Riassunto esame Immunologia e Immunopatologia

Immunità e sistema immunitario

Immunità = Protezione dalla malattia, in particolare quella infettiva, da un insieme di cellule che costituiscono il sistema immunitario (SI) che agisce mediante la risposta immunitaria. Il SI è responsabile dell’azione contro agenti infettivi e molecole estranee di varia natura, che può anche causare danno tissutale e che, a volte, è responsabile di attività contro molecole self (proprie dell’organismo) nella cosiddetta risposta autoimmune. Esiste in una forma innata ed una acquisita tra loro strettamente correlate.

Storia dell'immunità

Il concetto di immunità è antico in quanto già nell’impero cinese era usanza “immunizzare” i bambini mediante inalazione di talco ottenuto da lesioni cutanee di pazienti sopravvissuti al vaiolo. La prima immunizzazione scientifica risale, invece, a Jenner che, nel 1798, inoculò materiale da pustole di bovini affetti da vaiolo in esseri umani resi, pertanto, immuni al virus del vaiolo. Paul Erlich, all’inizio del ‘900, ottenne il Nobel per aver identificato gli anticorpi in elementi, di origine cellulare, capaci di legare l’antigene: grazie a queste ricerche è stata identificata l’immunità umorale.

Tipologie di immunità

Immunità innata

L'immunità innata è una risposta rapida, pre-esistente e simile contro forme microbiche ed estranee. Il funzionamento induce l’attivazione della risposta adattativa.

• Barriere fisiche naturali – Cute, mucose e altre sostanze prodotte dalle cellule epiteliali con attività antimicrobica.
• Cellule fagocitiche – Neutrofili e monociti (circolanti) e macrofagi tissutali.
• Cellule effettrici - Cellule dendritiche e natural killer (NK).
• Proteine del sangue – Complemento: sistema di attivazione a cascata (proenzimi attivati per proteolisi) responsabile di lisi cellulare, coordinazione della fagocitosi (opsonizzazione) e dell’infiammazione.
• Citochine – Molecole messaggere dell’infezione che inducono la produzione di altre citochine da parte di altre cellule (network delle citochine). Regolano lo sviluppo e la comunicazione delle cellule del SI.

Sono possibili due risposte immunitarie all’interno di un individuo:

Risposte immunitarie innata

Risposta rapida volta a impedire l’ingresso del patogeno (barriere fisiche) e/o a ridurne lo sviluppo: quest’ultima azione è mediata dal processo infiammatorio e dalle difese antivirali.

• Infiammazione: Richiamo di leucociti circolanti (principalmente cellulare fagocitiche) e proteine plasmatiche volte ad eliminare i microbi per fagocitosi (macrofagi e neutrofili) e secrezione di sostanze tossiche (NO – ossido nitrico).
• Difese antivirali: Alcune citochine (interferon) inducono stato anti-virale nelle cellule adiacenti e attivano le cellule NK capaci di lisare il patogeno.

I microbi resistenti a queste prime risposte penetrano le barriere epiteliali (cute e mucose) e sono introdotte nel circolo dove contraggono rapporto con proteine del complemento (attivate da specifiche proteasi) responsabili dell’opsonizzazione (rivestimento patogeno per dirigerlo verso la fagocitosi) e di risposte infiammatorie variabili.

Immunità adattativa

Risposta tardiva e altamente specifica. Responsabile della formazione della “memoria” del SI, fenomeno per il quale la ricomparsa di una vecchia infezione è prontamente riconosciuta e debellata dalle cellule della memoria del SI. Questa forma di immunità è generata a partire dai linfociti e loro prodotti (anticorpi) che interagiscono con gli antigeni (sostanze estranee che si legano agli anticorpi indipendentemente dalla conseguente risposta del SI). La sua attivazione rafforza l’azione dell’immunità innata.

Tipologie di immunità adattativa

• Immunità umorale: Determinata dall’azione degli anticorpi, secreti dai linfociti B, che, circolando nel sangue, si legano agli antigeni e inducono l’attivazione di cellule effettrici e/o diversi meccanismi di annientamento dell’antigene. Mediante titolo-anticorpale è possibile rilevare l’immunità umorale.
• Immunità cellulo-mediata: Contro agenti patogeni che si localizzano a livello intracellulare, dove gli anticorpi non agiscono. È mediata dall’azione dei linfociti T responsabili dell’eliminazione dei serbatoi di infezione (solitamente fagocitano la cellula infettata). La risposta dell’organismo del paziente a inoculazione di componenti microbiche permette di valutare l’immunità cellulo-mediata del paziente.

Caratteristiche della risposta immunitaria adattativa

• Specificità: Le risposte del SI sono specifiche verso una regione specifica, detta epitopo, dell’antigene: LPS e altre molecole. Nel soggetto non immunizzato sono presenti copie dei linfociti (cloni linfocitari) capaci di riconoscere diversi antigeni ed epitopi. La capacità di riconoscere specificatamente diversi antigeni, quasi 10⁹, è detta diversificazione ed è dovuta alla variabilità dei recettori per l’antigene.
• Memoria: Una volta che l’anticorpo è stato esposto all’antigene sviluppa “memoria” contro lo stesso che si manifesta in una forte e rapida risposta verso l’agente patogeno vecchio, persistente o ricorrente: la memoria si manifesta con la creazione dei linfociti B della memoria o nella più forte azione da parte dei linfociti T che già hanno incontrato l’antigene.
• Espansione clonale: I linfociti che riconoscono il proprio antigene aumentano in numero in modo da contrastare l’infezione.
• Specializzazione: Il SI fornisce risposte diverse (linfociti T e/o B) a loro volta diverse per la classe di patogeno e per lo stato di differenziazione dello stesso (si pensi ai diversi stadi di sviluppo parassitario).
• Omeostasi: L’attività del SI è volta a ripristinare l’omeostasi e solitamente si arresta all’eliminazione del patogeno. A volte genera danno tissutale.
• Non reattività verso il self: Il SI riconosce le molecole proprie dell’organismo (SELF) da quelle estranee (NONSELF) e indirizza verso queste ultime la risposta immunitaria. In caso di non riconoscimento delle molecole self si osserva lo sviluppo di patologie auto-immuni.

L’attività del SI, ovvero la risposta immunitaria, è regolata da meccanismi a feedback positivo, indotti dalla stessa attivazione del SI e da meccanismi di controllo volti a inibire l’eccessiva proliferazione linfocitaria.

Elementi del sistema immunitario adattativo

• Linfociti: Cellule atte a riconoscere e rispondere agli antigeni, pertanto, mediatori della risposta immunitaria umorale e cellulo-mediata. Si trovano abbondantemente nei linfonodi, nella milza e anche in circolo, dal quale possono giungere a diverse regioni periferiche.
• Cellule accessorie: Cellule presentanti l’antigene (APC) che hanno il compito di catturare l’antigene, a livello di specifici siti di captazione antigenica (es. linfonodi o milza) e di presentarlo alle molecole effettrici e ai linfociti.
• Cellule effettrici: Cellule di diverso tipo, tra cui linfociti T attivati, responsabili dell’effettiva azione dell’eliminazione dell’agente patogeno. In questa classe sono principalmente inclusi macrofagi e leucociti.

Risposte del SI adattativo

Il SI adattivo agisce secernendo anticorpi che, riconoscendo l’antigene, ne impediscono l’interazione con la cellula ospite e ne promuovono la fagocitosi da parte di cellule fagocitiche che presentano una forte attività in quanto indotte dai T HELPER. Nel contempo le cellule CTL uccidono, mediante meccanismi litici, le cellule infettate.

Fasi della risposta adattativa

1. Cattura e presentazione antigene: I linfociti naive sono presenti in piccole quantità pertanto è necessario che alcune cellule presentino a questa classe linfocitaria gli antigeni. Le cellule dendritiche (APC) legano gli antigeni ed espongono le molecole antigeniche sulla propria superficie – legati alle molecole del complesso MHC – che vengono riconosciute dai linfociti T CD4⁺ e CD8⁺. Se l’antigene circola senza essere ricevuto dalle cellule dendritiche si porta ad organi linfoidi dove l’antigene è direttamente riconosciuto da linfociti B.
2. Riconoscimento dell’antigene: L’ipotesi dell’espansione clonale sostiene che lo sviluppo del clone linfocitario (linfocita, e sua progenie, specifici per un dato antigene) avvenga prima dell’interazione con l’antigene. I cloni dei linfociti T naive riconoscono peptidi estranei associati al complesso MHC sulla membrana cellulare di cellule dell’ospite – riconoscono anche molecole costimolatorie che sono espresse dalla cellula ospite dopo l’interazione con il patogeno – e in tal modo i linfociti T interagiscono SOLO con cellule dell’ospite presentanti l’antigene e non con antigeni solubili. I linfociti B possiedono recettori per gli antigeni pertanto interagiscono con quelli solubili.
3. Immunità cellulare: Diversa a seconda della classe linfocitaria.
   • Linfociti T: I linfociti T-Helper CD4⁺ incontrano l’antigene e producono citochine tra cui IL-2 (interleuchina 2) che stimola la differenziazione dei linfociti T naive in altri linfociti effettori che, incontrando, in altre regioni dell’organismo, il patogeno inducono effetti diversi. Tra le citochine secrete dai linfociti T-Helper CD4⁺ troviamo anche quelle che (1) reclutano leucociti con capacità fagocitica, (2) quelle che inducono la secrezione di IgE (a loro volta attivano eosinofili che uccidono grandi parassiti che non possono essere fagocitati) e (3) inducono l’attivazione dei linfociti B. I linfociti T CD8⁺ incontrano l’antigene e differenziano in CTL capaci di uccidere le cellule infettate.
   • Linfociti B: I linfociti B attivati differenziano in plasmacellule o cellule della memoria e la loro attivazione è indotta, inoltre, dall’attività dei linfociti T Helper. Le plasmacellule producono anticorpi specifici per l’antigene (lo stesso riconosciuto dai recettori delle plasmacellule d’origine): antigeni lipidici stimolano produzione IgM mentre antigeni peptidici stimolano la produzione di IgG, IgA ed IgE – anticorpi diversi che riconoscono lo stesso antigene si parla di scambio isotopico – che aumentano di affinità per l’antigene stesso (fenomeno di maturazione dell’affinità).

Gli anticorpi sono importanti in quanto, legando l’antigene, bloccano la loro interazione con le cellule ospiti quindi bloccano l’infezione ed inoltre le IgG legano recettori di cellule fagocitiche (portano l’antigene a fagocitosi), IgG ed IgM inducono l’attivazione delle proteine del complemento, IgA sono secrete nelle mucose dell’apparato GI e neutralizzano antigeni qui presenti ed, infine, le IgG materne sono trasmesse al feto affinché sia protetto prima dello sviluppo del proprio SI. Alcune plasmacellule (la maggior parte sono in circolo) si portano al midollo osseo dove continuano a produrre Ig per alcune settimane ma compito di conservare memoria dell’antigene è svolto dalle cellule della memoria, prodotte dai linfociti attivati dall’antigene, che sono linfociti abbondanti in numero e specifici per l’antigene che agiscono rapidamente in caso di reinfezione da parte dello stesso antigene.

Citochine

Classe di proteine, codificate da circa 180 geni, che, una volta secrete, sono coinvolte nella regolazione e mediazione delle risposte del SI. È una classe molto variabile di composti che in origine erano indicati come interleuchine (si pensava fossero secrete SOLO dai linfociti). Queste molecole sono conservate dentro la cellula come pro-enzimi e, in seguito a specifico segnale cellulare, sono attivati altri geni che codificano mRNA instabili (breve durata) che attivano proteasi atte ad azionare le citochine che, dunque, vengono secrete nel focolaio infiammatorio: successivamente possono agire con metodo autocrino, paracrino ed endocrino (TNF – fattore necrosi tumorale) ed, inoltre, agiscono su cellule diverse generando stimoli diversi (pleiotropismo).

Azione delle citochine

Le citochine sono coinvolte nel differenziamento cellulare, nella regolazione dell’attività effettrice e nella comunicazione tra cellule appartenenti al SI.

Cellule del sistema immunitario

La maggior parte delle cellule appartenenti al SI sono cellule circolanti anche se queste si possono addensare all’interno di specifici organi detti, per tale ragione, organi linfoidi: le risposte effettive di queste cellule avvengono prevalentemente nella sede d’infezione.

Fagociti

Cellule deputate al riconoscimento, fagocitosi e quindi uccisione dei microbi a livello del sito di infezione. Vengono, dapprima, reclutati sul sito di infezione dove poi sono regolate per contatto con altre cellule o per segnalazione da parte di molecole proteiche extracellulari.

Neutrofili

(Leucociti polimorfonucleati) Leucociti più abbondanti. Originano dal progenitore mieloide e presentano emivita breve (circa 6h) dopo la quale vanno incontro a fagocitosi o si portano nella sede di infezione. Hanno estroflessioni contrattili (-uropodo) e il nucleo è lobato. Possiedono granuli specifici (enzimi idrolitici) e granuli azzurrofili (enzimi e sostanze microbicide) che ci permettono di distinguere i neutrofili perossidasi-positivi e negativi, la cui presenza correla con le fasi dello sviluppo del neutrofilo: la leucemia mieloide acuta è caratterizzata da alterazioni nella differenziazione dei neutrofili e si può studiare il livello al quale è avvenuta l’alterazione neoplastica in base all’analisi dei granuli contenuti nel neutrofilo. Sono i primi fagociti ad accorrere nel sito di infezione ma sono coinvolti anche nella regolazione della risposta immunitaria innata e adattiva e nell’attivazione dei linfociti T responsabili, a loro volta, della più potente azione antivirale.

Una caratteristica particolare è quella che vede i neutrofili spostarsi nel linfonodo all’interno del quale regolano la produzione di anticorpi che, tuttavia, determina attivazione dei neutrofili stessi: questo risulta quindi una capacità auto-regolativa (down-regulation). I neutrofili sono in grado di infiltrare il tumore, in quanto quest’ultimo secerne transforming factor β – polarizzatore di neutrofili –: i neutrofili N1 distruggono la neoplasia mentre i neutrofili N2 ne facilitano la crescita.

Monociti-macrofagi

Originano dal midollo osseo e già nel corso dello sviluppo alcuni acquisiscono caratteristiche che li fanno diventare macrofagi residenti-tissutali (cellule microglia, macrofagi alveolari, cellule del Kupffer – fegato, cellule del mesangio – rene, cellule istiocitarie – connettivo e osteoblasti) che permangono anche dopo la fine dell’infezione (responsabili risposta innata duratura) mentre altri completano la maturazione e vengono liberati in qualità di monociti (nucleo a fagiolo + lisosomi e molti vacuoli fagocitici) che permangono in circolo per poi passare nella sede di infiammazione dove divengono:

• Macrofagi M1 (via classica, indotta dal fattore svat-1) – Macrofagi che favoriscono l’uccisione microbica. Esprimono molti TLR-4 atti a captare PAMPs di GRAM-, usano l’arginina per produrre NO e usano il Fe²⁺. Contrastano la crescita tumorale.
• Macrofagi M2 (via alternativa, indotta dal fattore sinhic) – Macrofagi che favoriscono la riparazione tissutale. Secernono citochine tra le quali IL-4 e IL-10, rilasciano ferro e usano l’arginina per ottenere ornitina. Favoriscono la crescita tumorale.

Tra le azioni possibili si considerano:

• Ingestione e uccisione di microbi per generazione specie reattive dell’O₂ e/o NO.
• Fagocitosi di cellule morte a causa del processo infiammatorio e cellule vecchie per evitare lo spargimento, per apoptosi, di contenuti cellulari (svolta per lo più dai fagociti professionisti – macrofagi, cellule dendritiche e neutrofili – ma anche da molte altre cellule).
• Secrezione di citochine, molecole regolatrici di molti processi tra i quali l’homing leucocitario.
• I macrofagi sono cellule presentanti l’antigene ai linfociti T.
• Capacità di riparazione danni tissutali, angiogenesi e fibrosi (rigenerazione ECM).

Granulociti

Parte di RI (risposta immunitaria) adattiva e innata: coinvolti nell’uccisione di elminti o nelle risposte allergiche.

Mastociti

(Importanti infiammazione) Originano dal midollo e si sviluppano per interazione con la citochina fattore di cellula staminale (CSF). Raramente si portano al compartimento vascolare e per lo più restano attorno a capillari e nervi dei tessuti connettivali, epiteliali e mucosali. Sono ricchi di granuli che legano coloranti acidi e sulla superficie contengono recettori che legano IgE/IgG, Toll-Like-Receptor (riconoscono direttamente PAMPs): quando i recettori sono attivati il mastocita rilascia il contenuto dei granuli che causa vasodilatazione, vasopermeabilità, costrizione muscolatura liscia di app. respiratorio e GI, reclutamento e sopravvivenza dei neutrofili (secrezione GM-CSF) e attivazione delle cellule endoteliali. Presentano anche un ruolo etiopatogenetico dei tumori in quanto facilitano l’angiogenesi dei tumori. I granuli contengono istamina, emivita breve a causa della presenza della mono-ossigenasi che la degrada, e mediatori lipidici ottenuti dalla cascata dell’acido arachidonico per mezzo degli enzimi COX1,2 e MO (-micossigenasi).

Basofili

Posseggono granuli che legano coloranti acidi e hanno recettori per IgE, IgG e recettori uguali a quelli collocati sui mastociti (FcεRI – C5aR) che legano fattori del complemento. Dal precursore midollare si possono sviluppare, a seconda del fattore che ne permette lo sviluppo, due diverse tipologie di basofili:

• IL-3 – Stimola basofili che si portano nel compartimento vascolare.