L’infiammazione è un processo patologico di fondamentale rilevanza, essendo implicato virtualmente in tutti i processi patologici...▪ Malattie cardiovascolari▪ Malattie tumorali▪ Malattie metaboliche▪ Malattie su base immunitaria▪ Malattie infettive

Argomenti trattati:• Definizioni e caratteri generali• Infiammazione acuta• I mediatori dell’infiammazione• Aspetti morfologici dell’infiammazione acuta ed esiti del processo• Infiammazione cronica• Effetti sistemici dell’infiammazione

infiammazione

I segni «cardinali» dell’infiammazione

Infiammazione: definizioni e caratteristiche generali

definizioni

▪ Reazione del tessuto connettivo vascolarizzato nei confronti degli stessi eventi e circostanze responsabili del danno cellulare.

▪ L’infiammazione consiste nella fuoriuscita di fluido con proteine e cellule (leucociti) dall’interno dei vasi della microcircolazione.

finalitàL’infiammazione contrasta l’agente lesivo e/o gli effetti del danno, e avvia il processo riparativo.

tipiL’infiammazione può essere acuta o cronica, a seconda della sua durata e delle sue caratteristiche.

relazione infiammazione -processi patologici

L’infiammazione è essenzialmente protettiva, ma alcuni suoi aspetti sono potenzialmente dannosi.

Infiammazione acuta e cronica: caratteristiche generali

infiammazione acuta infiammazione cronica

durata Breve (ore-giorni) Lunga (settimane-mesi)

modificazioni tessutali Molto appariscenti, ma generalmente di gradomoderato e autolimitanti: tipica è la formazionedi essudato (accumulo a livello interstiziale difluido, proteine, e leucociti).

Possono essere severe e progressive: presentifenomeni di necrosi, fibrosi, e angiogenesi.

principali leucociti coinvolti granulociti polimorfonucleati neutrofili (PMN) macrofagi e linfociti

segni e sintomi (locali e sistemici)

generalmente marcati generalmente moderati

NB:▪ gli eventi dell’infiammazione (acuta o cronica) sono guidati da segnali molecolari, tradizionalmente chiamati mediatori

dell’infiammazione.

▪ L’infiammazione termina quando:▪ la causa viene eliminata▪ i mediatori che la favoriscono sono inibiti (o degradati)▪ i mediatori che la inibiscono sono attivati (o prodotti).

▪ Il microambiente tessutale è modificato dalla presenza di strutturemolecolari proprie di microbi (PAMP) e/o di cellule danneggiate(DAMP, non mostrati in figura).

▪ Le cellule che compongono il tessuto, ma soprattutto quelle checostituiscono il sistema immunitario innato (macrofagi, mastociti,cellule dendritiche) hanno numerosi recettori PRR, chericonoscono come ligandi PAMP e DAMP.

▪ I PRR sono localizzati sulla superficie cellulare, negli endosomi, nelcitoplasma. Vi sono inoltre PRR in fase fluida nell’ambienteextracellulare.

▪ Sono note varie classi di PRR (alcune sono mostrate in figura),capaci di riconoscere circa un migliaio di PAMP/DAMP.

PAMP, pathogen-associated molecular pattern. DAMP, damage-associated molecular pattern. PRR, pattern recognition receptor.TLR, Toll-like receptor; NLR, nucleotide oligomerization receptor; CLR, C-type lectin receptor; RLR, RIG1-like receptor.

Interazioni PAMP/DAMP-PRR

Il riconoscimento di microbi e/o di cellule danneggiate è ilprimo evento dell’infiammazione.

La complessa risposta cellulare (spesso denominataattivazione) risultante dall’interazione PAMP/DAMP-PRRconsiste nella produzione di molteplici segnali molecolariche influenzeranno il comportamento delle cellulecoinvolte nel processo infiammatorio (principalmentecellule endoteliali vascolari e leucociti).

Infiammazione acuta (argomenti)

▪ modificazioni del flusso e del calibro vascolare a livello della microcircolazione

▪ modificazioni della permeabilità della parete dei vasi sanguigni; modificazioni dei vasi linfatici e dei linfonodi

▪ reclutamento dei leucociti nella sede del processo infiammatorio

▪ individuazione da parte dei leucociti del materiale da internalizzare e distruggere.

Fattori che influenzano i movimenti di fluido (e soluti) a livello della microcircolazione in condizioni normali

In condizioni normali, la pressione idrostatica all’estremità arteriolaredel letto capillare è di circa 32 mm Hg, e di 12 mm Hg all’estremitàvenulare; la pressione colloido-osmotica media interstiziale è di circa 25 mm Hg, uguale alla pressione capillare media. Di conseguenza, il flussonetto di fluido attraverso la parete vascolare è pressoché nullo.

Nell’infiammazione, a seguito dell’aumento della pressione idrostaticaintravascolare e della permeabilità della parete vascolare, si determinala fuoriscita di fluido e proteine dall’interno dei vasi verso l’interstizio(essudato o essudato infiammatorio).

Se dall’interno dei vasi fuoriesce soltanto fluido (e non proteine), siforma il trasudato. Il trasudato può essere dovuto ad un aumentodella pressione idrostatica intravascolare o alla riduzione dellapressione osmotica intravascolare.

Essudato (peso specifico > 1.02) e Trasudato (peso specifico < 1.02)

Essudato

(o edema infiammatorio) composto da fluido, proteine, e leucociti

Modificazioni del calibro vascolare:vasodilatazione del microcircolo →iperemia → aumento della pressioneidrostatica intravascolare in tutte lesezioni del microcircolo → incrementodella fuoriuscita di fluido.

Modificazioni strutturali della paretevascolare (sezione venulare): aumento dellapermeabilità e fuoriuscita di proteine →diminuzione della pressione colloido-osmoticaintravascolare → incremento della fuoriuscitadi fluido.

Marginazione, adesione e migrazioneleucocitaria: i leucociti circolantiaderiscono alle cellule endoteliali(sezione venulare), e quindi migranonello spazio interstiziale.

Meccanismi che concorrono alla formazione dell’essudato

Formazione dell’essudato: principali meccanismi di aumento della permeabilità della parete vascolare

Linfangite. Da un punto di vista clinico, la presenza di una stria rossastra in prossimità di una ferita cutanea è un segno rivelatore di un’infezione della ferita. La stria segue il decorso dei vasi linfatici, e può essere accompagnata da un ingrandimento doloroso dei linfonodi (linfoadenite).

Vasi linfatici e linfonodi nell’infiammazione acuta. La formazione di essudato comporta un aumento della pressione idrostatica interstiziale e quindi un incremento del passaggio di fluido dall’interstizio verso i vasi linfatici e i linfonodi. Oltre al fluido, anche detriti cellulari, leucociti e microbi possono entrare nel sistema linfatico. Se il danno si estende anche al sistema linfatico, insorge un’infiammazione secondaria dei vasi (linfangite) e/o dei linfonodi tributari (linfoadenite).

Leucociti: le cellule coinvolte nei processi di Marginazione, Adesione, e Migrazione attraverso la parete vascolare.

A, neutrofilo; B, eosinofilo; C,basofilo; D, monocita; E,linfocita.

Leucociti e formula leucocitaria

Range di riferimento

Leucociti (numero totale)

4000-10000 / µL

Leucociti (formula)

% neutrofili 40-70

% eosinofili 0-7

% basofili 0-1,5

% monociti 4-9

% linfociti 20-50

▪ Processo multifasico (mostrato a sn per i PMN), in cui i leucociti marginati (per le modificazioniemodinamiche), rotolano sulle cellule endotelialiattivate rallentando grazie alle interazioni fraselectine endoteliali e specifiche glicoproteineleucocitarie (caratterizzate dal tetrasaccaride sialil-Lewis X). Questa interazione, assieme a quelladeterminata da chemochine associate a proteoglicanisulla superficie delle cellule endoteliali determinal’attivazione leucocitaria. L’attivazione leucocitaria, fra gli altri effetti, produce la modificazione dellostato di affinità delle integrine e la conseguenteadesione stabile fra leucocita e cellula endoteliale. Il leucocita attivato quindi migra attraverso la paretevascolare (interazioni omotipiche con le cellule endoteliali) e si dirige nell’interstizio guidato da segnali chemiotattici.

▪ Si noti che il processo dipende dall’attivazione dellecellule endoteliali nel microcircolo (sezione venulare) del tessuto in cui cellule sentinella (macrofagi) hannorilevato l’alterazione del microambiente (da cause infettive nell’esempio) e hanno prodotto i segnalimolecolari appropriati per l’attivazione delle cellule endoteliali.

Marginazione, rotolamento, attivazione, adesione, e migrazione dei leucociti attraverso la parete vascolare.

Molecole di adesione endotelio-leucocitarie

Famiglia Molecola di adesione Distribuzione cellulare ligando

selectine P-selectinaE-selectinaL-selectina

EC attivate (TNF, IL1, istamina, trombina)EC attivate (TNF, IL1)PMN, Monociti, T, B

Tetrasaccaride sialil-Lewis X-GPTetrasaccaride sialil-Lewis X-GPTetrasaccaride sialil-Lewis X-GP

integrine LFA-1 (CD11a/CD18)MAC-1 (CD11b/CD18)VLA-4 (CD49a/CD29)α4β7 (CD49d/CD29)

PMN, monociti, TMonociti, cellule dendriticheMonociti, TMonociti, T (Peyer)

ICAM1, ICAM2, su EC attivateICAM1, ICAM2, su EC attivateVCAM su EC attivateVCAM su EC intestino

Ig CD31 EC, leucociti CD31 (interazione omotipica)

Principali meccanismi molecolari implicati nell’adesione endotelio-leucocitaria

▪ Ridistribuzione delle molecole di adesione sulla superficie cellulare endoteliale. Il processo si svolge in pochi minuti, ed è importante nel determinare l’iniziale rotolamento dei leucociti sull’endotelio (ad es. ridistribuzione della P-selectina).

▪ Induzione di molecole di adesione sulla superficie cellulare endoteliale. Il processo richiede una neosintesiproteica e inizia dopo un intervallo di tempo di 1-2 h (ad es. sintesi di E-selectina).

▪Aumento dell’affinità di legame. Processo molto rapido (ad es. integrine leucocitarie).

MIGRAZIONE TRANSENDOTELIALE

▪ Il movimento dei leucociti è innescato da molecole chemiotattiche presenti nel lume. Nel passaggio attraverso la sezione venulare (ca. 15 min), i leucociti devono superare tre barriere:

• cellule endoteliali• membrana basale• periciti

▪ superamento dell’endotelio

• Via paracellulare. Migrazione fra giunzioni interendoteliali. Molecole endoteliali coinvolte: PECAM, ICAM, ESAM.

• Via transcellulare. Presente nel CNS e in vari scenari di infiammazione. I leucociti mandano protrusioni di membrana dentro le EC, e si formano dei veri e propri canali che «attraversano» le cellule endoteliali .

▪ Superamento della membrana basale (e dei periciti). • La BM è fatta da due network proteici: le laminine vascolari (laminina 8 e 10) e il collagene tipo IV, connessi da interazioni

con molecole di perlecan (proteoglicano eparin solfato) e nidogen-2. • I leucociti passano in regioni a bassa espressione delle proteine della matrice (sono coinvolti in questo i periciti, che assieme

alle EC sintetizzano i componenti della BM).

IPEREMIA, MARGINAZIONE E ADESIONE IN UNA VENULA POSTCAPILLARE

Evoluzione dell’infiltrato leucocitario nell’infiammazione acuta. (A) numerosi PMN fra fibrocellule muscolari del miocardio in necrosi coagulativa (si noti l’uniformità delle fibre) e vasi sanguigni iperemici. (B) Numerosi monociti/macrofagi, e fibrocellule muscolari del miocardio in necrosi coagulativa. (D) Cinetica di formazione dell’essudato (modello). L’aumento di fluido nell’interstizio (edema) è rappresentato, per semplicità, come fenomeno precoce singolo; in realtà, sia l’aumento di fluido che il reclutamento di PMN si verificano spesso in più ondate.

granulociti polimorfonucleati neutrofili (PMN)(60-70% dei leucociti circolanti, caratterizzati da nucleo multilobato e ca 2000 “granuli”/cellula) (1)

• granuli primari (o azzurrofili): lisosomi con enzimi proteolitici, mieloperossidasi, lisozima...• granuli secondari (o specifici): lattoferrina, cobalofillina, lisozima...

Caratteristiche funzionali

▪ scarsa sintesi proteica e fosforilazione ossidativa

▪ alto contenuto in glicogeno e prevalente glicolisi anaerobia

▪ programmati ad uscire dai vasi (sezione venulare) in risposta a segnali chemiotattici (provenienti da batteri, tessuti danneggiati, altre cellule infiammatorie)

▪ Per l’attività battericida, i neutrofili devono essere “attivati” e andare incontro al “burst” ossidativo durante il quale rilasciano enzimi, radicali liberi e prostaglandine.

(1) I PMN circolanti possono essere suddivisi in quelli liberamente circolanti, e in quelli «marginati» (o per meglio dire a lento transito). Questi ultimi sono PMN transitoriamente trattenuti sulle pareti capillari e venulari della milza, del fegato, dello stesso MO, e –ma è controverso- del circolo polmonare. Si consideri che i PMN circolanti sono a breve vita (t1/2, 10 h), quindi il pool dei marginati può essere un po’ considerato come la quota dei PMN che stanno per essere sottratti dalla circolazione (interazioni deboli con l’endotelio degli organi menzionati, milza soprattutto), ma sono ancora richiamabili all’uso da ormoni/ citochine infiammatorie.

monociti / macrofagi

▪ I macrofagi hanno il potenziale di essere attivati: ▪ aumentano di grandezza▪ hanno un metabolismo più attivo▪ contengono più enzimi lisosomiali

▪ Nell’insieme, i macrofagi attivati hanno una più grande capacità di fagocitare e distruggere il materiale fagocitato.

I monociti circolanti iniziano a migrare relativamente presto, e dopo 48-72 h rappresentano il tipo cellulare predominante nella maggior parte dei casi di infiammazione acuta.

Attivazione leucocitaria. Varie classi di recettori di superficie dei leucociti (ne sono mostrati alcuni) riconoscono stimoli differenti, e avviano le risposte che mediano le principali funzioni leucocitarie (adesione all’endotelio, migrazione nei tessuti, amplificazione della risposta infiammatoria e uccisione dei microbi). Si noti che il lipopolisaccaride (LPS, parete cellule esterna di batteri Gram-) lega CD14-TLR4 dopo aver interagito con LBP (LPS bindingprotein, proteina di fase acuta) (non mostrato).

La risposta leucocitaria implica il riconoscimento dell’agente lesivo/condizione di danno, e la conseguente attivazione cellulare.

Interazioni PAMP-PRR (pathogen-associated molecular patterns – pattern recognition receptors)

PAMP PRR localizzazione conseguenze funzionali

Acidi lipoteicoiciLPS battericoFlagellina battericaLipopeptidi di micoplasmassRNA viraledsRNA viraleDNA batterico (CpG non metilate)

Recettori toll-likeTLR2TLR4TLR5TLR6TLR7,8TLR3TLR9

monociti, macrofagi, neutrofili, DC immature, cellule NK, alcune cellule T e B, alcune cellule non immuni

Attivazione dei fagociti, produzione di citochine pro-infiammatorie, preparazione delle DC

Componenti parete batterica Recettori scavengermonociti, macrofagi, DC, endotelio epatico

Attivazione dei fagociti

Antigeni di cellule infette, stressate o tumorali Recettore NK cellule NK

Lisi cellula bersaglio, produzione di citochine pro-infiammatorie

Antigeni di cellule infette, stressate o danneggiate TCRγδ cellule Tγδ

Lisi cellula bersaglio, produzione di citochine pro-infiammatorie

Antigeni glicolipidici Recettore NKT Cellule NKT produzione di citochinePRM (solubili)

Polisaccaridi microbici Collectine (MBL), Proteine di fase acuta

plasma Attivazione del complemento, Fagocitosi

Peptidoglicani batterici Proteine NOD Citoplasma cellulare Produzione di citochine

La fagocitosi di una particella (ad esempio, un batterio) implica: (1) il riconoscimento e l’attacco della particella da parte di recettori sulla superficie leucocitaria (ad es Fcγ, CR1, CR3), seguito (2) dall’ internalizzazione e fusione del vacuolo fagocitario (fagosoma) con i lisosomi (fagolisosoma), e (3) dalla distruzione della particella ingerita. La distruzione della particella ingerita è operata da specie reattive dell’ossigeno prodotte dall’enzima ossidasi fagocitica (B), e dell’azoto (C). Durante la fagocitosi, il contenuto dei granuli può essere rilasciato all’esterno.

iNOS: NO sintasi inducibile; NO: ossido nitrico; ROS: specie reattive dell’ossigeno. MPO: mieloperossidasi.

Fagocitosi: riconoscimento/attacco, ingestione e uccisione dell’agente infettivo.

NET: neutrophil extracellular traps; filamenti di DNA con proteine associate (sia istoni, sia proteine dei granuli).

A, PMN normali (nuclei colorati in rosso, granuli citoplasmatici in verde). B, materiale nucleare rilasciato da due PMN, con formazione delle «trappole» extracellulari. C, immagine al ME di stafilococchi intrappolati nella NET.

NB: osservato inizialmente come fenomeno associato alla morte cellulare, ne è stata descritta anche una modalità vitale.

modificazionimicroambiente

ROS

enzimi

lisosomiali metaboliti ac.

arachidonico

principali prodotti di leucociti (PMN) attivati: amplificazione dell’infiammazione e danno tessutale

amplificazione della risposta infiammatoria

danno tessutale

I PMN attivati, attraverso i loro prodotti, degradano gli agenti patogeni e allo stesso tempo producono alterazioni nei tessuti dell’ospite. Tali alterazioni da un lato amplificano la risposta infiammatoria stimolando un ulteriore reclutamento leucocitario, ma dall’altro rappresentano un vero e proprio danno tessutale. Il controllo della risposta infiammatoria è fondamentale affinché nell’insieme l’infiammazione rappresenti un processo benefico per l’ospite.

DIFETTI DELLA FUNZIONE LEUCOCITARIA(in generale, responsabili di infiammazione cronica)

secondari (acquisiti)

Condizione patologica Natura del difetto

Insufficienza midollare (tumori, radiazioni, chemioterapia)

Difetto di produzione

Diabete, tumori, sepsi, dialisi Difetto di adesione e chemiotassi

Diabete, anemia, sepsi, malnutrizione Difetto di fagocitosi e attività microbicida

primitivi (su base genetica)

LAD1 (difetto di adesione leucocitaria 1) Mutazioni catena β integrine CD11/CD18

LAD2 (difetto di adesione leucocitaria 2)Mutazioni della fucosiltransferasi (sintesi dei recettori delle selectine)

Malattia granulomatosa cronica▪ Legata alla X▪ Autosomica recessiva

Difetto della ossidasi fagocitica e della produzione di ROS, dovuto a mutazioni della componente di membrana (legata alla X), o di componenti citosoliche (autosomica).

Deficit di MPO (mieloperossidasi) Difetto del sistema MPO-H2O2

Sindrome di Chediak-HigashiDifetto della funzione associato a mutazioni di proteine coinvolte nel traffico lisosomiale.

MEDIATORI DELL’INFIAMMAZIONE molecole presenti e/o generate in un focolaio infiammatorio, capaci di modularlo

mediatori plasmatici

presenti nel plasma in forma di precursori che devono essere attivati.

mediatori cellulari

prodotti da cellule presenti nella sede di infiammazione (piastrine, neutrofili, monociti-macrofagi, mastociti, cellule endoteliali, cellule muscolari, fibroblasti):

▪ sequestrati in granuli intracellulari▪ sintetizzati ex novo

▪ effetti, ed emivita: • possono stimolare il rilascio di altri mediatori, con effetti di amplificazione (o a volte di

regolazione negativa) della risposta infiammatoria.• hanno funzioni multiple: una o poche cellule bersaglio / più bersagli / effetti diversi, a

seconda del tipo di cellula e tessuto su cui agiscono.• hanno generalmente emivita breve, essendo rapidamente inibiti da enzimi o da sistemi

chimici.

▪ meccanismo d’azione: • per la maggior parte, si legano a specifici recettori cellulari, e inducono modificazioni

funzionali nelle cellule bersaglio. • alcuni hanno attività enzimatica diretta (ad es. proteasi)• altri ancora mediano un danno ossidativo (ad es. ROS).

Infiammazione: mediatori cellulari e mediatori plasmatici

principali mediatori dell’infiammazionemediatore fonte azione

istamina mastociti, basofili, piastrinevasodilatazione, aumento della permeabilità, attivazione endoteliale

prostaglandine mastociti, leucociti vasodilatazione, dolore, febbre

leucotrieni mastociti, leucocitiaumento della permeabilità, chemiotassi, attivazione leucocitaria

citochine (TNFα, IL-1, IL-6)

macrofagi, cellule endoteliali, mastociti

-azione locale (attivazione leucocitaria)-azione sistemica (febbre, modificazioni metaboliche, ipotensione)

chemochine leucociti, macrofagi attivati chemiotassi, attivazione leucocitaria

PAF (fattore attivante le piastrine)

leucociti, mastociti)vasodilatazione, aumento della permeabilità, chemiotassi, attivazione leucocitaria,

sistema complemento plasma (fegato)-azione diretta sul bersaglio (MAC)-azione pro-infiammatoria (vasodilatazione, chemiotassi e attivazione leucocitaria)

sistema delle chinine plasma (fegato)aumento della permeabilità, vasodilatazione; contrazione muscolatura liscia; dolore.

Istamina e serotonina (amine vasoattive)immagazzinate nei granuli di mastociti e basofili (istamina) e delle piastrine (serotonina)

Istamina

Amina basica derivante dalla decarbossilazione dell’istidina (istidina decarbossilasi)

▪ Principali stimoli di rilascio:• Interazione di antigeni su IgE associate alla superficie cellulare• Interazione di C3a e C5a con recettori associati alla superficie cellulare • Citochine (IL1, IL8)• Stimoli fisici (ad es. traumi, variazioni di temperatura)

▪ Azioni• Vasodilatazione arteriolare (H1)• Contrazione della muscolatura liscia extravascolare (H1)• Stimolazione della secrezione gastrica (H2)• Stimolazione cardiaca (H2)• Nelle cellule infiammatorie, l’attivazione dei recettori H1 da parte dell’istamina promuove l’attività trascrizionale di

NFkB, determinando un effetto pro-infiammatorio.

enzimi (e altre proteine) lisosomialiRilasciati da leucociti attivati (reazione di degranulazione)

-macrofagi -neutrofili (granuli secondari)

lisozima (1), collagenasi, lattoferrina, attivatore del plasminogeno, istaminasi, fosfatasi alcalina

-macrofagi-neutrofili (granuli primari)

lisozima, defensine (2), mieloperossidasi, varie idrolasi acide (degradazione di batteri e componenti cellulari) e proteasi neutre (degradazione dei vari componenti proteici della matrice)

(1) il lisozima idrolizza il legame acido muramico-N-acetilglucosamina del rivestimento glicopeptidico dei batteri(2) le defensine sono peptidi cationici tossici per i microrganismi.

Il controllo del potenziale effetto di danno delle proteasi sui tessuti propri è esercitato da varie antiproteasi(α1-antitripsina contrasta l’elastasi dei neutrofili; α2-macroglobulina).

MEDIATORI PLASMATICI (tre sistemi proteici interdipendenti):

▪ sistema del complemento

▪ sistema delle chinine

▪ sistema della coagulazione-fibrinolisi

Sistema del complemento

sistema di proteine implicate nell’infiammazione e nell’immunità, le cui funzionibiologiche rientrano in due categorie principali:

1. Eliminazione di cellule bersaglio tramite: • lisi mediata dal complesso di attacco alla membrana (MAC)• opsonizzazione e fagocitosi.

2. Produzione di frammenti con azione pro-infiammatoria• degranulazione mastocitaria• chemiotassi• attivazione leucocitaria

MAC

Funzioni di riconoscimento e attivazione

▪ specifici componenti del sistema complemento silegano a strutture molecolari presenti sulla superficiedi microbi, e/o su cellule proprie alterate (attivazione,e opsonizzazione).

Funzioni effettrici

▪ componenti del sistema eliminano direttamente lacellula bersaglio (lisi).

▪ cellule dell’ospite con appropriati recettori percomponenti del sistema complemento rimuovono imicrobi e/o le cellule proprie alterate.

▪ componenti del sistema (anafilotossine) promuovono la risposta infiammatoria (degranulazione mastocitaria, chemiotassi e attivazione leucocitaria).

Sistema complementofondamentale sistema di ca. 50 proteine (plasmatiche, e associate alla membrana cellulare) che,attraverso svariate attività biochimiche (ad es. reazioni a cascata), (a) partecipano al contrasto diretto diagenti lesivi e all’identificazione di cellule alterate, e (b) promuovono la risposta infiammatoria.

strutture molecolari

riconosciute (PAMP, DAMP)

molecole iniziatrici e

successive attività proteasiche

LISI CELLULARE

OPSONIZZAZIONE

INFIAMMAZIONE

SCHEMA GENERALE DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA COMPLEMENTO

Via classica (Classical pathway, CP): C1q, che inizia la CP, riconosce e lega complessi antigene-anticorpo o altre molecole (β-amiloide, proteina Creattiva [CRP], DNA, e corpi apoptotici). Dopo il legame di C1q, le proteasi C1r e C1s tagliano C4 e C2 producendo C4a, C4b, C2a, C2b, cosìpermettendo la formazione del complesso C4b2a (C3 convertasi classica). Tale complesso taglia C3 in C3a (anafilotossina), e C3b che –legandosi allaC3 convertasi- forma il complesso C4b2a3b (C5 convertasi classica).

Via della lectina (Lectin pathway, LP): MBL, ficolin-1, ficolin-2, ficolin-3 e collectina-11, protein plasmatiche che iniziano la via LP, riconoscono elegano sequenze ripetute ad alta densità di mannosio, fucosio, e zuccheri N-acetilati esposti da microbi o da cellule proprie alterate. Dopo il legame,le proteasi MBL-associate MASP-1 e -2 (che formano un complesso con le molecole di riconoscimento) tagliano C4 e C2, così formando la C3convertasi e quindi la C5 convertasi in modo simile a quello della CP. Il ruolo di MASP-3 non è ancora definito (attivatore del fattore D della AP).

Via alternativa (Alternative pathway, AP): l’attivazione è guidata dall’idrolisi spontanea del C3 circolante (tick-over process) in C3(H2O). C3(H2O) siassocia a componenti molecolari (ignote) sulla superficie di agenti patogeni/cellule alterate e recluta il fattore B e il fattore D. Il fattore D tagliaC3(H2O) e il fattore B, generando C3bBb (C3 convertasi alternativa). Come la C3 convertasi prodotta in CP e LP, la C3 convertasi alternativa taglia C3in C3a e C3b; C3b produce una nuova C3 convertasi per aumentare la quantità di prodotto (AP amplification loop, linea tratteggiata), e legandosi allaC3 convertasi già presente produce il complesso C3bBb3b (C5 convertasi alternativa).

Via estrinseca (Extrinsic pathway, EP): attivazione diretta di C5 da parte di enzimi proteolitici derivanti delle cascate coagulativo/fibrinolitica(trombina, plasmina, fattore XIIa) e delle chinine (callicreina). NB: non è in realtà una vera e propria “via di attivazione”.

Via terminale (Terminal pathway): CP, AP, e LP convergono al punto di formazione della C5 convertasi, che attiva una cascata comune tagliando C5 inC5a (anafilotossina) e C5b. C5b lega la cellula bersaglio e permette l’assemblaggio di C6, C7, C8 e C9 che formano un poro chiamato MAC(membrane attack complex, C5b-9) sulla cellula bersaglio. MAC determinerà la lisi della cellula bersaglio, mentre altri frammenti svolgeranno altreazioni biologiche legate alla risposta infiammatoria e immunitaria.

C3a, C5a(e in minor misura C4a)

▪ aumento della permeabilità vascolare e vasodilatazione, principalmente mediante rilascio di istamina dai mastociti.

C5a▪ attivazione e chemiotassi dei leucociti (avidità delle integrine, attivazione del metabolismo dell’ac. arachidonico nei PMN e nei monociti, rilascio di ulteriori mediatori infiammatori).

C3b

▪ avvio dell’assemblaggio del MAC▪ neutralizzazione di virus▪ opsonizzazione di agenti patogeni. C3b, riconosciuto da recettori CR1 espressi da fagociti, ne

potenzia la fagocitosi (anche C4b e C5b possono agire da opsonine).▪ presentazione antigenica. Legandosi a recettori CR1 sulle APC, ne migliora la presentazione

dell’antigene alle cellule T.▪ clearance di complessi Ag/Ab circolanti. I complessi Ag/Ab solubili attivano il complemento; C3b

si lega ai complessi Ag/Ab mantenendoli in fase fluida. I globuli rossi, via CR1, “catturano” i complessi Ag/Ab, impedendo la formazione di immunocomplessi.

▪ Attivazione dei linfociti B

Principali proteine che regolano l’attivazione e la funzione del sistema ComplementoNumerose proteine, sia associate a cellule sia in fase fluida, regolano il complemento (inibiscono la produzione di frammenti attivi, o rimuovono i frammenti dalla superficie delle cellule).

C1 INH (C1 inhibitor)(proteina plasmatica)

Inibitore competitivo di C1r, C1s, MASP-1 e MASP-2. Controlla quindi la via classica e la via della lectina.

Inibitori dell’assemblaggio delle

convertasi

Proteine presenti sulle membrane cellulari e assenti nei microrganismi, legano C3b o C4b impedendo l’associazione degli altri componenti:

• CR1 (lega C3b,C4b e C1q per promuovere la fagocitosi di complessi immuni, e accelera il decadimento delle convertasi).

• DAF (Decay-Accelerating Factor)• C4BP (C4 binding protein)

Fattore I Degrada C3b in presenza di proteine CR1, DAF

Inibitori della formazione di MAC

Impediscono la formazione di MAC su cellule vicine a quella bersaglio (ad es. CD59 impedisce il legame di C9)

Le patologie associate a difetti del sistema complemento sono quasi tutte dovute a deficit genetici.▪ Deficit di C2: aumento delle infezioni opportunistiche▪ Deficit di C4: associato al lupus (patologia autoimmunitaria) ▪ Deficit di C6-9: aumentata suscettibilità alle infezioni (Neisseria)

▪ Deficit di C1-INH: responsabile dell’angioedema ereditario. La mancanza di questa proteina compromette la capacità di prevenire l’attivazione spontanea del sistema. C1-INH è il principale inibitore fisiologico della callicreina e del XIIa. Il deficit di C1-INH produce edemi diffusi (particolarmente al viso, bocca e vie aeree) legati all’attivazione incontrollata del complemento e alla mancata inattivazione della bradichinina.

Difetti del sistema complemento

Sistema di contatto e sistema delle chinine

sistema di contatto (Contact Activation System, CAS)Gruppo di proteine plasmatiche che può attivarsi in presenza di materiale patologico e microbico, costituito da tre proteasi seriniche (i fattori della coagulazione XII ed XI e la precallicreina PK), e dalla proteina carrier-cofattore HMWK (chininogeno ad alto PM).

Attivazione, ed effetti:• Il CAS è attivato da superfici cariche negativamente, capaci di attrarre il XII e il

complesso HMWK-PK-XI. Tali superfici possono essere artificiali (come il vetro delle provette), oppure essere rappresentate da collagene (il collagene sottoendoteliale della parete vascolare), LPS batterico, polifosfati (da batteri e da granuli alfa rilasciati da piastrine attivate). NB: CAS non è attivato da fosfolipidi anionici delle piastrine.

• la modificazione conformazionale derivante dall’associazione del XII alla superficie, ne determina un’iniziale autoattivazione in XIIa. XIIa taglia PK producendo l’enzima attivo callicreina (K) e avviando un circuito di amplificazione fra XII e PK che supera l’attività degli inibitori (C1-INH).

PK XI

HMWK

XII

bradichinina (BK)HMWK

K

XIIa

• K taglia il cofattore HMWK, producendo la bradichinina (BK).• BK determina aumento della permeabilità; chemiotassi e attivazione di PMN e

macrofagi.• XIIa e K attivano il sistema complemento (C5)• L’attivazione del sistema di contatto ha un ruolo patogenetico di rilievo in

Artrite Reumatoide, Colite ulcerosa, e Morbo di Crohn.

Sistema di contatto e sistema della coagulazione

PK FXI

HMWK

FXII

L’attivazione del XII avvia anche reazioni proteolitiche della cascata coagulativa (cd via «intrinseca).Alcuni prodotti della cascata coagulativa possono agire da mediatori dell’infiammazione, in particolare:

• la trombina, agendo su recettori PAR (protease activated receptors) espressi da cellule endoteliali, piastrine e leucociti può attivare la loro funzione.

• anche altri fattori della via coagulativa possono influenzare il processo infiammatorio (ad es. Xa aumenta la permeabilità e la chemiotassi).

Relazione infiammazione - coagulazioneI due processi non sono di fatto dissociabili, dato che:- qualunque forma di danno vascolare che induce il processo emostatico induce anche il processo infiammatorio.- il processo infiammatorio determina sempre modificazioni delle cellule endoteliali; tali modificazioni influenzano positivamente il processo emostatico.

Tuttavia, non è ancora chiaro se i prodotti della reazione coagulativa abbiano un ruolo chiave nello stimolare l’infiammazione.

Interazioni fra i sistemi dei mediatori plasmatici: importanza in vivo e schema riassuntivo

▪ Bradichinina, C3a, e C5a: aumento della permeabilità vascolare

▪Trombina: Attivazione cellule endoteliali

▪C5a: chemiotassi, attivazione leucocitaria

▪ Attivazione dei fattori XII e K: innesco della via delle chinine, e della coagulazione, e complemento.

▪ Attivazione del complemento (via classica, via alternativa, via della lectina, via estrinseca)

Mediatori plasmatici ritenuti di maggiore importanza in vivo:

Meccanismi operativi:

Metaboliti dell’acido arachidonico(prostaglandine, leucotrieni e lipossine)

L’AA è staccato dai fosfolipidi per azione della PLA2 (fosfolipasi A2), asua volta attivata dall’ingaggio di recettori di membrana, e da eventi checomportano un aumento del Ca++ intracellulare.

fosfatidilcolina

AA

-prostaglandine -leucotrieni -lipossine

Liso-PAF

PAF *

PLA2

*PAF, fattore di attivazione delle piastrine, è un altro mediatore di natura lipidica importante nell’infiammazione.

L’acido arachidonico (AA) è un acido grasso polinsaturo a 20 atomi dicarbonio, prodotto principalmente dall’acido linoleico introdotto con ladieta, e presente nell’organismo soprattutto nella sua forma esterificatacome componente di fosfolipidi della membrana cellulare.

fosfatidilinositolo-P2

DAG

PLC

DAG lipasi

In alternativa, la PLC (fosfolipasi C) determina la produzione di DAG(diacilglicerolo) a partire da PIP2(fosfatidilinositolo-P2); DAG vienescisso dalla DAG-lipasi per produrre AA.

Prostaglandine, leucotrieni e lipossine sono formati rapidamente dasuccessive reazioni enzimatiche e mediano vari processi biologici (ades. infiammazione ed emostasi); la loro sintesi aumenta nelle sedi diinfiammazione, agiscono localmente e decadono spontaneamente oper via enzimatica.

eicosanoidi (prostaglandine e molecole correlate): caratteristiche generali

“ormoni ad azione locale” ▪ rilasciati dalle cellule che li producono, hanno effetti sulle cellule vicine (che esprimono appropriati recettori)

▪ sono rapidamente degradati (azione locale)▪ agiscono anche sulle stesse cellule produttrici

funzioni biologiche ▪ infiammazione e febbre▪ regolazione della pressione sanguigna▪ modulazione della risposta immunitaria▪ processi riproduttivi ▪ regolazione del ciclo sonno-veglia▪ ....

meccanismi ▪ nella maggior parte dei casi, interagiscono con recettori GPCR, e possono così:• regolare la formazione di cAMP, o• attivare vie di segnalazione che determinano un aumento del Ca++ intracellulare

Biosintesi dei prostanoidi (prostaglandine e trombossano).Generalmente, un determinato tipo cellulare forma in prevalenza uno o due dei prodotti indicati (ad es. le piastrine formano soprattutto trombossani).

-cPLA2, cytosolic phospholipase A2-sPLA2, nonpancreatic, secretory phospholipase A2-PG, prostaglandin-PGHS, prostaglandin endoperoxide H synthase-COX, cyclooxygenase-POX, peroxidase-H-PGDS, hematopoietic PGD synthase-L-PGDS, lipocalin-type PGD synthase-cPGES, cytosolic PGE synthase-mPGES-1, microsomal PGE synthase-1-PGFS, PGF synthase-PGIS, PGI (prostacyclin) synthase-TXAS, TxA synthase. -DP1, DP2, EP1, EP2, EP3, EP4, FP, IP, TP: GPCR (G protein coupled) PG receptors.

Smith WL. Trends Biochem. Sci. 2008;33:27.

PGH2

Fosfolipidi di membrana

fosfolipasi

Acido arachidonicoaltre LOX

COX 5-LOX

chemiotassi

•broncospasmo•↑perm. vasale•vasocostrizione

• vasodilatazione•↓ aggr piastrine

• vasocostrizione•↑ aggr piastrine

• vasodilatazione•↑ perm. vasale•dolore• febbre

12-LOX

↓ infiammazione

inibitori LOX

corticosteroidi

FANSaspirina

antagonisti recettoriali

Azioni infiammatorie degli eicosanoidi

▪ Nell’infiammazione acuta, PG e LT sono sintetizzate a partire dall’ac. arachidonico per azione di COX e LOX.

▪ Legandosi a GPCR, gli eicosanoidi stimolano le risposte vascolari e cellulari, e virtualmente mediano tutte le fasi dell’infiammazione.

▪ Le PG sono prodotte da mastociti, macrofagi, cellule endoteliali (ed altre), e hanno effetti vascolari e sistemici.

▪ COX1 è espresso costitutivamente in molti tessuti (funzioni omeostatiche, quali il bilancio idro-salino nei reni, la citoprotezione nel tratto GE), ma è anche prodotto nell’infiammazione. COX2 è principalmente indotto nell’infiammazione.

▪ PGD2 è prodotta soprattutto dai mastociti, mentre PGE2 è più ampiamente diffusa; TXA2 è prodotto soprattutto dalle piastrine, e PGI2 dalle cellule endoteliali.

▪ I leucotrieni sono prodotti da leucociti e mastociti in un processo multifasico, e hanno effetti sui vasi, sulla muscolatura liscia, e sul reclutamento leucocitario. LTB4 è prodotto da PMN (e macrofagi), e amplifica la risposta infiammatoria. LTC4 (e i suoi derivati) è prodotto principalmente dai mastociti.

▪ Le lipossine sopprimono la risposta infiammatoria inibendo il reclutamento leucocitario. La loro sintesi è inusuale: i PMN producono composti intermedi, e questi sono convertiti in lipossine da piastrine che interagiscono con i PMN (biosintesi transcellulare).

Sintasite

ssuto

-spe

cifiche

PAF (platelet activating factor)

Mediatore di derivazione fosfolipidica, inizialmente identificato per la sua capacità di determinare aggregazione piastrinica.

▪ Prodotto da molti tipi cellulari (piastrine, basofili, mastociti, PMN, macrofagi, e cellule endoteliali

▪ PAF ha effetti sulla permeabilità vascolare, sull’adesione endotelio-leucocitaria, chemiotassi, degranulazione, produzione di ROS, e metabolismo AA.

▪ Nel complesso, PAF ha un forte potere infiammatorio.

▪ Nonostante abbia azioni documentate (ad es. nell’ipersensibilità immediata), le sperimentazioni cliniche con antagonisti PAF in varie patologie infiammatorie hanno avuto esito negativo.

Citochine(peptidi a basso PM o glicoproteine, comunicazione intercellulare)

Oltre 100 molecole ad oggi identificate, prodotte principalmente (ma non solo) dai leucociti. Assieme agli ormoni e ai

fattori di crescita, costituiscono i tre principali gruppi di molecole di comunicazione intercellulare.

proprietà citochine fattori di crescita ormonisolubilità sì (proteine solubili, a

bassa concentrazione, si legano a recettori specifici)

sì (proteine solubili, a bassa concentrazione, si legano a recettori specifici)

sì (proteine solubili, a bassa concentrazione, si legano a recettori specifici)

sito di produzione molti citotipi, ampiamente distribuiti

diversi citotipi, a distribuzione tessutale moderata

citotipi specifici in ghiandole

espressione costitutiva / indotta costitutiva indotta area di influenza autocrino / paracrino paracrino / sistemico sistemicocitotipi influenzati vari vari limitati

categorie funzionali-regolazione della risposta innata-regolazione della risposta adattativa-regolazione dell’emopoiesi

produzione e controllo-in gran parte prodotte da cellule TH attivate e da macrofagi attivati -mRNA (e proteina) ad emivita breve (controllo trascrizionale; controllo della sintesi dei recettori)-funzioni multiple, e ridondanti-relazioni fra citochine: agoniste e/o antagoniste, feedback positivi e/o negativi

Citochine nell’infiammazione

Infiammazione acuta

citochina principale derivazione effetto

TNF MØ, mastociti, cellule TStimola le proprietà adesive delle EC, e la secrezione di altre citochine. Ha effetti sistemici.

IL-1 MØ, EC Simile al TNF; ruolo maggiore nella febbre

IL-6 MØ, altre cellule Effetti sistemici (risposta di fase acuta)

chemochineMØ, mastociti, EC, cellule T, altre cellule

Reclutamento di leucociti

IL-17 Cellule T Reclutamento di PMN e di monociti

Infiammazione cronica

IL-12 DC, MØ Aumento produzione di IFN-γ

IFN-γ Cellule T, cellule NK Attivazione dei macrofagi

IL-17 Cellule T Reclutamento di PMN e di monociti

IFN-γ, Interferon-γ; IL-1, interleukin-1; NK cells, natural killer cells; TNF, tumor necrosis factor. Sono indicate le più importanti citochine

dell’infiammazione. Si noti che esiste una notevole sovrapposizione fra citochine dell’infiammazione acuta e cronica: in particolare, tutte le citochine elencate nell’infiammazione acuta possono contribuire all’infiammazione cronica.

TNF (α e β), IL-1, e IL-6 sono le principali citochine coinvolte nell’infiammazione (acuta)

Piccole citochine, capaci di indurre chemiotassi delle cellule con appropriati recettori (GPCR).

Sono coinvolte in vari processi:▪ Infiammazione (reclutamento e migrazione leucocitaria)▪ Tutti i processi biologici in cui è presente migrazione cellulare

Movimento «a trazione anteriore» di un leucocita in coltura.

Chemochine

▪ Ne sono note alcune decine, suddivise in 4 classi strutturali

Ossido Nitrico

NO è un radicale libero gassoso prodotto da molti tipi cellulari e capace dimediare varie funzioni.

-Nel sistema nervoso centrale, regola il rilascio di neurotrasmettitori (oltreche il flusso ematico).

-E’ usato dai macrofagi come agente citotossico per uccidere microrganismi (ecellule tumorali).

-Prodotto dalle cellule endoteliali, rilassa la muscolatura liscia vascolare ecausa vasodilatazione.

nNOS e eNOS, espressi costitutivamente, sono attivati in risposta ad un aumento del Ca intracellulare, o per altri stimoli (shear stress).

iNOS, quantità basale bassissima (o non valutabile), trascrizione inducibile (IL-1, TNF, IFN, LPS) in EC e macrofagi, attività non dipendente dal Ca ma dal legame con la calmodulina.

mediatori più rilevanti (in vivo)

fenomeno infiammatorio mediatori responsabili

vasodilatazione istamina, PG (NO, incerto)

↑Permeabilità vascolareistamina, C3a, C5a, chinine, leucotrieni (C, D, E) (PAF, incerto)

Chemiotassi, reclutamento e attivazione leucocitaria TNF, IL1, chemochine, C3a, C5a, LTB4

Interazioni endotelio-leucocitarie, migrazione leucocitaria e reazioni sistemiche IL-1, IL-6, TNF

Citotossicità NO, ROS, proteasi lisosomiali

Danno tessutale proteasi lisosomiali, ROS

Febbre IL1, TNF, PG

Dolore PG (PGE2), bradichinina

É verosimile che nell’infiammazione acuta un numero relativamente contenuto di mediatori abbia maggiore importanza in vivo, in accordo anche all’efficacia antinfiammatoria di composti antagonisti dei mediatori indicati in tabella. Si ritiene che l’efficacia terapeutica degli antinfiammatori non comprometta nell’insieme l’ottenimento degli effetti benefici del processo infiammatorio, data la ridondanza dei mediatori prodotti e delle loro azioni biologiche.

Regolazione dell’infiammazione(principali meccanismi anti-infiammatori)

▪ Molti mediatori sono a breve vita, distrutti da enzimi degradativi.

▪ Mediatori con attività di regolazione negativa (lipossine, proteine di regolazione del complemento).

▪ Citochine prodotte da macrofagi attivati (e da altre cellule) con attività soppressiva delle risposte dei macrofagi attivati (IL-10).

▪ Tirosino fosfatasi intracellulari (inibizione della trasduzione di segnali pro-infiammatori).

▪ Infiammazione sierosa (essudato sieroso)▪ L’essudato, scarso in cellule, si raccoglie nello spazio interstiziale sottostante all’epitelio superficiale danneggiato, oppure nello

spazio esistente fra i foglietti del peritoneo, della pleura o del pericardio.▪ Generalmente sono assenti agenti infettivi e ci sono pochi leucociti.▪ L’essudato sieroso che si raccoglie fra le membrane sierose può derivare dal plasma (aumento della permeabilità) e anche dalle

stesse cellule mesoteliali, ed è spesso denominato «effusione».

▪ Infiammazione fibrinosa (essudato fibrinoso)▪ Consegue a eventi lesivi generalmente più severi di quelli implicati nell’infiammazione sierosa, ha sede soprattutto nei tessuti di

rivestimento di cavità corporee (meningi, pericardio, pleura).▪ Caratterizzata da un marcato incremento della permeabilità vascolare, con fuoriuscita di grandi molecole, fra cui il fibrinogeno,

che viene trasformato in fibrina.▪ Nel caso di eccessiva presenza di fibrina, questa viene degradata e rimossa con difficoltà, determinando una sostituzione con

tessuto fibroso e possibili alterazioni funzionali.

▪ Infiammazione purulenta (essudato purulento)▪ Caratterizzato dalla raccolta di pus (essudato ricco di PMN e di cellule necrotiche), spesso causato da infezioni di batteri piogeni

(ad es. stafilococco).▪ Ascesso: raccolta di pus in una cavità neoformata, con una zona centrale necrotica circondata da PMN e, più

perifericamente, da fibroblasti in proliferazione. Col tempo, la cavità può essere interamente circondata e –a causa della distruzione tessutale- sostituita da tessuto cicatriziale.

▪ Empiema: raccolta di pus in una cavità anatomica preesistente

Aspetti morfologici dell’infiammazione acuta

Esiti del processo infiammatorio acuto

L’infiammazione acuta può avere tre possibili esiti:

▪ Risoluzione completa (restitutio ad integrum)

▪ Guarigione per cicatrizzazione (fibrosi)

▪ Progressione verso l’infiammazione cronica

Esiti dell’infiammazione acuta: risoluzione completa, guarigione per cicatrizzazione (fibrosi), e infiammazione cronica.

risoluzione completa(restitutio ad integrum)

se: ▪ il danno tessutale è di moderata entità▪ le cellule parenchimali possono rigenerarsi▪ l’evento lesivo è limitato nel tempo

allora: ▪ i mediatori vengono neutralizzati (o degradano spontaneamente)▪ la permeabilità vascolare torna alla normalità▪ l’infiltrazione leucocitaria cessa e i PMN muoiono▪ il materiale infiammatorio (edema e detriti) viene rimosso (macrofagi e rete linfatica).

▪ La risoluzione NON è un processo passivo, nel senso di un processo che si instaura automaticamente a partire dal momento in cui cessa di esistere lo stimolo lesivo e quindi le condizioni pro-infiammatorie.

▪ É importante l’azione di mediatori (1) che agendo su specifici recettori:▪ arrestano il reclutamento dei PMN▪ agiscono sulla regolazione morte/sopravvivenza dei leucociti favorendo l’apoptosi▪ attivano i macrofagi ad effettuare una clearence non pro-infiammatoria delle cellule morte e a cambiare il

proprio fenotipo da pro-infiammatorio a pro-risoluzione (M1→M2).

▪ Contrariamente ad un modello lineare dell’infiammazione (induzione → risoluzione), è preferito un modello integrato in cui eventi pro- e anti-infiammatori (almeno in parte) iniziano in modo contestuale.

Alcune precisazioni sul processo di risoluzione:

(1) Vedi principali meccanismi anti-infiammatori

Cicatrizzazione con fibrosi

se: ▪ il danno tessutale è esteso▪ le cellule parenchimali non possono rigenerarsi (per le loro

caratteristiche intrinseche, o per l’estensione del danno)▪ si tratta di infiammazione fibrinosa o purulenta

allora: nell’area dell’essudato si forma tessuto connettivale fibroso che sostituisce il tessuto parenchimale danneggiato

deficit funzionale di entità variabile in relazione al danno

Meccanismi di fibrosi

Premessa: Il danno tessutale protratto determina una condizione infiammatoria che compromette l’architettura del tessuto.

Conseguenze: Le citochine prodotte dai macrofagi e da altri leucociti (soprattutto linfociti) stimolano la proliferazione di fibroblasti e la deposizione di fibre collagene e di altre proteine della matrice.Il risultato finale sarà la sostituzione del tessuto originario con tessuto fibroso (cicatrice).

infiammazione cronica

evento progressivo (settimane-mesi) dell’infiammazione acuta

se: ▪ l’agente lesivo persiste e/o▪ sono presenti interferenze con i processi di guarigione

Sono osservabili contemporaneamente modificazioni che testimoniano:▪ l’attività della risposta infiammatoria▪ la presenza di danno tessutale▪ la presenza di fenomeni riparativi (fibrosi, e angiogenesi)

esempi di patologie con infiammazione cronica

1. Infezioni da micobatteri, treponema, alcuni virus e funghi (microrganismi a bassa tossicità che evocano una risposta immunitaria detta ipersensibilità ritardata); a volte è presente un quadro specifico di reazione granulomatosa.

2. Esposizione prolungata ad agenti tossici esogeni (ad es. silicosi) o endogeni (ad es. aterosclerosi).

3. Malattie immunitarie (attivazione inappropriata e/o eccessiva della risposta immune).

4. In malattie neurodegenerative, nel diabete (tipo 2) e in molte neoplasie, l’infiammazione cronica ha un importante ruolo patogenetico (caratteristica cosiddetta abilitante).

CARATTERISTICHE DIFFERENZIALI DELL’INFIAMMAZIONE ACUTA E CRONICA

INFIAMMAZIONE CRONICA INFIAMMAZIONE ACUTA

MODIFICAZIONI VASCOLARI

minimevasodilatazione e aumento della permeabilità

CELLULARITA’-cellule mononucleate-replicazione cellulare

-granulociti neutrofili- non evidenza di proliferazione cellulare

MODIFICAZIONI STROMALI

proliferazione cellulare, angiogenesi, fibrosi

minime (separazione per edema)

• la reazione persistente nei confronti dell’evento responsabile del processo è sostenuta da macrofagi, linfociti, e plasmacellule

Attività della risposta infiammatoria

• il danno tessutale –ad es. necrosi- è sostenuto principalmente dai macrofagi

Presenza di danno tessutale

• testimoniano il processo di guarigione, caratterizzato da fibrosi e angiogenesi

Presenza di fenomeni riparativi

Nel tessuto sede di infiammazione cronica è possibile osservare allo stesso tempo, e in vario grado:

Macrofagi – sistema dei fagociti mononucleati. Cellule derivanti dalle cellule staminaliemopoietiche midollari (e da progenitori del sacco vitellino e del fegato fetale). Le cellulecircolanti sono note come monociti, e lasciano il circolo per diventare macrofagi attivatinell’infiammazione, o macrofagi residenti in distretti come la cute e il tratto GE. I macrofagiresidenti nella maggior parte dei tessuti connettivi e in organi specializzati come fegato(cellule di Kupffer), milza e linfonodi (istiociti), CNS (microglia), e polmoni (macrofagi alveolari)derivano da progenitori del sacco vitellino e del fegato embrionario, vivono per anni e sonocapaci di proliferare. Nell’insieme costituiscono il sistema dei fagociti mononucleati.

nomenclatura monociti / macrofagi sede

monociti midollo osseo / sangue

macrofagi tessutali tessuti connettivi

cellule di Kupffer fegato

istiociti linfonodi

macrofagi alveolari (cellule della polvere) alveoli polmonari

cellule di Langerhans cute e mucose

microglia CNS

cellule di Hofbauer placenta

mesangio glomerulare rene

osteoclasti tessuto osseo

cellule epitelioidigranulomi (infiammazione cronica)

macrofagi della polpa rossa milza

i macrofagi nell’infiammazione

ingaggio dei recettori da parte di PAMP e/o DAMP

I recettori ingaggiati attivano vie di segnalazione che poiprodurranno appropriate risposte effettrici nei macrofagiresidenti e in quelli reclutati dalla circolazione.

L’appropriatezza delle risposte è correlata alla natura dello stimolo e contribuisce al contrasto/eliminazione dell’agente lesivo e alla riparazione tessutale. Il tipo di risposta effettrice dei macrofagi quindi può modificarsi nel tempo, in parallelo all’evoluzione della lesione (dal suo inizio, alla sua risoluzione).

Programma pro-infiammatorio(attivazione classica, o polarizzazione M1)

Indotto da prodotti microbici (interazione LPS-TLR), o dasegnali da parte di cellule T (soprattutto IFN-γ da celluleTh1), e anche da sostanze estranee come cristalli eparticolato. Cellule polarizzate M1 producono NO e ROS, esovraregolano gli enzimi lisosomiali (distruzione delmateriale ingerito); secernono citochine pro-infiammatorie(TNF, IL-1, e IL-12 che stimola la differenziazione Th1).

Programma antinfiammatorio(attivazione alternativa, o polarizzazione M2)

Indotto da citochine come IL-4 e IL-13 prodotte da linfocitiT (Th2) e da altre cellule. Le cellule M2 non hanno attivitàmicrobicida, e producono citochine che possono inibirel’attivazione M1. Cellule attive nella riparazione tessutale(promozione dell’angiogenesi, attivazione di fibroblasti, estimolazione della sintesi di collagene.

In relazione ai segnali molecolari presenti nell’ambiente in cui operano, i monociti/macrofagi possono dar luogo a popolazioni funzionalmente distinte, M1 o M2.

In presenza di prodotti microbici e di IFNγ, i macrofagi diventano M1 (attivazione classica)▪ fagocitano e distruggono microbi e detriti

cellulari▪ producono e rilasciano citochine pro-

infiammatorie.

In presenza di citochine come IL13 e IL4, i macrofagi M2 (attivazione alternativa) producono citochine che:▪ antagonizzano la risposta infiammatoria▪ favoriscono la riparazione e la fibrosi

Attivazione dei macrofagi nell’infiammazione: il modello M1 e M2

aspetti critici del modello della polarizzazione M1 e M2

un modello M1/M2 implicherebbe l’esistenza di due programmi trascrizionali distinguibili

- l’analisi funzionale dei dataset ad oggi disponibili non ha dimostrato l’esistenza di programmi trascrizionali M1 / M2.

- è stato definito un programma trascrizionale associato a IFN tipo 1 (circa 100 geni effettori antivirali sotto il controllo di IRF1, IRF7, IRF9 (interferon-responsive transcription factors).

Verso un modello multidimensionale dell’attivazione dei macrofagi

Macrofagi umani, stimolati da distinti segnali di attivazione rispondonoattivando un programma trascrizionale comune a tutte le modalità diattivazione, associato a programmi trascrizionali stimolo-specifici.

Le citochine infiammatorie sono maggiormente responsabili degli effetti sistemici dell’infiammazione

▪ CRP (o PCR), proteina C reattiva. Capace di opsonizzare un gran numero di sostanze esogene ed endogene, favorendone la rimozione.

▪ SAA (precursore sierico dell’amiloide). Capace di legare HDL, ruolo ignoto.▪ α1AC (α 1-antichimotripsina). Inibitore di proteasi (come α1ACT).▪ Aptoglobina. Proteina capace di legare l’emoglobina.▪ C3, C4. Sistema del complemento.▪ Fibrinogeno. Precursore della fibrina.▪ Ceruloplasmina. Proteina di trasporto del rame.▪ Ferritina. Proteina di deposito del Ferro.

Attenzione, alcune proteine plasmatiche si riducono nella fase acuta:▪ ad es. albumina, transferrina (aumento della permeabilità)

* **

* Principali indici di laboratorio nelle condizioni infiammatorie.

▪ Leucocitosi. Comune caratteristica dell’infiammazione, in particolar modo batterica. L’aumento dei leucociti inizialmente deriva dal rilascio accelerato di cellule dal midollo, e quindi dalla stimolazione della proliferazione.

▪ Neutrofilia: aumento prevalente dei PMN (infezioni batteriche)▪ Linfocitosi: aumento prevalente dei linfociti (infezioni virali)▪ Eosinofilia: aumento prevalente degli eosinofili (allergie e infestazioni parassitarie)

(1) Nelle infezioni batteriche gravi (sepsi) i prodotti batterici stimolano la produzione di grandi quantità di citochine infiammatorie (TNF e IL1) che causano lo shock settico: shock ipotensivo, iperglicemia da insulino-resistenza, e coagulazione intravascolare disseminata.

Effetti sistemici dell’infiammazione (1)(o risposta di fase acuta)

▪ Febbre. Innalzamento della temperatura corporea (da 1 a 4 °C), comune manifestazione di fase acuta indotta da sostanze dette pirogeni.

▪ Prodotti microbici (ad es. LPS) stimolano i leucociti a rilasciare IL1 e TNF. Questi agiscono su cellule vascolari e perivascolari a livello ipotalamico inducendo COX2 e aumentando la produzione e il rilascio di PG (PGE2). La PGE2 stimola la produzione di neurotrasmettitori che agiscono sul centro di termoregolazione e questo a sua volta induce l’innalzamento della temperatura corporea.