Sistemi di difesa dai microorganismi dei vertebrati -1 Barriere meccaniche e chimiche -2 Immunità innata (naturale o aspecifica)‏ -3 Immunità specifica (acquisita o adattativa)‏

1 barriere meccanico-chimiche - La cute, le mucose e alcune molecole dalle cellule che le costituiscono - I prodotti di secrezione delle ghiandole dei tessuti di rivestimento - I microorganismi della flora saprofitica e alcune molecole da questi prodotte

Tabella 5.1: Meccanismi di difesa antimicrobica presenti nelle barriere meccanico-chimiche Costituenti attivi Meccanismo d'azione Cute integra La cheratina presente nello strato corneo Sudore e altre secrezione pH acido Lacrime, saliva Allontanamento meccanico, azione litica (lisozima)‏ Muco Inglobamento dei microorganismi e mascheramento dei recettori Ciglia Espulsione del muco e dei microorganismi Flora batterica saprofitica Competizione per sostanze nutritive e secrezione di sostanze antimicrobiche Peptidi antibiotici (defensine) Uccisione dei microorganismi IgA secretorie Riconoscimento di antigeni microbici e Linfociti T avvio dei meccanismi di eliminazione Immunità adattativa

2 Immunità innata e infiammazione Fattori cellulari: cellule polimorfonucleate, cellule NK, monociti/macrofagi, cellule dendritiche Fattori umorali: proteine plasmatiche (sistema del complemento e altre)‏, peptidi antimicrobici - Presente fin dalla nascita - Attiva verso tutti i microorganismi (o quasi)‏ - Attiva indipendentemente dai precedenti contatti con patogeni - Non si rafforza in seguito ad ulteriori contatti con lo stesso agente patogeno

Le cellule dell'immunità innata Leucociti polimorfonucleati, neutrofili (la maggior parte), basofili ed eosinofili Monociti/macrofagi (dal sangue e residenti nei tessuti)‏ Cellule Natural Killer (dal sangue)‏ Cellule dendritiche (dal sangue e residenti nei tessuti)‏ I granuli contengono TNF e perforine

Le principali cellule del sistema immunitario e MASTOCITI Le principali cellule del sistema immunitario I granulociti eosinofili sono cellule del sistema immunitario così chiamate per il fatto che all'interno del citoplasma presentano delle granulazioni che si colorano con un colorante particolare chiamato eosina la quale li fa apparire di un colore rosato. Vengono prodotti dal midollo osseo e sono importanti nella risposta immunitaria soprattutto nei confronti dei parassiti. Nella loro membrana, hanno un recettore verso le IgE, che sono coinvolte nelle reazioni allergiche. I granuli specifici del citoplasma eosinofilo contengono l'istaminasi, enzima che idrolizza l'istamina neutralizzandola. Basofilo: rappresenta solo lo 0,5-1% dei globuli bianchi, ha un diametro di circa 10 µm, un nucleo reniforme o bilobato, i suoi granuli sono basofili, come è evidenziato dal nome stesso. I granuli contengono: eparina, istamina, perossidasi, fosfatasi acida e molti altri mediatori chimici dei processi infiammatori. I basofili possiedono inoltre sulla loro superficie i recettori specifici per la porzione Fc delle IgE, caratteristica essenziale per la loro attività. La funzione di questi granulociti è espletata nella genesi delle reazioni allergiche e di tutti i fenomeni di ipersensibilità, con meccanismi molto simili a quelli dei mastociti, come del resto si evince dalla composizione dei granuli e dalla presenza del recettore per le IgE. Per lungo tempo si è infatti pensato che il granulocita basofilo fosse il mastocito del sangue, cioè che di fatto fossero lo stesso tipo cellulare; questa idea si è poi rivelata errata per la presenza nei mastociti di particolari marcatori. Infine, come i mastociti, i granulociti liberano anche leucotrieni, sostanze coinvolte nello spasmo della muscolatura liscia, cioè ad esempio nella crisi asmatica. Maturano in macrofagi e cellule dendritiche Linfociti T citotossici, T helper+ Linfociti Natural Killer

Recettori cellulari dell'immunità innata - Recettori rilasciati dalle cellule - Recettori presenti sulla superficie della cellula: Toll Like Receptor, integrine, lectine - Recettori citosolici: NOD Azioni innescate Fagocitosi Produzione di citochine Presentazione dell'antigene ai linfociti T e innesco dell'immunità acquisita o secondaria Secrezione di fattori litici (TNF, perforine)‏ Neutrofili Macrofagi e cellule dendritiche Cellule Natural Killer

batteri gram-positivi batteri gram-negativi lieviti Diversi recettori presenti sulle cellule del sistema immunitario permettono di distinguere tra cellule apoptotiche batteri gram-positivi batteri gram-negativi lieviti Le cellule apoptotiche e i patogeni sono riconosciuti da una gamma di recettori scavenger, integrine (recettori del complemento) e lectine, che li legano direttamente o via opsonine (LBP, TSP, o collectine). La più parte di questi recettori sono capaci di riconoscere sia i patogeni che elementi endogeni alterati così come le cellule apoptotiche. Inoltre i fagociti hanno dei recettori specifici che distinguono componenti associate ai patogeni che innescano risposte infiammatorie. Per esempio componenti dei batteri gram-positivi vengono riconosciuti da parte del TLR2 e del TLR6 e dei gram negativi da parte del TLR4 (LPS). Al contrario, vengono innescati segnali anti-infiammatori dopo legame di una cellula apoptotica che espone la fosfatidil serina (PS) sulla sua superficie. LBP: LPS binding protein TSP: trombospondin TLR: toll like receptor LPS: lipopolisaccaride SPA: surfactant protein A SPD: surfactant protein D

Alcuni recettori sulla superficie di macrofagi, cellule dendritiche e neutrofili innescano la fagocitosi della particella riconosciuta La sinapsi fagocitica: il riconoscimento e l'ingolfamento di E. coli viene iniziato da un legame ad alta affinità e bassa specificità con LBP e i recettori scavenger CD14 e SRA. Queste molecole quindi radunano regolatori del citoscheletro così come l'integrina β2 per innescare la fagocitosi. Inoltre la riorganizzazione nella membrana plasmatica sposta l'LPS verso molecole a bassa affinità ed alta specificità (MD2 and TLR4) che iniziano il signalling. Il signalling avviene sia sulla superficie della cellula che nel fagosoma.

Una classe di recettori presenti sulla superficie delle cellule dendriciche e nei fagolisosomi: i recettori Toll like Lo stimolo di diversi TLRs (Toll like receptors) nelle cellule dendritiche innesca diversi profili di citochine e diverse risposte immunitarie.

Una classe di recettori intracellulari: i recettori NOD e i recettori NALP Attivazione dei NOD like receptor da parte di microbi, PAMPs (Patogogen Associated Molecular Patterns) e segnali di pericolo nelle cellule dei mammiferi. I microbi e le molecole che li costituiscono (gli ovali blu) così come componenti associati a situazioni di pericolo, endogeni ed esogeni (ovali rossi) vengono captati da membri della famiglia NLR. I costituenti microbici così come le PAMPs i petidoglicani la flagellina e l'RNA batterico vengono presentati nel citosol direttamente attraverso il rilascio da batteri intracellulari o vengono attivamente trasportati nelle cellule ospite dal sistema di secrezione di tipo III o IV dei microbi extracellulari. Dopo la rilevazione dei PAMPs da parte dei NLR o di segnali di pericolo così come l'efflusso di potassio o di acido urico da parte di NALP3 (ovale grigio), i NLR e NALP3 inducono l'attivazione di segnali che includono la via NF-κB, che porta ad una risposta infiammatoria, e la via della caspasi 1/inflammosoma (ovale giallo) che porta alla produzione di IL-1β e IL-18 e alla morte cellulare. MDP, muramyl dipeptide. Fritz2006

La fagocitosi La capacità posseduta da diverse cellule di ingerire, digerire e neutralizzare materiali estranei e cellule danneggiate. Essa è svolta da: Fagociti professionali: leucociti polimorfonucleati, monociti, macrofagi e cellule dendritiche Fagociti facoltativi: fibloblasti, mastociti, endoteliociti e altre cellule. Questo fenomeno è favorito dalla Opsonizzazione: adesione di molecole endogene sulla superficie del materiale da fagocitare, ossia di un frammento peptidico C3B derivato dall'attivazione del complemento, delle collectine, CD14, pentrassine, anticorpi

L'estromissione degli pseudopodi

La fagocitosi

I fattori umorali RECETTORI SOLUBILI: proteine del sistema del complemento collettine pentrassine CITOCHINE: Proteine di piccole dimensioni, prodotte dalle cellule del sistema immunitario (macrofagi, linfociti) e non (cellule muscolari lisce, endoteliali..), ad azione autocrina, paracrina ed edocrina, che trasmettono messaggi in grado di attivare funzioni specializzate come la riproduzione e la differenziazione cellulare. Maggiori famiglie: le interleuchine (IL-1, IL-2, IL-10)‏ gli interferoni (IFN-, IFN-, IFN-)‏ Si distinguono dagli ormoni che invece sono prodotti da ghiandole multicellulari (esempio gli ormoni tiroidei, l’insulina) CHEMOCHINE: citochine che inducono attività chemiotattica (attrazione per via chimica dei monociti, polimorfonucleati, neutrofili, cellule NK e linfociti)‏ AGENTI CHEMIOTATTICI: sostanze derivate dai patogeni o dai tessuti infetti aventi attività chemiotattica.

Le citochine sono molecole regolatrici molto potenti, che inducono i loro effetti caratteristici a concentrazioni nanomolari o picomolari, presentano il fenomeno della pleiotropia, cioè possono avere effetto su vari tipi cellulari. Inoltre, l’effetto che una citochina ha su una cellula può essere uguale o diverso da quello che ha su un tipo cellulare diverso. possono essere usate come farmaci biotecnologici

Le citochine come farmaci biotecnologici La somministrazione di certe citochine può aumentare la risposta immunitaria contro un gran numero di agenti infettivi e di cellule tumorali. Farmaci contro agenti patogeni: alcuni patogeni sembrano sviluppare con successo un’infezione, producendo specifiche proteine che si oppongono alla risposta immunitaria normale. Esempio :alcune tossine AB. Inibiscono la produzione di citochine o il loro effetto. Allo stesso tempo, però, è possibile che molte altre patologie siano causate o esasperate dalla sovrapproduzione di certe citochine nel corpo. In questi casi, allora, inibendo l’attività di alcune citochine può darsi che si ottengano terapie efficaci contro tali malattie. Questo può essere ottenuto mediante somministrazione di Anticorpi Monoclonali prodotti contro le citochine-bersaglio, oppure per somministrazione di Forme Solubili dei Recettori per le citochine. Alcune citochine hanno già ottenuto l’approvazione per l’utilizzo medico, ma maggiore è il numero delle citochine ancora in sperimentazione clinica o addirittura in fase preclinica.

Attivazione dei macrofagi Acquisizione di maggiori proprietà battericide e tumoricide per stimolo da parte di componenti batterici (LPS) e di alcune citochine (INF)‏ - Aumento dei lisosomi - Incremento attività enzimi lisosomiali - Incremento della produzione di citochine (IL-1)‏ - Incremento del metabolismo ossidativo e della formazione di ROI - Aumento del metabolismo dell'acido arachidonico e e liberazione in eccesso dei suoi metaboliti (segue risposta infiammatoria)‏

Figure 2-27 Maturazione di un fagocita mononucleare Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 23 March 2007 02:46 PM)‏ © 2007 Elsevier

Il complemento Sistema costituito da numerose proteine plasmatiche indicate con la lettera C seguita da un numero da 1 a 9 (che indica l'ordine della loro scoperta) o con altre lettere alfabetiche. Quando viene attivato da origine ad una cascata enzimatica, ogni componente assume attivività enzimatica e taglia il componente successivo frammentandolo in due segmenti di cui uno diventa un nuovo enzima mentre l'altro ha altre funzioni. Ha un ruolo nella difesa dai microbi in quanto: - forma prodotti che inducono la lisi di agenti patogeni e delle cellule da essi alterate - alcuni componenti del complemento funzionano da opsonine - alcuni frammenti innescano e amplificano la reazione infiammatoria (es degranulazione dei mastociti)‏ - alcuni componenti sono fattori chemiotattici La proteolisi dei componenti C3,C4 e C5 genera i relativi frammenti b che si assemblano tra loro nelle varie fasi di attivazione del complemento e i frammenti C3a, C4a e C5a, detti anafilotossine. Queste inducono l'infiammazione fissandosi ai relativi recettori di membrana presenti sui mastociti, sui neutrofili, sulle cellule endoteliali nonché sui basofili, eosinofili, monociti e altre. Le principali azioni che ne derivano sono le seguenti: * degranulazione dei mastociti con liberazione di mediatori vasoattivi. * chemiotassi dei neutrofili e adesione degli stessi alle cellule endoteliali. * aumento della permeabilità vascolare per azione diretta sulle cellule endoteliali. * espressione della P-selectina sulle membrane endoteliali che favorisce l'adesione dei neutrofili. Il complemento può essere attivato secondo due vie 'via classica' attivata da complessi antigene-anticorpo, 'via alternativa' innescata dalla dalla presenza di superfici attive (microorganismi, cellule infettate da virus o neoplastiche)‏

Principali componenti ed effetti del complemento Distruzione della cellula per osmosi

Reazione infiammatoria innescata dal complemento La proteolisi dei componenti C3, C4 e C5 genera i relativi frammenti b che si assemblano tra loro nelle varie fasi di attivazione del complemento e che si concludono con la fagocitosi o la lisi del patogeno i frammenti C3a, C4a e C5a, detti anafilotossine che inducono l'infiammazione fissandosi ai relativi recettori di membrana presenti sui mastociti, sui neutrofili, sulle cellule endoteliali nonché sui basofili, eosinofili, monociti e altre. Le principali azioni che ne derivano sono le seguenti: * degranulazione dei mastociti con liberazione di mediatori vasoattivi. * chemiotassi dei neutrofili e adesione degli stessi alle cellule endoteliali. * aumento della permeabilità vascolare per azione diretta sulle cellule endoteliali. * espressione della P-selectina sulle membrane endoteliali che favorisce l'adesione dei neutrofili.