Patologia generale - parte 1

Patologia generale - Prof.ssa Monti

Introduzione all'immunologia

Immunità = protezione dalla malattia, in particolare dalla malattia infettiva

Immunologia = scienza che studia i meccanismi messi in atto dal sistema immunitario nella protezione dell’organismo

Immunopatologia = analizza i casi in cui il sistema immunitario non funziona correttamente

Funzioni del sistema immunitario

• Difesa contro le infezioni
  • Un deficit immunitario determina un'aumentata suscettibilità alle infezioni
  • La vaccinazione stimolando specificamente le difese immunitarie protegge contro le infezioni
• Difesa contro i tumori
  • È possibile effettuare un'immunoterapia contro i tumori
• Riconoscimento dei tessuti trapiantati e di proteine estranee
  • La risposta immunitaria rappresenta un ostacolo per il trapianto e la terapia genica
• Anticorpi
  • Sono reagenti altamente specifici per discriminare qualsiasi classe di molecole
  • Approcci immunologici di laboratorio che utilizzano anticorpi sono largamente impiegati nella medicina clinica e nella ricerca scientifica

Oggi siamo in grado, entro certi limiti, di manipolare l’attività del sistema immunitario. Possiamo:

• Stimolare le funzioni immunitarie (vaccini, immunoterapia dei tumori ecc.)
• Deprimere le funzioni immunitarie (terapie antirigetto, terapie malattie autoimmuni ecc.)

Immunogeni e antigeni

• Immunogeni: qualunque sostanza in grado di suscitare una risposta immune
• Antigeni: organismi, molecole o parti di molecole che sono in grado di legarsi a componenti del sistema immunitario (linfociti e/o anticorpi) che li riconoscono come estranei.
  • La parte di antigene che entra in contatto con queste componenti del sistema immunitario prende il nome di epitopo o determinante antigenico.
  • Un antigene che presenta più epitopi identici è definito multivalente.

Una molecola può essere antigenica (cioè può reagire con i prodotti o componenti del sistema immunitario) ma non essere immunogenica (cioè non essere in grado di sola di indurre una risposta immunitaria). Dunque, tutti gli immunogeni sono antigeni ma non tutti gli antigeni sono immunogeni. Perciò, tutti gli antigeni sono potenzialmente in grado di stimolare la produzione di anticorpi specifici, ma solo alcuni sono in grado di farlo realmente; la maggior parte degli antigeni si comportano da apteni, ovvero molecole in grado di agire come epitopi ma che di per sé non riescono ad evocare una risposta anticorpale (quindi l’epitopo è una molecola antigenica ma non immunogena), a meno che non siano legate ad un carrier che li fa diventare immunogeni.

Tipi di antigeni

• Esogeni: sono entrati nel corpo dall’esterno, per esempio tramite inalazione, ingestione o iniezione
  • Prodotti di agenti patogeni (virus, batteri, nematodi, micofiti)
  • Prodotti di saprofiti (flora)
  • Prodotti somministrati (alimenti, farmaci) o introdotti con un trapianto
• Endogeni: sono stati generati all’interno delle cellule come conseguenza del normale metabolismo cellulare, oppure a causa di una infezione intracellulare

Autoantigeni: normali proteine o complessi di proteine (anche acidi nucleici) del nostro organismo che vengono riconosciuti dal sistema immunitario.

Tipi di immunità

Immunità innata

I meccanismi preesistenti all’infezione e pronti a reagire con rapidità. Le difese innate sono costituite da:

• Barriere anatomiche
• Mediatori solubili presenti nei liquidi biologici
  • Lisozima: può scompaginare la parete cellulare dei batteri
  • Proteine chelanti del siero (es. lattoferrina e trasferrina legano il ferro, elemento indispensabile del metabolismo batterico, e lo rendono indisponibile)
  • Complemento: insieme di proteine del siero che, una volta attivate, possono portare alla lisi delle cellule batteriche o favorire la loro fagocitosi
  • Defensine: peptidi cationici prodotti da una varietà di cellule e tessuti con spiccata attività antibatterica, antifungina e/o antivirale
• Fattori cellulari

Quali sono le caratteristiche salienti dell’immunità innata?

• Risposta rapida
• Mancanza di memoria
• Filogeneticamente antica: presente anche negli invertebrati
• Bassa specificità: tramite recettori localizzati sulle cellule dell’immunità innata chiamati Pattern Recognition Receptors (PRRs) si ha il riconoscimento di strutture altamente ripetitive e conservate comuni ad una vasta gamma di patogeni (PAMPs, Pathogen Associated Molecular Patterns). Recentemente si è scoperto che oltre a riconoscere proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici espressi dai microbi, questi recettori possono riconoscere anche proteine citosoliche o nucleari che derivano da cellule dell’organismo che sono andate incontro a necrosi e che prendono il nome di DAMPs.

I recettori PRR sono codificati da geni del DNA nella configurazione germinale, pertanto restano costanti e non vanno incontro a ricombinazione (sono recettori non-clonali).

Esempi di PRRs

• TLRs (recettori Toll-like): glicoproteine di membrana con una porzione extracellulare ricca di leucina e un dominio citoplasmatico TIR che media la trasmissione del segnale. Per funzionare devono creare dei dimeri. Sono localizzati sulla membrana plasmatica e sulle membrane endosomiali di cellule dendritiche, fagociti, linfociti B, cellule endoteliali e molti altri tipi cellulari.
• CLRs (recettori simili alle lectine di tipo C): si trovano sulle membrane plasmatiche dei fagociti e riconoscono zuccheri particolari presenti sulla superficie dei microrganismi.
• Scavenger: tra i principali abbiamo il recettore MARCO che è deputato al riconoscimento delle isole CpG non metilate del DNA dell’E. coli e il CD36 che riconosce le cellule apoptotiche e lo Stafilococco aureo. Hanno funzione di “spazzini” in quanto oltre a riconoscere le molecole not-self riconoscono anche molecole self danneggiate come le LDL ossidate.
• NLRs (recettori NOD-like): all’estremità carbossilica si trova un dominio NOD comune a tutti i recettori, mentre nell’N-terminale presentano domini diversi che identificano varie sottofamiglie. Ad esempio, la sottofamiglia NLRP permette l’attivazione della caspasi-1 che a sua volta collabora nell’attivazione di complessi che prendono il nome di inflammasomi e che generano forme attive delle citochine IL-1 e IL-8.

Nel tempo però i microrganismi si sono evoluti e sono diventati in grado di sviare vari meccanismi di immunità innata; allora ecco che subentra l’immunità acquisita.

Immunità acquisita

Risposta più tardiva, capace di distinguere in maniera straordinariamente specifica le diverse molecole estranee grazie a fini sistemi di riconoscimento (recettori specifici clonali), e in grado di rispondere in modo sempre più potente ad esse dopo contatti ripetuti (memoria immunologica). I principali componenti dell’immunità adattativa sono i linfociti e i loro prodotti di secrezione come gli anticorpi.

Quali sono le caratteristiche salienti dell’immunità acquisita?

• Risposta lenta
• Forte risposta di memoria: l’esposizione del sistema immunitario ad un antigene estraneo aumenta la sua futura capacità di rispondere a quell’antigene.
• Alta specificità: la risposta è avviata dal legame dell’antigene a recettori dei linfociti B (BCR) e a recettori dei linfociti T (TCR).
• Filogeneticamente recente: presente solo nei vertebrati

Teoria della selezione clonale

Ciascun individuo possiede linfociti specifici per una grande varietà di antigeni prima che avvenga l'incontro con l'antigene stesso. L’esposizione a un antigene determina la selezione e l'attivazione di uno specifico clone linfocitario. Quando un antigene entra in contatto con il sistema immunitario, esso è riconosciuto solo dai linfociti che presentano un recettore in grado di riconoscerlo. Queste cellule proliferano, producono anticorpi (se linfociti B) o citochine/citotossicità (se linfociti T).

Caratteristiche dell'immunità acquisita

• Auto-limitazione: tutte le risposte immunitarie normali si esauriscono nel tempo dopo la stimolazione antigienica, riportando il sistema immunitario al suo stato di riposo, una condizione definita omeostasi.
• Tolleranza: il sistema immunitario è capace di eliminare antigeni estranei all’organismo (non-self) senza reagire pericolosamente alle sostanze antigeniche proprie dell’individuo (self). La non responsività immunologica è detta tolleranza. Alterazioni nel mantenimento di questa tolleranza spesso sfociano in patologie dette autoimmuni.
• Può essere trasferita:
  • Immunità attiva: l’organismo produce gli anticorpi necessari
  • Immunità passiva: gli anticorpi necessari sono prodotti non dall’organismo ma introdotti dall’esterno mediante sieri. I sieri contengono anticorpi specifici che conferiscono immunità, cioè protezione immediata, neutralizzando gli agenti patogeni o le tossine. Non essendoci alcuna risposta immunitaria attiva da parte dell’organismo, l’immunità è però solo temporanea e quindi non avremo memoria immunologica (esempi: allattamento, immunoprofilassi, antidoti contro i veleni di serpenti).

Fasi della risposta immunitaria acquisita

• Riconoscimento: Fase di interazione cellula-recettore (avviene negli organi linfoidi secondari, quindi milza e linfonodi, poiché è qui che si concentrano gli antigeni visto che molto probabilmente il patogeno è stato drenato dalla linfa).
• Attivazione: Fase di attivazione delle cellule specifiche che aumentano di numero (espansione clonale) e poi si differenziano (es. plasmacellule).
• Eliminazione dell’antigene
• Declino della risposta
• Memoria

Tipi di immunità acquisita

Esistono due tipi di risposta immunitaria acquisita: immunità umorale e immunità cellulare.

Immunità umorale è mediata dagli anticorpi prodotti dai linfociti B ed è il principale meccanismo di difesa contro i microbi extracellulari e le loro tossine. Immunità cellulare o immunità cellulo-mediata è mediata dai linfociti T. I microbi intracellulari come i virus e altri batteri sopravvivono e proliferano all’interno di fagociti e di altri tipi di cellulari e diventano inaccessibili agli anticorpi circolanti.

Classi di linfociti

Nel midollo osseo abbiamo una cellula staminale pluripotente che dà origine ad una linea mieloide (per le cellule del sangue) e una linfoide per i linfociti B, che restano nel midollo osseo, e i linfociti T, che termineranno il loro sviluppo nel timo.

Tutti i linfociti inizialmente sono naive o vergini, cioè che non hanno mai incontrato l’antigene. Le popolazioni linfocitarie si distinguono grazie alla presenza di marcatori di superficie (clusters di differenziazione, CD).

• Linfociti B: Sono responsabili dell’immunità acquisita umorale diretta verso microbi extracellulari e maturano all’interno del midollo osseo. I linfociti B riconoscono antigeni esogeni (proteine, lipidi e carboidrati) attraverso il complesso recettoriale delle cellule B o BCR. Si compone di (1) anticorpo IgD o IgM (2) corecettore CD79: è un dimero costituito da una catena Ig-alfa e una catena Ig-beta tenute insieme da ponti disolfuro; siccome la piccola coda citoplasmatica dell’anticorpo non ha capacità di trasduzione del segnale, è necessaria la presenza di questo corecettore. Nella parte intra-citoplasmatica di esso vi è una lunga coda con presenza di sequenze ITAM che verranno fosforilate e permetteranno l’attivazione della cellula. Il processo di attivazione del linfocita B, grazie all’incontro con un preciso antigene, consiste nell’espansione clonale seguita dalla differenziazione in plasmacellule che secernono gli anticorpi specifici (che quindi possono essere considerate le cellule effettori dell’immunità umorale). Questi anticorpi secreti dal clone attivato del linfocita B andranno a legarsi ai patogeni attivando tutta una serie di meccanismi effettori come opsonizzazione (viene favorita la fagocitosi), attivazione del sistema del complemento tramite la via classica, neutralizzazione di microbi o prodotti microbici tossici, citotossicità cellulare mediata da anticorpi o da ipersensibilità immediata.
• Linfociti T: Sono responsabili dell’immunità acquisita cellulo-mediata diretta verso microbi intracellulari che sono stati fagocitati o sfruttano la cellula per moltiplicarsi (virus) e maturano all’interno del timo. I linfociti T possono riconoscere solo antigeni peptidici attraverso il recettore dei linfociti T o TCR. Le APC sono cellule che, mediante MHC (complesso maggiore di istocompatibilità) di classe I, sono in grado di esporre tali antigeni sulla propria superficie da presentare a questi TCR. TCR è una glicoproteina di membrana costituita da domini immunoglobulinici (famiglia delle immunoglobuline). È formata da 2 catene polipeptidiche diverse, alfa e beta, che generano un solo sito di legame per l’antigene (per alcuni linfociti T, quelli localizzati a livello della cute, TCR è costituito dalle catene gamma e delta; questi linfociti sono meno specifici e hanno funzione di primo contatto con l’antigene). Entrambe le catene sono dotate di una regione variabile, una regione costante, una regione transmembrana e una regione citoplasmatica. I domini variabili sono deputati al riconoscimento del peptide antigenico e della molecola di MHC. Le zone che effettivamente formano i legami con il ligando sono definiti determinanti di complementarietà. Come BCR, anche il TCR non è in grado di trasdurre il segnale in modo autonomo, quindi è necessaria la presenza di molecole che aiutino la trasduzione del segnale e che sono dette CD3. Queste CD3 sono costituite da 2 catene epsilon, una gamma, una delta e due zeta; queste ultime sono quelle più importanti perché contengono le sequenze che verranno fosforilate e attiveranno tutta la cascata. Il complesso recettoriale dei linfociti T presenta i corecettori (CD4 o CD8) che formano un altro legame con un dominio non polimorfico delle molecole MHC e distinguono due classi di linfociti T:
  • Linfociti T citotossici (CD8+): I CTL sono responsabili della citotossicità, cioè dell’insieme delle attività biologiche che porta alla morte di cellule infettate da patogeni o cellule che hanno acquisito modificazioni riconosciute come non self (es. cellule neoplastiche).
  • Linfociti T helper (CD4+): I Th riconoscono antigeni fagocitati, quindi presenti all’interno della cellula infettata, e in conseguenza di ciò producono citochine che attivano e migliorano le risposte umorali oppure favoriscono l’attività dei macrofagi. A seconda delle citochine prodotte si riconoscono vari sottogruppi di linfociti T:
    • TH1: stimolano le risposte infiammatorie (sovrastimolano i macrofagi)
    • TH2: aiutano le risposte umorali stimolando i linfociti B per la produzione di particolari classi di anticorpi
    • TH17: scoperti recentemente, producono IL-17
  • Linfociti T regolatori: inibiscono le risposte immunitarie e entrano in gioco per il ristabilire dell’omeostasi
• Cellule NK: Costituiscono il 5-10% delle cellule mononucleate presenti nel sangue e nella milza, mentre sono rare negli altri organi linfoidi. Le cellule NK esprimono recettori per l’antigene non distribuito clonalmente. Riconoscono e uccidono cellule infettate e/o danneggiate secernendo citochine infiammatorie e inoltre sono una fonte importante di IFN-gamma, una citochina che attiva l’attività microbicida dei macrofagi. L’interazione di una cellula NK con una cellula bersaglio determina un’azione che è il risultato dell’integrazione di segnali generati dai recettori di tipo inibitorio e attivatori espressi contemporaneamente dalla NK e possono essere ingaggiati simultaneamente dai ligandi presenti sulla cellula bersaglio.

Cellule accessorie dell’immunità acquisita

Sono cellule prive di recettori specifici che però cooperano all’avvio delle risposte immunitarie specifiche.

• Fagociti mononucleati: Le cellule del sistema dei fagociti mononucleati hanno origine nel midollo osseo, circolano nel sangue e maturano e si attivano in vari tessuti. La cellula che entra nel sangue dopo aver lasciato il midollo non è completamente differenziata ed è chiamata monocita. Quando entrano nei tessuti, i monociti diventano macrofagi e prendono nomi diversi a seconda del tessuto. Ad esempio, nel SNC sono chiamati cellule della microglia, quando rivestono i sinusoidi vascolari del fegato sono chiamati cellule di Kupfer, nelle vie aeree polmonari sono chiamati macrofagi alveolari e nell’osso osteoclasti.
• Fagocitosi: Svolgono la fagocitosi distruggendo microrganismi all’interno dei fagosomi/fagolisosomi. I meccanismi che portano alla distruzione del microrganismo possono essere os...