Ippologia, Anno 14, n. 1, Marzo 2003
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BETA 1,3 D GLUCAN MODULATORE
DEL SISTEMA IMMUNITARIO
BETA 1,3 D GLUCAN AS IMMUNOMODULATOR
LUIGI LEONE
Med Vet, Via Felice Cavallotti, 23, 26845 Codogno (LO), Italia
Riassunto
Gli immunomodulatori sono sostanze di natura ed origine diversa che, utilizzate in animali immunodepressi, sono in grado
di modificare la risposta immunitaria e conferire un’aumentata resistenza contro agenti infettivi, cellule neoplastiche e parassiti. Se nel passato già si riteneva che i macrofagi, passando da uno stato quiescente ad uno stato di attivazione, subissero
modificazioni morfo-funzionali, poco si conosceva degli aspetti quali-quantitativi della risposta immunitaria indotta. Studi più
dettagliati hanno indicato che la risposta dei macrofagi evocata da sostanze immunostimolanti può essere diversa sia da un
punto di vista qualitativo che quantitativo in relazione al tipo di sostanza impiegata. Gli immunomodulatori di natura batterica
(lisati batterici) e non, sembrano comunque agire con le stesse modalità. Essi vengono fagocitati o endocitati abbastanza rapidamente dai macrofagi al cui interno stimolano un segnale di trasduzione (grazie al coinvolgimento dello ione Ca++ e della
proteina kinasi C) che porta all’attivazione di alcuni geni deputati alla sintesi di sostanze (citokine) che vengono poi rilasciate
in circolo (Fig. 1).
Summary
Derived from a variety of sources, immunomodulators are designed to change the immune system response of animals
suffering from immunodeficiency, especially in terms of resistance to infections, tumours and parasites. Although it has long
been known that in their transition from the dormant to the activated state, macrophages underwent morpho-functional
changes, their impact on immune system response, in qualitative and quantitative terms, has only recently come to light.
More in-depth studies suggest that macrophages respond differently, in qualitative and quantitative terms, in function of the
type of immunostimulant used. Bacterial (bacterial lisates) as well as non-bacterial immunomodulators seem to act in the same manner, that is to say, they are phagocited or endocited quite rapidly by the macrophages in which they stimulate a transduction signal (thanks to the involvement of the Ca++ ion and the C kinase protein) that activates certain genes that synthesise substances (cytokines) that are then released into circulation.
INTRODUZIONE
Beta glucan è una molecola costituita da un complesso
polisaccaridico o da biopolimeri di glucosio. Viene estratta
da differenti fonti (lieviti, batteri, funghi e cereali) e, in base all’origine di estrazione, si presenta con struttura chimica diversa e specifica (le molecole di glucosio sono legate
insieme in modi differenti, Tab. 1) che determina per la
molecola proprietà fisico-chimiche peculiari. Beta 1,3 D
glucan estratto da batteri e alghe è di tipo lineare, mentre
quello estratto da lieviti è di tipo ramificato con legami beta D 1,6 e 1,3. Ed è proprio questo tipo di conformazione
a conferire alla molecola proprietà di legame e di stimolazione dei macrofagi. Da ricerche condotte in passato è stato scientificamente dimostrato che beta 1,3 D glucan
estratto da lieviti è il più efficace tra i vari tipi di beta glu-
Tabella 1
Struttura chimica di Beta Glucan
Tipo Beta Glucan
Descrizione
Batteri
Beta 1,3 D-glucan lineare
Funghi
Beta 1,3 D-glucan a catena ramificata corta
Lievito
Beta 1,3 D-glucan a catena ramificata lunga
Cereali
Beta 1,4 / 1,3 D-glucan lineare
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Beta 1,3 D glucan modulatore del sistema immunitario
FIGURA 1 - Citokine rilasciate dal macrofago.
FIGURA 3 - Risposta immunitaria dei macrofagi.
FIGURA 2 - Componenti di Beta Glucan estratto dai lieviti.
can nella stimolazione del sistema immunitario (Abel e
Czop, 1990) (Adachi et al., 1990).
In seguito al processo di estrazione di beta 1,3 D glucan
da lieviti, questo può essere ulteriormente diviso nei vari
componenti, ciascuno dei quali si differenzia per affinità
di legame con i recettori presenti sulla superficie cellulare
dei macrofagi (Fig. 2). Queste diverse affinità di legame
con i recettori dei macrofagi sono responsabili della risposta immunitaria.
BETA 1,3 D GLUCAN
I macrofagi sono cellule ubiquitarie di derivazione midollare (midollo osseo) che dopo una breve permanenza in
circolo (monociti) migrano nei tessuti differenziandosi ed
assumendo ciascuno funzioni diverse in relazione al tessuto di localizzazione.
La funzione principale dei macrofagi, nelle prime fasi
della risposta immunitaria (fase aspecifica), è quella di reperire e distruggere (fagocitosi professionista) agenti estranei di natura diversa (batteri, funghi, virus), innescare successivamente (fase specifica) una risposta più mirata grazie
alla propria funzione di presentazione dell’antigene (stimolazione della produzione di anticorpi da parte dei linfociti) e riconoscere e fagocitare (fagocitosi immune) elementi “opsonizzati” (elementi estranei che portano sulla
superficie “segnali” di riconoscimento, come ad esempio
uno dei fattori attivati della cascata del complemento, c3b,
oppure anticorpi) (Fig. 3).
I macrofagi “attivati” sintetizzano e rilasciano sostanze
presenti al loro interno (Lew et al., 1987) (Tabb. 2 e 3).
L’azione svolta dal beta 1,3 D glucan è quella di attivare
il recettore CR3 (Ross et al., 1987) presente sui macrofagi,
neutrofili, cellule NK (natural killer) ed in minor misura
sulle cellule B e T (Ross e Vetvicka, 1996), (Di Renzo et
al., 1991).
L’importanza e la caratteristica di questo recettore è la
sua versatilità funzionale, dal momento che funziona sia
come molecola di adesione sia come molecola in grado di
mediare il riconoscimento di ligandi diversi, ICAM-1 (Molecola di Adesione Intercellulare), e fissare la frazione del
complemento (ic3b) (Vetvicka et al., 1996), (Xia et al.,
1996). In passato la funzione principale attribuita al recettore CR3 era quella di essere in grado di fissare il complemento (Todd III, 1996) e specificamente la frazione iC3b
del C3. Successive indagini hanno dimostrato che il recettore CR3 è coinvolto nella aggregazione omotipica dei
PMN (polimorfonucleati), nei fenomeni di adesione cellulare delle cellule endoteliali attivate (via ICAM-1) e in quei
fenomeni di adesione che coinvolgono altre sostanze come
il fibrinogeno e il fattore X. Studi hanno dimostrato che
alcune delle funzioni di adesione del recettore CR3 sono
da attribuire ad un dominio denominato “I”, presente nella subunità CD11b (αm) (Diamond et al., 1993). In aggiunta al dominio “I” (responsabile per il riconoscimento
di iC3b, ICAM-1 e il fibrinogeno), il recettore CR3 possiede un dominio “lectin-simile” capace di legare complessi
molecolari costituiti da polisaccaridi come beta 1,3 D glucan. A tal proposito le più recenti acquisizioni in materia
di recettori per beta glucan, dimostrerebbero l’esistenza di
un altro recettore specifico per beta 1,3 D glucan: Dectin1 presente in numero rilevante sulla superficie dei macrofagi e di altre cellule della serie bianca in grado di ricono-
Ippologia, Anno 14, n. 1, Marzo 2003
Tabella 2
Le monochine più importanti secrete dai macrofagi in risposta
ad uno stimolo includono: IL-1, IL-6, IL-8, IL-12 e TNF-Alfa.
In particolare TNF-Alfa è induttore della risposta immunitaria
locale che aiuta a contenere le infezioni
IL MACROFAGO INGERISCE E DEGRADA BETA 1,3 D GLUCAN (LPS) ED
È STIMOLATO A SECERNERE MONOCHINE
IL-1
IL-8
TNF-ALFA
IL-6
IL-12
Fattore
chemiotattico
per i leucociti
Aumenta
l’ingresso
delle cellule
effettrici
Attiva l’endotelio
ed aumenta la
permeabilità
vascolare
provocando
un aumento
di IgG,
complemento e
cellule ed
aumentando il
drenaggio di fluido
verso i linfonodi
Attivazione dei linfociti
Aumenta la produzione
di anticorpi
Effetti locali
Attiva
l’endotelio
vascolare
Attiva
i linfociti
Distruzione
locale
del tessuto
Aumenta
l’ingresso
di cellule
effettrici
Tabella 3
Attività delle IL-1 e IL-6
IL-1 / IL-6
FEGATO
MIDOLLO
OSSEO,
ENDOTELIO
IPOTALAMO
TESSUTO
ADIPOSO,
MUSCOLO
Mobilizzazione
di proteine ed
energia per
permettere un
aumento della
temperatura
corprorea
LINFOCITI B
LINFOCITI T
Proteine
di fase acuta
(proteina C
reattiva,
proteina
legante il
mannoso)
Mobilizzazione
dei neutrofili
Aumento della
temperatura
corporea
Aumentata
attivazione
Attivazione del
complemento
Opsonizzazione
Fagocitosi
Diminuzione replicazione batterica e virale
Aumentata processazione dell’antigene
Aumentata risposta immunitaria specifica
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vello immunitario nei puledri nati da fattrici immunostimolate con beta 1,3 D glucan. In uno studio effettuato su
fattrici a cui è stato somministrato beta 1,3 D glucan a circa un mese e mezzo dalla data prevista del parto, è stato
osservato nel colostro un elevato contenuto di IgG e IgG
(T). Il livello di immunità nei puledri nati da fattrici immunostimolate risultava più alto rispetto al gruppo di controllo (Krakowski et al., 1998).
L’uso di beta 1,3 D glucan ha trovato largo impiego nelle terapie antitumorali in campo umano grazie alla capacità di attivare il recettore CR3 che consente di indurre
una citotossicità di cellule tumorali rivestite da iC3b (di
solito resistenti all’azione delle NK) (Ross e Ve t v i c k a ,
1993).
Un effetto secondario, con particolare attenzione rivolta
al cavallo, del beta 1,3 D glucan è l’azione dell’ossido di
azoto prodotto dai macrofagi la cui sintesi e rilascio aumentano quando passano dalla fase quiescente a quella attiva. L’importanza di questa molecola è testimoniata dai
numerosi studi e ricerche condotte in merito e soprattutto
dall’utilizzo sia sperimentale che terapeutico fatto in campo umano, in particolare in patologie in cui sia presente
l’ipertensione polmonare (probabile causa della comparsa
di EIPH, nel cavallo). Come detto precedentemente, l’attivazione dei macrofagi comporta un aumento dell’attività
di sintesi e rilascio delle citokine (TNF alfa, Interleukina 1
ed altre) che inducono un aumento della sintesi dell’enzima Ossido di Azoto Sintetasi nella sua forma indotta
(iNOS) (Gaston et al., 1994) (Knowles et al., 1990). L’importanza dell’azione svolta dall’ossido di azoto (NO) è da
attribuire alla sua capacità, a livello polmonare, di regolare
il tono vascolare inducendo vasodilatazione, di favorire la
trasmissione degli stimoli nervosi e modulare i fenomeni
infiammatori e le difese immunitarie (Gaston et al., 1994).
L’ossido di azoto comportandosi sia come messaggero
intracellulare che extracellulare interviene nel rilassamento
della muscolatura liscia a livello di tessuti vascolari e non,
inibisce l’aggregazione piastrinica e la chemotassi dei leucociti polimorfonucleati (Ignarro et al. , 1991) (Schmidt et
al., 1993).
scere sia ligandi endogeni che esogeni. (Brown e Gordon,
2001), (Brown et al., 2002), (Taylor et al., 2002).
Parole chiave
MECCANISMO DI AZIONE
Beta 1,3 D glucan, immunomodulatori, sistema immuni tario, macrofagi.
In seguito all’interazione beta 1,3 D glucan e recettore, un
segnale di trasduzione (aumento dell’ingresso di ioni Ca++ all’interno della cellula) determina l’attivazione di geni che codificano per la sintesi delle citokine (Mork et al., 1998):
TNF alfa (fattore di necrosi tumorale)
INTERLEUKINA-1
INTERLEUKINA-6
INTERLEUKINA-8
INTERLEUKINA-12
DISCUSSIONE E CONCLUSIONI
L’utilizzo di beta 1,3 D glucan in qualità di immunomodulatore non-specifico ha evidenziato un aumento del li-
Key words
Beta 1,3 D glucan, immunomodulators, immune system,
macrophages.
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