Meccanismi immunologici dell’autoimmunità Prof. Giovanni Rolla UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TORINO SCUOLA DI SPECIALIZZAZIONE IN ALLERGOLOGIA E IMMUNOLOGIA CLINICA OSPEDALE MAURIZIANO UMBERTO I Meccanismi immunologici dell’autoimmunità Prof. Giovanni Rolla

MALATTIE AUTOIMMUNI SISTEMICHE (LES) ORGANO SPECIFICHE (tiroidite, Addison, diabete tipo 1, SM etc)

MALATTIE AUTOIMMUNI ALTERAZIONE “GENERALE” IN T/B CELLS (selezione, regolazione, apoptosi) esempio: deficit CD95 (Fas) e ALPS ABERRANTE RISPOSTA AD ANTIGENE PARTICOLARE (self) esempio: sindrome demielinizzante post C. Jieiunii

MALATTIE AUTOIMMUNI riscontro di autoanticorpi danno tessutale CD4+ T cell self reattive da autoanticorpi cellulo mediato

MECCANISMI FISIOPATOLOGICI B cell tolerance T cell tolerance segnali tolerogenici vs immunogenici rottura della tolleranza danno tessutale

T CELL TOLERANCE CENTRALE PERIFERICA IGNORANZA DELEZIONE ANERGIA INIBIZIONE SOPPRESSIONE

DESTINO DELLA T-CELL DOPO L’INCONTRO CON L’ANTIGENE

T CELL TOLERANCE CENTRALE PERIFERICA IGNORANZA DELEZIONE ANERGIA INIBIZIONE SOPPRESSIONE

MECCANISMI PERIFERICI DI TOLLERANZA

IGNORANZA IMMUNOLOGICA SEPARAZIONE FISICA DELL’ANTIGENE (es Barriera Emato Encefalica) LIVELLO BASSO DI ANTIGENE ASSENZA DI COSTIMOLAZIONE

DELEZIONE ASSENZA DI COSTIMOLAZIONE APOPTOSI (Fas-Fas ligando) : es. deficit Fas e ALPS; le cellule della camera anteriore dell’occhio si proteggono da eventuali CD95+ Tcells che le raggiungano  Fas ligando costitutivamente; virus HIV  Fas ligando dei macrofagi e induce l’apoptosi dei CD4+

ANERGIA IL-2 T CELL + ANTIGENE ATTIVAZIONE  IL-10

SEGNALI IMMUNOGENI E ANERGICI DURANTE LA SEPSI

MODELLO DI REGOLAZIONE DELLA RISPOSTA T-CELL (immune vs tollerante)

Meccanismodell’inibizione utilizzato a scopo terapeutico (uso di CTLA4-Ig) nella psoriasi (buoni risultati) nel topo: LES, artrite reumatoide, encefalite autoimmune nel LES umano risultati discordanti

MIGLIORAMENTO DELLA PSORIASI CON CTLA-4 Ig e.v.

SOPPRESSIONE IMMUNOLOGICA Topi trangenici TCR anti -MBP (sani per ignoranza immunologica, BEE) iniettati con MBP + adiuvante : encefalite autoimmune che si autorisolve iniettati con MBP + adiuvante + deplezione di T reg: encefalite persistente

SOPPRESSIONE IMMUNOLOGICA Topi atimici infusi con T linfociti privi di CD4+ CD25+ sviluppano malattie autoimmuni Negli stessi topi le malattie autoimmuni sono prevenibili mediante infusione di CD4+ CD25 +

SOPPRESSIONE IMMUNOLOGICA azione dei T-reg CD4+ CD25+, ma non solo Producono IL-10 e TGF- Esprimono CTLA-4 (CD152) Esprimono membri della famiglia dei TNF-receptors: TNFRSF-4, TNFRSF-9, GITR-18 (glucocorticoid induced TNF receptor) CD103 ?

Controllo della attivazione linfocitaria antigene specifici Segnali tolerogeni vs immunogeni costimoli (non antigene specifici)

Il grado di maturazione delle cellule dendritiche condiziona il livello di attivazione del linfocita

La tolleranza e la risposta immunologica sono condizionate dal livello di antigene self e dal grado di maturazione della cellula dendritica

Controllo della attivazione linfocitaria antigene specifici Segnali tolerogeni vs immunogeni costimoli (non antigene specifici)

Segnali biochimici distinti della risposta immunogena e tolerogena nei T linfociti NFAT = nuclear factor of activated T cell

Segnali biochimici distinti della risposta immunogena e tolerogena nei B linfociti

Difetti di attivazione B cell e autoimmunità: iperespressione (blue) o difetto (rosso) dei geni che codificano per molecole di segnale che  o  l’attivazione

Effetti immunomodulatori delle Ig su B e T linfociti

Struttura della Immunoglobulina

Rottura della tolleranza immunologica INFEZIONE VARIABILITA’ DELLA DELEZIONE INTRATIMICA DELLE T CELL AUTOREATTIVE GENETICA TRIGGER NON INFETTIVI  T CELLS REGOLATRICI

Infezione e autoimmunità RILASCIO DI ANTIGENI SEGREGATI (oftalmia simpatica) CITOCHINE IMMUNOGENE (IL-12, IFN-) PRODOTTI BATTERICI IMMUNOGENI (LPS) CROSS-REATTIVITA’

Costimoli immunogeni da batteri LPS, CpG LPS CpG APC, macrofago, Bcell B7  NFkB TNF

Costimoli da cellule morenti o stressate TGF + Apoptosi fisiologica  segnali tolerogeni  TNF Necrosi cellulare  antigeni + HSP 96 e HSP 70  B7 TNF Cell dendritica

Cross-reattività antigeni microbici - antigeni self Diabete tipo 1 febbre reumatica Guillain Barrè artrite Lyme AR LES Spondilite Coxsachie/GAD strepto A / miosina LPS C.Jejuni / Gangliosidi OSP-A B.burgd. / LFA-1 EBV / HLA-DR4 EBV / Sm gram neg / HLA-B27

Trigger non infettivi dell’autoimmunità estrogeni farmaci: apteni, immunocomplessi, azione immunogena (IFN-) o anti-tolerogena (anti-TNF-, ciclosporina e tacrolimus etc) deficit complemento

Duplice ruolo del complemento C3d  C3d + CR1 / CR2 B cell (CD 21 e CD 35)  attivazione C1 C2 C4 + CR1/2  segnali tolerogeni - segnali tolerogeni Deficit C1q ( eliminazione cell apoptotiche) + immunogeni

Citochine e autoimmunità Immunogene: IFN-, IL-12 Tolerogene: TGF-, IL-10 Tolerogene/immunogene: IL-2/7/15 TNF- (CD-40L e FasL)

Patogenesi malattie autoimmuni  segnali tolerogeni dall’antigene  segnali immunogeni dall’antigene  costimolazione tolerogena  costimolazione immunogena

 segnali tolerogeni dall’antigene Autoantigeni (TGB, insulina, MBP, etc) in conc. troppo bassa nei tessuti linfatici per attivare lo stato anergico B e/o T cells quando incontrano questi antigeni nei siti extralinfatici riceverebbero una forte stimolazione immunogena (la somministrazione “in forma tolerogena” degli antigeni potrebbe essere “curativa”; rischio che la dose sia immunogena !)

 segnale immunogeno dall’antigene Presentazione improvvisa di antigene virale o batterico in forma immunogena e cross-reazione con self antigens (danno valvolare da infezione strptococcica) Di solito la risposta è transitoria; deve coesistere deficit di co-stimoli tolerogeni (feed-back negativo)

 costimoli tolerogeni Deficit Fas L (Autoimmune Lympho Prolipherative Syndrome): viene meno l’apoptosi dei cloni self. Deficit CD40 L (X linked agammaglobulinemia con iper IgM): deficit sistema Fas di B cells

 costimoli immunogeni In modelli animali:  TNF-, B7-1, IL-4 sulle insulae: predisposizione a diabete tipo 1 eccesso di morte cellulare per necrosi (tumori): complesso antigene + HSP stimolo immunogeno deficit C1q (ridotta clearance materiale necrotico)

Danno d’organo “limitato” accessibilità dell’antigene solo nel tessuto malato pattern di migrazione linfocitaria (homing)

Meccanismi di danno tessutale da autoanticorpi fagocitosi/citolisi delle cellule target formazione di immunocomplessi interferenza con la fisiologia cellulare (anti-Ach, TRAB)

Nuovo approccio alla terapia delle malattie autoimmuni  soglia di attivazione immunitaria : blocco costimoli (CTLA4-Ig, anti-CD40L, blocco CD28-B7) uso di citochine tolerogeniche (TGF-, IL-10) modulazione della risposta antigene-specifica -induzione di tolleranza con vaccini “negativi”: es insulina, collagene, mielina orali) -shift Th1-2

Nuovo approccio alla terapia delle malattie autoimmuni ricostituzione del sistema immunitario (ablazione-trapianto di midollo) protezione dell’organo bersaglio (anti-C, anti-NOS, anti-chemochine etc.)

Sepsis Ulcerative colitis Psoriasis Arthritis Multiple sclerosis  production of NO ( iNOS expression in tissues) has been implicated in: Sepsis Ulcerative colitis Psoriasis Arthritis Multiple sclerosis Type I diabetes Giant cell arteritis SLE SS

Regulation of iNOS by cytokines  EXPRESSION IL-1 TNF LPS  EXPRESSION TGF- IL-4 IL-10

Proinflammatory properties of NO Vasodilation and vascular leakiness Hypotension (sepsis) Cytotoxicity  COX Reacts with O2 to form toxic peroxynitrite Inhibitors of NO synthesis ameliorate experimental models of arthritis Stimulates TNF- production by synoviocytes

Rolla G, Caligaris-Cappio F. NO in Rheumatic Diseases Rolla G, Caligaris-Cappio F. NO in Rheumatic Diseases.In “Disease Markers in Exhaled Air” Marcel Dekker 2002

N-Monomethyl Arginine, an Inhibitor of NO Synthase, Suppresses the Development of Adjuvant Arthritis in Rats

INTERAZIONE 4-1 +VCAM-1: FUNZIONI FISIOLOGICHE DELLE 4 INTEGRINE (espresse su linfociti, macrofagi, eosinofili, NON sui neutrofili) INTERAZIONE 4-1 +VCAM-1: homing e persistenza dei progenitori e delle plasmacellule nel midollo interazione B-cells mature con cellule dendritiche nei follicoli degli organi linfatici secondari INTERAZIONE 4-7 +MAdCAM: mantenimento dell’immunità della mucosa intestinale

FUNZIONI PATOLOGICHE DELLE 4 INTEGRINE INTERAZIONE 4-1 +VCAM-1: Reclutamento di T cell, monociti, macrofagi nel SNC (attorno alle placche della SM) INTERAZIONE 4-7 +MAdCAM: Reclutamento di T cell effettrici nell’intestino (m di Crohn)

STUDI CLINICI SU UN ANTICORPO MONOCLONALE ANTI- 4 INTEGRINE (natalizumab) A Controlled Trial of Natalizumab for Relapsing Multiple Sclerosis. Miller DH et al N Engl J Med 2003; 348: 15-23 Natalizumab for Active Crohn’s Disease. Glosh S et al. N Engl J Med 2003; 348: 24-32