Patologia 1

23 dicembre 2010

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Indice

I Torboli 3

1 Capitolo 1: Proprietà delle risposte immunitarie 31.1 Immunità innata e adattativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.1 Evoluzione del sistema immunitario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Tipi di risposta adattativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Elementi comuni delle risposte adattative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Componenti cellulari della risposta adattativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5 Riassunto delle risposte immunitarie ai microbi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Capitolo 2: Immunità innata 72.1 Caratteristiche fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.1 Recettori per i PAMPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Componenti dell’immunità innata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1 Barriere epiteliali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.2 Fagociti e risposte infiammatorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.3 Cellule NK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.4 Proteine circolanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3 Capitolo 3: Cellule e tessuti del sistema immunitario adattativo 143.1 Cellule del sistema immunitario adattativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1.1 Linfociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.1.2 APC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Anatomia e funzioni dei tessuti linfoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.1 Midollo osseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.2 Timo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3 Linfonodi e sistema linfatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.4 Milza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.2.5 Sistema immunitario cutaneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.2.6 Sistema immunitario mucosale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Vie e meccanismi di homing e ricircolo linfocitario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3.1 Homing dei linfociti B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

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Parte I

Torboli

1 Capitolo 1: Proprietà delle risposte immunitarie

1.1 Immunità innata e adattativa

Le cellule e le molecole responsabili dell’immunità costituiscono il sistema immunitario e la lororisposta collettiva e coordinata all’introduzione di sostanze estranee è detta risposta immunitaria.Una definizione più precisa di risposta immunitaria è reazione a componenti microbiche così comea macromolecole (proteine/polisaccaridi) e piccole molecole che vengono riconosciute come estranee,senza tener conto delle conseguenze fisiopatologiche di tale reazione.

L’immunità innata fornisce la prima linea di difesa contro i microbi. Questi meccanismi reagisconosolamente ai microbi e rispondono essenzialmente nello stesso modo alle infezioni ripetute. I principalicomponenti dell’immunità innata sono:

1. Barriere fisiche e chimiche

2. Cellule fagocitiche, cioè neutrofili e macrofagi, e natural killer

3. Proteine plasmatiche, tra le quali quelle del complemento

4. Citochine, che regolano e coordinano molte delle attività delle cellule dell’immunità innata

Esistono risposte immunitarie che sono stimolate invece dall’esposizione ad agenti infettivi e cheaumentano in grandezza ed efficacia ad ogni successiva esposizione: si tratta dell’immunità acquisi-ta/adattativa. L’immunità acquisita è in grado di riconoscere un grande numero di sostanze mi-crobiche e non e la capacità di riconoscimento è talmente alta da giustificare il titolo di immunitàspecifica. I principali agenti dell’immunità acquisita sono i linfociti e i loro prodotti di secrezione,come gli anticorpi. Le sostanze estranee in grado di indurre risposte immunitarie specifiche sono detteantigeni.

1.1.1 Evoluzione del sistema immunitario

I meccanismi specializzati di difesa che costituiscono la risposta adattativa sono esclusivi dei vertebrati.

• Diverse cellule degli invertebrati rispondono ai microbi circondandoli e distruggendoli; questecellule ricordano i fagociti e, a seconda della specie, sono state chiamate fagociti ameboidi, emociti,coelomociti o leucociti del sangue.

• Gli invertebrati non contengono linfociti antigene-specifici e non producono immunoglobuline oproteine del complemento: contengono tuttavia molecole solubili che legano e lisano i microbi.

• I fagociti in alcuni invertebrati possono secernere citochine che somigliano a quelle derivanti daimacrofagi nei vertebrati.

• Tutti gli organismi pluricellulari esprimono i toll-like receptor, responsabili dell’avvio delle reazionidi difesa

• Gli invertebrati sono in grado di riconoscere trapianti di tessuto estraneo, attività che nei verte-brati è dipendente dalla risposta immunitaria adattativa. Negli invertebrati queste reazioni sonomediate da cellule di tipo fagocitico che però non sono in grado di generare una memoria per il tes-suto trapiantato. Queste evidenze indicano che anche gli invertebrati sono in grado di esprimeremolecole (forse precursori del MHC) per distinguere il self dal non self.

La svolta nell’evoluzione immunitaria si ha con la comparsa di recettori antigenici riarrangiati somatica-mente, evento che accade con i pesci più evoluti. Buona parte dei componenti del sistema immunitarioadattativo sembra essere apparsa in un tempo breve e in maniera coordinata nei vertebrati dotati dimandibola. Dal momento della comparsa degli antigeni generati per ricombinazione genica il sistemaimmunitario si è evoluto costantemente: si passa da un singolo tipo di anticorpo nei pesci fino agli ottodei mammiferi.

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1.2 Tipi di risposta adattativa

Immunità umorale L’immunità umorale è mediata da molecole presenti nel sangue e nelle secrezionidette anticorpi, prodotte da cellule dette linfociti B. L’immunità umorale è la principale difesa contromicrobi extracellulari e le loro tossine in quanto gli anticorpi secreti possono legare e assistere nell’elim-inazione di queste molecole tossiche. Gli anticorpi di loro sono specializzati e differenti tipi di anticorpipossono attivare diversi meccanismi.

Immunità cellulo-mediata L’immunità cellulo-mediata è legata ai linfociti T. Microbi intracellulariche sopravvivono e proliferano all’interno di fagociti o altre cellule sono inaccessibili per gli anticorpi:per queste infezioni la difesa è legata all’immunità cellulo mediata che ne promuove la distruzione.

Immunizzazione L’immunità protettiva nei confronti di un microbo può essere indotta dalla rispostadell’ospite o dal trasferimento di anticorpi/linfociti specifici. L’immunità indotta dall’esposizione direttaall’antigene è detta immunità attiva in quanto l’individuo immunizzato gioca un ruolo attivo; l’inoc-ulazione di anticorpi/linfociti specifici crea invece un tipo di immunità che non prevede l’esposizionedell’immunizzato all’antigene: si parla di immunità passiva. Un esempio di immunità passiva naturaleè il trasferimento di anticorpi materni al feto.

In ambito clinico l’immunità ad un microbo viene sempre misurata in maniera indiretta, cercandola presenza dei prodotti dell’immunità o amministrando derivati purificati del microbo e misurando lareazione indotta.

1.3 Elementi comuni delle risposte adattative

• Specificità e diversità. Le risposte sono specifiche per i diversi antigeni; le parti degli antigeniche vengono specificamente riconosciute dai singoli linfociti sono dette determinanti od epitopi. Isingoli linfociti esprimono sulle loro membrane recettori che sono in grado di riconoscere le sottilidifferenze tra gli antigeni. Il numero totale di epitopi riconoscibili, detto repertorio linfocitario, èenorme: si stima tra 107e 109.

• Memoria. L’esposizione ad un antigene migliora la capacità di risposta del sistema: le risposte alleinfezioni successive sono solitamente più rapide, ampie e spesso qualitativamente diverse dallarisposta primaria. La memoria immunologica è in parte dovuta all’espansione dei cloni linfocitarispecifici per quell’antigene e in parte alla produzione delle cellule della memoria.

• Espansione clonale. I linfociti proliferano molto dopo esposizione ad un antigene. Il termine es-pansione clonale indica che la crescita è limitata alle cellule che esprimono recettori per l’antigene.

• Specializzazione. Immunità umorale e cellulo-mediata sono stimolate da classi microbiche diverse(o diverse fasi dell’infezione).

• Contrazione ed omeostasi. Tutte le risposte immunitarie devono svanire nel tempo, facendoritornare il sistema immunitario allo stato basale, cioè alla sua condizione di omeostasi. Lariduzione/contrazione della reazione è dovuta soprattutto al fatto che le risposte innescate dagliantigeni distruggono gli antigeni stessi, eliminando dunque lo stimolo.

• Non reattività al self. I linfociti non reagiscono a molecole self grazie alla proprietà della tolleranza.La tolleranza viene mantenuta eliminando i linfociti autoreattivi: riduzioni di questa capacità sonoalla base delle malattie autoimmuni.

1.4 Componenti cellulari della risposta adattativa

Le cellule principali del sistema immunitario sono i linfociti, le APC e le cellule effettrici.I linfociti sono cellule che riconoscono gli antigeni estranei e mediano quindi l’immunità innata e

quella umorale. Esistono diverse popolazioni linfocitarie che differiscono nel modo in cui riconosconoil non-self:

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• Linfociti B. Questi linfociti sono gli unici in grado di produrre anticorpi. Riconoscono gli anti-geni extracellulari e si differenziano in plasmacellule secernenti gli anticorpi: mediano dunquel’immunità umorale.

• Linfociti T. Questi linfociti mediano la risposta cellulo-mediata in quanto riconoscono antigeniintracellulari e si attivano per distruggere microbi e cellule infettate. I linfociti T non produconoanticorpi e hanno una specificità ristretta per gli antigeni: riconoscono solo antigeni peptidiciattaccati a proteine codificate dall’MHC. I linfociti T consistono di popolazioni funzionalmentedistinte, tra le quali quelle codificate meglio sono le cellule T-Helper e le cellule T-Citotossiche.

– Le cellule T-Helper in risposta ad un’infezione secernono citochine che servono a stimolare laproliferazione e la differenziazione delle cellule T stesse e l’attivazione di altre cellule tra cuicellule B, macrofagi ed altri leucociti.

– I linfociti T citotossici agiscono uccidendo le cellule che producono antigeni non-self.

L’avvio e lo sviluppo dell’immunità adattativa richiede il sequestro e la presentazione degeli antigeniai linfociti da parte delle APC. Le APC più specializzate sono le cellule dendritiche, che catturano gliantigeni in arrivo dall’ambiente esterno e lo trasportano agli organi linfoidi per presentarlo ai linfociti Tnaive (vergini ed aspecifici) per iniziare la risposta immunitaria.

L’attivazione dei linfociti da parte degli antigeni porta all’attivazione di vari meccanismi. L’elimi-nazione dell’antigene richiede spesso la partecipazione di cellule dette effettrici in quanto mediatricidell’effetto finale della risposta immunitaria. Linfociti T attivati, fagociti mononucleati e altri leucocitifunzionano da cellule effettrici in differenti risposte immunitarie.

1.5 Riassunto delle risposte immunitarie ai microbi

Risposta precoce dell’immunità innata L’immunità innata bloca l’ingresso di microbi e ne limital’espansione qualora riuscissero a passare. I principali tratti a rischio sono la cute, il tratto GI equello respiratorio: sono tutti ricoperti di epitelio continuo che fornisce una barriera efficace. Se ilmicrobo sfonda la barriera trova i macrofagi che esprimono sulle loro membrane recettori che legano efagocitano il microbo o attivano altre cellule. I macrofagi attivati producono ROS e enzimi lisosomialiper distruggere il microbo, ma secernono anche citochine che promuovono il reclutamento di altrileucociti. Le citochine sono responsabili di molti aspetti delle reazioni immunitarie e sono quindimolecole messaggere. L’accumulo locale di leucociti e la loro attivazione per distruggere i microbi èparte di ciò che causa l’infiammazione. La risposta innata ad alcuni virus consiste nella produzione dicitochine antivirali dette interferoni e nell’attivazione di cellule NK.

I microbi che resistono a questo primo intervento possono entrare nel sangue dove vengono ri-conosciuti dalle proteine circolanti dell’immunità innata: tra di esse le più importanti sono quellefacenti parte del sistema del complemento. Il complemento può essere attivato direttamente dai micro-bi (via alternativa) con il risultato dello stimolo infiammatorio e della fagocitosi del patogeno, oppurepuò essere attivato dagli anticorpi (via classica).

Risposta adattativa La risposta adattativa ruota intorno a tre strategie:

1. Anticorpi. Gli anticorpi secreti legano i microbi extracellulari, bloccandone la capacità infettiva epromuovendone la distruzione.

2. Fagociti. I fagociti digeriscono e uccidono i microbi e le cellule T-Helper li favoriscono in questo.

3. Linfociti T-Citotossici. I linfociti T-Citotossici uccidono le cellule infette inaccessibili agli anticorpi.

L’immunità adattativa produce un grande numero di linfociti durante la maturazione e, a seguitodi stimolo antigenico, seleziona i più utili per combattere il microbo: questo aumenta l’efficacia delsistema.

Il numero di linfociti naive per ogni antigene è basso (uno per milione) e la quantità di antigene èspesso anch’essa limitata: esistono meccanismi specializzati nel catturare e concentrare microbi nel-la giusta posizione per una stimolazione ottimale. Le cellule dendritiche sono le APC che portano gli

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antigeni ai linfociti naive CD4+e CD8+e quindi fanno iniziare la risposta adattativa. Queste cellule cat-turano i microbi, ne digeriscono le proteine in peptidi e li esprimono sulla loro superficie in associazionea molecole MHC: si dirigono poi ai linfonodi dove stazionano.

I linfociti specifici per un gran numero di antigeni esistono già prima dell’esposizione e, quandoentra l’antigene, questo seleziona e attiva cellule specifiche: questa è la base dell’ipotesi della selezioneclonale. L’attivazione dei linfociti T-Naive richiede il riconoscimento del complesso antigene-MHC dellecellule dendritiche: questo passaggio garantisce specificità all’immunità e non autoreattività.

I linfociti CD4+attivati proliferano e si differenziano i cellule effettrici le cui funzioni sono mediatedalle citochine secrete. Una delle prime azioni è la secrezione di interleuchina-2 (IL-2), un fattore dicrescita che agisce sui linfociti antigene-attivati e ne stimola l’espansione clonale. Queste cellule effet-trici lasciano l’organo linfoide dove sono state generate e migrano ai siti di infezione e infiammazione. Aisiti di infiammazione le cellule effettrici compiono vari atti: alcune secernono interferon-γ, un potenteattivatore macrofagico. Altri CD4+attivati secernono citochine che stimolano la produzione di IgE eattivano gli eosinofili, cioè leucociti in grado di uccidere parassiti troppo grandi per essere fagocitati.

I linfociti CD8+attivati proliferano e differenziano in linfociti T-Citotossici che uccidono le celluleinfette nel citoplasma.

I linfociti B attivati proliferano e si differenziano in cellule che secernono diverse classi di anticorpicon diverse funzioni. La risposta dei linfociti B agli antigeni proteici richiede segnali di attivazionedai linfociti T CD4+Helper. Parte della progenie dei cloni di cellule B si differenzia in plasmacelluleche producono anticorpi; gli antigeni polisaccaridici e lipidici stimolano soprattutto la produzione diIgM, mentre quelli proteici, grazie all’interazione delle cellule helper, inducono la produzione di IgG,IgA ed IgE. La risposta umorale agisce su vari fronti. Gli antiorpi si legano ai microbi impedendo lorodi infettare cellule sane. Le IgG avvolgono i microbi e li destinano alla fagocitosi, in quanto i fagociti(neutrofili e macrofili) riconoscono le code delle IgG. IgG e IgM attivano il complemento lungo la viaclassica, e il complemento promuove la fagocitosi e la distruzione dei microbi. Le IgG sono trasportateattivamente attraverso la placenta e proteggono i neonati fino alla maturazione del sistema. La maggiorparte degli anticorpi ha emivita intorno alle tre settimane, anche se le cellule della memoria vivono peranni.

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2 Capitolo 2: Immunità innata

L’immunità innata è il meccanismo filogeneticamente più vecchio di difesa dai microbi e si è evolutacon essi per difendere tutti i microorganismi pluricellulari. I ruoli di questo tipo di immunità sonofondamentalmente due:

1. Iniziare le risposte ai microbi che porevengono, controllano ed eliminano le infezioni. Questo ruoloè fondamentale in quanto se viene eliminata l’immunità innata e mantenuta la sola adattatival’organismo risulta comunque molto più suscettibile alle infezioni.

2. Stimolare le risposte adattative e influenzarne meccanismi ed efficacia.

Alcune componenti dell’immunità innata sono sempre funzionanti, anche prima dell’infezione; questecomponenti sono le barriere fornite dalle superfici epiteliali della cute, del tratto GI e di quello respira-torio. Altre componenti sono inattive ma pronte a rispondere rapidamente ai microbi: queste includonoi fagociti e il sistema del complemento.

2.1 Caratteristiche fondamentali

• L’immunità innata riconosce strutture caratteristiche dei microbi patogeni e per questo non pre-senti sulle cellule dei mammiferi: il numero di caratteristiche riconoscibili è limitato. Le sostanzemicrobiche che stimolano l’immunità vengono definite PAMPs, acronimo di Pathogen AssociatedMolecular Patterns, mentre i recettori che le legano sono definiti pattern recognition receptors.Tra i PAMPs principali si includono:

– Acidi nucleici esclusivamente non-self, tra cui ds-RNA o con sequenze non-self, tra cuisequenze non metilate di CpG DNA.

– Proteine che iniziano con N-formilmetionina

– LPS, acidi teicoici e oligosaccaridi ricchi in mannosio

Grazie alla specificità per strutture microbiche l’immunità innata non potrà mai reagire controil self; per contrasto l’immunità adattativa non reagisce contro il self solamente perchè i linfocitiautoreattivi vengono eliminati: per questo motivo l’immunità adattativa è alla base delle malattieautoimmuni mentre quella innata non presenta questo problema.

• L’immunità innata riconosce strutture microbiche fondamentali alla sopravvivenza del patogeno,in modo da evitare che questo possa disfarsene per evitare il controllo immunitario.

• I recettori per i PAMPs includono sia molecole associate alla cellula sulle membrane cellulari cheproteine solubili nel sangue e nei fluidi extracellulari. In generale l’attivazione di questi recettoriproduce una trasduzione del segnale che attiva funzioni infiammatorie e antimicrobiche oppurefacilita l’assorbimento del microbo all’interno delle cellule.

• I recettori per i PAMPs sono codificati da DNA non riarrangiato somaticamente, quindi il numero dicombinazioni possibili è basso: sono riconoscibili circa 1000 pattern molecolari. L’immunità adat-tativa, sfruttando un riarrangiamento somatico dei geni, è invece in grado di riconoscere almeno107pattern molecolari diversi. In sostanza dunque l’immunità innata riconosce fondamentalmenteclassi di microbi, mentre quella adattativa riconosce antigeni diversi dei diversi microbi e perfinoantigeni diversi dello stesso microbo.

• L’immunità innata riconosce anche le cellule host danneggiate o stressate in quanto queste esp-rimono molecole normalmente rare nelle cellule sane. Tra queste molecole vanno inserite le HSP(Heat Shock Protein), alcune molecole simil MHC-1 e alcuni fosfolipidi di membrana. In questo mo-do l’immunità innata può contribuire all’eliminazione di cellule infette anche se i prodotti microbicinon sono esposti in superficie.

2.1.1 Recettori per i PAMPs

La classe più importante, anche se non l’unica, di recettori PAMPs è quella dei TLRs.

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Toll-Like receptors Toll è un gene identificato inizialmente nella Drosophila la cui proteina mediarisposte antimicrobiche. Esistono undici diversi TLR nell’uomo, chiamati TLR1-11, e tutti contengonoun dominio TIR (Toll/Il-1 receptor) nel lato citoplasmatico che è fondamentale per la trasduzione delsegnale. Le più importanti classi di cellule che esprimono i TLR sono i macrofagi, le cellule dendritiche,i neutrofili, le cellule delle mucose epiteliali e le cellule endoteliali.

I TLR si trovano sulle membrane cellulari in genere, sia membrane plasmatiche che intracellulari:possono dunque riconoscere infezioni in varie posizioni. I TLR 3,7,8 e 9 si collocano sul RE e sulle mem-brane endosomiali dove riconoscono acidi nucleici esogeni; le tipologie di acido nucleico riconosciutenon sono esclusive microbiche, ma la posizione lo è: questi TLR riconoscono l’infezione dunque nonsulla base del prodotto ma su quella della sua collocazione cellulare.

L’attivazione di un TLR in genere attiva diversi pathway di segnalazione che terminano nell’atti-vazione di vari fattori di trascrizione. La segnalazione inizia con il legame ligando-recettore che portaalla dimerizzazione1 dei TLR e il reclutamento di proteine adattatrici contenenti un dominio TIR; questoreclutamento facilita quello di varie protein kinasi che fosforilano diversi fattori di trascrizione, tra iquali i più importanti sono:

1. κB e AP-1, che stimolano la produzione di citochine infiammatorie, chemochine e molecole diadesione endoteliale.

2. IRF-3 e IRF-7 che stimolano l’espressione dei geni dell’interferone α/β.

Lectine tipo-C Le lectine tipo C sono molecole Ca++-dipendenti che legano carboidrati e che sonoespresse principalmente su macrofagi, cellule dendritiche ed altri leucociti. Queste molecole riconosconostrutture di carboidrati non presenti sulle cellule di mammifero: tra di esse quella più nota è il recettoreper il mannosio.

Recettori scavenger Molecole con la caratteristica comune di mediare l’uptake di lipoproteine ossi-date all’interno delle cellule.

Recettori per N-formil-met/leu/phe Questi recettori riconoscono piccoli peptidi contenenti residuidi N-formilmetionile che sono caratteristici delle proteine batteriche (ma anche delle proteine sintetiz-zate nel mitocondrio). Questi recettori sono espressi su neutrofili (FPR) e macrofagi (FPRL1): in entram-bi i casi consentono ai fagociti di riconoscere e rispondere alle proteine batteriche. Il funzionamento diquesti recettori è quello di un recettore associato a proteina G: si attiva la via del fosfatidilinositolo e sipromuovono riarrangiamenti del citoscheletro.

NLRs Sono una famiglia di molecole citoplasmatiche che fungono da sensori intracellulari di infezionebatterica. Molte NLRs riconoscono il peptidoglicano comunemente presente nelle pareti batteriche; aseguito del riconoscimento si ha il reclutamento della protein kinasi RICK che inizia la cascata chetermina con l’attivazione dei fattori di trascrizione κB e AP-1 (gli stessi dei TLR, quindi produzione dicitochine e altri mediatori).

Proteine CARD Il dominio CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain) è contenuto in re-cettori citoplasmatici che legano RNA virale e che attivano cascate segnalatorie che terminano conl’attivazione dei fattori di trascrizione IRF-3 e κB che stimolano l’espressione di interferoni antivirali ditipo I.

2.2 Componenti dell’immunità innata

Le principali cellule effettrici dell’immunità innata sono neutrofili, fagociti mononucleati e celluleNK. Alcune di queste cellule, soprattutto macrofagi e NK, secernono citochine in grao di attivare ifagociti e stimolare l’infiammazione. L’infiammazione è la reazione cellulare dell’immunità innata econsiste nel reclutamento di leucociti e nell’uscita dai vasi di molte proteine plasmatiche verso il sito

1Può verificarsi sia una omodimerizzazione che una eterodimerizzazione, aumentando in questo modo il numero di pathwayattivabili.

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di infezione. L’infiammazione può anche danneggiare tessuti normali. Le proteine circolanti legateall’immunità innata sono invece quelle del complemento e altre che riconoscono strutture microbiche,come le lectine leganti il mannosio.

2.2.1 Barriere epiteliali

Le tre principali sedi di contatto con l’ambiente esterno sono la cute, il tratto GI e quello respiratorio.Tutte e tre sono protette da un epitelio continuo: se questa continuità viene persa la suscettibilità alleinfezioni aumenta.

Gli epiteli, come alcuni leucociti, producono peptidi antimicrobici, soprattutto defensine e catelici-dine.

Defensine Le defensine sono piccoli peptidi caratterizzati da tre ponti disolfuro; esistono tre famigliedi defensine (α, β e Φ) distinte sulla base della posizione dei ponti. Grandi produttrici di defensineα sono le cellule del Paneth nell’intestino, questo per limitare il numero di microbi nel lume.Alcune defensine sono prodotte in modo costitutivo ma la loro secrezione può essere stimolata dacitochine o prodotti microbici. In altre cellule le defensine sono invece prodotte solo in rispostaad uno stimolo. L’azione protettiva delle defensine include sia tossicità diretta per i microbi cheattivazione delle cellule coinvolte nelle risposte infiammatorie.

Catelicidine Le catelicidine sono espresse dai neutrofili e dai vari epiteli. Un precursore di 18kDviene trascritto e digerito proteoliticamente in due peptidi, entrambi protettivi. Il frammento C-terminale, detto LL-37, ha tossicità diretta per molti organismi e attiva diverse risposte leucoci-tarie, oltre alla capacità di legare e neutralizzare LPS. L’altro frammento potrebbe anch’esso avereattività antimicrobiche ma il suo ruolo è meno chiaro.

Gli epiteli delle barriere e le cavità sierose contengono certi tipi di linfociti, tra i quali i linfociti T-intraepiteliali e il tipo B-1 delle cellule B che riconoscono e rispondono ai microbi comunementeincontrati. Alcune popolazioni dei linfociti T e B hanno bassa diversità perchè c’è poca ricombinazionegenica: queste riconoscono strutture comunemente espresse dalle specie microbiche, in pratica ri-conoscono i PAMPs. I linfociti T-intraepiteliali sono presenti nell’epidermide della cute e negli epitelidelle mucose: queste cellule hanno ruolo immunitario in quanto secernono citochine, attivano i fagocitie uccidono le cellule infette. La cavità peritoneale contiene invece la popolazione B-1 dei linfociti B, icui recettori antigenici sono immunoglobuline; molte cellule B-1 producono anticorpi specifici versoantigeni polisaccaridici e lipidici, tipo LPS. Individui normali hanno infatti anticorpi verso questi bat-teri, spesso presenti nell’intestino, senza avere alcun segno di infezione: questi anticorpi sono dettianticorpi naturali e sono in gran parte prodotti dalle cellule B-1. Una terza popolazione di cellulepresente sotto molti epiteli è quella delle mast-cells che rispondono alle infezioni secernendo citochinee mediatori lipidici dell’infiammazione.

2.2.2 Fagociti e risposte infiammatorie

I fagociti, cioè neutrofili e macrofagi, sono cellule il cui ruolo primario è identificare, ingerire e distrug-gere i microbi. La loro risposta funzionale consiste in una serie di step:

1. Reclutamento al sito di infezione

2. Riconoscimento

3. Ingestione

4. Distruzione

In aggiunta a questo i fagociti producono citochine che svolgono importanti ruoli nelle risposte innateed adattative e nella riparazione dei tessuti.

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Neutrofili I neutrofili, detti anche leucociti polimorfonucleati, sono la popolazione più abbondantedei globuli bianchi circolanti. Si tratta di cellule sferiche con diametro 12−15µm il cui nucleo si presentasegmentato in tre/cinque lobuli.

Il citoplasma contiene due tipi di granuli; il tipo più abbondante è pieno di enzimi quali lisozima,collagenasi ed elastasi: questo granulo si colora molto poco e infatti i neutrofili appaiono con citoplasmachiaro. Il resto dei granuli è formato da lisosomi contenenti enzimi microbicidi tra i quali defensine ecatelicidine.

I neutrofili vengono prodotti nel midollo osseo e originano dalla stessa linea dei fagociti mononu-cleati. Un uomo adulto produce più di 1011neutrofili al giorno, ciascuno dei quali circola nel sangueper circa sei ore. Se un neutrofilo circolante non viene reclutato entro queste sei ore va incontro adapoptosi e viene fagocitato dai macrofagi residenti in milza e fegato.

Fagociti mononucleati Queste cellule originano nel midollo osseo, circolano nel sangue e infine mat-urano e diventano attive nei vari tessuti. La prima cellula che entra nel sangue periferico dopo averlasciato il midollo è indifferenziata e prende il nome di monocita. Una volta entrati nei tessuti i monoc-iti maturano e diventano macrofagi, che assumono diverse forme dopo l’attivazione da parte di stimoliesterni quali i microbi. I macrofagi attivati si possono fondere tra loro a formare cellule giganti mult-inucleate. La nomenclatura dei macrofagi varia a seconda del tessuto per indicarne la posizione: nelSNC si parla di cellule della microglia, nel fegato di cellule del Kupffer, nel polmone di macrofagi alve-olari e nell’osso di osteoclasti. Le cellule di tipo macrofagico sono le più antiche filogeneticamente nelmediare l’immunità innata: sono presenti ad esempio nella Drosophila e anche nelle piante.

I macrofagi rispondono alle infezioni rapidamente quanto i neutrofili ma hanno un emivita moltopiù lunga, grazie anche al fatto che a differenza di questi ultimi possono dividersi al sito infiammatorio.Per questo motivo i macrofagi sono le cellulle effettrici dominanti dopo uno o due giorni dall’infezione.

Cellule dendritiche Le cellule dendritiche presentano lunghe proiezioni membranose e capacità fagocitichee sono largamente distribuite nei tessuti linfoidi, nelle mucose e nel parenchima degli organi. Questecellule derivano da precursori nel midollo osseo e la maggior parte è legata alla lina dei fagocitimononucleati. Le cellule dendritiche esprimono recettori PAMPs e rispondono secernendo citochine.

Reclutamento dei leucociti ai siti di infezione Neutrofili e monociti vengono reclutati per legamecon molecole di adesione sulle cellule endoteliali e per chemotassi. Il reclutamento è un processo a piùstep, ciascuno dei quali orchestrato da diverse molecole.

• Rolling

In risposta a microbi e citochine le cellule endoteliali delle venule postcapillari aumentano l’e-spressione superficiale di proteine chiamate selectine. I fattori di stimolo più importanti sonoil TNF e l’interleuchina1 (entrambi citochine). Due tipi di selectine sono espressi: la selectinaP, che è già pronta in granuli e viene distribuita rapidamente, e la selectina E, che viene sinte-tizzata in risposta agli stimoli e viene resa disponibile entro un paio d’ore. Una terza selectina,chiamata selectina L, viene espressa sui linfociti e altri leucociti e media invece il direzionamentodei linfociti T naive verso i linfonodi. I leucociti esprimono i ligandi per le selectine sulle puntedei microvilli. Il legame selectina-ligando è a bassa affinità e presenta grande rapidità di distaccograzie alla spinta del sangue: il risultato è che i leucociti non si bloccano ma iniziano a rotolaresulla superficie endoteliale rallentando la loro corsa.

• Attivazione

Le chemochine sono piccole citochine secrete dai macrofagi tissutali, dalle cellule endoteliali eda altre tipologie cellulari in risposta a TNF e IL-1. La loro funzione principale è stimolare lachemotassi. Le chemochine prodotte al sito di infezione vengono trasportate sulla faccia luminaledelle venule postcapillari dove si accumulano in alte concentrazioni. In questa sede le chemochinelegano specifici recettori espressi sulla superficie dei leucociti rotolanti.

I leucociti esprimono una famiglia di molecole di adesione dette integrine che normalmente sonoin uno stato di bassa affinità. L’attivazione dei recettori per le chemochine produce due effetti:l’aumento dell’affinità delle integrine per i loro ligandi e il loro accumulo superficiale in modo daaumentare l’efficacia del legame del leucocita alla superficie endoteliale.

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• Adesione

Le citochine (TNF e IL-1) oltre all’attivazione delle integrine aumentano l’espressione endotelialedei loro ligandi, in particolare VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion Molecule, il ligando dell’integrinaVLA-4) e ICAM-1 (Intercellular Cell Adhesion Molecule, il ligando per le integrine LFA-1 e Mac-1). Il risultato finale è che i leucociti si attaccano saldamente all’endotelio, riorganizzano il lorocitoscheletro e si allontanano dalla superficie endoteliale.

• Trasmigrazione

Le chemochine stimolano i leucociti adesi a migrare attraverso gli spazi endoteliali lungo il gra-diente chimico; altre proteine, tra cui CD31, giocano un ruolo in questo passaggio. I leucocitipresumibilmente producono enzimi che li aiutano nell’attraversare la barriera.

L’accumulo di leucociti nei tessuti è uno dei componenti fondamentali dell’infiammazione. Il processodi trasmigrazione è basato sull’espressione di varie moleole di adesione e varie chemochine; ad esempiola migrazione dei neutrofili si basa sul legame LFA-1/ICAM-1 e sui recettori per le chemochine CXCR1e CXCR2, entrambi leganti CXCL8 mentre i monociti utilizzano il legame VLA-4/VCAM-1 e il recet-tore CCR2 legante CCL2. La progressione temporale di espressione di questi elementi garantisce chevengano prima reclutati i neutrofili (ore/giorni) e poi i monociti (giorni/settimane).

Fagocitosi dei microbi La fagocitosi è un processo attivo di inglobamento di grandi particelle (Ø oltrei 0.5µm). L’uccisione dei microbi avviene all’interno delle vescicole formate per fagocitosi, in modo daproteggere il fagocita dai processi potenzialmente dannosi.

Il primo passo nella fagocitosi è il riconoscimento del microbo. Neutrofili e macrofagi riconosconosolo cellule non self perchè esprimono recettori specifici per i microbi, recettori tra i quali si contanoquelli per i PAMPs, le lectine tipo C e gli scavenger. Un secondo gruppo di recettori riconosce proteinedell’host che ricoprono i microbi: queste proteine sono dette opsonine e comprendono anticorpi, pro-teine del complemento e lectine. Il processo che porta alla copertura del microbo con opsonine è dettoopsonizzazione. Uno dei metodi più efficaci di opsonizzare i microbi è ricoprirli di anticorpi; questemolecole hanno da un lato una regione che lega l’antigene e dall’altro una regione, detta regione FC,che interagisce con le cellule effettrici del sistema immunitario. I fagociti esprimono recettori ad altaaffinità (FcγRI) per gli anticorpi IgG: poichè gli anticorpi sono prodotti della difesa adattativa, si ha quiun caso particolare in cui l’immunità adattativa attiva quella innata.

Quando un microbo o una particella lega un recettore sul fagocita la membrana plasmatica siredistribuisce e si estende intorno al microbo per poi chiudersi attorno ad esso formando una vescicoladetta fagosoma. Il fagosoma viene portato all’interno della cellula dove si svolgerà l’uccisione delmicrobo da un lato e la presentazione ai linfociti T dall’altro.

Uccisione dei microbi fagocitati La fusione del fagosoma con i lisosomi crea un fagolisosoma dovesi concentrano quasi tutti i meccanismi microbicidi. I principali meccanismi sono:

• Produzione di enzimi proteolitici nel fagolisosoma. Tra i più importanti nei neutrofili è l’elastasi,una serina proteasi. Un secondo enzima importante è la catepsina G: topi KO mostrano incapac-ità di uccidere i batteri se mancano queste molecole.

• Conversione dell’ossigeno molecolare in ROS che distruggono i microbi. Il principale enzima coin-volto è l’ossidasi fagocitica, un enzima indotto da molti stimoli tra cui interferone e segnali daiTLRs. Questo enzima converte l’ossigeno in radicali liberi con NADPH come cofattore nel pro-cesso chiamato burst respiratorio. L’ossidasi agisce inoltre come pompa protonica generandoun gradiente elettrochimico tra le membrane del vacuolo: questo crea il pH necessario per atti-vare elastasi e catepsina G. La malattia granulomatosa cronica è il risultato di una deficienzaereditata di uno dei componenti del sistema dell’ossidasi.

• Oltre ai ROS vengono prodotti intermedi reattivi dell’azoto, in particolare ossido nitrico (NO) grazieall’azione della ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS). Nel fagolisosoma NO si combina conperossido o superossido di idrogeno per produrre molecole altamente reattive in grado di ucciderei microbi.

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Una forte attivazione di neutrofili e macrofagi può danneggiare i tessuti normali dell’ospite per rilas-cio degli enzimi lisosomiali, di ROS e di NO: se questi prodotti entrano nell’ambiente extracellularediventano estremamente pericolosi.

Funzioni accessorie dei macrofagi attivati Oltre all’uccisione fisica dei microbi i macrofagi attivatiservono molte altre funzioni di difesa. In aggiunta al TNF e all’IL1 già citate i macrofagi produconoIL-12 che stimola le cellule NK e le T a produrre interferone gamma. Alte concentrazioni di LPS in-ducono patologia sistemica caratterizzata da coagulazione disseminata, collasso vascolare e anormalitàmetaboliche: tutti risultati di alti livelli di citochine secrete dai macrofagi attivati.

I macrofagi attivati producono infine fattori di crescita per fibroblasti e cellule endoteliali peraiutare il rimodellamento tissutale che segue le infezioni o i danni in generale.

2.2.3 Cellule NK

Le cellule NK fanno parte di una linea di cellule legata ai linfociti e riconoscono le cellule infette ostressate rispondendo con uccisione diretta o con la secrezione di citochine infiammatorie. Questecellule costituiscono fino al 20% delle cellule mononucleate di sangue e milza e sono rare negli altritessuti linfoidi. Oltre all’uiccisione diretta queste sono una grande fonte di interferone gamma che attivai macrofagi per far uccider loro i microbi ingeriti. Le cellule NK sono derivate da precursori midollari eappaiono come grandi linfociti pieni di granuli citoplasmatici; queste cellule non sono linfociti T o B enon subiscono riarrangiamento somatico: usano recettori codificati nel DNA germinale.

Attivazione delle NK L’attivazione delle cellule NK è regolata dal bilancio tra i segnali in arrivo dairecettori attivanti e da quelli inibenti. In generale i segnali attivanti devono essere bloccati da quelliinibitori per evitare l’attivazione della NK e l’attacco a cellule normali. Molti dei recettori sulle celluleNK riconoscono molecole MHC-1; queste molecole espongono vari peptidi tra cui quelli derivanti daimicrobi per il riconoscimento da parte dei linfociti T CD8+(le cellule NK usano però recettori di tipodiverso dai linfociti T per il riconoscimento).

I recettori attivanti rilevano un vasto gruppo di molecole espresse da cellule stressate, infette otrasformate. Uno dei recettori più studiati è NKG2D che lega una famiglia di proteine simil MHCche si trovano nelle cellule infettate da virus e in quelle tumorali. Un altro tipo di recettore, CD16,lega le porzioni Fc di alcune classi di IgG e pertanto porta la cellula NK ad uccidere cellule ricopertedi anticorpi (opsonizzate). Quando la segnalazione ha inizio si attivano cascate kinasi-dipendenti cheportano all’avvio dell’attività citotossica verso le cellule portanti il ligando e alla produzione di citochine.

I recettori inibitori si legano a molecole MHC-1 normalmente espresse nelle cellule sane. L’avvio diquesti pathway porta all’attivazione di fosfatasi che competono con le kinasi stimolate dalle vie attivanti:in questo modo le cellule sane sono protette dall’uccisione NK-mediata. Il più vasto gruppo di recettoriinibitori è quello dei KIRs (Killer cell Immunoglobulin-like Receptor) che legano appunto molecole MHC.Un secondo importante recettore è CD94/NKG2A che lega una molecola MHC detta HLA-E.

Lo sviluppo e le attività delle NK sono stimolate anche da citochine, in particolare IL-15 e IL-12prodotte dai macrofagi sono fattori di crescita per queste cellule.

Citotossicità Il meccanismo di uccisione delle NK è praticamente lo stesso dei linfociti T-Citotossici.Quando vengono attivate si ha esocitosi di proteine nelle vicinanze delle cellule bersaglio; una proteina,detta perforina, facilita l’ingresso delle altre, dette granzimi, all’interno del citoplasma della cellula.I granzimi sono enzimi in grado di iniziare l’apoptosi nella cellula bersaglio. Le cellule NK possonouccidere cellule infette prima che i linfociti T-Citotossici specifici diventino completamente attivi, quindinei primi giorni di infezione. Durante le prime fasi infettive le NK vengono stimolate dalle citochinedell’immunità innata, quali IL-12 e IL-15, inoltre l’interferone da esse secreto attiva i macrofagi per ladigestione dei microbi.

2.2.4 Proteine circolanti

Sistema del complemento Il sistema del complemento consiste in parecchie proteine plasmaticheche vengono attivate dai microbi e il cui ruolo è distruggere il patogeno e generare infiammazione.Il riconoscimento avviene secondo tre vie: classica, alternativa e lectina dipendente. La via classica

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sfrutta una proteina, detta C1, che riconosce gli anticorpi IgM, IgG1 e IgG3 legati alla superficie diun microbo. La via alternativa, filogeneticamente più vecchia ma scoperta dopo, è innescata dalriconoscimento diretto delle strutture microbiche ed è dunque parte dell’immunità innata. La vialectino-dipendente è innescata da una proteina detta MBL (Mannose-Binding Protein) che riconosce iresidui di questo zucchero: una volta avvenuto il riconoscimento si porta ad attivare una delle proteinedella via classica in assenza di anticorpi grazie ad una serina proteasi associata.

Il riconoscimento risulta nel reclutamento sequenziale di altre proteine in complessi di proteasi. Laproteina centrale del complemento, C3, viene spezzata e il suo segmento maggiore, C3b, viene deposi-tato sul microbo riconosciuto: questo serve da opsonina per promuovere la fagocitosi. Il segmentominore, C3a, viene rilasciato e promuove l’infiammazione agendo da chemoattrattore per i neutrofili.C3b lega altre proteine del complemento per formare una proteasi che spezza la proteina C5 in C5ae C5b. C5a stimola l’afflusso di neutrofili al sito di infezione mentre C5b inizia la formazione di uncomplesso delle proteine C6, C7, C8 e C9 che vengono assemblate in un poro di membrana che causala lisi della cellula bersaglio.

Pentrassine Molte delle proteine che riconoscono i microbi fanno parte della famiglia delle pentras-sine, all’interno della quale si include la proteina C reattiva (CRP), l’amiloide P serico (SAP) e lapentrassina PTX3. Le concentrazioni plasmatiche di CRP sono molto basse negli individui sani mapossono aumentare di mille volte durante le infezioni: questo aumento è dovuto all’azione stimolante diIL-6 ed IL-1 sul fegato. In generale la sintesi delle pentrassine è aumentata da queste interleuchine e siparla di reattivi di fase acuta. Sia CRP che SAP si legano a diverse specie differenti di batteri e funghi.CRP è un opsonina e può anche attivare il complemento lungo la via classica.

Collectine e ficoline Le collectine sono una famiglia di proteine all’interno della quale tre riconosconopattern molecolari nel sistema immunitario innato: si tratta di MBL, SP-A ed SP-D. MBL è un opsoninache attiva il complemento lungo la via della lectina oltre che media una fagocitosi diretta. Le proteinesurfactanti A e D si trovano negli alveoli del polmone e agiscono anch’esse come opsonine per facilitarela fagocitosi da parte dei macrofagi alveolari.

Le ficoline sono proteine plasmatiche simili alle collectine ma con la differenza che non possiedonoun dominio lectina tipo C (calcio dipendente).

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3 Capitolo 3: Cellule e tessuti del sistema immunitario adattativo

Le cellule del sistema immunitario adattativo sono normalmente presenti nel sangue e nella linfa, negliorgani linfoidi e, come cellule sparse, praticamente in ogni tessuto. Le caratteristiche salienti di questosistema sono:

• Presenza di tessuti specializzati, detti organi linfoidi periferici, che concentrano gli antigeni iningresso. Gli antigeni vengono trasportati qui dalle APC per il riconoscimento da parte dei linfociti.

• I linfociti naive migrano attraverso gli organi linfoidi periferici dove riconoscono gli antigeni einiziano le risposte immunitarie. Linfociti effettori e della memoria si sviluppano dalla progeniedei linfociti naive stimolati in questo modo.

• Linfociti effettori e della memoria circolano nel sangue verso i siti di ingresso antigenico e vengonoefficacemente trattenuti qui.

3.1 Cellule del sistema immunitario adattativo

3.1.1 Linfociti

I linfociti sono le uniche cellule in grado di riconoscere e distinguere i vari determinanti antigenici esono per questo le uniche responsabili della specificità e della memoria del sistema. A dimostrazionedel ruolo linfocitario:

• Si può ottenere immunità protettiva per trasferimento da individui immuni a individui suscettibilidi linfociti e loro derivati.

• Alcune immunodeficienze, sia congenite che acquisite, sono associate a riduzione linfocitaria.

• La stimolazione in vitro dei linfociti produce reazioni simili a quelle in vivo.

• I recettori specifici per gli antigeni sono prodotti dai linfociti e da nessun’altra cellula.

I linfociti consistono di diverse famiglie differenti in funzione e in prodotti proteici, tuttavia molto similidal punto di vista morfologico.

I linfociti B, le cellule che producono anticorpi, sono così chiamati perchè negli uccelli maturanonella borsa di Fabrizio. Nei mammiferi i primi stadi di maturazione di queste cellule si svolgono invecenel midollo osseo. I linfociti T sono così chiamati per via dei loro precursori che originano nel midollo mamigrano e maturano nel timo. I linfociti B e T consistono poi di sottogruppi con funzioni e caratteristichefenotipiche distinte. I maggiori gruppi dei B sono le cellule B follicolari, le cellule B marginali e lecellule B-1; per i linfociti T imaggiori sottogruppi sono i linfociti T-Helper e i linfociti T-Citotossici cuirecentemente si sono aggiunti i linfociti T CD4+regolatori.

I linfociti B e T hanno recettori antigenici distribuiti in modo clonare, esistono cioè molti cloni diqueste cellule con diverse specificità. I geni che codificano i recettori sono formati per ricombinazionedi segmenti di DNA durante la maturazione: essendo questo un evento in parte random il numero dicombinazioni generabile è nell’ordine dei milioni. Alcuni sottogruppi, ad esempio le cellule B-1, sonolimitati nell’uso dei loro segmenti di DNA e quindi il loro repertorio è molto limitato.

Le proteine di membrana espresse dalle varie popolazioni linfocitarie possono essere usate per dis-tinguere le varie classi. Ad esempio molti linfociti T-Helper presentano la molecola CD4 mentre moltidei T-Citotossici presenta la molecola CD8. La nomenclatura dei markers linfocitari usa il numero CD,dove CD sta per Cluster di Differenziazione.

Sviluppo e attivazione dei linfociti I linfociti, come ogni cellula del sangue dopo la nascita, originanoda cellule staminali nel midollo osseo. Tutte le popolazioni vanno poi incontro ad una complessamaturazione durante la quale esprimono i recettori antigenici e acquisiscono le giuste caratteristichemorfofunzionali. I linfociti B maturano in parte nel midollo osseo, entrano in circolo, popolano gliorgani linfoidi periferici e completano li la loro maturazione. I linfociti T maturano completamente neltimo ed entrano poi in circolo per popolare anch’essi gli organi linfoidi periferici. Le cellule B e T maturesono dette linfociti naive. A seguito di attivazione antigenica, i linfociti vanno poi incontro a successivemodifiche fenotipiche e funzionali.

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L’attivazione dei linfociti segue una serie di step della quale il primo è la sintesi di nuove proteine,tra cui recettori per le citochine e citochine, passo richiesto per i cambiamenti successivi. Le cellulenaive vanno incontro a proliferazione in un processo detto espansione clonale: il numero di cellule Tspecifiche può aumentare di 5 · 105 mentre quello di cellule B di 5 · 103. In associazione all’espansioneclonale si ha anche il differenziamento in cellule effettrici, la cui funzione è eliminare l’antigene. Alcunilinfociti stimolati si differenzia in cellule della memoria, la cui funzione è invece mediare la rispostasecondaria a esposizioni successive allo stesso antigene. Le caratteristiche fondamentali delle varie fasilinfocitarie sono:

• Linfociti naive

I linfociti naive sono linfociti T o B maturi che non hanno mai incontrato un antigene: questacondizione può durare al massimo tre mesi prima di attivare l’apoptosi. Questi linfociti sonodifficili da riconoscere morfologicamente ma in generale sono abbastanza piccoli. Il loro ciclocellulare è bloccato in fase G0 e si sbloccherà solo a seguito di stimolazione. La sopravvivenzadei linfociti naive dipende dall’attività dei recettori antigenici, probabilmente stimolati da autoantigeni, e dalle citochine. Probabilmente i naive riconoscono debolmente vari antigeni self inmodo da garantirsi una sopravvivenza a livello basale. Le citochine sono fondamentali e i naiveesprimono recettori in modo costituitivo: fondamentale è in particolare IL-7 e il fattore attivante lecellule B (BAFF).

• Linfociti effettori

A seguito di attivazione i linfociti naive diventano più grandi e proliferano e prendono il nome dilinfoblasti. Alcune di queste cellule differenziano poi in linfociti effettori, tra i quali si inserisconoi linfociti T-Helper, i linfociti T-Citotossici e le cellule B secernenti anticorpi. Le cellule helper,solitamente CD4+, esprimono in superficie molecole come il ligando CD40 e secernono citochineche interagiscono con macrofagi e linfociti B. Sia le cellule effettrici CD4+che le CD8+ presentanoproteine che ne indicano la recente attivazione, tra cui CD25 e molecole MHC-2. Dato importanteè che la maggior parte dei linfociti T effettori ha vita breve e non si rinnova. Molte delle celluleB secernenti anticorpi sono riconoscibili morfologicamente come plasmacellule: si tratta di cel-lule con citoplasma ricco e con un RE sviluppato. Si stima che in queste cellule metà dell’RNAmessaggero sia dedicato agli anticorpi.

• Cellule della memoria

Le cellule della memoria possono sopravvivere per anni dopo l’eliminazione dell’antigene e pos-sono essere identificate dalla loro espressione di proteine superficiali. I linfociti B della memoriaesprimono certe classi di Ig di membrana, tipo IgG, IgE o IgA, mentre le cellule B naive esprimonosolo IgM e IgD. Inoltre nell’uomo la maggior parte dei linfociti T naive esprime un’isoforma del-la proteina superficiale CD45 di 200kD mentre le cellule della memoria la esprimono di 180kDin quanto soggetta a splicing. Le cellule della memoria sono eterogenee; alcune, dette cellule Tdella memoria centrali, migrano preferenzialmente nei linfonodi, altre, dette cellule della memoriaeffettrici, circolano nel sangue o risiedono nelle mucose.

3.1.2 APC

Una APC è una cellula che presenta gli antigeni ai linfociti T. Le principali APC sono le cellule den-dritiche. Un tipo specializzato di APC, detto cellula dendritica follicolare, presenta gli antigeni ai lin-fociti B durante fasi particolari delle risposte umorali. Le APC collegano le risposte innate alle risposteadattative, e fanno parte dunque di entrambi i sistemi.

Cellule dendritiche Le cellule dendritiche derivano da precursori midollari e si trovano in molti or-gani, dove catturano gli antigeni estranei e li trasportano agli organi linfoidi periferici. Le cellule den-dritiche presentano diversi recettori superficiali, tra i quali i TLR, che riconoscono i PAMPs e trasduconosegnali di attivazione intracellulari. Una volta attivate queste cellule diventano mobili e migrano aitessuti linfodi periferici, dove presentano l’antigene ai linfociti T.

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Fagociti mononucleati I macrofagi contenenti microbi ne presentano gli antigeni alle cellule T dif-ferenziate effettrici, le quali attivnao poi i macrofagi per uccidere i microbi stessi. Questo processo èil più importante meccanismo di immunità cellulo mediata nei confronti dei microbi intracellulari. Lafunzione dei fagociti mononucleati è la fagocitosi e la produzione delle citochine che reclutano e atti-vano altre cellule nell’ambito della risposta innata; in ambito adattativo i macrofagi hanno ruolo nelladigestione ad esempio dei patogeni opsonizzati.

Cellule dendritiche follicolari Le FDC sono presenti nei follicoli linfatici di linfonodi, milza e tessutilinfoidi delle mucose e non sono derivate da precursori midollari. Le FDC intrappolano gli antigeni incomplesso con gli anticorpi o i prodotti del complemento e li presentano per il riconoscimento da partedei linfociti B.

3.2 Anatomia e funzioni dei tessuti linfoidi

Nei mammiferi adulti i tessuti linfoidi primari, cioè generativi, sono il midollo osseo e il timo; i tessutilinfoidi secondari sono invece i linfonodi, la milza, il sistema immunitario cutaneo e quello delle mucose.Aggregati poco definiti di linfociti si trovano poi nel connettivo e in quasi ogni altro organo ad eccezionedel SNC.

3.2.1 Midollo osseo

Il midollo osseo è l’unica sede di ematopoiesi nell’adulto; gravi danni a questo tessuto o forte richi-esta di nuove cellule ematiche causano il reclutamento di milza e fegato come sede di ematopoiesiextramidollare.

Tutte le cellule ematiche originano da una comune cellula staminale ematopoietica, che si differenziapoi lungo particolari linee. Le cellule staminali mancano dei marker delle cellule differenziate, ed espri-mono invece due proteine dette CD34 e Sca-1 (Stem Cell Antigen -1). La proliferazione e la maturazionedei vari precursori cellulari nel midollo sono stimolate dalle citochine. Le citochine ematopoietichevengono prodotte dalle cellule stromali e dai macrofagi del midollo, creando così un ambiente localeematopoietico.

3.2.2 Timo

Il timo è la sede di maturazione delle cellule T e ha parenchima diviso in corticale e midollare. Lacorticale appare come una densa regione fatta di linfociti T, mentre la midollare è meno densamentepopolata. I linfociti nel timo, detti anche timociti, sono linfociti T a vari stadi di maturazione; in generalele cellule più immature sono verso la corticale, e le più pronte sono verso la midollare.

3.2.3 Linfonodi e sistema linfatico

Il fluido interstiziale riassorbito, la linfa, scorre lungo i vasi linfatici i quali drenano nei seni sottocap-sulari dei linfonodi. I vasi linfatici efferenti dei vari linfonodi si congiungono poi per terminare nel dottotoracico che scarica la linfa nella vena cava superiore, riconsegnando al flusso ematico. Il volume dilinfa prodotta al giorno è circa due litri.

Le cellule dendritiche catturano gli antigeni microbici ed entrano nei vasi linfatici (altri antigenientrano invece in forma libera); i linfonodi agiscono da filtro e sondano la linfa: tutti gli antigeni e lecitochine infiammatorie raggiungono dunque questi tessuti. Giunte nei linfonodi, le cellule dendritichepresentano gli antigeni ai linfociti T naive per iniziare le risposte immunitarie adattative.

Ogni linfonodo è avvolto da una capsula fibrosa perforata da parecchi vasi linfatici in arrivo, chesvuotano la loro linfa nel seno sottocapsulare. Oltre il seno la corteccia esterna presenta aggregati dicellule detti follicoli, alcuni dei quali contenenti un’area centrale detta centro germinale. I follicoli prividi centro germinale sono detti primari, quelli dotati sono detti secondari. I follicoli sono zone costituiteda linfociti B; i follicoli primari contengono principalmente linfociti B naive, quindi maturi, mentre icentri germinali sono sedi di sviluppo che appaiono in seguito a stimolazione antigenica. I linfociti Tsono collocati principalmente in profondità, nei cordoni paracorticali. Il 70% di questi è CD4+ mentre iCD8+ sono più rari anche se le proporzioni possono variare molto durante le infezioni.

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La segregazione anatomica delle diverse tipologie di linfociti è dipendente da citochine. I linfociti T eB naive vengono consegnati al nodo attraverso un’arteria, in particolare entrano nel tessuto attraversovasi specializzati detti venule ad endotelio alto. I linfociti T naive esprimono il recettore CCR7 che legale chemochine CCL19 e CCL21 prodotte nelle regioni delle cellule T. Le cellule dendritiche esprimonoanch’esse CCR7 e per questo migrano nella stessa regione delle cellule T. I linfociti B naive esprimonoinvece il recettore CXCR5 che riconosce la chemochina CXCL13, prodotta esclusivamente nei follicoli.La segregazione anatomica garantisce che ogni popolazione sia in contatto con la corretta APC: celluledendritiche per i T, FDC per i B. A seguito di stimolazione antigenica i linfociti B e T perdono i loroconfini anatomici e diventano liberi di migrare reciprocamente.

3.2.4 Milza

La milza, organo di 150g nell’adulto, appare suddivisa in polpa bianca e polpa rossa. Le regioni ricchein linfociti dell’organo sono la polpa bianca e si presentano organizzate intorno ad un’arteriola centrale.L’arteria centrale è circondata da un manicotto di linfociti, quasi tutti T, che forma la guaina linfoideperiarteriolare. Numerosi piccoli rami dell’arteriola centrale passano attraverso le guaine e drenanoin un seno vascolare detto seno marginale. Oltre il seno marginale esiste una regione distinta, dettazona marginale, che forma il limite della polpa bianca ed è costituita da linfociti B e macrofagi spe-cializzati. La segregazione dei linfociti T nelle guaine e dei B nei follicoli e nelle zone marginali è unprocesso dipendente da citochine e chemochine come nel caso dei linfonodi: CXCR5/CXCL13 per i B,CCR7/CCL19-CCL21 per i T.

La milza è anche un importante organo per la filtrazione del sangue. Rami arteriolari dell’arteriasplenica terminano in una vasta rete di sinusoidi al cui interno sono presenti molti eritrociti, macrofagie cellule dendritiche oltre a linfociti e plasmacellule: è questa la polpa rossa. La polpa rossa purificail sangue dai microbi e dai globuli rossi danneggiati. La milza è la principale sede di digestione deimicrobi opsonizzati: individui che ne sono privi sono quindi particolarmente suscettibili a infezioni dapreumococco e meningococco, batteri per i quali l’opsonizzazione è la principale via di eliminazione.

3.2.5 Sistema immunitario cutaneo

Le principali popolazioni cellulari dell’epidermide sono cheratinociti, melanociti, cellule del Langerhansepidermiche e cellule T intraepiteliali. Le cellule del Langerhans sono le cellule dendritiche immaturedel sistema immunitario cutaneo: formano una sorta di rete continua capace di catturare antigeni.Quando queste cellule incontrano un antigene divenatano mobili, iniziano ad esprimere il recettoreCCR7 e seguono le chemochine fino ad arrivare ai linfonodi.

3.2.6 Sistema immunitario mucosale

Nella mucosa del tratto GI i linfociti sono reperibili in tre regioni principali: lo strato epiteliale, nellalamina propria come elementi sparsi o nella lamina propria in gruppi organizzati come le placche delPeyer. La maggior parte di quelli epiteliali è di tipo T, quasi tutti CD8+. La lamina propria intesti-nale contiene una popolazione mista di cellule che include linfociti T per la maggior parte CD4+ confenotipo di cellula attiva; esiste anche un grande numero di linfociti B attivati e plasmacellule, maanche macrofagi, cellule dendritiche, eosinofili e mast cells.

In aggiunta ai linfociti sparsi esistono queste regioni organizzate tra le quali le più importanti sonole placche del Peyer. Le regioni centrali di questi follicoli sono ricche in cellule B e spesso contengonocentri germinali; le placche del Peyer presentano inoltre alcune cellule T CD4+. Follicoli simili alleplacche sono frequenti nell’appendice e in buona parte dei tratti GI e respiratori. LE tonsille faringeesono infine follicoli linfoidi analoghi alle placche.

3.3 Vie e meccanismi di homing e ricircolo linfocitario

I linfociti naive si muovono dalla circolazione ai linfonodi e viceversa per parecchie volte, finchè nonincontrano l’antigene che sono in grado di riconoscere. Questo ricircolo linfocitario permette al piccolonumero di linfociti naive di cercare il loro specifico antigene attraverso il corpo. Alcuni linfociti attivatimigreranno poi verso particolari tessuti, come ad esempio la pelle o l’intestino: questo processo dimigrazione selettiva è detto homing.

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I meccanismi di migrazione linfocitaria sono simili a quelli di migrazione degli altri leucociti ai sitiinfiammatori. Le molecole di adesione espresse sui linfociti sono spesso dette recettori homing e iloro ligandi espressi dalle cellule endoteliali sono detti adressine. Le chemochine coinvolte nel trafficolinfocitario sono prodotte in maniera costituiva dagli organi linfatici secondari e in maniera inducibileai siti di infezione.

Il meccanismo di homing è estremamente efficente, e il flusso netto di linfociti attraverso i linfonodiè pari a 25 · 109 unità giornaliere. Un’infiammazione periferica è in grado di generare un significativocalo nell’afflusso linfocitario ai linfonodi e un contemporaneo aumento di quello ai siti infiammatori:questo meccanismo transiente coinvolge gli interferoni alfa e beta.

Homing sangue-linfonodo I linfociti T naive migrano nello stroma dei linfonodi attraverso venulepostcapillari modificate dette ad endotelio alto, le quali esprimono molecole di adesione e chemochineparticolari. La sequenza di eventi è sempre la stessa per qualsiasi passaggio, in particolare:

1. Il rolling è in questo caso mediato dalla selectina-L che lega una adressina (PNAd, Peripheral NodeAddressin) sul’endotelio delle venule ad endotelio alto.

2. L’adesione stabile è mediata dalle integrine LFA-1 e VLA-4.

3. L’affinità delle integrine è aumentata dalle chemochine CCL19 e CCL21, delle quali in particolarela prima è costitutivamente espressa dalle venule ad endotelio alto. Per entrambe queste molecoleil recettore è CCR7.

Le cellule naive andate incontro ad homing ma che non hanno incontrato l’antigene ritornano al flussosanguigno in un processo dipendente da un chemoattrattore detto sfingosina 1-fosfato (S1P); questamolecola è concentrata nel sangue e nei linfonodi rispetto ai tessuti. S1P lega un recettore (S1P1)accoppiato a proteina G specifico e i segnali che si generano stimolano il movimento delle cellule T naivelungo il gradiente S1P, quindi al di fuori del parenchima nodale. I linfociti T naive circolanti esprimonopoco il recettore per S1P in quanto essendo la molecola concentrata nel sangue si ha internalizzazionedel recettore. Quando un naive entra nel linfonodo servono poi ore per ripristinare il recettore e quindisi ha tempo di interagire con le APC. A seguito dell’attivazione il linfocita riduce l’espressione di S1P1e rimane nel linfonodo per alcuni giorni, il tempo di differenziarsi; a differenziazione avvenuta S1P1torna ad essere espresso e la cellula lascia il linfonodo in direzione dei tessuti periferici.

La migrazione delle cellule T naive nella milza è meno regolata, e il trasferimento è guidato dafattori passivi piuttosto che dal coinvolgimento di selectine, integrine o chemochine. Pur essendo unamigrazione meno efficiente, il numero di linfociti di passaggio per la milza è enorme: almeno metà deltotale attraversa l’organo ogni giorno.

Migrazione ai siti infiammatori Un aspetto fondamentale della differenziazione dei naive in effettoriè il cambiamento dei recettori per le chemochine e delle molecole di adesione: questo ne cambia ilcomportamento migratorio. L’espressione delle molecole coinvolte nell’homing delle cellule naive calapoco dopo l’attivazione antigenica: le cellule effettrici in questo modo non sono più costrette a starenel linfonodo. L’uscita dal nodo è guidata anche dalla via di S1P e del suo recettore S1P1. Le celluleeffettrici esprimono molecole di adesione e recettori per chemochine che legano molecole tipicamentepresenti sulle cellule endoteliali ai siti infiammatori.

Alcune cellule effettrici hanno propensione per tessuti particolari, e la selettività è acquisita nelprocesso di differenziazione. In questo modo il sistema adattativo dirige cellule specializzate alle lorosedi preferenziali in modo da gestire infezioni di tipo particolare. Ad esempio le cellule effettrici dellapelle esprimono il ligando CLA-1 per la selectina E, e i recettori CCR4 e CCR10 per le chemochineCCL17 e CCL27, tutte molecole tipiche della cute infiammata.

Migrazione delle cellule della memoria Sono state definite due tipologie di cellule della memoria:centrali ed effettrici. Le cellule centrali tipicamente migrano agli organi linfoidi secondari mentre leeffettrici ai tessuti periferici. In generale le cellule dirette ai tessuti periferici rispondono a stimolazioneantigenica con una rapida produzione di citochine mentre quelle dirette ai tessuti linfoidi secondaritendono a proliferare di più e a fornire funzioni di supporto alle cellule B.

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3.3.1 Homing dei linfociti B

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