AUTOIMMUNITA’ La malattia autoimmune è una condizione patologica in cui è avvenuta la rottura della tolleranza verso un determinato antigene o verso più antigeni "self". Il risultato della scomparsa della tolleranza è la formazione di autoanticorpi e cellule T autoreattive che inducono il danno tissutale e la malattia. Per il sistema immune l'autoimmunità può rappresentare il prezzo necessario alla sua estrema complessità.

Secondo dove si verifica la reazione immunopatologica le malattie autoimmuni possono essere suddivise in sistemiche- ed organo-specifiche. Tra quelle sistemiche si deve ricordare il Lupus Erythematosus, artrite reumatoide, dermatomiositi; tra le patologie autoimmini organo-specifiche di maggiore rilievo sono quelle che colpiscono la tiroide (tiroiditi, e gozzo), il pancreas (diabete giovanile).

TOLLERANZA IMMUNOLOGICA Stato di non responsività del sistema immunitario verso determinati antigeni propri dell'organismo o autoantigeni (self), o verso antigeni estranei (non-self)”: a) Tolleranza verso self - Meccanismo fisiologico alla base dello sviluppo del repertorio immunologico b) Tolleranza verso non-self - Fenomeno poliedrico dipendente da diverse varaibili sperimentali quali: genotipo animale, la forma, la dose e la via di somministrazione dell'antigene etc.  La risposta immunitaria sia verso antigeni estranei sia verso i propri costituenti deve essere finemente regolata per evitare tutti quei fenomeni di allergia e di autoimmunità che sono alla base di molti quadri patologici.

CLONI NON AUTO-REATTIVI TIMO Cellule Pro-T MIDOLLO OSSEO CLONI AUTO-REATTIVI CLONI AUTO-REATTIVI CLONI NON AUTO-REATTIVI TIMO TCR Peptide self MHC Epitelio del timo apoptosi TOLLERANZA CENTRALE TOLLERANZA PERIFERICA INDUZIONE DI RISPOSTA IMMUNITARIA Cellula T regolatrice CD28 CD28 Peptide non-self B7 B7 APC APC Stimolazione ripetuta APC Cellula del tessuto O APC mancante di B7 SOPPRESSIONE FasL Fas ATTIVAZIONE DELLA MORTE CELLULARE INDOTTA ESPANSIONE CLONALE ANERGIA

MECCANISMI DELLE MALATTIE AUTOIMMUNI geni di suscettibilità Lo sviluppo dell’autoimmunità è correlato all’eredità di geni di suscettibilità, che influenzano il mantenimento dell’auto-tolleranza, e a fattori scatenanti ambientali, in particolare infezioni, che promuovono l’attivazione di linfociti auto-reattivi. geni di suscettibilità (la maggior parte delle malattie autoimmuni umane ha complessi pattern multigenici di suscettibilità e non è attribuibile a mutazioni in un singolo gene) geni MHC geni non-MHC AIRE (autoimmune regulator) APECED CTLA-4 FOXP3 IPEX Fas ALPS (uomo), lpr (topo) FasL ALPS (uomo), gld (topo) IL-2 FcgR Complemento fattori ambientali infezioni farmaci esposizione a radiazioni

PATOGENESI DELL’AUTOIMMUNITA’

1.FATTORI PREDISPONENTI Malattia HLA associato Risch rel. M. Addison DR3/DQ 6.3 Spond. Anchilosante B27 87,4 Diabete autoimmune DR3 5,3 Miastenia Grave DR3 2,5 Artrite Reumatoide DR4 4,2 Lupus Erit. Sistemico DR3 5,8 Rischio relativo: incremento frequenza malattia in individui con determinato allele rispetto a quelli senza l’allele stesso. Rischio rel >1 indica associazione tra malattia e allele in questione.

APECED (Autoimmune polyendocrinopathy candidiasis-ectodermal-dystrophy syndrome). Results from a defect in the auto immune regulator (AIRE) gene. Patients with APECED usually have chronic mucocutaneous candidiasis, as well as autoimmune manifestations that most commonly affect the parathyroid or adrenal glands and, to a lesser extent, the thyroid gland, liver and skin. AIRE is expressed at high levels by purified human thymic stromal cells, especially medullary thymic epithelial cells, and it is thought to regulate the ectopic cell-surface expression of tissue-specific proteins, such as insulin and thyroglobulin. Expression of these self-proteins allows the negative selection of autoreactive T cells during their development. The absence of this key regulatory step results in the organ-specific autoimmune destruction that is seen in patients with APECED.

The CT60 SNP variant in the non-coding 6 The CT60 SNP variant in the non-coding 6.1 kb 3' region of CTLA-4 is responsible for the association of autoimmune disease with lower messenger RNA levels of the soluble variant splice isoforms of CTLA-4. (Data adapted from Ueda H, et al. Nature 2003;423:506)

IPEX (Immune dysregulation, Polyendocrinopathy, Enteropathy, X-linked) Esempio di immunodeficienza determinata da alterata immunoregolazione. Patologia della prima infanzia, con esito spesso fatale, caratterizzata a livello clinico dalla presenza di diabete, enteropatia e dermatite. Questa sindrome è associata ad autoimmunità e ad infezioni ricorrenti con Enterococcus e Staphylococcus. Il difetto molecolare è stato individuato nella mutazione del gene FOXP3, che codifica per un fattore di trascrizione. FOXP3 è principalmente espresso e rappresenta un marker dei linfociti T regolatori CD4+ CD25hi. Tale mutazione determina l’assenza di linfociti T regolatori e quindi la mancata inibizione dei linfociti T effettori autoreattivi.

Quando la malattia autoimmune è stata indotta, questa tende ad essere progressiva, talvolta con sporadiche remissioni e recidive, e il danno diventa sempre maggiore. Un importante meccanismo per la persistenza ed evoluzione della malattia autoimmune è il fenomeno della diffusione di epitopi. Le infezioni, e anche l’iniziale risposta autoimmune, possono liberare e ledere gli auto-antigeni ed esporre epitopi degli antigeni che sono normalmente nascosti al sistema immunitario o criptici. Il risultato è la continua attivazione di nuovi linfociti che riconoscono questi epitopi in precedenza criptici; poiché questi epitopi non sono normalmente espressi, i linfociti non diventano tolleranti. Quindi, indipendentemente dallo stimolo iniziale di una risposta autoimmune, la progressione e la cronicizzazione della risposta autoimmune possono essere mantenute con il reclutamento continuo di cellule T autoreattive che riconoscono autodeterminanti normalmente nascosti.

Autoimmunity by presentation of cryptic peptides Tolerance is not established to cryptic peptides (i.e. peptides that are normally not presented)                     Inflammation causes the presentation of cryptic peptides breaking tolerance                                    

Types of antibody-mediated diseases Types of antibody-mediated diseases. Antibodies may bind specifically to tissue antigens (A), or they may be deposited as immune complexes that are formed in the circulation (B). In both cases, the deposited antibodies induce inflammation, leading to tissue injury.

Figure 18-2 Effector mechanisms of antibody-mediated disease. A Figure 18-2 Effector mechanisms of antibody-mediated disease. A. Antibodies opsonize cells and may activate complement, generating complement products that also opsonize cells, leading to phagocytosis of the cells through phagocyte Fc receptors or C3 receptors. B. Antibodies recruit leukocytes by binding to Fc receptors or by activating complement and thereby releasing by-products that are chemotactic for leukocytes. C. Antibodies specific for cell surface receptors for hormones or neurotransmitters may stimulate the activity of the receptors even in the absence of the hormone (left panel) or may inhibit binding of the neurotransmitter to its receptor (right panel). TSH, thyroid-stimulating hormone.

Figure 18-5 Mechanisms of T cell-mediated diseases. A Figure 18-5 Mechanisms of T cell-mediated diseases. A. In delayed-type hypersensitivity reactions, CD4+ T cells (and sometimes CD8+ cells) respond to tissue antigens by secreting cytokines that stimulate inflammation and activate phagocytes, leading to tissue injury. APC, antigen-presenting cell. B. In some diseases, CD8+ CTLs directly kill tissue cells.

LUPUS ERITEMATOSO SISTEMICO Malattia cronica a insorgenza acuta, con remissioni e recidive continue, spesso febbrile caratterizzata principalmente da lesioni alla cute, alle articolazioni, al rene e alle membrane sierose. Gli autoanticorpi sono i mediatori della lesione tissutale (ipersensibilità tipo III). Anticorpi diretti contro: componenti nucleari componenti citoplasmatici antigeni di superficie delle cellule ematiche

Individuo geneticamente sensibile Geni coinvolti: MHC II Complemento Ulteriori geni non identificati Stimolo ambientale (sconosciuto) Proteine nucleosomiche, altri autoantigeni Attivazione di cellule T helper e cellule B (specifiche per autoantigeni) Produzione di autoanticorpi IgG Complesso immune e danno tissutale mediato da autoanticorpi Manifestazioni cliniche

(lieve anemia emolitica) NZBxNZW (sano) Modelli Animali (lieve anemia emolitica) NZBxNZW (sano) BW/F1 Malattia tipo lupus Abs anti DNA-46% Proteinuria-80% Nefropatia lupica-75% Nefropatia grave-38% Topo MRL/lpr: proliferazione policlonale spontanea dei linfociti T; sviluppano artrite e glomerulonefrite; mutazioni del gene fas.

TIROIDITE DI HASHIMOTO

GRAVES DISEASES

                                                                     In Graves' Disease a patient produces autoantibodies that bind to the receptors for thyroid-stimulating hormone (TSH). TSH is produced by the pituitary gland and the receptors for TSH are present on thyroid cells. Binding of these autoantibodies mimics the normal action of TSH which is to stimulate the production of two thyroid hormones, thyroxine and triiodothyronine. However, the autoantibodies are not under a negative feedback control system and therefore lead to overproduction of the thyroid hormones. For this reason these autoantibodies have been termed long-acting thyroid-stimulating (LATS) antibodies. Overproduction of thyroid hormones leads to many metabolic problems.

Myasthenia Gravis is mediated by blocking antibodies                                                                                                                                                                                             A patient with this disease produces autoantibodies to the acetylcholine receptors on the motor end-plates of muscles. Binding of acetylcholine is therefore blocked and muscle activation is inhibited. The autoantibodies also induce complement-mediated degradation of the acetylcholine receptors, resulting in progressive weakening of the skeletal muscles.

Multiple Sclerosis (MS) is an autoimmune disease that attacks the central nervous system MS is the most common cause of neurologic disability associated with disease in Western countries. Patients with MS produce autoreactive T cells that infiltrate the brain tissue and cause characteristic inflammatory lesions destroying the myelin sheath of nerve fibers.                                                                                                                                                                                                                                                              Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a good laboratory animal model for the study of MS.   MS-like disease can be induced in a variety of species by immunization with myelin basic protein (MBP) in complete Freund's adjuvant. Within 2-3 weeks the animals develop demyelination of the myelin sheaths of the central nervous system and paralysis. Animals that recover are resistant to the development of disease after a subsequent injection of MBP and adjuvant

5. Terapie 1.Terapie standard Terapie sintomatiche: uso dell’insulina; ormoni tiroidei Terapie immunosoppressive: corticosteroidi, ciclofosfammide, methotrexate (blocco proliferazione); ciclosporina, FK506 (trascrizione IL-2) Terapie con citochine ed inibitori di citochine: IL-4>IFN-g; uso di MoAbs chimerici anti TNF-a (infliximab) per RA; recettori solubili; blocco TNF/TNF-r (etanercept, TNFar-IgG1). 2. Terapie con approcci sperimentali MoAbs e proteine di fusione per bloccare molecole accessorie: (MoAbs anti CD-40 e anti CD40L; proteina CTLA-4-Ig) Ligandi peptidici alterati: cambiamenti dei peptidi (immunogenico/tollerogenico) riconosciuti da TCR/MHC: Induzione della tolleranza (orale); es. EAE ( in uso clinico) Trapianto di midollo osseo: per produrre cellule non aberranti Trapianti di sostituzione (IDMM): cellule beta “nascoste”

Figure 20.25 Current treatments for arresting the pathological developments in autoimmune disease are given in blue boxes, and those that may become practicable in green boxes. Anti-mitotic drugs are given in severe cases of SLE or chronic active hepatitis, and anti-inflammatory drugs are widely prescribed in rheumatoid arthritis. Organ-specific disorders (e.g. primary myxedema) can be treated by supplying the defective component (e.g. thyroid hormone). When a live graft is necessary, immunosuppressive therapy can protect the tissue from damage.