Il sistema immuntario in pillole : Parte 1

IL SISTEMA IMMUNITARIO IN PILLOLE - PARTE PRIMA: INTRODUZIONE ALL’IMMUNOLOGIA Paola Roccabianca, DVM, Dottorato di ricerca, Dip. ECVP, Professore Associato DiPAV-Sezione di anatomia patologica veterinaria e patologia aviare Facoltà di Medicina Veterinaria Via Celoria 10, 20133 Milano Università degli Studi di Milano Tel 0250318114- Fax 0250318106 e.mail: paola.roccabianca@unimi.it ABBREVIAZIONI E GLOSSARIO Ag = antigene/i APC = cellule che processano e presentano l’antigene BCR = B cell receptor CD = Cluster di Differenziazione, nome delle diverse molecole di superficie cellulare che sono coinvolte nella risposta immunitaria. Epitopo= porzione immunogena di un antigene in grado di stimolare una risposta immunitaria Ig = immunoglobuline. MHC = complesso maggiore di istocompatibilità TCR = T cell receptor Th = T helper Tolerogeno=Ag che induce tolleranza Treg = linfocita T regolatore INTRODUZIONE Il sistema immunitario risponde in modo specifico e mirato all’incontro con Ag distruggendoli o proteggendoli (tolleranza). Le cellule effettrici della risposta immunitaria sono i linfociti B e T che si riscontrano in: • Tessuti Linfoidi Primari: sede di sviluppo dei linfociti 1) Timo: maturazione linfociti T 2) Midollo osseo: maturazione linfociti B • Tessuti Linfoidi Secondari: 1) Milza: monitora Ag penetrati per via ematica 2) Linfonodi: monitorano Ag penetrati per via linfatica 3) Placche del Peyer: monitorano gli Ag introdotti per via orale • Tessuti Linfoidi Terziari: tessuti linfoidi diffusi che monitorano Ag che entrano in contatto con cute e mucose. Il sistema immunitario adattativo possiede due branche: Immunità umorale: difesa contro Ag extracellulari. Dipende dai linfociti B e dalla sintesi di anticorpi. Gli anticorpi neutralizzano l’antigene attraverso: 1. opsonizzazione, 2. citotossicità anticorpo dipendente, 3. lisi diretta per attivazione del complemento e formazione del MAC (membrane attack complex). Immunità cellulo-mediata: difesa contro Ag intracellulari. I linfociti T riconoscono cellule infette da virus, batteri intracellulari con citolisi della cellula da parte dei linfociti CD8. Le caratteristiche del sistema immunitario adattativo sono: Flessibilità: distinzione di Ag diversi. Dipende da recettori dei linfociti T (TCR= T cell receptor) e B (BCR= B cell receptor). Memoria immunologica: all’incontro con l’antigene, linfociti B e T proliferano sviluppandosi in cellule effettrici e memoria. Le cellule memoria sono in grado di riconoscere e rispondere più rapidamente al re-incontro con lo stesso Ag. Comunicazione intercellulare: le due branche del sistema immunitario sono in comunicazione attraverso molecole recettoriali delle cellule APC che presentano gli antigeni ai linfociti B e T, i Th attivano i linfociti B. I LINFOCITI T I linfociti T sono cellule effettrici dell’immunità cellulo-mediata. L’espressione di CD3 e di TCR è propria dei linfociti T. I linfociti T sono ulteriormente suddivisi in T helper CD4 + e T citotossici CD8+. Il TCR permette il riconoscimento dei diversi determinanti antigenici, proprietà definita specificità antigenica. MATURAZIONE e SELEZIONE DEI LINFOCITI T Le cellule linfoidi immature che migrano dal midollo osseo al timo sono destinate alla linea T. Nella corticale timica i linfociti T riarrangiano il TCR ed esprimono simultaneamente CD4 e CD8 (doppi positivi). Il TCR neoespresso è testato nella midollare timica per verificare la sua adeguata funzione. Prima di poter migrare nei tessuti periferici il linfocita T è sottoposto a selezione per eliminare i linfociti difettosi (circa il 99% dei linfociti). - SELEZIONE POSITIVA: nel timo il TCR si lega ai peptidi presentati dalle cellule epiteliali timiche (antigene self). Se il legame avviene con “affinità” intermedia le cellule passano il test (selezione positiva) e continuano il loro sviluppo. Le cellule con poca affinità per Ag e MHC vanno in apoptosi. - SELEZIONE NEGATIVA: a seguito di selezione positiva, il linfocita T incontra una APC timica che presenta Ag self nel contesto di MHC I o MHC II (presentazione Agca). Nel timo sono presentati Ag derivanti da cervello, pancreas endocrino, articolazioni, cute, ecc. Il linfocita T che lega con elevata affinità Ag self, definito autoreattivo, entra in apoptosi (selezione negativa). Terminata la selezione, il linfocita diventa singolo positivo ed entra in circolo. ATTIVAZIONE DEI LINFOCITI T L’attivazione dei linfociti T inizia all’incontro con l’Ag. Si definisce restrizione il fenomeno per cui epitopi antigenici presentati da MHC II attivano i linfociti CD4 mentre epitopi presentati da MHC I attivano i linfociti CD8. o Ag + MHC I linfocita CD8+ o Ag + MHC II  linfocita CD4 + LINFOCIT T CD4-helper I Th sono deputati all’attivazione dei linfociti B, T e ala tolleranza immunitaria. Si dividono in più di 7 sottotipi: Th0, Th1, Th2, Th17, Th9, Th-22, T regolatori. → Th0: precursori di altri Th → Th1: producono IL-2 e INF- e stimolano la risposta cellulo-mediata → Th2: producono IL-4, IL-5, IL-9 e IL-13 e attivano i linfociti B e la risposta umorale → Th17: producono IL-17, IL-6, IFN-, IL-10, TNF-, IL-22, richiamano neutrofili e collegano sistema innato ed adattativo. Coinvolti in molte malattie autoimmuni (artrite reumatoide, tiroidite autoimmune.) → Treg: responsabili della tolleranza immunitaria. LINOFICIT CD8-Citotossici I linfociti CD8+ sono attivati da cellule self danneggiate da virus o neoplastiche. Gli epitopi presentati da MHC I + APC attivano il linfocita CD8 con induzione di citolisi. LINFOCITI B Le cellule linfoidi immature che dal cordone ombelicale migrano e risiedono nel midollo osseo sono destinate a maturare in linfociti B. I linfociti B producono immunoglobuline a seguito del legame di un Ag con il BCR (B cell receptor). Il legame BCR-Ag non richiede presentazione da parte di APC ma l’attivazione di un linfocita B richiede 3 segnali: 1) riconoscimento dell’Ag da parte del BCR 2) interazione tra linfocita B e Th, legame del CD4 con MHC II sul linfocita B 3) produzione di citochine costimolatorie da parte del linfocita Th Il linfocita B attivato esprime una sola classe di immunoglobuline (IgM, IgG, IgA, IgE) e prolifera nella zona scura del follicolo II dove i linfociti B autoreattivi vanno in apoptosi (selezione negativa). Le cellule che sopravvivono si attivano sono in grado di trasformarsi in plasmacellule e produrre Ac solubili. I linfociti B autoreattivi che sfuggono alla delezione restano anergici per mancanza di costimolazione da parte di linfociti Th. APC Le APC danno inizio alla risposta immunitaria specifica. Le APC degradano un antigene (proteine, lipidi, batteri intracellulari, parassiti, cellule danneggiate) in frammenti che sono legati a MHC I o II ed espressi in superficie. Sulla superficie delle cellule dendritiche si formano tre tipi di complessi che presentano l’Ag a linfociti diversi:  Ag proteico+MHC I  presentazione ai linfociti T CD8  Ag proteico+MHC II  presentazione ai linfociti T CD4  Ag lipidico + CD1  presentazione ai tutti i linfociti TOLLERANZA IMMUNITARIA Per tolleranza immunitaria si definisce la capacità del sistema immunitario di non rispondere all’incontro con un antigene. La normale risposta immunitaria si basa sull’attivazione dei linfociti all’incontro con un antigene. Nel caso della tolleranza l’incontro con un Ag si associa a delezione, inattivazione o ignoranza (mancato riconoscimento) da parte dei linfociti stessi. Tolerogeni sono gli Ag che inducono tolleranza. La tolleranza ad Ag estranei è un fenomeno Ag specifico che si verifica in età prenatale, durante lo sviluppo o nell’adulto e può essere indotta dalla presentazione di elevatissime quantità di un antigene. Si riconoscono:  Tolleranza centrale  indotta in linfociti immaturi negli organi linfoidi I  Tolleranza periferica  indotta in linfociti maturi negli organi linfoidi periferici. TOLLERANZA CENTRALE: Permette che i linfociti non riconoscano gli Ag del proprio organismo. Nel timo e nel midollo osseo si sviluppa la tolleranza centrale nei confronti di Ag self ubiquitari come le proteine di membrana cellulare ecc. E’ stato dimostrato che le cellule epiteliali e le APC timiche presentano Ag presenti anche in altri organi tuttavia, la tolleranza centrale non è sufficiente a spiegare la mancata risposta ad Ag che sono espressi solo nei tessuti periferici. La tolleranza centrale deriva dall’incontro tra linfocita e Ag self in grande quantità. I linfociti vanno incontro a: → apoptosi (selezione negativa = delezione clonale) → modificazione dei recettori di superficie dei linfociti B autoreattivi (editing dei recettori) → trasformazione in Treg che prevengono la risposta ad Ag self in periferia Linfociti T regolatori: i linfociti CD4+ Treg sono essenziali per mantenere l’omeostasi del sistema immunitario e sono considerati i principali mediatori della tolleranza periferica. I linfociti Treg si riconoscono per la loro espressione costante di CD25 (recettore dell’IL-2) e del fattore di trascrizione Foxp3. I Treg prevengono malattie autoimmuni come il diabete di tipo I e malattie infiammatorie croniche come l’asma e l’IBD. Uomini e Topi FoxP3 negativi sviluppano una malattia autoimmune linfoproliferativa chiamata IPEX che si caratterizza per sviluppo di autoimmunità sistemica e poliendocrinopatia. I linfociti CD4 si differenziano in cellule Treg nel timo in seguito al contatto con cellule epiteliali della zona midollare. I linfociti Treg differenziatisi in questo modo (natural Treg) migrano in periferia dove possono essere attivati da Ag specifici. Affinché i Treg svolgano attività regolatoria, è necessaria la loro attivazione via TCR+Ag. Una volta attivati, la soppressione è Ag specifica. Il legame Ag +TCR sui Treg è molto maggiore rispetto a quella del TCR dei linfociti T naïve. Questo fa si che la concentrazione di Ag necessario affinché i Treg compiano la loro attività soppressoria sia inferiore rispetto a quella necessaria per l’attivazione delle cellule T naïve. I meccanismi tramite i quali i Treg svolgono attività soppressoria sono:  rilascio di citochine inibitorie: IL-10, IL-35, TGF-β  citolisi: i natural Treg possono uccidere cellule target tramite secrezione di granzima A e di perforina  modulazione della funzione delle cellule dendritiche: i Treg riducono l’espressione delle molecole co-stimolatorie CD80 e CD86 delle APC tramite il legame con il CTLA-4. Il recettore CTLA4 (Cytotoxic T-Lymphocyte Antigen 4), antagonizza il CD28 e trasduce un segnale negativo alle cellule T effettrici e favorisce la funzione soppressoria dei Treg  competizione metabolica: le cellule Treg sequestrano l’IL-2 poichè esprimono in elevata quantità CD25 (IL2-R) con riduzione della risposta cellulo mediata  induzione di apoptosi delle cellule T effettrici. TOLLERANZA PERIFERICA Linfociti T CD4+ naïve possono trasformarsi in Treg in periferia a seguito di contatto con Ag in condizioni tolerogeniche. Linfociti T in presenza di TGF-β esprimono FoxP3 e diventano Treg periferici. Il fenotipo Treg acquisito in periferia è instabile, e la maggior parte di queste cellule perde l’espressione del FoxP3 a seguito di una stimolazione in assenza del TGF-β. La tolleranza periferica impedisce attacco ad Ag self periferici mai presentati in organi centrali o espressi solo allo sviluppo o nell’adulto. I meccanismi predisposti alla tolleranza periferica sono:  Anergia: deriva da esposizione di un Th ad un Ag in assenza di costimolazione. Si verifica quando non si attiva l’immunità innata o quando viene impedito il legame costimolatorio di CD28 con recettori B7-1 e B7-2. L’anergia è caratterizzata da riduzione di espressione superficiale di TCR, espressione e legame di CTLA-4.  Ignoranza Immunologica: il legame all’antigene non induce risposta per assenza di costimolazione delle cellule APC. Si verifica per antigeni con scarsa affinità per MHC o non presentati adeguatamente.  Ignoranza Antigenica: i linfociti possono essere potenzialmente autoreattivi ma gli Ag sono sequestrati ad esempio Ag intracellulari (cheratina, emoglobina) o protetti da barriere tissutali (testicolo, occhio, encefalo).  Delezione periferica di linfociti autoreattivi: linfociti T continuamente stimolati da Ag self in assenza di infiammazione vanno incontro ad apoptosi.  Soppressione attiva di cellule autoreattive da parte di Treg periferici Bibliografia: 1. Abbas A, Litchman AH, Pillai S, (2011), Cellular and molecular immunology, 7th ed, Elsevier Saunders, Philadelphia 2. Day M, Schulz R, (2010), Veterinary Immunology: Principles and Practice. Manson publishing, London 3. Jager A, Kuchroo VK, (2010), Effector and regulatory T cell subsets in autoimmunity and inflammation, Scand J Immunol, 72: 173 4. Sakaguchi S, Ono M, et al., (2006), Foxp3+CD25+CD4+ natural regulatory T cells in dominant self-tolerance and autoimmune disease, Immunol Rev, 212: 8