sistema immunitario

Argomenti:

➢ Come i sistemi cellulari e molecolari descritti nell’infiammazione (immunitàinnata) attivano i sistemi cellulari e molecolari dell’immunità adattativa.

➢ Come agiscono i sistemi dell’immunità adattativa e come sono controllati

➢ Quali sono le cause e le conseguenze del malfunzionamento del sistemaimmunitario (immunopatologia).

Sistema immunitario: sistema di cellule e molecole implicato nell’individuazione econtrasto di elementi estranei all’organismo (principalmente agenti infettivi, maanche elementi di altra natura), capaci di comprometterne il benessere (omeostasidell’organismo).

▪ Aspetti epidemiologici• Importante causa di morbilità e mortalità (a livello globale, > 1/3 dei decessi nel 2009 sono

stati causati da malattie infettive).• Negli USA, la polmonite è al 5° posto come causa di morte, ed è la più comune causa di

morte fra le malattie infettive.• > 35 milioni di persone nel mondo sono attualmente affette dal virus HIV, e l’AIDS è

attualmente la principale causa di morte nell’Africa sub-Sahariana.

▪ Malattia infettiva (definizione)• Condizione morbosa associata alla moltiplicazione di microbi (dai virus ai parassiti

multicellulari) nei tessuti dell’ospite.• A volte, i microbi si moltiplicano sulla superficie o nel lume di organi cavi e producono

malattia producendo tossine che danneggiano le cellule (senza «invadere» i tessuti).• A volte, i microbi possono causare malattia senza entrare di fatto in contatto con l’ospite,

ma attraverso le loro tossine (ad es. la tossina botulinica presente in alimenti non correttamente manipolati).

Le malattie infettive

Il nostro organismo è in realtà un meta-organismoil numero totale di cellule microbiche (microbiota) presenti sulla cute e in altre zone anatomiche è ≈ 10 volte più alto del numero totale delle cellule che compongono il nostro corpo.

Quali sono le funzioni del microbiota?Ancora largamente inesplorate; fra quelle finora individuate:

▪usare i nutrienti disponibili e occupare una nicchia ecologica → competizione con agenti patogeni.

▪produrre sostanze antibatteriche tossiche per gli agenti patogeni.

▪ indurre una risposta immunitaria crociata nei confronti di agenti patogeni.

▪contribuire al corretto sviluppo della risposta immunitaria

▪ Relativamente poche specie microbiche possono essere considerate «patogene». ▪ Fra le specie patogene, relativamente pochi cloni provocano malattia (ad es. streptococcus

pneumoniae penicillino-resistente, attualmente diffuso in tutto il mondo, deriva da pochi cloni originatisi in Sudafrica e in Spagna).

▪ Le specie patogene hanno caratteristiche che favoriscono:▪ la trasmissibilità▪ la capacità di aderire alle superfici biologiche▪ la capacità di invadere i tessuti▪ la capacità di eludere le difese dell’ospite

conferiscono la capacità di determinare malattia

▪ Le specie opportuniste ▪ provocano malattia nell’ospite in cui i sistemi di difesa sono compromessi

▪ Modalità di infezione▪ Contatto diretto (ad es. stafilococco)▪ Via aerea (microbi responsabili delle malattie infettive dell’app. respiratorio)▪ Acqua contaminata (ad es. giardia, febbre tifoide)▪ Alimenti (ad es. tossine di stafilococcus aureus)▪ Sangue (ad es. virus epatitici, HIV)▪ Via sessuale (treponema, neisseria, clamidia)▪ Altre (trasmissione in utero, trasmissione via artropodi,...)

fattori di virulenza

Le malattie infettive sono causate da microbi «patogeni» e/o da microbi «opportunisti»

▪Macrofagi e mastociti «residenti» sono le prime cellule del sistema immunitario capaci di rispondere all’ingaggio da parte di agenti patogeni.▪La risposta consiste nella fagocitosi, e nella

degranulazione di molecole con azione citotossica.▪Qualora l’ingaggio sia più severo, la risposta

di macrofagi e mastociti determina il reclutamento di leucociti circolanti.

▪ I leucociti circolanti, principalmente neutrofili, rispondono agli agenti patogeni in modo simile a quello di macrofagi e mastociti e, in aggiunta, sostengono il reclutamento di altri leucociti circolanti.

▪Qualora l’ingaggio sia più severo, assume maggiore rilievo il ruolo delle cellule dendritiche.▪Le DC, infatti, fagocitano gli agenti

patogeni e li degradano in modo da esporre sulla propria superficie strutture molecolari del patogeno (antigeni).▪Nella loro funzione di «cellule

presentanti l’antigene» (APC), le DC attiveranno le cellule dell’immunità adattativa.

Schema riassuntivo della risposta immunitaria: l’immunità innata

macrofago mastocita neutrofilo eosinofilo basofilo

natural killer

cellula tumorale; cellula infettata da microbi intracellulari

▪Le cellule NK riconoscono direttamente ed eliminano cellule anomale.▪Si ritiene che sviluppino una

specifica modalità di memoria, ponendosi al confine fra immunità innata e adattativa

Cellula dendritica

Le DC migrano nei linfonodi, dove attivano le cellule TCD8+

(Tc) e le cellule TCD4+ (Th)

Le cellule TCD8+ diventano CTL (linfociti T citotossici)

-cellula tumorale-cellula infetta da microbo intracellulare-batterio

Le DC migrano nei linfonodi, dove attivano le cellule B

Le cellule B attivate diventano plasmacellule produttrici di anticorpi

Gli anticorpi hanno varie funzioni effettrici nei confronti degli agenti patogeni

Le cellule TCD4+ (Th) attivate diventano Th1, Th2, Th17 e producono vari segnali molecolari (ad es. interleuchine, chemochine) che influenzano il comportamento delle cellule TCD8+ e delle cellule B.

Schema riassuntivo della risposta immunitaria: l’immunità adattativa

3. IMMUNITÀ ADATTATIVA: cellule dell’immunità adattativa (linfociti B e T). Modo d’azione: le cellule B e T per mezzo di specifici recettori (BCR e TCR) riconoscono strutture molecolari (antigeni) dell’agente patogeno. La risposta viene memorizzata.

Nella situazione operativa più comune (agenti infettivi), sono presenti tre livelli che operano in sequenza e in modo integrato ai fini della difesa e contrasto.

...com’è organizzato il sistema immunitario?

1. BARRIERE FISICHE: rivestimenti epiteliali superficiali; muco e altre secrezioni contenenti molecole anti-microbiche; barriere anatomiche interne (pleura, peritoneo, fasce etc). Modo d’azione: esclusione e/o confinamento.

2. IMMUNITÀ INNATA: i) cellule dell’immunità innata residenti nei tessuti e provenienti dal sangue; ii) mediatori solubili (ad es. complemento, proteine fase acuta). Modo d’azione: risposta pre-programmata e rapida, con ampia specificità conferita dal riconoscimento PAMP/DAMP-PRR, (infiammazione acuta).

barriere fisiche (anatomo-funzionali)

fattori meccanici: barriera fisica delle superfici epiteliali; ruolo delle ciglia, della peristalsi, lacrime, saliva, muco.

fattori chimici: varie sostanze con attività antimicrobica presenti in▪ sudore: acidi grassi e pH acido▪ saliva, lacrime e secrezioni nasali: lisozima e fosfolipasi▪ succo gastrico: pH acido▪ apparato respiratorio: defensine (1) e surfattante (2).

fattori biologici: la normale flora (cutanea, gastroenterica) previene la colonizzazione da parte di patogeni.

(1) piccole proteine cationiche che interagiscono con la membrana cellulare microbica, alterandola.(2) complesso fosfolipoproteico secreto dalle cellule alveolari (classe II) che riduce la tensione

superficiale alveolare.

Cellule dell’immunità innata, e principali funzioni.

Neutrofili e monocitiFagociti circolanti, rapidamente reclutabili dal sangue; macrofagi residenti. Via interazioni PAMP/DAMP-PRR riconoscono, fagocitano e distruggono agenti infettivi e altro materiale.

Cellule dendritiche

Presenti nella maggior parte dei tessuti, hanno una ricca serie di PRR. Funzione APC (antigen presenting cells): catturano materiale proteico, lo trasformano in antigeni peptidici posizionati sulla propria superficie, e lo “presentano” alle cellule T per il riconoscimento da parte dei TCR (T cell receptor).

Cellule natural killer (NK)

Azione citotossica nei confronti di cellule infettate da virus e batteri intracellulari, e di cellule tumorali.

Mastociti, cellule endoteliali, cellule epiteliali

In risposta ad agenti infettivi e segnali di danno rilasciano segnali molecolari (mediatori dell’infiammazione).

Cellule ILC (innate lymphoid cells)

Cellule simili a linfociti, ma con funzioni prevalenti di immunità innata.

Sistemi molecolari dell’immunità innata, e principali funzioni

complemento lisi delle cellule bersaglio, opsonizzazione, effetti pro-infiammatori.

Proteine della fase acuta

Proteine plasmatiche la cui concentrazione varia in presenza di infiammazione.

PRR. Fagociti, cellule dendritiche (e anche moltitipi di cellule epiteliali) esprimono varie classi di PRR capaci di rilevare la presenza di agentimicrobici (PAMP) e prodotti del danno cellulare(DAMP).

Le quattro principali classi di PRR comprendono: ▪ TLR (Toll-like receptors), membrana plasmatica

ed endosomi, recettori di vari prodottimicrobici

▪ NLR (NOD-like receptors), recettori citosoliciper peptidoglicani e vari DAMP

▪ CLR (C-type lectin receptors), recettori di membrana per polisaccaridi microbici

▪ RLR (RIG-like receptors), recettori citosolici per acidi nucleici.

Nell’insieme, sono stati identificati circa 100 diversi PRR capaci di riconoscere circa 1000 PAMP/DAMP. Nell’immunità adattativa, come si vedrà, ci sono solo due tipi di recettori (BCR e TCR), ma sono presenti in milioni di varianti capaci di riconoscere altrettanti antigeni.

Recettori dell’immunità innata

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

PAMP PRR localizzazione funzione

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

...cosa accade in una cellula dell’immunità innata quando un PRR è ingaggiato dal corrispondente PAMP/DAMP?

Si producono distinte risposte preprogrammate, che dipendono dalla tipologia dell’interazione PAMP-DAMP/PRR e dal tipo di cellula.

TLR. Nel caso dell’attivazione TLR, vengono avviati segnali molecolari che portano all’attivazione del programma trascrizionale NFkB (produzione di citochine e di molecole di adesione ai fini del reclutamento e dell’attivazione di leucociti), e IRF (produzione di citochine antivirali come IFN di tipo I).

Inflammasoma. Complesso proteico che si forma nel citosol a seguito della presenza di materiale da cellule morte e di alcuni microbi. É costituito da una proteina NLR, una proteina adattatrice e dalla pro-caspasi 1, che viene attivata. La caspasi 1 taglia la pro-IL1β (trascritta a seguito dell’attivazione NFkB), producendo la forma attiva IL1β.

Rilevanza patologica. ▪ Sindromi autoinfiammatorie

(condizione febbrile periodica associata a mutazioni dominanti in NLR).

▪ Urati (gotta), lipidi (obesità e diabete) e cristalli di colesterolo (aterosclerosi) possono attivare NLR, così contribuendo all’infiammazione associata a tali condizioni.

Recettori NLR e inflammasoma

Infiammazione: Citochine, frammenti del complemento (e altri mediatori) prodotti durante le reazioni dell’immunità innata attivano le modificazioni vascolari e cellulari dell’infiammazione. I leucociti reclutati eliminano i microbi e le cellule danneggiate.

Difesa antivirale: IFN di tipo I prodotti in risposta all’infezione virale agiscono su cellule infette e non, determinando l’attivazione di enzimi che degradano gli AN virali e inibiscono la replicazione virale: “stato antivirale”.

Avvio e regolazione della risposta

adattativa

Produzione di segnali molecolari che avviano e stimolano la risposta immunitaria adattativa.

Antigene: entità molecolare che si può legare a BCR o TCR. É costituito generalmente da pochi residui peptidici o glicidici (epitopo) che fanno parte di strutture molecolari più grandi appartenenti a un agente infettivo, a cellule tumorali, a materiale inerte dannoso, o a un tessuto proprio (self).

denominazione protagonisti azione

Umorale(o anticorpale)

anticorpi (o immunoglobuline), e linfociti B (o cellule B)

Contrasto di microbi extracellulari e delle loro tossine.

Cellulare(o cellulo-mediata)

Linfociti T (o cellule T)Contrasto di microbi intracellulari.

Il riconoscimento dell’agente patogeno è effettuato da recettori delle cellule B (BCR) e T (TCR), capaci di riconoscere una varietà pressoché illimitata di strutture molecolari chiamate antigeni.

Riconoscono antigeni di varia natura (proteica, glicidica, lipidica...) sia in fase fluida sia sulla superficie cellulare.

▪Quando una cellula B o T viene attivata per la prima volta (risposta primaria), sarà prodotto un clone di cellule effettrici che verranno eliminate al termine della risposta, e cellule B o T della memoria a lunga vita.▪Quando una cellula B o T della memoria sarà attivata a seguito di un successivo incontro con

l’antigene (risposta secondaria), verrà di nuovo prodotto un clone di cellule effettrici e cellule B o T della memoria.

Riconoscono antigeni peptidici associati a molecole MHC (pMHC) sulla superficie cellulare.

▪ Si differenziano in cellule effettrici, plasmacellule, che producono anticorpi.

▪ Nelle condizioni appropriate, si attivano e proliferano (espansione clonale).

▪ Gli anticorpi:▪ neutralizzano agenti microbici e tossine▪ facilitano la fagocitosi▪ attivano il sistema complemento

▪ Nelle condizioni appropriate, si attivano, proliferano (espansione clonale) e si differenziano in cellule effettrici:

▪ In particolare, in base alla tipologia di riconoscimento, si distinguono:

▪ linfociti Th (T helper)▪ linfociti Tc (T citotossici)

Produzione di citochine per la regolazione della funzione di altre cellule dell’immunità (T, B, MØ).

Th▪ Th1▪ Th2▪ Th17

CTL (linfociti T citotossici): eliminano cellule infette da microbi intracellulari.

Tc

Linfociti B Linfociti T

TCR è formato da un eterodimero αβ (o γδ) e possiede una regione variabile (VDJ) ed una regione costante (C). La regione variabile con le porzioni CDR1 e CDR2 riconosce MHC, mentre con la porzione CDR3 riconosce l’antigene (p). Il complesso del TCR è formato dalle molecole CD3 e dalla coppia ζζ. Il BCR (o immunoglobulina di membrana) è formato da due catene pesanti e due catene leggere. Ci sono 5 tipi possibili di catene pesanti (α,γ,δ, μ,ε), e due tipi di catene leggere (κ e λ). Anche nel caso di BCR c’è il complesso del BCR, costituito da Igα e Igβ. La regione Fab (sulle catene pesanti e su quelle leggere) riconosce l’antigene.

Ricombinazione V-D-J (finalizzata alla sintesi di unaporzione del recettore BCR (catena pesante). Si noticome il prodotto finale Vh-Dk-Jp-Cμ deriva da unaselezione casuale operata su molteplici segmenti chevengono riarrangiati.

La combinazione fra molteplicità dei segmenti adisposizione e scelta casuale è sufficiente a generare ladiversità recettoriale (107-109).

Ogni singola cella B o T prodotta (e le cellule che da essaderiveranno, cioè nell’insieme il «clone» linfocitario), ècaratterizzata da una singola e specifica tipologia direcettore BCR o TCR, presente in numerose copie sullasuperficie cellulare, e capace di riconoscere unospecifico antigene.

Come si genera una varietà pressoché illimitata di recettori BCR e TCR?

Il processo ha luogo durante la maturazione delle cellule B e T: Ricombinazione somatica. I geni che codificano per BCR e TCR (≈400) sono presenti in tutte le cellule dell’organismo, ma solo i linfociti T e B contengono geni ricombinati che derivano dall’azione di enzimi RAG-1 e RAG-2 -recombination activating genes).

mRNA Vh-Dk-Jp-Cμ BCR (catena pesante)

Recettore BCR (catena pesante): ricombinazione V-D-J

TCR, complesso del TCR, e co-recettori CD4 e CD8.

TCR. Il 90% delle cellule T ha recettori TCRαβ. Le catene α e β hanno domini costanti C e variabili V (in questi ultimi sono presenti le regioni ipervariabili derivanti dalla ricombinazione genica).

Complesso del TCR. É costituito da CD3 (catene γ, δ ed ε) e dalle catene ζ. Il complesso trasmette all’interno della cellula il segnale generato dal riconoscimento fra TCR e peptide antigenico associato a MHC.

co-recettori CD4 e CD8Ai fini dell’attivazione della cellula T, ilsegnale trasmesso dal complesso del TCRdeve essere amplificato dall’interazione deico-recettori CD4 o CD8, rispettivamente conle molecole MHC di classe II o di classe I allequali è associato il peptide antigenico.

Il 30% delle cellule T esprime il recettore TCRαβassieme al co-recettore CD8, e riconosce peptidiantigenici associati a MHC di classe I: cellule Tc oTCD8+ (a destra).

cellula Th o TCD4+ cellula Tc o TCD8+

Delle cellule T, il 60% esprime il recettore TCRαβassieme al co-recettore CD4, e riconosce peptidiantigenici associati a MHC di classe II: celluleTCD4+ o Th (a sinistra).

I segnali co-stimolatori e l’attivazione delle cellule Th *

▪ Il segnale di co-stimolazione CD28-CD80/CD86 induce nella cellula T la sintesi di fattori di crescita e proliferazione, e di Bcl2 anti-apoptotiche.

*L’attivazione delle cellule Tc avviene in modo simile, con la differenza che il segnale 1 è costituito dal TCR che riconosce pMHC classe I, e dal co-recettore CD8 che riconosce MHC classe I.

▪ TCR, complesso del TCR e co-recettori CD4 determinano nell’insieme il riconoscimento dell’antigene (segnale 1).

▪ Tuttavia, ai fini dell’attivazione ottimale delle cellule T, è necessario il contributo di segnali co-stimolatori, rappresentati dall’interazione fra recettore co-stimolatore CD28 (sulla cellula T) e recettore CD80/CD86 sulla cellula che presenta l’antigene pMHC(APC) (segnale 2).

▪ Se al posto di CD28 la cellula T esprime CTLA-4 o PD-1, queste competeranno per CD80/CD86 e l’effetto sarà l’inibizione dell’attivazione della cellula T.

▪ NB: vi sono anche altre interazioni di co-stimolazione (ad es fra CD2 della cellula T e LFA3 di APC): nell’insieme, è la «sinapsi immunologica».

linfociti T: generalità, principali tipi e funzioni

▪ Le cellule T si sviluppano nel timo, da precursori di derivazione midollare. ▪ Rappresentano il 60-70% dei linfociti circolanti.▪ Riconoscono antigeni presentati da altre cellule mediante il recettore TCR (eterodimero αβ, con

porzione costante e porzione variabile). ▪ Il TCRαβ riconosce esclusivamente peptidi antigenici associati a molecole MHC (major

histocompatibility complex) sulla superficie di altre cellule (restrizione MHC).

Linfociti T helper (Th, o TCD4+)

▪ Sono attivati da cellule APC che presentano pMHC di classe II▪ Stimolano i linfociti B a produrre anticorpi▪ Attivano la funzione microbicida dei fagociti professionali

Linfociti T citotossici (Tc, o TCD8+)

▪ Sono attivati da cellule APC che presentano pMHC di classe I▪ Uccidono le cellule infettate da microbi intracellulari

Linfociti T regolatori (Treg) Limitano la risposta immunitaria, e prevengono la risposta immunitaria verso antigeni propri.

Cellule T, in base alle strutture molecolari impegnate nel riconoscimento antigenico

TCRco-

recettoreantigene

riconosciutoquantità relativa

funzione

cellule Th (TCD4+) TCRαβ CD4peptide associato a MHC classe II

60% Th (citochine per la funzione delle cellule B e dei MØ)

cellule Tc (TCD8+) TCRαβ CD8peptide associato a MHC classe I

30% Tc (CTL) (uccidono cellule infette da microbi intracellulari)

cellule Tγδ TCRγδ -

lipidi e glicolipidi associati a MHC-like, o anche non processati

- Immunità mucosale

cellule NK-TTCRαβ

(invarianti)-

glicolipidi associati a CD1

- Immunità mucosale

Struttura dei BCR. Il BCR è costituito da una immunoglobulina (Ig) di membrana di tipo IgM (o IgD) che riconosce l’antigene, e da un dimero associato (Igα-Igβ), con funzioni simili a quelle di CD3 delle cellule T. CD21 (o CR2) è il co-recettore per frammenti del complemento derivati da C3, e promuove l’attivazione delle cellule B (segnale 2).

linfociti B. Si sviluppano da precursori midollari, e sono il 10-20% dei linfociti circolanti.

• I recettori BCR sono IgM associatealla membrana

• I recettori BCR riconosconoantigeni peptidici, lipidici epolisaccaridici sia solubili siaassociati alla superficie cellulare.

• Dopo l’attivazione, i linfociti Bdaranno luogo alla formazione diplasmacellule produttrici dianticorpi.

Nel sistema immunitario più tipi cellulari denominati APC (cellule presentanti l’antigene) sono capaci di catturare antigeni e presentarli ai linfociti. Le cellule più importanti implicate nella presentazione di antigeni peptidici alle cellule T sono le cellule dendritiche (DC).

▪Le DC originano nel MO, e i precursori immaturi raggiungono tutti i tessuti, dove risiedono come DC immature (iDC). Hanno molti prolungamenti citoplasmatici, dotati di un’ampia varietà di PRR, che si estendono a coprire un’ampia area.

▪Le iDC campionano continuamente l’ambiente in cui risiedono (endocitosi e fagocitosi mediate dalle interazioni PAMP-DAMP/PRR). In presenza di un agente infettivo, le iDC internalizzano il microbo e lo avviano alla degradazione fagolisosomiale.

▪Contemporaneamente, le iDC si muovono entrando nei vasi linfatici e migrano verso i linfonodi tributari (seguendo il gradiente di chemochine come CCL19 e CCL21). Durante il viaggio, le iDC, dette DC convenzionali migratorie, vanno incontro a maturazione:

▪Elaborano pMHC (p = peptidi provenienti dalle proteine microbiche degradate) e li posizionano sulla superficie cellulare.▪Elaborano e posizionano sulla superficie cellulare i segnali necessari per la co-stimolazione (ad es.

CD80/CD86).▪Le mDC raggiungono i linfonodi e, nella zona paracorticale, «presentano» pMHC alle cellule T.

▪Altre popolazioni di DC (in aggiunta alle DC convenzionali migratorie)▪DC follicolari risiedono nei follicoli linfoidi, e catturano antigeni legati ad anticorpi o al complemento (hanno

recettori FcR per IgG e recettori per il frammento C3b). Presentano l’antigene alle cellule B, e selezionano le cellule B con la più alta affinità fra BCR e antigene. ▪ DC plasmacitoidi, presenti in circolo e negli organi linfoidi sono la fonte principale di IFN di tipo I (risposta

antivirale).

Anche i macrofagi sondano il microambiente del tessuto in cui si trovano, avendo anch’essi un’ampia varietà di recettori PRR. ▪ Come le DC, anche i MØ

fagocitano microbi, e producono pMHC classe II (p = peptide di provenienza microbica), associandoli alla propria superficie.

▪ I pMHC classe II saranno presentati a cellule Th (effettrici o della memoria).

▪ si iperattivano in risposta a citochine di T attivati, e con le citochine prodotte amplificano le risposte di cellule T e B (reciprocità)

Macrofagi nella risposta adattativa

Sistema MHC (sistema maggiore di istocompatibilità), noto anche come HLA (nell’uomo)(sistema molecolare per la presentazione di antigeni peptidici alle cellule T)

- complessi proteici altamente polimorfici- codificati da ≈200 geni sul cromosoma 6, raggruppati in tre classi:- MHC classe I (HLA-A, HLA-B, HLA-C)- MHC classe II (HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR)- MHC classe III (componenti solubili: fattori del complemento, citochine)

L’elevato polimorfismo (migliaia di varianti), fa sì che le molecole MHC (classe I e II) di ciascun individuo abbiano un certo grado di diversità rispetto alle molecole MHC di ogni altro individuo (da grandi diversità fra soggetti non consanguinei, a diversità più moderate fra consanguinei, fin quasi alla mancanza di diversità nei gemelli identici).

MHC classe I. Proteine espresse su tutte le cellule nucleate (e sulle piastrine). ▪ eterodimeri formati da una catena α (codificata da

HLA-A, HLA-B, e HLA-C) e da β2-microglobulina. Il peptide antigenico (in rosso) è associato alla porzione extracellulare della catena α; il polimorfismo in questa regione è alla base della capacità di MHC classe I di legare peptidi diversi.

Funzione: presentazione di peptidi provenienti da proteine intracitoplasmatiche (normali e non). Le proteine del citosol sono degradate nel sistema proteasomico → i peptidi risultanti sono trasportati nel RE ed associati a MHC classe I e quindi a β2-microglobulina → il complesso p-MHC classe I è trasportato sulla superficie cellulare → pMHC classe I è “ispezionabile” dalle cellule TCD8+.

Implicazioni: ▪ tutte le cellule nucleate possono essere infettate da virus, e quando le cellule infette presentano

sulla propria superficie p-MHC classe I (p = polipeptide derivante da una proteina virale), vengono riconosciute dalle cellule TCD8+ ed eliminate.

▪ tutte le cellule nucleate possono diventare tumorali. Le cellule TCD8+ possono riconoscere le cellule tumorali per la presenza di p-MHC classe I (dove p = polipeptide derivante da una proteina espressa solo o prevalentemente dalla cellula tumorale).

MHC classe II. Espresse sulle APC (cellule presentanti l’antigene) (DC, macrofagi, linfociti B). Eterodimeri α e β codificati da HLA-DP, HLA-DQ, e HLA-DR. Il peptide antigenico (in rosso) è associato sia ad α che a β. Il polimorfismo in questa regione è alla base della capacità di associare peptidi diversi.

Funzione: presentazione di antigeni che derivano da materiale proteico internalizzato dalla cellula. Il materiale presente in fagosomi ed endosomi è digerito a seguito della fusione lisosomiale; nelle vescicole stesse i peptidi risultanti sono associati a MHC classe II e quindi trasportati sulla superficie, per essere presentati a cellule TCD4+. Implicazioni: quando una DC (o un macrofago) internalizza un microbo, la presenza di p-MHC classe II sulla sua superficie è in grado di attivare una cellula TCD4+ che, con la sua azione successiva, ottimizzerà l’eradicazione degli agenti infettivi.

Processazione dell’antigene, formazione dei complessi pMHC, e presentazione dell’antigene.

pMHC classe II. Il materiale proteico di provenienza extracellulare viene internalizzato in endosomi o in fagosomi dalle APC (DC, MØ, B). Con la riduzione del pH, le proteasi di derivazione lisosomiale digeriscono le proteine in corti polipeptidi. Dopo la fusione con vescicole contenenti MHC II, si formano pMHC II, e i complessi sono trasportati sulla superficie cellulare.

pMCH classe I. Le proteine del citosol sono degradate nel proteasoma e trasportate da TAP nel RE. Dopo la loro formazione, pMHC classe I pervengono sulla superficie cellulare (tutte le cellule nucleate).

Linfociti NK. 5-10% dei linfociti circolanti, uccidono cellule anomale (ad es. tumorali) e/o infette (ad es. da virus). Sono capaci di riconoscere le cellule da eliminare, ma non lo fanno tramite recettori BCR o TCR.

Linfociti NK: caratteristiche e funzioni

Regolazione dell’attività citotossica

Dipende dall’equilibrio fra recettori di attivazione (ad es. NKG2D) e recettori di inibizione (recettori per MHC di classe I). La cellula normale, esprimendo MHC classe I sulla propria superficie, ingaggia i recettori di inibizione, e non viene uccisa. Al contrario, una cellula infettata da virus (e anche le cellule tumorali) aumenta l’espressione di ligandi per i recettori di attivazione delle NK, e riduce l’espressione di MHC classe I sulla superficie, venendo così uccisa.

citochine Producono IFN-γ (attivazione dei MØ), e proliferano in risposta a varie citochine

Recettori per Fc di

IgG

Citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente.

Organi, cellule, e organizzazione generale del sistema immunitario adattativo

organi linfoidi primari

midollo, e timo, dove i progenitori linfoidi

proliferano e si differenziano in linfociti B (midollo)

e linfociti T (timo) maturi (naive, o vergini), dotati

di recettori di membrana (BCR, TCR) per specifici

antigeni. Attraverso la circolazione, i linfociti B e T

maturi raggiungono gli

organi linfoidi secondari

linfonodi, milza, e tessuti linfoidi associati a varie

sedi anatomiche. Qui, i linfociti maturi possono

incontrare l’antigene specifico che sono abilitati a

riconoscere, e attivarsi.

2 x1012 linfociti (1), distribuiti in organi linfoidi primari e secondari, capaci di riconoscere 107-109 strutture antigeniche diverse.

(1) massa paragonabile a quella del fegato o del cervello, necessaria per l’ampiezza delle superfici da presidiare (cute, 2 mq; mucose respiratorie e intestinali, 100 e 400 mq).

NALT (nasal-associated lymphoid tissue). SALT (Skin-associatedlymphoid tissue). GALT (gut-associated lymphoid tissue). BALT(bronchial-associated lymphoid tissue

il viaggio dei linfociti fra sangue e tessuti linfoidi: la ricircolazione linfocitaria

Il numero dei linfociti naive per un dato antigene è molto basso (1/105-106); per aumentare la probabilità di incontro, i linfociti continuamente ricircolano fra sangue e organi linfoidi (dove avviene il contatto con l’antigene).

Incontro con l’antigene e attivazione A seguito dell’incontro con l’antigene, le cellule B o T mature si attivano, proliferano, e si differenziano in cellule effettrici (a vita breve) e cellule della memoria (a vita lunga).

distribuzione dei linfociti B e T nei linfonodi

TNF, IL-1, IL-12,IFN tipo I, IFN-γ, e chemochine

MØ, DC, NK, cellule endoteliali e cellule

epiteliali

Indurre l’infiammazione e inibire la replicazione virale

Implicazioni: la conoscenza dei segnali molecolari coinvolti nella determinazione della risposta immunitaria ha importanti implicazioni terapeutiche: molti farmaci che antagonizzano l’attività di citochine sono attualmente progettati (alcuni usati) per il controllo di patologie su base immuno-infiammatoria.

citochine nella risposta immunitaria

IL-2, IL-4, IL-5,IL-17, e IFN-γ

TCD4+ attivatiPromuovere proliferazione e differenziazione dei linfociti, e attivare cellule effettrici.

IL-10, TGF-β MØ, TregLimitare e terminare la risposta immunitaria.

Immunità innata

Immunità adattativa

citochinecellule produttrici

(principali) effetti funzionali

(principali)

Declino della risposta immune, e memoria

immunitaria.

▪ le cellule effettrici prodotte durante la risposta muoiono dopo l’eliminazione del microbo (apoptosi).

▪ Memoria immunologica: l’iniziale attivazione linfocitaria genera anche cellule a lunga sopravvivenza (in pratica, aumenta il numero dei linfociti capaci di riconoscere l’antigene incontrato). Inoltre, nell’eventualità di un incontro successivo con l’antigene, le cellule della memoria rispondono con maggior rapidità ed efficacia rispetto alle cellule naive.

Schema generale delle fasi della risposta immunitaria adattativa

Presentazione dell’antigene

▪ le APC (DC) presentano pMHC alle cellule T, selezionando e attivando il clone cellulare che tramite TCR riconosce specificamente l’antigene presentato.

▪ le cellule B riconoscono antigeni di varia natura chimica, sia liberi sia associati a cellule.

Attivazione linfocitaria ▪ Durante la risposta innata, le DC a seguito dell’interazione PAMP-PRR presentano sulla propria superficie molecole di costimolazione (ad es CD80/CD86), che saranno riconosciuti da recettori di superficie delle cellule T (ad es CD28) naive. Per l’attivazione di una cellula T sono quindi necessarie le interazioni: pMHC-TCR (segnale 1), e segnali di costimolazione (segnale 2). Si noti che la DC presenta il segnale 2 solo se è stata attivata da PAMP/PRR (cioè ha riconosciuto un’infezione microbica). Nella risposta nei confronti di cellule tumorali, il segnale 2 può derivare dall’interazione DAMP/PRR.

▪ Attivazione dei linfociti B, e produzione di anticorpi.

Eliminazione dell’antigene

▪ attivazione dei linfociti T, espansione clonale, ed eliminazione dell’antigene (microbi intracellulari; immunità cellulo-mediata o cellulare).

▪ Attivazione dei linfociti B, espansione clonale, ed eliminazione dell’antigene (microbi extracellulari; immunità umorale).

Attivazione e funzione delle cellule TCD4+: aspetti di maggiore rilievo

Espansione clonale, con produzione di cellule

effettrici e cellule della memoria.

Nel processo di attivazione le TCD4+ secernono IL2 e al contempo espongono sulla propria superficie IL2R: l’effetto è quello della proliferazione con aumento del numero di cellule TCD4+ capaci di riconoscere l’antigene attivante.

cellule effettrici ▪ svolgono funzioni nell’organo linfoide (vedi)▪ entrano in circolo, raggiungono la sede del processo che ne ha originato

l’attivazione, e agiscono ai fini della distruzione dell’antigene.

sottotipi di cellule effettrici

▪ Th1▪ Th2▪ Th17

Interazione del recettore CD40L (cellula

TCD4+) con il recettore CD40 (cellula partner)*

▪ TCD4+ naive-DC: effetto di costimolazione per la TCD4+, e di completamento della maturazione della DC (DC autorizzata).

▪ TCD4+ effettrice-cellula B: completamento dell’attivazione della cellula B (switch isotipico e maturazione dell’affinità).

▪ TCD4+ effettrice-macrofago: in aggiunta all’azione di IFNγ, determina attivazione (classica) dei macrofagi.

* si ricordi che questa interazione si aggiunge a quella fra TCR e pMHC classe II e a quella fra CD4 e MHC classe II

ruolo patologico (in caso di reazione

eccessiva / non controllata)

infiammazione cronica immuno-mediata (spesso autoimmunità)

allergieinfiammazione cronica immuno-mediata (spesso autoimmunità)

In relazione:▪ alla modalità con cui la DC è stata

attivata ed è maturata▪ alle citochine prodotte dalla DC al

momento dell’attivazione della cellula T

possono svilupparsi tre tipi di Th, funzionalmente distinti:

Th1, Th2, Th17.

citochine inducenti IFNγ, IL12 IL4 TGFβ, IL1, IL6, IL23

citochine prodotte IFNγ IL4, IL5, IL13 IL17, IL22, chemochine

risposte effettriciattivazione di macrofagi, e produzione di IgG

attivazione di mastociti e dieosinofili, produzione di IgE

reclutamento PMN

ruolo beneficocontrasto di microbi intracellulari

contrasto di elminticontrasto di microbi extracellulari, e funghi

I CTL «armati» che incontrano l’appropriato pMHC classeI sulle cellule dell’ospite le identificano come bersaglio ene determinano la morte (apoptosi)▪ rilasciando il contenuto di granuli (perforina e serin-

proteasi)▪ ingaggiando il recettore Fas▪ rilasciando TNF

Dopo l’attivazione da parte di una DC autorizzata, unacellula TC naive prolifera e si differenzia in cellule pre-CTL, che lasciano il linfonodo per dirigersi al sito diattacco dell’agente patogeno.

In tale sede, IL12, IL6 e IFNγ (da macrofagi e DC)inducono la differenziazione dei pre-CTL in CTL«armati». Questo processo si compie in 24-48 hdall’attivazione della TC naive.

Immunità umorale. Un linfocita B naive riconosce l’antigene e –sotto l’influenza di Th (o di altri stimoli)- prolifera e si differenzia in PC anticorpo-secernenti. In alcuni casi, le PC producono Ab IgM, con catena pesante uguale a quella del BCR (IgM). In altri casi, durante il processo di differenziazione, la cellula B attivata modifica la catena pesante del recettore BCR, che diventa IgG (switch isotipico) e così diventerà una PC che produce IgG. Durante il processo di maturazione, la B attivata può migliorare l’affinità del proprio recettore per l’antigene, producendo IgG con più alta affinità per l’antigene (da queste cellule deriveranno le cellule della memoria). Il cambiamento isotipico può dare luogo a IgA (Ab secretori, immunità mucosale) e a IgE (Ab per l’attivazione di mastociti ed eosinofili (non mostrato).

Dopo attivazione, le cellule B naive diventano plasmacellule (PC), che possono produrre vari tipi di anticorpi (Ab) con distinte funzioni.

Una cellula B naive può riconoscere antigeni peptidici, lipidici e polisaccaridici sia solubili sia associati alla superficie cellulare: che tipo di PC diventerà dopo l’attivazione dipende largamente dal tipo di antigene responsabile.

Antigeni proteici ▪ La cellula B riconosce un epitopo peptidico tramite BCR

▪ internalizza l’intera proteina (endosoma) e la processa per produrre pMHC classe II sulla propria superficie.

▪ una cellula Th effettrice riconosce pMHC classe II, e si formerà così un coniugato B-T (attivazione T-dipendente).

▪ Nel coniugato B-T, per effetto dell’interazione CD40-CD40L e dell’azione di citochine (IFNγ e IL4), avranno luogo i processi di switch isotipico e di maturazione dell’affinità, allo scopo di variare e migliorare la qualità della risposta anticorpale.

▪ Le PC che deriveranno saranno a vita lunga, migreranno nel MO e per molto tempo produrranno Ab.

▪ Si produrranno anche cellule della memoria.

tipo di antigene meccanismo di attivazione effetto

Antigeni polisaccaridici e lipidici (spesso costituiti da più epitopi

identici ripetuti, non possono essere riconosciuti da cellule T).

Per la loro struttura, epitopi ripetuti ingaggiano più BCR sulla cellula B, attivandola (attivazione T-indipendente)

La cellula B produrrà PC a vita breve, produttrici di IgM.

alcune cellule B si differenzianoin PLASMACELLULE A VITA BREVE

(t/2= 4 gg), che producono IgMe non formano cellule dellamemoria (analogamente allecellule B attivate da antigeni Ti)

altre cellule B modificano la struttura del BCR, aumentandonel’affinità per l’antigene (ipermutazione somatica e maturazionedell’affinità). Sopravvivono le cellule che hanno un’affinitàaumentata nei confronti dell’antigene. Inoltre, le celluleeseguono anche lo scambio isotipico (cioè cambiano la naturadell’anticorpo prodotto: da IgM a IgG, IgA, IgE). Da questecellule derivano: (i) plasmacellule a vita lunga (terminali), e (ii)cellule B della memoria.

Le PLASMACELLULE A VITA LUNGA migrano (ingenere nel MO) e producono (anche perdiversi mesi) anticorpi ad alta affinità.

Le CELLULE B DELLA MEMORIA (a vita lunga) hanno BCRcon un’affinità maggiore per l’antigene, un maggiornumero di molecole di adesione, e possonofunzionare da APC per cellule Th di memoria. Diconseguenza, la risposta immunitaria secondaria èmolto più rapida ed efficace di quella primaria.

come la cellula B risponde ad antigeni Td

citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente (ADCC)

Un agente patogeno troppo grande per essere fagocitato è ucciso da cellule concapacità citotossica (NK, eosinofili) che possiedono recettori FcR.

Struttura degli anticorpi: catene leggere (rosa) ecatene pesanti (azzurro).Le regioni più chiare, costituite dai domini variabili,interagiscono con l’antigene. Le regioni più scure(domini costanti), sostengono le funzioni effettricidegli anticorpi.

Funzioni effettrici degli anticorpi

neutralizzazione Alcuni virus, tossine batteriche, e veleni producono un danno legandosi allasuperficie cellulare. Un anticorpo neutralizzante impedisce fisicamenteall’agente patogeno di interagire con la cellula e di provocare un danno.

attivazione del complemento (via classica)

Se un agente patogeno è rivestito da anticorpi IgG o IgM, si avvia l’attivazionedel complemento, con formazione di MAC e reazione infiammatoria.

opsonizzazione Gli anticorpi rivestono l’antigene e facilitano il riconoscimento dell’agentepatogeno da parte dei fagociti (che sono dotati di recettori FcR)

Fc

Fab

legano mastociti e basofili*

no no no no sì

proprietà delle principali classi di anticorpi (isotipi) umani

IgM IgD IgG IgA IgE

catene pesanti μ δ γ α ε

% Ig circolanti 10 <1 75 15 <1

attraversamento placenta

no no sì no no

legano macrofagi e neutrofili*

no no sì no no

*Le cellule indicate hanno recettori per il frammento Fc (catena pesante)

▪ Derivano dalle cellule B che, sotto la guida di Th, hanno effettuato la maturazione dell’affinità (ipermutazione somatica), e quindi sono in grado di riconoscere con molta più efficienza l’antigene che ha determinato l’attivazione della corrispondente cellula naive.

La memoria immunitaria (cellule Th, Tc, e B)

Cellule Th e Tcdella memoria

meccanismo di formazione▪ modello lineare: derivano da una (piccola) quota di cellule effettrici che resistono all’apoptosi.▪ modello divergente: seguono una via maturativa diversa da quella delle cellule effettrici.

La risposta al riconoscimento antigenico è più veloce ed efficiente della risposta alle cellule naive, grazie a varie caratteristiche fenotipiche:▪ lunga sopravvivenza: diversamente dalle cellule effettrici, la sopravvivenza delle cellule della memoria

non dipende dal riconoscimento antigenico, ma è legata all’effetto di citochine come IL7 e IL15 che aumentano l’espressione di proteine anti-apoptotiche.

▪ capacità di autorinnovamento (citochine?)▪ modificazioni epigenetiche: accessibilità dei loci genici coinvolti nella risposta immunitaria▪ dislocazione anatomica: le cellule della memoria possono localizzarsi nei tessuti periferici, nelle sedi di

attivazione della risposta immunitaria.

Cellule B della memoria

Mancata risposta del sistema adattativo ad un determinato antigene, causata da unaprecedente esposizione allo stesso.

tolleranza immunitaria

Principi della tolleranza, e loro basi biologiche

I linfociti con BCR/TCR capace di riconoscere antigeni propri (autoreattivi) vengono:▪ eliminati▪ inattivati▪ indotti a modificare la propria specificità (cellule B )

▪ Tolleranza centrale: i linfociti autoreattivi vengono eliminati nel MO o nel timo.▪ Tolleranza periferica:

▪ i linfociti autoreattivi vengono eliminati o resi incapaci di attivarsi in un incontro successivo con l’antigene (anergia).

▪ i linfociti Treg inibiscono attivamente i linfociti autoreattivi.

Regola generale:gli antigeni self sono tollerati

La tolleranza viene generata negli organi linfoidi centrali

durante il processo di maturazione, e in quelli

periferici.

Alcuni antigeni self sono nascosti al sistema

immunitario

In alcune sedi, specifiche barriere anatomiche (santuari) sequestrano gli antigeni self (occhio, testicolo).

La tolleranza (periferica) può essere indotta anche da

antigeni non-self

La presentazione di antigeni non-self in assenza di segnali di costimolazione può indurre tolleranza periferica (microbi, alcuni tumori).

Rilevanza clinica della tolleranza

▪ alterazioni dei meccanismi della tolleranza determinano malattie autoimmuni.▪ i meccanismi della tolleranza possono essere sfruttati terapeuticamente ai fini

del contenimento di reazioni immunitarie eccessive.

Sviluppo delle cellule T nel timo, e tolleranza centrale.

Precursori della linea T arrivano nella corticale timica e iniziano il riarrangiamento dei geni TCR. Selezione positiva: sopravvivono solo le T immature CD4+CD8+ (doppio-positive) con recettori capaci di riconoscere MHC self sulle cellule epiteliali corticali.

Selezione negativa: a livello della giunzione cortico-midollare, le cellule T sondano antigeni self pMHC I e pMHC II presentati da DC e MØ. Nel caso di riconoscimento ad alta affinità le cellule T muoiono per apoptosi.

Il riconoscimento a bassa affinità del self, assieme alla repressione dell’espressione di CD4 o di CD8, produce cellule T naive CD4+ o CD8+ capaci di “tollerare” gli antigeni self, e di riconoscere antigeni non-self presentati dal MHC.

Si ritiene che solo l’1% delle T superi i processi selettivi.

Nella tolleranza centrale, il processo di selezione negativa nel timo elimina i linfociti immaturi che riconoscono con forza l’antigene self presentato....

Ma da dove vengono gli antigeni self presentati dalle cellule del timo, e come vengono eliminati i linfociti immaturi che li riconoscono?

Gli Ag self provengono:▪ dalle proteine circolanti, internalizzate dalle DC del timo e presentate come pMHC classe II▪ dalle stesse cellule del timo che hanno la specifica proprietà di presentare pMHC di classe I in cui

«p» deriva anche da proteine espresse usualmente in altre sedi dell’organismo (programma trascrizionale AIRE).

▪ I linfociti immaturi che riconoscono con forza l’antigene self muoiono per apoptosi.

Ma che succede nel caso che Ag self non vengano presentati alle T immature, e

quindi T mature e capaci di riconoscere Ag self (autoreattive) escono dal timo?

Tolleranza centrale e tolleranza periferica

Tolleranza periferica!

Inibizione da Treg ▪ Le cellule Treg nascono nel timo e hanno un TCR con affinità intermedia per Ag self

▪ in alternativa, le Treg si formano in periferia incontrando antigeni self o non self in assenza di attivazione dell’immunità innata.

▪ le Treg:▪ inibiscono la capacità di presentazione dell’antigene delle DC (via CTLA-4)▪ producono citochine immunosoppressive (TGFβ e IL10).

Anergia Se il TCR di una TCD4+ è stimolato in modo persistente (segnale 1) ma mancano segnali di costimolazione, la TCD4+ diventa anergica (non responsiva nei confronti dei segnali provenienti dal TCR).

Delezione (morte cellulare)

Le cellule T che riconoscono antigeni self con alta affinità (o che sono ripetutamente stimolati da Ag persistenti), muoiono per apoptosi in assenza di segnali di costimolazione.

Th naive con TCR ad alta affinità per

pMHC non self

Attivazione in Theffettrici da parte

di mDC

Le Th effettrici agiscono riconoscendo

pMHC non self

Th naive con TCR adaffinità intermediaper pMHC self (Treg)

Th naive con TCR ad alta affinità per pMHC self

Attivazione delle Trega seguito dell’incontro con pMHC self

Le Treg effettrici inibiscono la funzione delle Th effettrici

Le Th effettrici inibiscono le Tregfino a quando è presente pMHCnon self.

Quando pMHC non self è eliminato, le Th effettrici rilasciano l’inibizione sulle Treg, e queste inibiscono le Th effettrici.

Le cellule Treg: modello di funzionamento

& IMMUNOPATOLOGIA

Analogamente a quanto detto per l’infiammazione, la risposta immunitaria ottimizza l’eradicazione dei patogeni, ed è controllata per non provocare eccessivi danni ai tessuti dell’ospite.

▪ Se la risposta immunitaria non è adeguatamente controllata e/o è diretta verso i tessuti propri è responsabile di danno immuno-mediato.

IMMUNOLOGIA

BENEFICI POTENZIALI DANNI

▪ Se la risposta immunitaria è deficitaria, insorgono gravi malattie (immunodeficienza).

Il danno immuno-mediato: La risposta immunitaria è innescata o mantenuta in modo improprio

a) nei confronti di ANTIGENI MICROBICI- reazioni eccessive o persistenza di antigeni microbici-gli anticorpi, legandosi agli antigeni, possono dar luogo alla formazione di «complessi immuni» che si localizzano nei tessutie inducono infiammazione;-le risposte cellulo-mediate nei confronti di antigeni persistenti danneggiano i tessuti e inducono infiammazione.-reattività crociata: la risposta umorale/cellulare nei confronti di antigeni microbici colpisce anche antigeni dell’ospite.

b) nei confronti di ANTIGENI AMBIENTALINel 20% della popolazione, c’è una predisposizione genetica a sviluppare una forte risposta immunitaria verso comuniantigeni presenti nell’ambiente (pollini, acaro della polvere etc).

c) nei confronti di AUTOANTIGENIuna deficienza dei meccanismi di tolleranza è alla base di reazioni immunitarie contro cellule e tessuti del proprio stessoorganismo (malattie autoimmuni).

In tutte le condizioni sopra descritte, è difficile (o impossibile) eliminare gli antigeni

Le malattie associate a danno immuno-mediato tendono ad essere croniche (e debilitanti).Componente fondamentale del quadro patologico è l’infiammazione cronica (MALATTIEINFIAMMATORIE SU BASE IMMUNITARIA).

Danno immuno-mediato: i meccanismi (1).

anticorpiUn anticorpo è in pratica unamolecola adattatrice che legal’antigene al recettore di unacellula effettrice, che dirigerà lasua risposta nei confronti delbersaglio. La capacità diattivare il complemento (IgM eIgG) migliorerà la capacità diidentificazione del bersaglio.

I recettori FcR delle cellule dell’immunità innata hanno un ruolo centrale:*▪ FcγR (recettore per la catena pesante γ delle IgG)

▪ classe ampia di recettori espressi su fagociti (PMN, MØ), piastrine, mastociti, eosinofili e NK. ▪ i complessi IgG- FcγR avviano un programma ampio (non univoco) di risposte cellulari che vanno dalla fagocitosi

(PMN e MØ), alla citotossicità (NK), all’aggregazione piastrinica e trombosi (piastrine).▪ FcεR (recettore per la catena pesante ε delle IgE)

▪ recettori espressi su mastociti, basofili, ed eosinofili attivati. ▪ legano IgE monomeriche che -ingaggiate da antigeni multivalenti- avviano risposte effettrici (allergia).

*Si consideri che le cellule dell’immunità innata esprimono sia FcR attivatori che FcR inibitori, per cui la risposta cellulare ad uno stimolo deriva in realtà dal bilancio dell’azione di recettori attivatori e recettori inibitori.

I meccanismi effettori finali dell’immunità adattativa sono quelli dell’immunità innata, e quindi il danno immuno-mediato è conseguente ad un’attivazione inappropriata dei sistemi dell’immunità innata da parte di....

cellule T

I meccanismi effettori finali dell’immunità adattativa sono quelli dell’immunità innata, e quindi il dannoimmuno-mediato è conseguente ad un’attivazione inappropriata dei sistemi dell’immunità innata daparte di....

Danno immuno-mediato: i meccanismi (2).

le cellule T (in aggiunta agli anticorpi) possono provocare un danno tessutale:

▪ quando una T di memoria è esposta all’antigene, rilascia citochine e chemochine che attivano le cellule endoteliali e reclutano e attivano cellule dell’immunità innata.

▪ Il danno tessutale può derivare dalle citochine prodotte dalle cellule effettrici (e quindi dalle cellule dell’immunità innata da esse attivate), o dall’azione diretta di CTL.

▪ Th1: mediante la produzione di IFNγ attivano i macrofagi (attivazione classica), con conseguente danno tessutale.

▪ Th2: mediante la produzione di IL4, IL5 ed eotassina, reclutano e attivano eosinofili, con conseguente danno tessutale.

▪ Th17: producono IL17, che recluta e attiva PMN, con conseguente danno tessutale.

▪ Tc: differenziandosi in CTL possono determinare danno tessutale uccidendo direttamente le cellule identificate come bersaglio

«Ipersensibilità» è un termine generico che indica una risposta immunitaria adattativa eccessiva edannosa; le reazioni di ipersensibilità sono classificate in base ai meccanismi effettori implicati (ovveroin base ai meccanismi prevalenti con cui si determina il danno).

esempi asma, febbre da fieno, orticaria,

allergie alimentari.anemia emolitica

AR, LES (alcune forme)

tubercolosi, lebbra.

ADCC, citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente; AR, artrite reumatoide; LES, Lupus eritematosus sistemico.

Il danno immuno-mediato: REAZIONI DI IPERSENSIBILITÀ

reazioni di ipersensibilità tipo I-IV

tipo(altri nomi)

tipo I(immediata, allergia)

tipo II(da anticorpi)

tipo III(da immunocomplessi)

tipo IV(ritardata, cellulo-mediata)

agente effettore

IgE IgG o IgM IgG o IgM cellule T, macrofagi

insorgenza dei sintomi

< 1- 30 min 5-8 h 4-6 h 24-72 h

meccanismo IgE legate sulla superficie di mastociti e basofili reagiscono con allergeni e determinano degranulazione.

IgG o IgM legano antigeni sulla superficie cellulare. la cellula muore per fagocitosi e/o per azione del MAC e/o per ADCC.

Si formano immunocomplessi che attivano il complemento; attivazione dei fagociti;produzione di mediatori dell’infiammazione.

cellule T effettrici producono IFNγ e (e altre citochine) che iperattivano i macrofagi.

Ipersensibilità di tipo I (ipersensibilità immediata, ipersensibilità IgE-mediata)

(1) La maggior parte degli individui produce anticorpi IgM, IgG o IgA nei confronti degli allergeni con cui viene in contatto, rimuovendoli in modo asintomatico.

Gli allergeni (in genere proteine solubili) appartengono a sostanze più

grandi (pollini, forfora di animali )

Api m 1 veleno d’api

Ara h 2 arachidi

Bet v 1 polline di betulla

Can f 1 peli di cane

Der p 1 acaro della polvere

Pen a 1 gamberetti

Più nota come allergia, si determina insoggetti che -per motivi ignoti- effettuanoun’intensa risposta Th2 con produzione di IgEcontro antigeni (detti allergeni) presentinell’ambiente e normalmente innocui per lamaggior parte degli individui. (1)

Nei mastociti, le IgE determinano il rilasciodei mediatori responsabili dellemanifestazioni cliniche della reazione.

manifestazioni cliniche delle reazioni di ipersensibilità di tipo I ▪ reazioni locali

▪ Cute: dermatite atopica (eczema); orticaria atopica▪ Mucose: febbre da fieno, congiuntivite allergica, gastroenterite

allergica, asma bronchiale▪ Reazione sistemica: anafilassi (la reazione interessa l’intero organismo)

Attivazione dei mastociti e rilascio di mediatori. Quando un soggetto precedentemente sensibilizzato dall’esposizione ad un allergene viene ad esso nuovamente esposto, l’allergene lega più molecole di IgE allergene-specifiche presenti sulla membrana dei mastociti localizzati nella sede d’ingresso dell’allergene o in prossimità di essa. Il legame delle IgE attiva nei mastociti una catena di segnali biochimici intracellulari che culmina nella secrezione di vari mediatori.

Ipersensibilità di tipo I (ipersensibilità immediata)(nell’esempio, allergia a pollini)

Attivazione dei linfociti Th2 con produzione di IgE. Gliallergeni attivano una forte risposta Th2. I linfociti Th2attivati secernono varie citochine: IL-4 stimola lo scambioisotipico che determina la produzione di IgE; IL-5 attiva glieosinofili che vengono reclutati nella sede di reazione; IL-13agisce sulle cellule epiteliali stimolando la secrezionemucosa (l’azione di IL5 e IL13 non è mostrata in figura).

Sensibilizzazione dei mastociti da parte delle IgE. I mastociti(spesso residenti in prossimità di vasi sanguigni e nervi e inlocalizzazioni subepiteliali) esprimono il recettore FCεRI chelega le IgE, e diventano “sensibilizzati” a reagire sel’allergene si lega all’anticorpo.

Risposta immediata e reazione tardiva. I mediatori rilasciati sono responsabili di una risposta immediata (entro 5-30 min) e di una reazione tardiva (entro 2-8 h). La risposta immediata termina entro 60 min, quella tardiva può persistere per giorni.

citochineI mastociti secernono citochine che causano le reazionidella fase tardiva:▪ TNF, e chemochine: reclutamento di leucociti.▪ IL-4, IL-5: amplificazione delle reazioni immunologiche

iniziate dai linfociti Th2.▪ IL-13: stimola la secrezione mucosa nelle cellule

epiteliali.

Attivazione dei mastociti e rilascio dei mediatori

mediatori rilasciati da depositi granulari▪ istamina: vasodilatazione, aumentata permeabilità

vasale, spasmo delle cellule muscolari lisce, e aumentatasecrezione di muco.

▪ adenosina: broncospasmo, e inibizione dell’aggregazionepiastrinica.

▪ fattori chemiotattici: per neutrofili (NCF) ed eosinofili(ECF)

▪ proteasi neutre: danno tessutale, attivazione chinine eattivazione del complemento.

mediatori lipidici neosintetizzati▪ prostaglandina D2: intenso broncospasmo ed aumentata

secrezione di muco.▪ LTC4, LTD4: aumento della permeabilità vasale e

broncospasmo.▪ LTB4: chemiotassi di neutrofili, eosinofili e monociti.

Ipersensibilità di tipo II (da anticorpi)

Il danno è sostenuto da anticorpi (IgG o IgM) che, legando antigeni in genere presenti sulla superficiecellulare, determinano nella maggior parte dei casi un effetto citotossico (citotossicità anticorpo-dipendente).

Meccanismi patogenetici del danno anticorpo-mediato

antigene su cellule in movimento

citotossicità anticorpo-dipendente(opsonizzazione e fagocitosi)

antigene su cellule fisse

attivazione del complemento e infiammazione

(1) in alcuni casi, il danno non è mediato da citotossicità, ma consiste in disfunzioni cellulari (miasteniagrave, morbo di Graves).

1

▪ Natura dell’antigene• molecola non self (ad es. metabolita di un farmaco, catturato sulla sede interessata)• molecola self (normale costituente della sede interessata, malattia auto-immunitaria)

▪ Localizzazione dell’antigene• su cellule in movimento (globuli rossi, leucociti, piastrine)• su cellule fisse (o su componenti non cellulari dei tessuti)

IgG attivano il complemento (1), concitolisi (MAC)(2), e rilascio di mediatori(C3a e C5a) che richiamano e attivanoneutrofili che determinano citotossicitàmediante ADCC (3). Anche le cellule NKpossono determinare ADCC (4).

IgM riconoscono antigeni sui GR (1),attivano il complemento e C3b siaccumula sui GR (2), con lisi cellulare daMAC (3) ma soprattutto, eliminazioneper fagocitosi da parte delle cellule diKupffer del fegato (4) o per ADCC daparte dei macrofagi della milza (5).

(A) antigene su cellule mobili (ad es. globuli rossi).

(B) antigene su cellule fisse (ad es. cellule renali).

esempi di malattie mediate da reazioni di ipersensibilità di tipo IImalattia antigene patogenesi caratteristiche cliniche

anemia emolitica autoimmune

proteine di membrana dei GR (ad es. Rh)

opsonizzazione e fagogitosi

anemia emolitica

porpora trombocitopenicaautoimmune

proteine di membrana delle piastrine (ad es. GpIIb/IIIa)

opsonizzazione e fagogitosi

emorragia

sindrome di Goodpasture

proteine della membrana basale (glumeruli renali e alveoli polmonari)

attivazione del complemento

nefrite, emorragia polmonare

febbre reumatica acuta

antigeni parietali di streptococco (gli anticorpi cross-reagiscono con antigeni del miocardio)

infiammazione miocardite

miastenia grave* recettore dell’acetilcolinagli anticorpi inibiscono il legame dell’acetilcolina

debolezza muscolare, paralisi

morbo di Graves* recettore di TSHgli anticorpi attivano il recettore

ipertiroidismo

diabete insulino-resistente*, **

recettore dell’insulinagli anticorpi inibiscono il legame dell’insulina

iperglicemia, chetoacidosi

anemia perniciosa*fattore intrinseco (cellule parietali gastriche)

riduzione dell’assorbimento di vitB12

anemia da ridotta produzione

* In questi casi, gli anticorpi patologici non determinano citotossicità, ma alterano una funzione recettoriale cellulare. ** forma rara di diabete su base autoimmunitaria.

Ipersensibilità di tipo III (da immunocomplessi)

Nel corso di una normale reazione immunitariafra antigeni solubili e anticorpi presenti incircolo, i complessi formati rimangono solubiligrazie alla componente C1q del complementoche lega la frazione Fc. Il legame, avviando lavia classica (ma anche la via alternativa ècoinvolta), determina il deposito di C3b sulcomplesso Ag/Ab e ne mantiene la solubilitàimpedendo la formazione di immunocomplessi.

▪ Un’aumentata formazione di complessi antigene-anticorpo e/o una ridotta efficienza di rimozionefavoriscono la formazione di reticoli molecolari, detti immunocomplessi.

▪ Gli immunocomplessi, di grandi dimensioni e scarsamente solubili, si accumulano nei piccoli vasi eprecipitano innescando una risposta infiammatoria che danneggia le cellule circostanti.

▪ Le conseguenze cliniche sono generalmente sistemiche, anche se spesso ci sono siti preferenziali dideposizione (glomeruli renali → glomerulonefrite; vasi sanguigni → vasculite; articolazioni → artrite).

3. Come gli immunocomplessi provocano dannoCoppie antigene-anticorpo (1) formano IC insolubili cherimangono intrappolati a livello capillare (2).L’attivazione del complemento determina ladeposizione di C3b sugli IC e sulle EC. Il danno delle EC(MAC) (3) aumenta la permeabilità e favorisce lafuoriuscita degli IC nello spazio interstiziale (4). Nellospazio interstiziale, gli IC attivano il complemento; C3bsi deposita sia sugli IC sia sulle cellule tessutali (5) chevengono distrutte da MAC (6). I mediatori derivanti dalcomplemento attivano i mastociti (7) che rilasciano aloro volta mediatori infiammatori (8). Neutrofili emonociti sono reclutati nella sede di danno (9) e,attivati dagli IC o da C3b, producono mediatori chedanneggiano le cellule del tessuto (10-12).

patogenesi delle reazioni di ipersensibilità di tipo III

1. La natura degli antigeni▪ agenti infettivi (ad es. plasmodio, meningococco,

virus epatitici)▪ metaboliti di farmaci▪ antigeni self solubili (proteine, DNA)

2. Cosa favorisce la formazione degli immunocomplessi▪ prolungata persistenza dell’antigene▪ caratteristiche chimico-fisiche dell’antigene

NB: Il danno da immunocomplessi può essereaggravato dall’attivazione dell’emostasi nella sededel danno endoteliale, con formazione di trombi econseguente ischemia (non mostrato in figura).

esempi di malattie mediate da immunocomplessi

malattia antigene manifestazioni cliniche

lupus eritematoso sistemico (LES)

antigeni nucleariNefrite lupica, lesioni cutanee, artrite

glomerulonefrite post-streptococcica

antigeni della parete di streptococchi (anche possibile l’impianto sulla MB)

glomerulonefrite

poliarterite nodosaantigeni virus epatite B (in alcuni casi)

vasculite sistemica

artrite reattivaantigeni batterici (ad es. Yersinia)

artrite acuta

Nella reazione di ipersensibilità ritardata (DTH), il danno è provocato da cellule T effettrici e da macrofagi e avviene dopo 24-72 h dal contatto con l’antigene.

esempi e meccanismi di reazioni DTH: reazioni DTH croniche

Nelle DTH croniche, gli antigeniappartengono ad agenti resistentiall’eliminazione (ad es. TBC, lebbra,leishmaniosi, silicosi).

Nell’esempio, il patogeno penetranella cute di un individuosensibilizzato (1) e infetta la cellulaospite. Gli antigeni del patogenorilasciati dalla cellula ospite sonocatturati dalle APC (2), processati epresentati alle TH di memoria (3).Contemporaneamente, i macrofagiattivati dal patogeno producono

IL12 e IL8 (4) che concorrono all’attivazione e alla differenziazione delle TH di memoria in cellule effettrici TDTH (5). Lecellule TDTH producono citochine che attivano i macrofagi (7). I macrofagi attivati danneggiano la cute che si arrossa (8). Sei macrofagi diventano iperattivati, inducono la formazione di un granuloma attorno all’agente che non riescono adeliminare (9). La formazione di un granuloma in un organo interno (polmone, fegato) può produrre lesioni che necompromettono la funzionalità.

Ipersensibilità di tipo IV (ipersensibilità ritardata o cellulo-mediata)

esempi e meccanismi di reazioni DTH: ipersensibilità da contatto (dermatite da contatto)

Risposta a piccole molecole (veleno di querciao edera, farmaci, metalli, cosmetici, prodottichimici di varia natura) che si leganocovalentemente a proteine self negli stratisuperiori della cute. L’interazione con laproteina self genera un’entità molecolarenon-self (neoantigene). A volte lamodificazione può consistere nell’ossidazionedella proteina self.

Nell’esempio, l’urusciolo contenuto nell’ederavelenosa (1) si lega a proteine self dellecellule epiteliali (2) che, attivandosi, rilascianocitochine e chemochine (3) che richiamanoleucociti (4). I neoantigeni catturati dalle DC(6) sono presentati a cellule TC della memoria(prodotte dalla sensibilizzazione precedente).Sono così generati CTL che danneggiano lecellule della pelle che espongono ilneoantigene (7). I CTL e i macrofagi attivati (5)producono IFNγ, che attiva basofili e mastocitial rilascio di mediatori infiammatori.

esempi di malattie mediate da reazioni di ipersensibilità di tipo IV

malattia antigeni meccanismo di danno manifestazioni cliniche

artrite reumatoide collagene (?)risposta infiammatoria mediata da risposte Th1 e Th17

artrite cronica con distruzione della cartilagine

sclerosi multiplacomponenti della mielina

risposta infiammatoria mediata da risposte Th1 e Th17

malattia demielinizzante

diabete mellito tipo Icomponenti cellule β pancreatiche

risposta infiammatoria mediata da risposte Th1 e Th17, e da CTL.

iperglicemia

malattie infiammatorie croniche dell’intestino

batteri intestinali; autoantigeni (?)

risposta infiammatoria mediata da risposte Th1 e Th17.

enterite cronica

LE MALATTIE AUTOIMMUNI

Una malattia autoimmune si ha quando si è in presenza di reazioniautoimmunitarie responsabili di un danno tessutale, in assenza di altre cause.

Le malattie autoimmuni dovute ad elusione dei meccanismi della tolleranza centrale sono rare.Nella maggior parte dei casi, le malattie autoimmuni sono associate ad una compromissione delfunzionamento della tolleranza periferica.

In ogni individuo è presente un certo grado di autoimmunità (reazioni immunitarie nei confronti diantigeni propri). Autoanticorpi sono presenti nel siero di individui normali (anziani), e si possonoanche formare dopo danni ai tessuti (forse coinvolti nella rimozione dei prodotti del danno).

Eventi necessari per la determinazione di una malattia autoimmune

▪ evasione di un clone autoreattivo dal timo

▪ incontro fra clone autoreattivo e antigene self

▪ mancato funzionamento della tolleranza periferica

▪ evidenza di un danno sostenuto dal clone autoreattivo attivato

L’attivazione dei linfociti T autoreattivi determina danno tessutale.

Patogenesi delle reazioni autoimmunitarie e del danno tessutale

numerosi geni possono conferire suscettibilità alle malattie autoimmunitarie, influenzando l’efficacia dei meccanismi di tolleranza.

Stimoli ambientali, come infezioni e altre condizioni infiammatorie promuovono l’attivazione di APC tessutali e l’arrivo di linfociti T autoreattivi.

Espansione di epitopi

▪ Un danno tessutale può determinare l’esposizione di epitopi self di regola non accessibili, verso i quali non si è sviluppata la tolleranza.

modelli di patogenesi delle malattie autoimmunitarie

Nella maggior parte dei casi, i modelli patogenetici delle malattie autoimmunitarie si basano su alterazioni dei meccanismi dell’anergia (tolleranza periferica).

Attivazione inappropriata di DC

migratorie

▪ Nel corso di un processo infiammatorio, componenti microbiche e componenti di cellule necrotiche possono attivare i recettori PRR espressi dalle DC, facendole maturare.

▪ Le mDC esprimono pMHC non self (derivazione microbica) e segnali di costimolazione▪ Se le mDC esprimono anche pMHC self possono attivare eventuali linfociti autoreattivi naive

presenti nell’organo linfoide.

Espressione aberrante di

molecole di co-stimolazione da

parte di APC non professionali

▪ Di regola, CD80/CD86 sono molecole ristrette alle APC e la loro produzione aumenta nelle APC attivate. Tuttavia, sono state riportate circostanze in cui altre cellule (ad es. cellule epiteliali) possono esprimere molecole di costimolazione.

Complessi molecolari costituiti

da antigeni self modificati da

antigeni non self.

▪ In questo caso, linfociti B autoreattivi capaci di riconoscere la componente self del complesso molecolare potrebbero ricevere l’aiuto Th dalla risposta T nei confronti della componente non self.

Mimetismo molecolare

▪ In questo caso, un antigene non-self è “abbastanza diverso” da un self, tanto da avviare una risposta immunitaria, ma allo stesso tempo è “abbastanza simile” a un self verso il quale cellule B e T attivate avviano risposte effettrici. Ad esempio, nella malattia reumatica cardiaca, antigeni streptococcici sono simili ad antigeni del tessuto cardiaco.

▪ diabete mellito tipo I▪ sclerosi multipla▪ tiroidite di Hashimoto▪ morbo di Chron

▪ artrite reumatoide (RA)▪ Sclerodermia▪ sindrome di Sjogren

ORGANO-SPECIFICHE SISTEMICHE

▪ anemia emolitica autoimmune▪ trombocitopenia autoimmune▪ gastrite atrofica dell’anemia perniciosa▪ miastenia grave▪ morbo di Graves▪ sindrome di Goodpasture

▪ Lupus eritematoso sistemico (LES)

MALATTIE SU BASE AUTOIMMUNITARIA

mediate da anticorpi

mediate da cellule T(e anche da anticorpi)

▪ secondarie: conseguenti ad altre patologie (ades. infezioni, malnutrizione, autoimmunità,chemioterapia, immunosoppressione).

Quadro clinico: aumentata suscettibilità alle infezioni e ad alcuni tumori.

*difetti della risposta immunitaria innata

Sindromi da immunodeficienza(inadeguatezza della risposta immunitaria)

▪ primitive: conseguenti a difetti congeniti dellosviluppo del sistema immunitario.

▪ risposta anticorpale▪ sistema del complemento*

▪ fagocitosi*infezioni ricorrenti principalmente da batteri piogeni

▪ immunità cellulareinfezioni ricorrenti principalmente da virus, funghi, e batteri intracellulari.

natura generale del difetto conseguenze cliniche

Sindromi da immunodeficienza primitive

Vie di sviluppo dei linfociti e principali alterazioni genetiche responsabili di immunodeficienza primitiva (fra parentesi i geni coinvolti). ADA (adenosina deaminasi), CD40L (ligando di CD40), CVID (immunodeficienza comune variabile), SCID (immunodeficienza combinata severa).

immunodeficienza combinata grave (SCID)

Nel 50% dei casi, difetto di una subunità condivisa dei recettoriIL2, IL4, IL7, IL9, IL15. In altri casi, una mutazione ADA(adenosina deaminasi) determina accumulo di metabolitipurinici e inibizione della sintesi di DNA. Caratterizzata da severeinfezioni ricorrenti.

(1) elenco parziale

immunodeficienze primitive: natura del difetto e caratteristiche cliniche (1)

difetto caratteristiche cliniche

Agammaglobulinemia legata alla X (mancata differenziazione dei linfociti

pre-B in linfociti B)

Si manifesta all’età di 6 mesi (deplezione Ig materne) coninfezioni batteriche ricorrenti (faringiti, sinusiti, polmoniti, etc)causate da batteri generalmente eliminati per opsonizzazioneanticorpo-dipendente e fagocitosi.

carenza isolata di IgA Le IgA sono le principali Ig secretorie; i pazienti sono in genereasintomatici, ma la carenza di IgA a livello delle mucose lipredispone a infezioni seno-polmonari e a diarree ricorrenti.

sindrome da iper-IgM Di regola nella risposta immune si producono prima IgM, seguiteda IgA, IgE, IgG (scambio isotipico). In questi pazienti, lo scambioisotipico non ha luogo (mutazione di CD40L). I pazienti maschi(l’alterazione è legata alla X) sono soggetti a infezioni ricorrentida piogeni (difetto di opsonizzazione).

ipoplasia del timo (sindrome di DiGeorge) Un difetto di sviluppo del timo compromette la maturazione deilinfociti T. I pazienti sono vulnerabili a varie infezioni da patogeniintracellulari.

Virus dell’immunodeficienza umana (HIV) e sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS)

I virus HIV-1 (ubiquitario) e HIV-2(quasi esclusivo dell’Africa) sonoretrovirus citopatici della classedei lentivirus (persistononell’ospite nonostante la rispostaimmunitaria, a lungoclinicamente silenti).

HIV-1 e HIV-2 infettano cellule TCD4+, determinando le principaliconseguenze dell’infezione, maanche macrofagi e celluledendritiche.

www.unaids.org/

Ciclo vitale del virus HIV (cellula T CD4+)

(1) Il virione si lega a CD4 e a unrecettore per chemochine, (2)viene internalizzato e (3) privatodegli strati esterni da enzimicellulari. (4) Nel citoplasma, la RTvirale agisce sul genoma virale esulle proteine associateproducendo una copia di DNAvirale che viene associatoall’enzima virale integrasi. (5) Ilcomplesso DNA-integrasi ètrasportato nel nucleo e (6)inserito nel genoma cellulare(provirus).Dopo un tempo ancheconsiderevole in cui il provirusnon è trascritto, (7) la trascrizioneviene attivata e (8) si producononuove copie di RNA virale; (9)alcuni RNA virali sono genomi, e(10) altri sono tradotti in proteinevirali, per (11) l’assemblaggiodella progenie di virioni. (12) Ivirioni gemmano attraverso lamembrana, così acquisendol’involucro, e diventano infettivi.

geni *e proteine di HIV

gene proteina funzione

strutturalio enzimatiche

gagp17 proteina della matrice, impalcatura dell’involucro.

p24 proteina del capside, protegge il genoma.

pol

RT transcriptasi inversa

integrasi inserisce il DNA virale nel DNA cellulare

proteasi (PR) taglia il precursore trascritto da gag e pol in due proteine più piccole

envgp41 parte transmembrana della punta dell’involucro

gp120 parte della punta dell’involucro

regolatrici

tat TAT sostiene la trascrizione del DNA provirale

rev REV promuove il trasporto e la traduzione dell’mRNA provirale

accessorie

vif VIF promuove la sintesi di cDNA inibendo una proteina dell’ospite

vpr VPR facilita il trasporto del DNA virale nel nucleo; induce arrestodel ciclo cellulare; serve all’espressione di DNA virale nonintegrato.

vpu VPU (forse) promuove la gemmazione

nef NEF promuove la sopravvivenza cellulare e la sintesi di DNA virale

struttura di HIV

* genoma di HIV: ssRNA (due copie); cDNA, 9 geni.

formazione del provirus e

replicazione virale

▪ Il capside virale è rimosso da proteasi cellulari, liberando il complesso virale dipreintegrazione

▪ la RT associata all’RNA sintetizza cDNA; questo viene trasportato dalle proteinedella matrice nel nucleo assieme alla INT e ad altre proteine virali.

▪ il provirus viene integrato nel DNA genomico, e rimane in forma latente.▪ Se la cellula T è stimolata da antigeni o citochine, viene attivata anche la

trascrizione del virus, e comincia la produzione della progenie del virione.

infezione da HIV e AIDS: gli eventi molecolari

Nella maggior parte dei pts, nelle prime fasi di infezione sono generati virioni R5. con il progredire dell’infezione, si determinano mutazioni che producono ceppi X4 o R5X4.

recettori cellule infettabili ceppo virale

CD4 – CCR5 Th, MØ > DC R5

CD4 – CXCR4 Th > DC X4

ingresso del virus ▪ gp120 interagisce con CD4, cambiando conformazione ed esponendo la regione diinterazione con CCR5 o CXCR4.

▪ L’interazione favorisce il contatto di gp41 con la membrana cellulare, e l’involucrovirale si fonde con la membrana cellulare.

AIDS conclamata ▪ La riduzione dei TCD4+ (<200 cellule /mm3), del titolo anticorpale, dei CTL e delle DC compromette la capacità di effettuare risposte adattative nei confronti di patogeni opportunisti.

infezione da HIV e AIDS: gli eventi clinici

vie di contagio via sessuale (microlesioni delle mucose vaginale e rettale) / via parenterale (aghi contaminati da sangue infetto) / via perinatale / allattamento.

infezione iniziale(malattia simile alla

mononucleosi)

▪ Il virus infetta TCD4+, macrofagi, e DC residenti a livello delle mucose, e viene trasportato ad altre cellule TCD4+ naive residenti nei linfonodi locali.

▪ Il virus si replica vigorosamente, ed entro 2-6 settimane dal contagio il paziente presenta una sintomatologia simil-mononucleosica (febbre, astenia, linfoadenopatia), con alta viremia.

▪ I linfociti infettati trasportano virioni ad altri tessuti linfoidi (il soggetto infetto è altamente contagioso).

▪ A 4-8 settimane dall’infezione, il normale rapporto 2:1 fra TCD4+ e TCD8+ si abbassa per la diminuzione dei TCD4+ (morte cellulare) e il relativo aumento dei TCD8+ (CTL) della risposta antivirale.

contenimento dell’infezione iniziale

▪ L’infezione è contenuta (non eliminata) da CTL e dalla risposta anticorpale (entro 3-8 settimane compaiono anticorpi neutralizzanti anti-HIV).

▪ La sintomatologia si attenua. Tuttavia, macrofagi e cellule T sono infettati su larga scala; il provirus è integrato, e viene trascritto in caso di attivazione cellulare (TCD4+).

▪ Nei linfonodi, alcuni virioni sono associati sulla superficie delle DC (via frammenti del C), possono facilmente infettare cellule T CD4+ (e macrofagi) con cui vengono in contatto.

fase di latenza clinica ▪ Per mesi, o anche anni, pur venendo gradualmente a mancare una grande quantità di cellule TCD4+, il loro numero totale è mantenuto stabile grazie ad una risposta compensativa midollare.

▪ L’assenza di segni clinici si mantiene fino a quando il numero delle cellule TCD4+ è > 200 cellule /mm3 (ca. 25% del normale).

Il rigetto del trapianto è determinato dalriconoscimento delle differenze allelichedelle proteine MHC (sistema maggiore diistocompatibilità). Anche altre proteine(diverse da MHC) possono mostrarevariazioni alleliche (antigeni minori diistocompatibilità), ma sono in genereassociate a risposte immunitarie piùmoderate.

Trapianti: nomenclatura

A meno che il donatore e il ricevente di untrapianto siano geneticamente identici, iltessuto donato è riconosciuto dal sistemaimmunitario del ricevente come non proprio, eviene distrutto dal sistema immunitario:RIGETTO DEL TRAPIANTO

trapianto singenico (o isotrapianto) trapianto fra individui geneticamente identici

trapianto allogenico (o allotrapianto) trapianto fra individui con alleli differenti in più loci genetici

trapianto autologo lo stesso paziente è donatore e ricevente

xenotrapianto trapianto fra specie diverse (ad es. maiale-uomo)

Meccanismi di rigetto del trapianto renale

rigetto cronico ▪ parecchi mesi dopo il trapianto, si determina una condizione diinsufficienza associata ad alterazioni vascolari (ispessimento dell’intima,infiammazione) e fibrosi.

riconoscimento indiretto DC del ricevente processano cellule morte dell’organo trapiantato e presentanopeptidi derivanti da MHC del donatore a cellule Th naive del ricevente.

riconoscimento diretto DC del donatore migrano nei linfonodi tributari dell’organo trapiantato, epresentano pMHC (MHC non compatibile) a cellule Th e Tc naive del ricevente.

ASPETTI CLINICI

rigetto iperacuto ▪ il ricevente ha anticorpi preformati nei confronti di Ag del donatore, ciòindicando un precedente contatto (precedenti trapianti, trasfusioni,gravidanza).

▪ gli anticorpi preformati del ricevente riconoscono antigeni espressi sulle ECdei vasi dell’organo trapiantato. L’attivazione del complemento provocaentro pochi minuti la distruzione della rete vascolare.

rigetto acuto cellulare ▪ quasi sempre dovuto al riconoscimento diretto, il rigetto è mediato da CTLeffettori.

rigetto acuto umorale ▪ quasi sempre dovuto al riconoscimento indiretto, è mediato da Th effettriciche attivano le cellule B a produrre anticorpi.

▪ gli anticorpi distruggono il trapianto mediante ADCC e attivando ilcomplemento.

Patogenesi e aspetti clinici del rigetto di trapianto (renale)