IMMUNITA’ ASPECIFICA
I meccanismi dell’immunità naturale sono preesistenti al
contatto con i microrganismi, e vengono rapidamente messi in
moto dai microbi prima che si sviluppi una risposta immunitaria
specifica verso di essi. Questo tipo di meccanismo immunitario è
il sistema di difesa antimicrobica filogeneticamente più antico, e
si ritrova in tutti gli organismi pluricellulari, compresi gli insetti
e le piante, mentre l’immunità specifica compare per la prima
volta nei vertebrati, e si sovrappone all’immunità innata al fine di
potenziare le difese dell’ospite nei confronti dei patogeni
esterni.
L’immunità innata è la prima risposta dell’ospite in grado di
prevenire le infezioni, ed in molti casi riesce ad eliminare i
microbi.
I meccanismi effettori dell’immunità innata sono spesso
utilizzati per eliminare i microrganismi anche nell’ambito delle
risposte specifiche. I linfociti B per esempio producono
anticorpi, che per eliminare i microbi utilizzano due meccanismi
dell’immunità naturale, i fagociti ed il sistema del complemento.
L’immunità innata stimola le risposte specifiche e può
influenzarne la natura, ottimizzando l’eliminazione dei diversi
agenti patogeni.
Alcune componenti del compartimento dell’immunità innata sono
sempre vigili, anche prima che si verifichi una infezione:come lo
sono le barriere fisico-chimiche frapposte dalla cute e dalle
superfici mucose. Altre componenti, quali i fagociti ed il sistema
del complemento, sono invece inattive in condizioni normali, e si
risvegliano prontamente in presenza di microrganismi.
L’immunità aspecifica comprende quattro tipi di barriere
difensive:anatomica,
fisiologica,endocitica/fagocitica
ed
infiammatoria.
Barriere anatomiche
Le barriere fisiche ed anatomiche che mirano a prevenire
l’ingresso dei patogeni rappresentano la prima linea di difesa di
un organismo nei confronti delle infezioni. La cute e la superficie
delle mucose fanno parte di questa categoria in quanto
rappresentano un’efficace barriera all’ingresso della maggior
parte dei microrganismi. La cute è costituita da due strati:
l’epidermide ed il derma. L’epidermide è formata da vari strati
sovrapposti di cellule epiteliali ravvicinate. Lo strato più esterno
è formato da cellule morte ed è ricco di una proteina
impermeabile detta cheratina. Il derma è costituito da
connettivo e contiene vasi sanguigni , follicoli piliferi , ghiandole
sebacee e ghiandole sudoripare. Le ghiandole sebacee sono
associate ai follicoli piliferi e producono una secrezione oleosa
detta sebo. Il sebo è costituito da acido lattico ed acidi grassi
che mantengono il pH della cute tra 3 e 5; questo pH inibisce la
crescita della maggior parte di microrganismi.
La cute intatta non solo previene l’ingresso della maggior parte
dei patogeni, ma inibisce la crescita della maggior parte dei
batteri a causa del suo basso pH. Soluzioni di continuo della
cute, anche piccole, dovute a ferite o abrasioni rappresentano
ovvie vie di infezione.
La congiuntiva e gli apparati digerente, respiratorio e
urogenitale non sono rivestiti da cute asciutta e protettiva , ma
da membrane mucose costituite da uno strato esterno epiteliale
e dal sottostante tessuto connettivo. Sebbene la maggior parte
dei patogeni entrino nell’organismo legandosi alle mucose e
superandole,svariati meccanismi di difesa non specifici cercano
di impedire questo ingresso. Ad esempio la saliva, le lacrime e le
secrezioni mucose hanno la funzione di lavare via potenziali
invasori ed inoltre contengono sostanze ad azione antibatterica
ed antivirale. Il muco, secreto da cellule epiteliali della mucosa
intrappola i microrganismi estranei. Nel basso tratto
respiratorio e nell’apparato gastrointestinale la mucosa è
ricoperta da ciglia che si muovono in modo sincrono, al fine di
espellere i microrganismi intrappolati nel muco. Inoltre alcuni
organismi non patogeni tendono a colonizzare le superfici
mucose. Questa flora normale compete con i patogeni per i siti
di attacco sulla superficie delle cellule epiteliali e per i nutrienti
necessari alla loro sopravvivenza. L’adesione dei batteri alle
mucose è dovuta all’interazione di protrusioni simili a peli sul
batterio, dette fimbrie o pili, con certe glicoproteine o
glicolipidi espressi solo dalle cellule epiteliali di certe mucose.
Barriere Fisiolologiche
Le barriere fisiologiche comprendono la temperatura, il pH, e
vari fattori solubili.
L’ acidità gastrica è una barriera fisiologica innata alle infezioni,
in quanto ben pochi microrganismi ,una volta ingeriti, possono
sopravvivere al basso pH dello stomaco.
Molti fattori solubili contribuiscono all’ immunità non specifica.
Tra questi si possono ricordare le proteine solubili lisozima,
interferone e complemento. Il lisozima, un enzima idrolitico che
si trova nelle secrezioni mucose e nelle lacrime, è capace di
scindere lo strato peptidoglicanico della parete batterica. L’
interferone comprende una serie di proteine prodotte da cellule
infettate da virus. Tra le loro funzioni vi è la capacità di legarsi
alle cellule vicine e indurre uno stato di resistenza antivirale
generalizzata.
Il complemento comprende un gruppo di più di venti proteine
plasmatiche che circolano in forma inattiva ed una serie di
proteine di membrana con funzione recettoriale. Vari
meccanismi immunologici specifici e non specifici possono
convertire le forme inattive delle proteine complementari in
forme attive capaci di danneggiare le membrane degli organismi
patogeni portando alla loro distruzione o facilitando la loro
eliminazione. Tali meccanismi di attivazione fanno capo alle
cosiddette via classica e via alternativa. Entrambe comportano
l’attivazione della componente centrale C3 dalla quale dipende il
realizzarsi delle diverse funzioni del sistema. La via classica è
innescata in genere dal dominio funzionale di IgG e IgM legate
ad antigeni presenti sulla superficie di vari microrganismi capaci
di fissare il complemento. La via alternativa è attivata da
molteplici sostanze quali aggreganti di IgA, le endotossine, i
componenti di polisaccaridi di alcune capsule batteriche.
I recettori di membrana riconoscono frammenti antigenici
originati dai componenti plasmatici ed, interagendo, danno luogo
ad attivazione cellulare.
I componenti del complemento attivati contribuiscono ad una
grande varietà di meccanismi difensivi: lisi cellulare (mediante
l’inserimento delle componenti C5-C9 nello strato bilipidico, che
porta all’alterazione delle funzioni della membrana cellulare),
attivazione della fagocitosi, aumento della permeabilità
vascolare, produzione di mediatori per la chemiotassi.
Barriere endocitiche e fagocitiche
Un altro importante meccanismo innato di difesa è l’ingestione di
particelle extracellulari mediante la fagocitosi.
La fagocitosi è un tipo di endocitosi, che è il termine generale
per indicare la captazione di materiale dall’ambiente da parte di
una cellula. La fagocitosi è l’ingestione di particelle tra cui anche
microrganismi patogeni . Nella fagocitosi la membrana
plasmatica si espande intorno alla particella estranea e forma
grandi vescicole dette fagosomi. La fagocitosi è per lo più
operata da cellule specializzate, come i monociti ed i neutrofili
del sangue ed i macrofagi dei tessuti. La maggioranza dei tipi
cellulari è invece capace di altre forme di endocitosi, quali
l’endocitosi mediata dal recettore, in cui molecole extracellulari
sono internalizzate dopo che si sono legate a specifici recettori
cellulari, e la pinocitosi, attraverso la quale le cellule
internalizzano dal terreno circostante materiale liquido e le
molecole che esso contiene.
Barriere infiammatorie
Il danno tissutale causato da una ferita o dall’invasione di un
microrganismo patogeno induce una complessa sequenza di eventi
noti nel loro insieme come risposta infiammatoria. I cinque segni
cardinali dell’infiammazione sono:rubor,tumor,calor,dolor e
functio laesa.
BARRIERE EPITELIALI: CUTE E MUCOSE
Le superfici epiteliali, se intatte, rappresentano una barriera
fisica tra microbi e tessuti dell’ospite. Le principali superfici in
cui l’ospite si interfaccia con l’ambiente esterno sono la cute, le
mucose dell’apparato gastrointestinale e quelle dell’albero
respiratorio: tutte e tre queste superfici sono protette da uno
strato epiteliale continuo che previene l’ingresso dei microbi, e
la perdita della sua integrità, predispone solitamente
all’insorgenza di infezioni.
Gli epiteli producono peptidi dotati di attività antibiotica
naturale.
Tra essi , meglio conosciute sono le cosiddette defensine,
peptidi ricchi di cisteina e presenti nella cute di molte specie
animali. Sono presenti in grande quantità nei granuli dei
neutrofili, e rappresentano circa il 5% delle proteine in essi
contenute. L’epitelio del tratto gastroenterico secerne peptidi
dotati di potente attività antimicrobica, chiamati criptocidine,
capaci di sterilizzare localmente il lume intestinale, ad esempio
in corrispondenza delle cripte della parete. Gli epiteli producono
inoltre numerose citochine attive nell’immunità innata, ad
esempio i cheratinociti dell’epidermide producono IL1 e molte
altre citochine.
CELLULE DELL’ IMMUNITA’ NATURALE
Cellule mononucleate
Il sistema delle cellule mononucleate fagocitiche è costituito dai
monociti circolanti del sangue e dai macrofagi tessutali
Nel corso dell’ emopoiesi midollare i progenitori granulocitomacrofagici si differenziano in promonociti che lasciano il
midollo ed entrano nel sangue, dove si differenziano
ulteriormente divenendo monociti maturi.
Questi rimangono in circolo per circa otto ore, nel corso delle
quali aumentano di volume, successivamente migrano nei tessuti
e si trasformano nei diversi tipi di macrofagi tessutali.
Il differenziamento del monocita in macrofago comporta vari
cambiamenti nella cellula:il volume aumenta di 5-10 volte, gli
organelli citoplasmatici aumentano di numero e di complessità,
aumenta l’attività fagocitaria e la produzione di enzimi litici ed
inizia la secrezione di vari fattori solubili.
I macrofagi sono distribuiti in tutti i compartimenti dell’
organismo:alcuni, detti macrofagi stabili, sono residenti
stabilmente in particolari tessuti, altri invece conservano la
capacità di migrare e sono detti macrofagi liberi o nomadi. I
macrofagi liberi si muovono nei tessuti con movimenti ameboidi,
mentre i macrofagi stabili esercitano funzioni specializzate nei
diversi tessuti e sono chiamati in modo diverso a seconda della
sede in cui risiedono:
° Macrofagi alveolari nel polmone
° Istiociti nei tessuti connettivi
° Cellule del kupffer nel fegato
° Cellule mesangiali nel rene
° Cellule microgliali nel cervello
° Osteoclasti nel tessuto osseo
I macrofagi sono normalmente in stato di quiescenza, ma nel
corso della risposta immunitaria, possono essere attivati da vari
stimoli.
La fagocitosi di un antigene particellare funziona da stimolo
attivatorio iniziale, ma lo stato di attivazione può essere
ulteriormente potenziato da citochine secrete dai linfociti T, dai
mediatori dell’ infiammazione, e da prodotti della parete
cellulare batterica. Uno degli attivatori più potenti dei
macrofagi è l’interferone gamma (INFγ), secreto dai linfociti T
attivati.
Rispetto ai macrofagi quiescenti, i macrofagi attivati hanno una
maggiore attività fagocitica e microbicida, secernono una
maggior quantità di mediatori dell’infiammazione ed hanno una
maggiore capacità di attivare i linfociti T; inoltre secernono
varie proteine con azione citotossica
che contribuiscono
all’eliminazione di un ampio spettro di patogeni, incluse cellule
infettate da virus, cellule neoplastiche, e batteri intracellulari.
Si può pertanto concludere che i macrofagi e i linfociti T
interagiscono tra di loro in modo molto stretto durante la
risposta immunitaria, facilitando l’uno l’azione dell’ altro.
Fagocitosi
Nella prima fase della fagocitosi i macrofagi sono attratti da
svariate sostanze prodotte nel corso della risposta immunitaria,
e si muovono verso di esse con un meccanismo che prende il nome
di chemiotassi.
La tappa successiva è costituita dall’adesione dell’antigene alla
membrana cellulare del macrofago. L’adesione induce l’emissione
di protrusioni della membrana, denominate pseudopodi, che
circondano il materiale adeso. Gli pseudopodi si fondono
includendo il materiale in una struttura delimitata da una
membrana, detta fagosoma, che entra nella via endocitica di
processazione dell’antigene. Il fagosoma si muove verso l’interno
della cellula dove si fonde con un lisosoma e forma un
fagolisosoma che entra nel processo endocitico. Il lisosoma
contiene vari enzimi idrolitici che digeriscono il materiale
ingerito. Dopo essere stato digerito, il contenuto del
fagolisosoma viene eliminato mediante un processo denominato
esocitosi. La velocità della fagocitosi può aumentare
notevolmente in presenza di opsonine, molecole che si legano sia
all’antigene che al macrofago.
Attività antimicrobica e citotossica
I macrofagi attivati producono varie sostanze con attività
antimicrobica e citotossica, responsabili della distruzione
intracellulare dei microrganismi fagocitati.
Meccanismi di uccisione ossigeno-dipendenti:
I fagociti attivati producono numerosi metaboliti intermedi
reattivi dell’ossigeno, e metaboliti intermedi reattivi dell’azoto,
dotati di potente azione microbicida. Durante la fagocitosi nei
macrofagi si verifica un processo noto come burst respiratorio,
che produce l’attivazione di una ossidasi di membrana che
catalizza la reazione di riduzione dell’ossigeno ad anione
superossido, un prodotto intermedio reattivo dell’ossigeno
estremamente tossico per i microrganismi fagocitati.
L’anione superossido genera altri potenti agenti ossidanti, tra i
quali si ricordano i radicali idrossilici, l’ossigeno singoletto ed il
perossido di idrogeno. Quando il lisosoma si fonde con il
fagosoma, la mieloperossidasi agisce sul perossido di idrogeno e
produce agenti ossidanti più durevoli ed estremamente tossici
come l’ipoclorito. I macrofagi attivati con il lipopolisaccaride
della parete cellulare batterica in presenza di una citochina
prodotta dai linfociti T, INF γ, vengono indotti ad esprimere
elevati livelli di ossido nitrico sintetasi (NOS), che ossida la Larginina formando citrullina e un radicale reattivo, l’ossido
nitrico.
Meccanismi d’azione indipendenti dall’ossigeno:
I macrofagi attivati contengono il lisozima ed enzimi idrolitici la
cui azione degradativa non coinvolge l’ossigeno. Essi contengono
inoltre un gruppo di peptidi con azione antimicrobica e
citotossica detti defensine (vedi sopra).
Patogeni resistenti:
Alcuni microrganismi riescono a sopravvivere ed a moltiplicarsi
all’interno del macrofago; questi microbi intracellulari
comprendono la Salmonella typhimurium, ed il Micobacterium
tubercolosis. Alcuni di questi impediscono la fusione del lisosoma
col fagosoma e proliferano nel citoplasma del macrofago
infettato.
I macrofagi secernono fattori
I macrofagi attivati secernono numerose importanti proteine
che svolgono un ruolo centrale nello sviluppo della risposta
immunitaria. Tra queste sono comprese l’interleuchina1, il TNFα
e l’interleuchina6, citochine in grado di promuovere il processo
infiammatorio. Ognuna di queste ha un’azione propria, ad
esempio l’interleuchina1 attiva i linfociti, mentre tutte e tre
agiscono sul centro ipotalamico della termoregolazione,
responsabile della risposta febbrile. I macrofagi attivati
secernono vari altri fattori coinvolti nella risposta immunitaria.
Questi comprendono un gruppo di proteine sieriche denominate
complemento; inoltre gli enzimi idrolitici contenuti nei lisosomi
possono anche essere secreti dal macrofago attivato. Esso è in
grado di produrre anche fattori solubili come il fattore di
necrosi tumorale.
Il sistema del complemento consiste di una famiglia di proteine
plasmatiche, che fungono da ponte tra il riconoscimento dei
microbi e lo sviluppo dell’infiammazione e delle funzioni
effettrici.
Cellule N K
Un gruppo ristretto di linfociti del sangue periferico, detti
cellule Null, non esprimono le molecole di membrana
caratteristiche dei linfociti T e B. Queste cellule non esprimono
neppure i recettori per l’antigene dei linfociti T e B, e sono
pertanto prive di due attributi fondamentali dell’immunità: la
specificità e la memoria. Le cellule null comprendono una
popolazione linfocitaria dotata di una funzione ben definita, i
linfociti natural killer, cellule di aspetto granulare che nell’uomo
rappresentano il 5-10 % dei linfociti di sangue periferico.
Le cellule N K furono descritte per la prima volta nel 1976,
quando si evidenziò che alcune cellule erano in grado di uccidere
un ampio spettro di cellule tumorali in assenza di una pregressa
immunizzazione nei confronti del tumore. Successivamente si
osservò che queste cellule svolgono un ruolo importante nella
difesa nei confronti delle cellule tumorali e cellule infettate da
alcuni virus. In alcuni casi la cellula N K utilizza i propri
recettori per riconoscere situazioni anomale, quali una ridotta
espressione di MHC di classe1 o la presenza di antigeni non
canonici espressi da queste cellule. Inoltre esse riescono a
riconoscere una potenziale cellula bersaglio dalla presenza di
anticorpi sulla stessa loro superficie, diretti contro cellule
tumorali o infettate da virus.
Granulociti
I granulociti si distinguono in neutrofili, eosinofili e basolfili. I
primi possiedono citoplasma granulare che si colora con coloranti
sia acidi che basici, e sono anche denominati leucociti
polimorfonucleati a causa del loro nucleo multilobato. Gli
eosinofili hanno un nucleo bilobato e un citoplasma granulare che
si colora con colorante acido. I basofili hanno un nucleo lobato e
un citoplasma molto granulare che si colora con colorante basico.
Neutrofili:
Il loro rilascio da parte del midollo aumenta in risposta a molti
tipi di infezioni. Il conseguente aumento del numero di neutrofili
circolanti è denominato leucocitosi ed è utilizzato in medicina
per valutare la presenza di infezioni. Numerose sostanze
prodotte durante l’infiammazione hanno azione chemiotattica sui
neutrofili e promuovono il loro accumulo nel sito del danno. Tra
queste si possono ricordare alcune componenti del complemento,
fattori della cascata coagulativa e prodotti secreti dai linfociti
T.
I neutrofili sono fagociti attivi, come i macrofagi, e la loro
fagocitosi è simile a quella decritta per il macrofago, eccetto
per il fatto che il neutrofilo possiede due tipi di granuli ripieni di
sostanze battericide, quelli primari e quelli secondari. I granuli
primari sono più grandi e densi e rappresentano una varietà di
lisosoma: contengono perossidasi, lisozima, e vari enzimi.
I granuli secondari sono più piccoli e contengono collagenasi,
lattoferrina e lisozima. La capacità dei neutrofili di uccidere i
microrganismi ingeriti è molto superiore a quella dei macrofagi, a
causa del loro burst respiratorio più potente.
Eosinofili, basofili e mastcellule:
Gli eosinofili come i neutrofili sono cellule mobili e fagocitarie
che migrano dal sangue ai tessuti; pur essendo però la loro
attività fagocitaria meno intensa. I basofili invece sono privi di
attività fagocitaria e svolgono la loro funzione liberando le
sostanze farmacologicamente attive, contenute nei loro granuli.
Essi svolgono un ruolo centrale in alcune risposte allergiche.
I precursori delle mastcellule si formano nel midollo osseo nel
corso dell’emopoiesi, sono rilasciati nel sangue come precursori e
si differenziano solo quando entrano nei tessuti. Le mastcellule
si trovano in numerosi tessuti tra i quali la cute, il tessuto
connettivo e il tessuto epiteliale mucoso dei tratti respiratorio,
genito-urinario e digestivo. Essi contengono istamina e altre
sostanze farmacologicamente attive importanti nello sviluppo
dell’allergia.
Cellule dendritiche
Le cellule dendritiche devono il loro nome alla fitta rete di lunghi
processi della membrana che si dipartono dal soma cellulare,
simili ai dendriti delle cellule nervose. Esse processano e
presentano l’antigene ai linfociti T-helper. In base alla loro
localizzazione vengono suddivise in:
Cellule del Langerhans che si trovano nell’epidermide e nelle
mucose
Cellule dendritiche interstiziali che popolano la maggior parte
degli organi
Cellule dendritiche interdigitate che si trovano in regioni ricche
di linfociti T degli organi linfatici secondari e nella regione
midollare del timo
Cellule dendritiche circolanti che raggruppano quelle presenti
nel sangue che costituiscono lo 0,1% dei leucociti presenti e
quelle presenti nella linfa.
Queste cellule sono cellule presentanti l’antigene molto più
potenti dei macrofagi o dei linfociti B che necessitano entrambi
di un’attivazione preventiva. Dopo aver fagocitato o endocitato
l’antigene nei tessuti queste cellule migrano nel sangue e nella
linfa raggiungendo così vari organi linfatici, dove presentano
l’antigene ai linfociti T.
Tessuto linfatico associato alle mucose
Le membrane mucose che ricoprono i tratti digestivo,
respiratorio e urogenitale sono la principale sede d’ingresso
nell’organismo dei microrganismi patogeni. La difesa di queste
superfici estremamente vulnerabili è assicurata da un tessuto
linfatico organizzato denominato tessuto linfatico associato alle
mucose (malt). Esso comprende aspetti diversi che vanno dagli
infiltrati linfatici presenti nei villi intestinali, alle strutture
organizzate presenti nelle tonsille, nell’appendice, e nelle placche
di Peyer. L’importanza del malt nella difesa dell’organismo è
provata dalla sua ricca popolazione di plasmacellule
anticorposecernenti, il cui numero è di gran lunga superiore a
quello delle plasmacellule totali presenti nella milza, nei linfonodi
e nel midollo osseo.
Tessuto linfatico associato alla cute
Come sappiamo la pelle rappresenta una barriera anatomica
importante verso l’ambiente esterno, grazie anche alla sua
estesa superficie. Lo strato esterno della pelle, l’epidermide è
costituito dai cheratinociti, i quali producono un gran numero di
citochine coinvolte nelle infiammazioni locali, inoltre essi
possono essere indotti a produrre MHC di classe 2, e possono
comportarsi da cellule presentanti l’antigene. Nella matrice
posta tra le cellule epidermiche si trovano le cellule di
Langerhans.
L’epidermide
contiene
infine
i
linfociti
intraepidermici simili a quelli presenti nel malt; si pensa che
l’unica funzione di questo tipo cellulare sia di combattere gli
antigeni che entrano attraverso la pelle.
