INFIAMMAZIONE La risposta dei tessuti connettivi vascolarizzati a un danno cellulare derivato da agenti endogeni/esogeni

Il fenomeno dell’infiammazione -Fasi dell’infiammazione: -eventi vascolari -eventi cellulari: reclutamento e attivazione dei leucociti Le molecole che ci permettono di “sentire” e “reagire” all’agente patogeno: -induttori/mediatori dell’infiammazione Infiammazione = fonte di danno?

INFIAMMAZIONE coinvolgimento dei vasi La risposta dei tessuti connettivi vascolarizzati a un danno cellulare derivato agenti endogeni/esogeni coinvolgimento dei vasi Passaggio di fluido e leucociti dai vasi allo spazio extra-vascolare. Scopo: Eliminare la fonte del danno Riparare il tessuto danneggiato - Rigenerazione del tessuto con cellule dello stesso tipo - Sostituzione con tessuto connettivo: fibrosi (cicatrice)

Apparente paradosso Infiammazione é un essenziale processo protettivo per eliminare la fonte del danno e le conseguenze Infiammazione é potenzialmente dannosa: -Ipersensibilità a punture insetti, tossine, farmaci -Malattia croniche -Cicatrici; sfiguranti, ostruzione intestinali, problemi articolari - cancro?

attori

INFIAMMAZIONE Acuta: breve durata (minuti-ore-giorni) edema emigrazione leucociti (neutrofili) Cronica lunga durata infiltrato linfociti e macrofagi angiogenesi fibrosi - necrosi

fasi Infezione batterica Attivazione Recettori su macrofagi/cell dendritiche Rilascio di mediatori dell’infiammazione Richiamo liquido e leucociti (neutrofili) dal sangue (essudato) Attivazione dei neutrofili Eliminazione del patogeno/danni collaterali Riparo

FASI inizio Stimolo infiammatorio Mediatori chimici rilasciati da vasi/cellule/tessuto danneggiato Risposta vascolare-cellulare Amplificazione della risposta Termine Stimolo rimosso Mediatori rimossi Fine infiammazione

Inflammation Cardinal Signs Redness (rubor) Swelling (tumor) Heat (calor) Pain (dolor) Loss of function (functio laesa)

Esito infiammazione Riparo: Rigenerazione:il tessuto é ricostituito con cellule dello stesso tipo Fibrosi:sostituzione del tessuto danneggiato con tessuto connettivo, cicatrice (scarring) NB: sono attivati processi di migrazione, proliferazione, differenziamento, angiogenesi….

Eventi infiammazione acuta Fenomeni vascolari sono fondamentali 1) Alterazione diametro vasi: aumento flusso sangue 2) Cambio struttura vasi: rilascio di fluido e proteine (edema) Fenomeni cellulari 3) reclutamento leucociti: si accumulano nel sito danneggiato 4) fagocitosi

Terminologia-1 Pressione oncotica: pressione osmotica dovuta a soluzioni colloidale Soluzione colloidale: soluzione di particelle a alto peso molecolare (le proteine nel plasma sanguigno, il latte) Pressione idrostatica : forza esercitata da un fluido su ogni superficie a contatto con esso.

Terminologia-2 Essudato: liquido infiammatorio extravascolare alta conc proteine (peso specifico >1,02) - implica alterazione vasi Trasudato: liquido con bassa conc proteine (peso specifico <1,02), ultrafiltrato del plasma dovuto a variazioni pressione idrostatica in condizoini di permeabilitá normale. Edema: eccesso di liquido in spazio interstiziale (essudato/trasudato) Pus: essudato ricco in leucociti e frammenti cellulari

Fenomeni vascolari

Fenomeni vascolari: cambio flusso e diametro vasi Permeabilità vascolare normale; La pressione idrostatica del sangue é bilanciata dalla pressione oncotica delle proteine plasmatiche vasodilatazione, con apertura di nuovi capillari: aumento flusso (rossore, calore) Aumento permeabilità della microvascolatura: diminuzione flusso, essudato, accumulo eritrociti (STASI) Marginazione leucocitaria: leucociti si attaccano all’endotelio e emigrano nello spazio interstiziale

caratteristica principale dell’infiammazione acuta Aumento permeabilità porta al rilascio di essudato:  permeabilità: perdita di proteine plasmatiche: - scende la pressione osmotica del sangue - sale la pressione osmotica interstiziale  aumento della pressione idrostatica per vasodilatazione: EDEMA

Aumento permeabilità: come?

Fenomeni cellulari Reclutamento leucocitario fagocitosi

Reclutamento leucocitario Momento fondamentale dell’infiammazione é il reclutamento di leucociti nel sito del danno Scopo: Eliminazione fonte del danno Degradazione tessuto necrotico Rilascio di enzimi, mediatori e radicali liberi: possibile prolungamento stato infiammatorio

Fasi del reclutamento Marginalizzazione: Il rallentamento del flusso sanguigno cambia le condizioni emodinamiche e si accumulano leucociti sulle pareti. Rotolamento: I leucociti interagiscono blandamente con endotelio e iniziano a rotolare. Attivazione: Interazione con fattori chemiotattici attivano. Adesione: Leucociti attivati legano ora più avidamente l’endotelio. Migrazione trans-endoteliale: Leucociti iniziano a inserire pseudopodi nelle giunzioni cellulari fino a superare la membrana basale (DIAPEDESI) e entrare nello spazio interstiziale guidati da fattori chemiotattici.

Margination and Pavementing Polymorphs at margin of a vessel in acutely inflamed tissue.

diapedesi EM showing transmigration of a PMN through a vascular wall.

Quali molecole coinvolte in adesione e migrazione? Concetto: Interazione tra molecole adesive su superficie di endotelio e leucociti Mediatori chimici regolano espressione e avidità di legame Quali molecole: -Selettine: P, E (endotelio) e L (leucociti) e -ligandi per selettine -Immunoglobuline: ICAM-1, ViCM-1 (endotelio) -Integrine : recettori per ECM e per ICAM-1/VICAM-1 (leucociti)

Come vengono regolate queste molecole di adesione durante attivazione leucocitaria? Ri-distribuzione: P-selectin presente in cell. endoteliali in granuli Weibel-Palade sono ridistribuite sulla superficie su segnale di istamina, trombina, PAF Induzione di molecole di adesione: Neo-sintesi di E-selectin su stimolo di TNF e IL1 Aumento avidità di legame: Le integrine presenti su leucociti aumentano l’aviditá di legame con le immunoglobuline ICAM/VCAM in seguito a azione di chemochine

Cinetica di reclutamento Neutrofili: 6-24hrs Macrofagi: 24-48hrs dovuta a -diversa espressione di fattori chemotattici - vitalità cellulare diversa

Fenomeni cellulari Reclutamento leucocitario fagocitosi

Eliminazione del patogeno: fagocitosi La fagocitosi e il rilascio di enzimi da parte di neutrofili e macrofagi sono due effetti principali dell’accumulo di leucociti nel sito infiammato riconoscimento: Il materiale da fagocitare viene ricoperto da fattori fattori che ne facilitano il Riconoscimento: OPSONINE, riconosciute da recettori specifici (IgG, riconosciute da recettore FcgR, e frammento C3 del complemento riconosciuto dai recettori CR1-2-3) Endocitosi: Il legame delle opsonine ai recettori induce endocitosi, e il vacuolo che si forma si fonda con lisosoma con successivo rilascio del materiale dei granuli lisosomiali Degradazione: Principalmente tramite meccanismi ossigeno dipendenti tramite metaboliti dell’O2: NADPH ossidasi presente su membrana lisosomi genera O2* O2* genera H2O2 H2O2 é convertita da Mieloperossidasi in Acido Ipocloroso HOCL rilascio di OH* Questa via H2O2/HOCL é tipica dei neutrofili: battericida potentissimo.

fagocitosi

Ma come i leucociti raggiungono il sito infiammato?

Ma come i leucociti raggiungono il sito infiammato? chemotassi Migrazione cellulare orientata lungo un gradiente chimico Fattori endogeni: Mediatori chimici: proteine del complemento (C5a) citochine (IL8) metaboliti acido arachidonico Fattori esogeni: Prodotti batterici: lipopolisaccaridi (LPS) peptidi con N-formyl-metionina (tipici batteri) Effetto dei fattori chemiotattici: attivazione leucocitaria! Movimento ma non solo!

Quali sono le molecole che segnalano il processo infiammatorio?

Quali sono le molecole che segnalano il processo infiammatorio? Si può semplificare la complessa rete di segnali che genera la risposta infiammatoria separandoli in categorie funzionali INDUTTORI: segnali che causano la risposta infiammatoria Sono “sentiti” da specifici SENSORI. I sensori stimolano la produzioni di “mediatori”. MEDIATORI: alterano lo stato funzionale del tessuto, mediante EFFETTORI. INDUTTORI  SENSORI  MEDIATORI  EFFETTORI

esempio Infezione batterica: LPS é l’induttore che viene “sentito” dal sensore TLR che attiva una cascata di segnali attivando il rilascio da parte di cellule infiammatorie (macrofagi per esempio) di citochine, I mediatori, tra cui il TNF che induce attivazione leucocitaria: I leucociti sono gli effettori. LPS TLR TNF leucociti INDUTTORI  SENSORI  MEDIATORI  EFFETTORI

INDUTTORI ESOGENI: Di origine microbica: Di origine non microbica: “pathogen associated molecular pattern PAMP”, recettori specifici “sentono” pattern molecolari conservati tra organismi diversi (es Toll like receptor e LPS, vedi slide successive) fattori di virulenza: I sensori rilevano l’effetto, cioè la conseguenza di danno tessutale o attività enzimatica o alterazione omeostasi tessutale Di origine non microbica: Irritanti, corpi estranei, sostanze tossiche (Silicati e asbesto)

Esempio di recettore immunità innata:TLR PAMP PRR Cellule immunità innata (macrofagi, dendritiche, polimorfonucleati) sono in grado di riconoscere strutture molecolari comune a patogeni diversi: Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP) I PAMP sono riconosciuti dai recettori Pattern Recognition Receptor (PRR), in numero limitato e coespressi sulla stessa cellula. Il legame attiva il processo infiammatorio La classe più importante: I recettori Toll (TLR) Esempio: il lipopolisaccaride LPS, costituente della parete di batteri Gram-, lega il recettore TLR4 e attiva la risposta infiammatoria mediata dalla proteina adattatrice MYD88 effettore é il pathway di NF-kB

INDUTTORI ENDOGENI: segnali derivati da tessuti danneggiati o malfunzionanti Come? Un tessuto danneggiato é caratterizzato dal “rilascio” di molecole o cellule che normalmente sono compartimentalizzate in cellule o tessuti integri. Cellula necrotica: persa integrità membrana, rilascio di ATP, K+, acido urico…. In tessuto danneggiato, la rottura della membrana basale porta in contatto cellule epiteliali e mesenchimali, questo viene “sentito” e attiva la risposta. Se succede nell’intestino, batteri commensali vengono in contatto con macrofagi residenti e attivano I recettori TLR. Danno all’ endotelio vascolare: proteine plasmatiche vengono attivate dal contatto con ECM il fattore di Hageman si attiva a induce una cascata proteolitica che produce mediatori dell’infiammazione (via Kallikreina, via fibrinolitica, cascata del complemento, coagulazione) Le piastrine a contatto con ECM si attivano e rilasciano mediatori. Cristalli endogeni: sali di calcio e di sodio, coinvolti nelle infiammazioni articolari, sentiti come corpi estranei. Degradazione di componenti di ECM: esempio, acido ialuronico durante danno tessutale viene degradato in frammenti che attivano I recettori TLR

Mediatori Gli induttori dell’infiammazione causano la produzione di mediatori che alterano la funzionalità degli effettori dell’infiammazione, cioè organi/tessuti/cellule. Effetto comune dei mediatori é : -reclutamento dei leucociti -la alterazione del sistema vascolare Origine cellulare proteine presenti nei granuli dei leucociti ammine vasoattive (istamina/serotnina) Fosfolipidi di membrana citochine Precursori nel plasma complemento proteine della coagulazione (hageman factor)

Mediatori Amine vasoattive Proteasi plasmatiche Proteine del complemento La coagulazione Mediatori lipidici NO Citochine Enzimi proteolitici, degradazione ECM

mediatori Amine vasoattive: vasodilatazione periferica e alterazione permeabilità Istamina, rilasciata dai granuli dei mastociti adiacenti gli endoteli vascolari. Serotonina, rilasciata dalle piastrine. Proteasi plasmatiche Proteine del complemento: cascata proteolitica di proteasi plasmatiche che culmina nella produzione di: membrane attack complex (C5-C9): lisi membrane C3 opsonizzazione C5 fattore chemotattico per leucociti C3 e c5 attivano rilascio di istamina e pathway acido arachidonico Le 4 vie della coagulazione attivate dal fattore di Hageman. - vedi figura obiettivo é: la formazione/rimozione del coagulo di fibrina la produzione di trombina (coagulo, attivazione dei leucociti) attivazione C3 Mediatori lipidici: -Metaboliti acido arachidonico (AA): acido grasso presente in fosfolipidi di membrana il cui metabolismo genera una serie di di mediatori lipidici biologicamente attivi, detti eicosanoidi (leucotriene, prostaglandine, tromboxano) - vedi figura -PAF: Platelet activating factor, fosfolipide prodotto mastociti, neutrofili, macrofagi, endotelio, piastrine. Attivazione leucociti e piastrine, permeabilitá vascolare. NO: monossido di azoto, prodotto da sintetasi del NO, costitutivamente espresse in endotelio e cellule neuronali (eNOS, nNOS) e indotta da TNFe IFN in cellule endoteliali e macrofagi (iNOS): vasodilatazione e effetto antimicrobico. Chemochine: una particolare classe di citochine, sono piccoli peptidi che stimolano e guidano il movimento dei leucociti. IL-8 prodotta da macrofagi o cell. endoteliali e agisce sui neutrofili Proteasi: sono contenute nei granuli dei neutrofili e determinano la degradazione della ECM e membrana basale -> migrazione leucocitaria e rimodellamento/danno tessutale (elastasi, catepsina G, metalloproteasi di matrice). Citochine: vedi dopo.

coagulazione

coagulazione Coagulo attivazione dei leucociti Coagulo

coagulazione Feedback loop Coagulo attivazione dei leucociti vasodilatazione Coagulo Opsonizzazione Lisi membrane attivazione dei leucociti vasodilatazione Rimozione coagulo

Metabolismo acido arachidonico (AA) Cox1, cox2 Vasocostrizione Promuove agg. piastrine Vasodilatazione Inibisce agg. piastrine Febbre dolore Aumento permeabilità vascolare

Monossido di azoto, NO Vasodilatazione Feedback loop: riduzione richiamo leucocitario potenti antimicrobico generati da interazione con specie reattive dell’O2 (diossido di N)

Citochine Proteine prodotte da linfociti, macrofagi, endotelio che modulano la funzione di diversi tipi cellulari Caratteristiche: Agiscono su più tipi cellulari Espresse transientemente Effetto pleiotropico Regolano altre citochine Feedback loop Recettori anch’essi regolati Classi Regolano risposta immunitaria Regolano infiammazione: TNF IL6, IL10 Chemochine (Il8) Regolano ematopoiesi

Cinetica induzione citochine LPS: lipopolisaccaride, induttore esogeno

TNF Scoperto per il suo effetto antitumorale, in realtà é la piú importante citochina del sistema infiammatorio EFFETTI: rilascio di citochine e chemochine, proliferazione cellulare, attivazione leucociti e endotelio, stimola drenaggio ai linfonodi, vasodilatazione, permeabilità Invia segnali sia di proliferazione che di morte cellulare Recettore ubiquitario- TNFR1 induzione di apoptosi via caspasi – stimolo proliferativo via NFKB Recettore in T cell e endotelio – TNFR2 induzione pathway infiammatorio e proliferazione T cell IL1 Espressione agenti chemotattici da cell endoteliali: diapedesi. Agisce su hypothalamus causando innalzamento temperatura corporea (febbre) = agente pirogeno Vasodilatazione IL6 induzione di chemochine e molecole adesive Fattroe pirogeno Fattore di crescita emopoietico Attivazione linfociti e stimolo produzione anticorpi Ha chiari effetti pleiotropici (vedi slide successiva) IL10 Temporalmente espressa dopo TNF e IL6 ha ruolo antinfiammatorio: Spegnimento della risposta infiammatoria

EFFETTI INDESIDERATI: danno leucocitario infiltrato leucocitario diventa fonte di danno I leucociti sono portatori di radicali liberi, enzimi lisosomiali e proteasi estremamente dannosi se rilasciati nello spazio extracellulare  Amplificazione della risposta infiammatoria  danno tessutale Protezione?: antiossidanti e e antiproteasi Il danno tissutale dipendente da leucociti e alla base di malattie infiammatorie acuto cronico asma artrite Reperfusion injury Vasculite aterosclerosi

Esito infiammazione Riparo: Rigenerazione:il tessuto é ricostituito con cellule dello stesso tipo Fibrosi:sostituzione del tessuto danneggiato con tessuto connettivo, cicatrice (scarring) NB: sono attivati processi di migrazione, proliferazione, differenziamento, angiogenesi….

Esito infiammazione

Infiammazione cronica Infiammazione di lunga durata in cui si hanno simultaneamente infiammazione attiva danno tissutale tentativi di riparo Perché? - Evoluzione di infiammazione acuta - prima risposta a infezione Cause: -Infezione persistente -Esposizione prolungata a effettori (es.: asbestosi) Malattie autoimmuni (artrite reumatoide)