AA) e collocarli nella tasca che lega l'Ag di una proteina MHC-I o MHC-II. Dopo la processazione infatti, il macrofago lega l'Ag con dei recettori specifici e lo presenta ai linfociti T in associazione a molecole MHC-I o MHC-II. Il TCR (recettore specifico sul linfocita) riconosce il peptide antigenico che è legato ad una molecola MHC. I peptidi antigenici possono originarsi da Ag esogeni ed endogeni. - Gli Ag esogeni sono fagocitati o endocitati dalle APC, degradati e presentati in associazione con le molecole MHC-II alle cellule T CD4+. - Gli Ag endogeni, prodotti all'interno della cellula come gli Ag virali o tumorali sono degradati nel citoplasma e presentati in associazione con le molecole MHC-I alle cellule CD8+. Il legame del TCR al peptide complessato con l'MHC è solo il primo segnale nella attivazione produttiva delle cellule T. Il secondo segnale deriva infatti dal legame della proteine CD28 della cellula T con le molecole CD80 e CD86 sulla APC.
• Produzione di citochine: Quando i macrofagi incontrano determinati stimoli, particolarmente quelli di origine batterica, vengono attivati e producono una varietà di citochine:
  • IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-15
  • IL-fattore di Necrosi tumorale-gamma (TNF-gamma)
  • Interferone-gamma (IFN-gamma)
  • IFN-beta
  • GM-CSF
  • Il fattore di crescita trasformante-beta (TGF-beta)

  IL-1, IL-6 e TNF-gamma sono citochine infiammatorie e possono provocare cambiamenti sistemici come la febbre. La IL-12 è importante nel determinare il tipo di risposta di un linfocita T (preferenzialmente cellulo-mediata).

Cellule della linea mieloide

• Monociti
• Granulociti
• Mastociti
• Cellule Dendritiche
• Piastrine

Granulociti

I granulociti sono circa il 60-70% di quelli circolanti. Essi comprendono:

• Neutrofili
• Basofili
• Eosinofili

Neutrofili

I neutrofili costituiscono circa il 90% dei granulociti. In una striscia di sangue periferico vediamo principalmente neutrofili. Hanno una forma tondeggiante e hanno un nucleo segmentato in 3-5 lobuli collegati tra loro, ciò li rende facilmente riconoscibili. Sono le prime cellule ad essere richiamate nel sito infiammatorio, escono rapidamente dal circolo sanguineo attraverso un processo detto di "extravasazione" (o diapedesi) e vengono richiamati nei siti infiammatori. Sono le cellule tipiche delle infiammazioni acute, un tipo di infiammazione che insorge e si conclude in pochi giorni. Hanno una breve vita, sopravvivono solo per poche ore, ma quando vengono richiamate nei tessuti a svolgere altre funzioni possono sopravvivere anche alcuni giorni.

Funzioni dei neutrofili

• Fagocitosi: Rappresenta la funzione principale. La membrana cellulare emette degli pseudopodi, ossia delle estroflessioni in cui viene inglobato il materiale antigenico da eliminare, si forma il fagosoma che si fonde con i lisosomi formando il fagolisosoma. Nei granuli contenuti nel citoplasma si forma il fagolisosoma, dove avviene la degradazione del materiale. Queste cellule inoltre producono dei peptidi che sono le defensine, le quali alterano la permeabilità della membrana cellulare di batteri e funghi e rappresentano quindi un ulteriore meccanismo di difesa contro questi microorganismi, oltre a tutto il corredo enzimatico contenuto nei granuli. Queste cellule esocitano all'esterno il contenuto dei granuli, per cui si può anche incorrere in danni tissutali, in seguito al richiamo dei neutrofili. Le ossidasi invece generano gli intermedi reattivi dell'O₂, i quali sono molto tossici. Tali enzimi degradativi, se rilasciati nel tessuto, creano danni tissutali in seguito ai quali avremo la riparazione e la rigenerazione del tessuto. Tali tessuti che si rigenerano sono costituiti da cellule labili, caratterizzate da molte mitosi. Sono gli epiteli e il midollo. Quando le cellule sono stabili o perenni avremo una riparazione che consiste in un processo per cui c'è la sostituzione del tessuto perduto con un tessuto cicatriziale, tessuto connettivo. Quest'ultima è la riparazione vera e propria.
• Produzione di Citochine: [TNF-alfa, IL-1beta, IL-6, IL-8, TGF-beta] Siccome sono cellule che vengono richiamate nei processi infiammatori, le citochine che vengono prodotte sono Pro-infiammatorie.

Eosinofili

Eosinofili hanno un nucleo bilobato. Costituiscono circa il 2-4% dei leucociti circolanti. Dopo la maturazione nel midollo entrano nel circolo ematico e si trovano preferenzialmente nei tessuti periferici, a livello delle mucose dell'apparato respiratorio, gastrointestinale e genito-urinario.

Funzioni degli eosinofili

• Ruolo nelle parassitosi: Sono le cellule coinvolte nella reazione immunitaria verso le parassitosi, come per esempio le infestazioni da elminti (vermi). I loro granuli contengono infatti:
  • Idrolasi lisosomiali
  • Proteina basica maggiore, proteina tossica per gli elminti.
  • Proteina cationica, tossica per gli elminti, inoltre catalizza la produzione di acido ipocloridrico e ipobromidico che sono tossici verso molti microorganismi.
• Ruolo nelle fasi tardive dell'ipersensibilità di I tipo: Sono inoltre presenti negli infiltrati cellulari infiammatori nelle fasi più tardive dell'ipersensibilità immediata o di primo tipo (Allergia).
• Produzione di Citochine
• Produzione di Mediatori Lipidici (prostaglandine e leucotrieni)

Basofili

Basofili costituiscono una percentuale molto bassa, circa l'1% ed hanno un nucleo ovale. Nei loro granuli sono immagazzinati principalmente mediatori, tra cui il più importante è l'istamina, che appartiene alla famiglia delle ammine vasoattive, oltre che proteasi neutre ed eparina. Può essere richiamata nel sito infiammatorio, ma la loro parte nelle reazioni infiammatorie è trascurabile. Svolgono invece un ruolo fondamentale nelle reazioni di ipersensibilità di I tipo.

Mastociti

Non sono leucociti, ma cellule tissutali che appartengono alla linea mieloide. I mastociti si trovano in tutti i distretti dell'organismo, in particolare in prossimità dei vasi sanguinei, dei nervi e anche degli epiteli. Quando escono dal midollo osseo vengono trasportati ai vari tessuti dal circolo, ma non è una cellula che fa parte della composizione del sangue. Hanno una forma variabile, i nuclei sono generalmente tondeggianti. Contengono granuli e corpi lipidici associati alla membrana. Anche queste cellule hanno un ruolo fondamentale nella risposta all'ipersensibilità di I tipo o immediata. Nei granuli sono infatti contenute delle sostanze farmacologicamente attive, rilasciate in seguito all'attivazione di queste cellule. Sono state individuate 2 popolazioni di queste cellule:

• M. MUCOSALI -> quelli che si trovano a livello delle mucose, in particolare quella intestinale e dell'albero respiratorio.
• M. CONNETTIVALI -> quelli che si trovano a livello del connettivo, della cute e della sottomucosa.

I mastociti hanno un ruolo fondamentale nell'ipersensibilità di I tipo, infatti mastociti e basofili sono coinvolti nello scatenamento, mentre in fase tardiva vengono reclutati anche gli eosinofili.

Cellule Dendritiche

Si chiamano "dendritiche" proprio perché sulla loro superficie presentano delle estroflessioni, quindi per affinità con i dendriti delle cellule nervose. Sono distribuite in tutti i distretti del nostro organismo, soprattutto negli epiteli della cute, nei tessuti linfoidi, nel tratto gastrointestinale, nelle vie aeree. Sono cellule tissutali che sembrano derivare da una cellula fagocitica mononucleata quale il monocita. Quindi per ulteriore differenziazione del monocita possiamo avere, oltre al macrofago, anche le cellule dendritiche.

Funzioni delle cellule dendritiche

• Quando entrano in contatto con un patogeno, lo fagocitano. Sono quindi cellule fagocitiche. Quando entra un antigene, le cellule dendritiche lo fagocitano e migrano ai linfonodi.
• Presentano poi l'ag, associato a molecole MHC (complesso maggiore di istocompatibilità, molecole che presentano l'antigene e possono essere mhc1 e mhc2), ai linfociti T-NAIVE, ossia linfociti "vergini" (che non hanno ancora incontrato l'antigene).
• L'antigene viene riconosciuto e legato dal linfocita T-NAIVE che presenta lo specifico recettore per quell'ag. Da T-NAIVE diventa T-EFFETTORE.

In questa migrazione, le cellule dendritiche maturano, fino ad arrivare ai linfonodi che sono organi linfoidi secondari.