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Capitolo 19. Ipersensibilità immediata
Alcune malattie umane sono causate da risposte immunitarie ad antigeni ambientali che portano alla
differenziazione CD4+ TH 2 e alla produzione di anticorpi IgE specifici per questi antigeni che vanno a
legarsi ai recettori Fc di mastociti e basofili; l’attivazione di queste cellule causa un rapido rilascio di
vari mediatori che causano collettivamente aumento della permeabilità vascolare, vasodilatazione,
broncocostrizione e contrazione della muscolatura liscia viscerale: tutti questi effetti vanno sotto
il nome di ipersensibilità immediata. In ambito clinico queste reazioni sono comunemente dette
allergiche. Le allergie sono le più comuni alterazioni del sistema immunitario e affliggono intorno al
20% della popolazione.
Tutte le reazioni di ipersensibilità immediata condividono caratteristiche comuni:
• Il principale evento è l’attivazione delle cellule TH 2 con produzione di anticorpi IgE.
• La sequenza di eventi tipica di queste reazioni è:
– Esposizione all’antigene
– Attivazione dei TH 2 e dei linfociti B antigene specifici
– Produzione di IgE
– Legame delle IgE ai recettori Fc di mastociti e basofili (sensibilizzazione)
– Attivazione dei mastociti per successiva esposizione allo stesso antigene
– Rilascio dei mediatori e manifestazione patologica
• Esiste una forte predisposizione genetica per lo sviluppo di allergie.
• Gli antigeni che scatenano l’ipersensibilità, detti allergeni, sono proteine ambientali o molecole
comuni.
• Le citochine prodotte dai TH 2 sono responsabili di molte caratteristiche dell’ipersensibilità immediata.
• Le manifestazioni cliniche e patologiche consistono in reazioni vascolari e muscolari che si sviluppano rapidamente (reazione immediata) e nell’infiammazione (reazione tardiva). Mediatori
differenti sono responsabili delle diverse componenti di reazione immediata e tardiva.
• Le reazioni si manifestano in modi diversi, tra i quali le allergie della cute e delle mucose, le
allergie alimentari, l’asma e l’anafilassi sistemica. Nella forma sistemica più estrema, l’anafilassi,
i mediatori derivati dai mastociti possono restringere le vie aeree al punto di portare a morte per
asfissia.
1.1
Produzione di IgE
Le IgE sono le immunoglobuline più efficaci nel legare i recettori Fc dei mastociti e nell’attivarli. Negli
individui allergici la produzione di IgE in risposta ad allergeni ambientali è alta, mentre in quelli normali
di solito vengono prodotte IgM ed IgG.
Natura degli allergeni Gli antigeni che stimolano le risposte di ipersensibilità immediata sono proteine o molecole legate a proteine alle quali l’individuo allergico è cronicamente esposto. Due sono le
caratteristiche importanti degli allergeni:
• Esposizione cronica
• Non stimolano la risposta immunitaria innata, la quale promuoverebbe l’attivazione macrofagica con secrezione di IL-12 che induce lo sviluppo di risposta TH 1.
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L’attivazione cronica o ripetuta dei linfociti T in assenza di immunità innata porta le cellule CD4+
verso la via TH 2 in quanto i linfociti stessi producono IL-4, la più importante citochina nell’induzione
di TH 2. Le reazioni di ipersensibilità immediata sono dipendenti dai linfociti T, pertanto gli antigeni
T-indipendenti (ad esempio i polisaccaridi), non possono scatenarle a meno che non si associno a
proteine sfruttando l’effetto aptene-carrier.
L’esposizione ripetuta ad un particolare antigene è necessaria per lo sviluppo di una reazione allergica in quanto lo switch ad IgE e la sensibilizzazione dei mastociti deve verificarsi per poter avere questo
tipo di risposta. L’esempio più evidente è quello della puntura d’ape; le proteine del veleno dell’insetto
non danno problemi al primo incontro in quanto l’individuo non ha ancora IgE specifiche: una risposta
può invece instaurarsi agli incontri successivi, e anche una sola puntura può a questo punto portare
ad anafilassi fatale.
Attivazione dei TH2 Le cellule dendritiche epiteliali catturano gli allergeni trasportandoli ai linfonodi
dove vengono presentati ai linfociti T naive che differenziano in cellule T effettrici del sottogruppo TH 2.
Le cellule TH 2 differenziate promuovono lo switch ad IgE soprattutto tramite la secrezione di IL-4 ed IL13. Queste cellule sono coinvolte anche in altri aspetti della risposta immediata; l’IL-5 secreta attiva gli
eosinofili mentre IL-13 oltre allo switch stimola le cellule epiteliali (ad esempio delle vie aeree) a produrre
più muco. Oltre a stimolare la produzione di IgE, le cellule TH 2 contribuiscono all’infiammazione della
reazione tardiva: vengono infatti accumulate ai siti di infezione in risposta alle chemochine in quanto
esprimono i recettori CCR4 e CCR3.
Attivazione dei linfociti B e switch I linfociti B specifici per gli allergeni vengono attivati dalle cellule
TH 2 sotto l’influenza di CD40L e di altre citochine, soprattutto IL-4: si ha a questo punto anche lo
switch all’isotipo IgE (quindi catena pesante ε). Le IgE allergene-specifiche prodotte dai linfociti B
entrano in circolo e si legano ai recettori Fc dei mastociti tissutali che diventano così sensibili e pronti
a reagire ad un secondo incontro con l’antigene.
1.2
Legame delle IgE a mastociti e basofili
Mastociti e basofili esprimono un recettore Fc ad alta affinità specifico per le catene pesanti ε: il recettore FcεRI. Le IgE funzionano come recettori antigenici sulla superficie delle cellule dell’ipersensibilità immediata: questa funzione è mediata dal legame dell’anticorpo al recettore FcεRI. I mastociti
tissutali in tutti gli individui sono normalmente ricoperti di IgE legate al recettore, ma negli individui
allergici molte di queste Ig sono specifiche per uno o alcuni antigeni: l’esposizione a questi antigeni
è dunque in grado di fare un cross-link sui recettori e attivare la cellula.
Ogni recettore FcεRI è composto da una catena α che media il legame con l’IgE e da una catena β
e due catene γ che mediano la segnalazione. La catena beta contiene un singolo ITAM, mentre le due
catene gamma, omologhe alla catena ζ del TCR, ne contengono uno a testa. La fosforilazione di una
tirosina sui domini ITAM delle tre catene del recettore inizia la segnalazione richiesta per l’attivazione
dei mastociti. L’espressione del recettore FcεRI è stimolata dalle IgE in un meccanismo che amplifica
dunque questo tipo di reazioni.
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1.3
Ruolo di mastociti, basofili ed eosinofili
Mastociti, basofili ed eosinofili sono le cellule effettrici dell’ipersensibilità immediata e delle patologie allergiche. Tutti e tre i tipi di cellula contengono granuli i cui contenuti sono i mediatori principali di queste reazioni e tutti sono in grado di produrre mediatori lipidici e citochine che inducono
infiammazione.
Proprietà di mastociti e basofili Normalmente i mastociti maturi non si trovano in circolo in
quanto i progenitori migrano nei tessuti periferici come cellule immature e differenziano in situ. Esistono due principali sottogruppi di mastociti che differiscono per collocazione anatomica, contenuto
dei granuli ed attività. Nei roditori un sottogruppo si trova nella mucosa del tratto GI; queste cellule
hanno poca istamina nei granuli e molto coindrotin solfato. Lo sviluppo di questi mastociti mucosali
dipende in vivo dalla citochina IL-3 prodotta dai linfociti T. La controparte umana di questi mastociti
mucosali di solito si identifica per la presenza di triptasi nei granuli ma assenza di altre proteasi
neutre. Un secondo sottogruppo di mastociti si trova nel polmone e nella sierosa delle cavità corporee
e viene definito gruppo dei mastociti tissutali. Il maggior proteoglicano nei loro granuli è l’eparina,
e producono inoltre molta istamina. Questi mastociti tissutali mostrano pochissima dipendenza dai
linfociti T. Nell’uomo il sottogruppo si identifica per la presenza di parecchie proteasi neutre nei granuli: triptasi, chimasi, proteasi simil catepsina-G e carbossipeptidasi. La suddivisione in sottogruppi è
alla base di differenze funzionali. I mastociti mucosali sono presumibilmente coinvolti nelle reazioni
di ipersensibilità immediata che coinvolgono le vie aeree e altre mucose, mentre quelli tissutali sono
coinvolti nelle reazioni cutanee.
I basofili maturi circolano nel sangue e costituiscono meno dell’1% dei globuli bianchi totali.
Normalmente non sono presenti nei tessuti ma possono essere richiamati nelle sedi di infiammazione.
I basofili sono capaci di sintetizzare molti dei mediatori prodotti dai mastociti e, come questi, esprimono
il recettore FcεRI per legare le IgE e quindi possono essere attivati nello stesso modo.
Attivazione dei mastociti L’esposizione all’antigene in un soggetto allergico è in grado di realizzare
un cross-link tra un numero sufficiente di IgE e attivare il mastocita; negli individui non allergici
le IgE associate al mastocita sono specifiche per molti antigeni diversi e quindi un singolo antigene
difficilmente riuscira ad attivare la cellula.
L’attivazione del mastocita ha tre effetti biologici:
1. Secrezione dei contenuti dei granuli per esocitosi
2. Sintesi e secrezione di mediatori lipidici
3. Sintesi e secrezione di citochine
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La tirosin chinasi Lyn è associata in modo costituitivo alla catena beta del FcεRI. Quando il recettore
subisce cross-link la chinasi si porta a fosforilare i domini ITAM delle catene beta e gamma: questo
attira la tirosin chinasi Syk ai domini della catena gamma e la rende attiva. Syk attiva è responsabile
della fosforilazione e dell’attivazione di molte delle proteine della cascata di segnalazione. Una proteina
adattatrice esseziale attivata da Syk è LAT (Linker for activation of T cells). Uno degli enzimi reclutati
da LAT è l’isoforma gamma della fosfolipasi C (PLCγ) che catalizza la rottura di P IP2 a dare IP3 e DAG.
IP3 causa l’aumento del calcio citoplasmatico mentre DAG attiva la protein chinasi C. Una seconda
proteina adattatrice fondamentale che viene fosforilata da Fyn è la proteina Gab2: questa si porta ad
attivare la fosfoinositide-3 chinasi che porta anch’essa all’attivazione di PKC.
La fusione dei granuli dei mastociti alla membrana plasmatica è mediata da membri della famiglia
proteica SNARE. La formazione di complessi SNARE è regolata da molte molecole accessorie tra le quali
le guanosin-fosfatasi Rab3 e le chinasi e fosfatasi Rab-associate. Nei mastociti a riposo questi enzimi
inibiscono la fusione dei granuli alla membrana plasmatica; l’attivazione di PKC blocca le funzioni
regolatorie e permette la fusione.
La sintesi di mediatori lipidici è controllata dall’attivazione della fosfolipasi A2 da parte di due
segnali: il calcio citoplasmatico e la fosforilazione da parte di ERK. ERK a sua volta è attivata come
conseguenza della cascata iniziata dai domini ITAM del recettore. Una volta attivata, la fosfolipasi
idrolizza i fosfolipidi di membrana per rilasciare substrati che saranno convertiti a mediatori da vari
enzimi. Il principale substrato è l’acido arachidonico, convertito a vari mediatori da cicloossigenasi e
lipoossigenasi.
La produzione di citochine nei mastociti è il risultato della trascrizione dei geni corrispondenti. Il
reclutamento e l’attivazione di parecchie molecole adattatrici e chinasi in risposta ai segnali recettoriali porta alla traslocazione nucleare del fattore nucleare dei linfociti T attivati (NFAT) e del fattore nucleare κB, oltre all’attivazione della proteina AP-1. Questi fattori di trascrizione stimolano la
trascrizione di diverse citochine: IL-4, IL-5, IL-6, IL-13 e TNF, ma non IL-2.
L’attivazione dei mastociti è regolata da parecchi recettori inibitori che contengono domini ITIM.
Uno di questi recettori inibitori è FcγRIIb che si aggrega a FcεRI e viene anch’esso fosforilato da Lyn:
questo porta al reclutamento della fosfatasi SHIP che inibisce la normale segnalazione.
I mastociti possono essere attivati direttamente anche da altre sostanze biologiche in modo indipendente da FcεRI. Alcuni mastociti e basofili rispondono ad esempio a chemochine derivanti da fagociti
mononucleati, ad esempio MIP-1α, e a chemochine T-derivate. Alcuni elementi del complemento, soprattutto C5a, stimolano inoltre la degranulazione dei mastociti tramite recettori appositi. Molti neuropeptidi, tra i quali la sostanza P e la somatostatina, inducono infine rilascio di istamina da parte dei
mastociti. L’attivazione di queste cellule non è un fenomeno tutto o nulla ma presenta diversi gradi che
corrispondono a presentazioni cliniche variabili.
1.3.1
Mediatori derivati dai mastociti
I mediatori si possono dividere in mediatori preformati (ammine biogene e macromolecole dei granuli)
e mediatori neosintetizzati (mediatori lipidici e citochine).
Ammine biogene Nei mastociti umani il principale mediatore di questa famiglia è l’istamina. L’istamina agisce legandosi a recettori sulle cellule bersaglio; differenti tipi cellulari esprimono recettori
diversi (H1, H2, H3) riconoscibili per la loro risposta farmacologica. Le azioni legate all’istamina sono
di breve durata perchè questa viene rimossa da un sistema di trasporto ammina-specifico. L’istamina
inizia una serie di eventi intracellulari come la rottura di P IP2 a IP3 e DAG. Il legame di questa ammina alle cellule dell’endotelio ne causa contrazione con conseguente aumento degli spazi endoteliali,
aumento della permeabilità vascolare e fuoriuscita di plasma verso i tessuti. L’istamina stimola
inoltre le cellule endoteliali a sintetizzare miorilassanti e vasodilatatori quali la prostaciclina o l’ossido
nitrico e quindi causa vasodilatazione. L’istamina infine causa costrizione della muscolatura liscia intestinale e bronchiale. La broncocostrizione nell’asma è però più prolungata degli effetti dell’istamina,
suggerendo che altri mediatori siano importanti in alcune forme di ipersensibilità immediata.
Enzimi granulari e proteoglicani Le serine proteasi neutre, tra le quali triptasi e chimasi [?],
sono i costituenti più abbondanti dei granuli dei mastociti e contribuiscono ai danni tissutali. La
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triptasi in particolare si sa essere presente esclusivamente nei mastociti e il suo ritrovamento è segno
di attivazione di queste cellule. In vitro questo enzima spezza il fibrinogeno ed attiva la collagenasi.
I proteoglicani, tra i quali eparina e condroitin solfato, sono altri importanti contenuti dei granuli.
Queste molecole sono contenute in associazione agli altri enzimi: i vari mediatori sono rilasciati dai
proteoglicani a diverse velocità e quindi queste molecole controllano la cinetica delle reazioni di
ipersensibilità immediata.
Mediatori lipidici Il più importante mediatore derivato dall’acido arachidonico lungo la via delle cicloossigenasi è la prostaglandina D2 : questa molecola agisce come vasodilatatore e broncocostrittore
ma promuove anche la chemotassi e l’accumulo dei neutrofili ai siti infiammatori. La sintesi di questa
prostaglandina può essere evitata bloccando la cicloossigenasi con aspirina o altri FANS.
I più importanti mediatori derivati dall’acido arachidonico lungo la via delle lipoossigenasi sono
i leucotrieni, in particolare LT C4 e i suoi prodotti di degradazione LT D4 e LT E4 . Queste molecole
legano recettori specifici sulle cellule muscolari lisce e causano una broncocostrizione prolungata.
Un terzo tipo di mediatore lipidico prodotto nei mastociti è il fattore attivante le piastrine (PAF) che
ha effetti di broncocostrizione diretta: le sue azioni biologiche sono però limitate perchè viene degradato
per via enzimatica.
Citochine Le citochine prodotte dai mastociti e dai basofili sono TNF, IL-1, IL-4, IL-5, IL-6, IL-13
MIP-1α e MIP-1β. Queste molecole sono responsabili soprattutto della fase tardiva della reazione.
Il NTF attiva l’espressione endoteliale di molecole di adesione e, insieme alle chemochine, giustifica
l’infiltrazione di neutrofili e monociti.
Gli eosinofili sono abbondanti negli infiltrati infiammatori della fase tardiva e contribuiscono a molti
processi patologici. Le citochine prodotte dai linfociti TH 2 promuovono l’attivazione di queste cellule e
il loro reclutamento: in particolare IL-5 è un forte attivatore e migliora la capacità degli eosinofili di
rilasciare i loro granuli. Gli eosinofili legano le cellule endoteliali che esprimono la selectina-E e il
ligando per l’integrina VLA-4. Il reclutamento ai siti infiammatori dipende inoltre dalla chemochina
CCL11 prodotta dalle cellule epiteliali che si lega al recettore CCR3. I contenuti dei granuli degli
eosinofili contengono idrolasi specifiche così come proteine particolarmente tossiche agli elminti, tra
le quali la proteina basica principale. Gli eosinofili attivati producono inoltre mediatori lipidici tra i
quali PAF, prostaglandine e leucotrieni.
1.4
Reazioni dell’ipersensibilità immediata
Reazione immediata Quando un individuo sensibile subisce un’iniezione intradermica dell’antigene
per il quale ha prodotto IgE, il sito di ingresso diventa immediatamente rosso per via dei vasi sanguigni
dilatati e si gonfia a causa dell’uscita di plasma dalle venule. Il gonfiore prende il nome di pomfo [che
cazzo di parola è?] e può interessare un’area di diversi centimetri di diametro. Successivamente i vasi
ai margini del pomfo si dilatano e producono un caratteristico arrossamento. La reazione pomfoide
completa appare in cinque o dieci minuti e tipicamente svanisce in meno di un’ora. Questa reazione è
dipendente da IgE e mastociti: i mastociti dell’area del pomfo hanno infatti rilasciato i loro mediatori
preformati, quindi hanno svuotato i granuli. Un mediatore fondamentale è l’istamina, che lega i recettori sulle cellule endoteliali venulari facendo loro sintetizzare prostaglandine, ossido nitrico e PAF che
causano vasodilatazione e fuoriuscita di plasma.
Reazione tardiva La reazione immediata è seguita dopo alcune ore da quella tardiva che consiste
nell’accumulo di leucociti, cioè neutrofili, eosinofili, basofili e cellule TH 2. L’infiammazione raggiunge il
picco in 24 ore e poi declina. I mastociti produconi citochine, tra le quali il TNF, che possono stimolare
l’espressione di molecole endoteliali di adesione leucocitaria, tra le quali la selectina-E e ICAM-1.
Questa fase della reazione può avvenire anche senza evidenza di una reazione immediata, ad esempio
nell’asma.
5
1.5
Suscettibilità genetica
La sintesi abnorme di IgE è spesso familiare con una chiara trasmissione autosomica dominante,
anche se il pattern completo di ereditarietà è comunque multigenico. Uno dei loci interessati si trova
sul cromosoma 5q, vicino al cluster genico che codifica per parecchie citochine. Polimorfismi nel
gene che codifica IL-13 sono associati fortemente all’asma. La tendenza a produrre IgE contro alcuni
antigeni, ad esempio alcuni pollini, può inoltre essere legata a particolari alleli di MHC di classe II.
Alcuni geni i cui prodotti regolano la risposta immunitaria innata sono associati ad allergia ed asma:
tra essi CD14, un componente per il recettore di LPS, e Tim-1, probabilmente coinvolto nell’influenzare
la differenziazione degli helper. Forti risposte immunitarie innate stimolano lo sviluppo di TH 1, quindi
se vengono diminuite si favorisce TH 2 e l’ipersensibilità.
1.6
Patologie allergiche nell’uomo
Le più comuni forme di patologie allergiche sono la rinite allergica (febbre da fieno), l’asma bronchiale,
l’eczema e le allergie alimentari. Le caratteristiche cliniche e patologiche dipendono dal sito anatomico di reazione: antigeni inalati causano rinite o asma, antigeni ingeriti causano vomito o diarrea,
antigeni iniettati causano effetti sistemici.
Anafilassi sistemica L’anafilassi è caratterizzata da edema in molti tessuti e crollo della pressione
sanguigna a causa della vasodilatazione. Gli allergeni attivano i mastociti in molti tessuti, e i mediatori
guadagnano così accesso al letto vascolare. Il calo del tono vascolare e la fuga di plasma risultano in
cun crollo pressorio che porta a shock anafilattico spesso fatale. Gli effetti cardiovascolari sono accompagnati da costrizione delle vie aeree, edema laringeo, ipermotilità intestinale e orticaria. Il trattamento
d’elezione è l’epinefrina sistemica, che contrasta gli effetto broncocostrittori e vasodilatatori.
Asma bronchiale L’asma è una patologia infiammatoria causata da ripetute ipersensibilità immediate
e tardive nel polmone. Circa il 70% dei casi è dovuto all’ipersensibilità immediata IgE mediata mentre
il 30% ha altre cause a volte scatenate da stimoli non immunitari. Gli eventi patofisiologici dell’asma
sono legati alle citochine prodotte da mastociti ed eosinofili che costringono le vie aeree. La terapia ha
al momento due bersagli: l’infiammazione e il rilassamento della muscolatura liscia dei bronchi.
Allergie alimentari Le manifestazioni cliniche comprendono iper peristalsi, ipersecrezione di fluido
intestinale, vomito e diarrea, a volte orticaria e anafilassi sistemica. Le allergie sono associate a molti
tipi di cibo, ma tra i più comuni ci sono arachidi e molluschi.
Allergie cutanee Le due manifestazioni evidenti sono orticaria ed eczema. L’orticaria, essenzialmente
una reazione pomfoide acuta, può persistere per ore.
In immunologia clinica spesso si prova a limitare l’instaurarsi di reazioni allergiche con trattamenti
che riducono la quantità di IgE nel soggetto. Un approccio, la desensibilizzazione, prevede la ripetuta
esposizione a limitate quantità di antigene per via sottocutanea: il risultato empirico è l’aumento del
titolo di IgG e la diminuzione del titolo di IgE. Questo tipo di approccio è usato per la prevenzione di
reazioni anafilattiche acute (ad esempio veleni) o per poter somministrare farmaci vitali (ad esempio
pennicillina).
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