il sistema immunitario cutaneo

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IL SISTEMA IMMUNITARIO CUTANEO
PAOLA ROCCABIANCA
DiPAv - Sezione di Anatomia Patologica - Facoltà di Medicina Veterinaria Milano
INTRODUZIONE AL SISTEMA IMMUNITARIO
Il sistema immunitario svolge la primaria funzione di difesa dagli antigeni potenzialmente dannosi. La risposta del
sistema immunitario successiva all’incontro con un antigene
è divisa in:
1) Una risposta iniziale che deriva dall’attivazione del sistema immunitario innato.
2) Una risposta secondaria che deriva dall’attivazione specifica (24-36 ore dopo l’incontro con l’antigene) del sistema immunitario adattativo.
Il sistema immunitario innato ed adattativo sono interdipendenti e collaborano alla difesa dell’organismo. Il sistema
innato stimola l’attivazione del sistema adattativo attraverso la
produzione di citochine e chemochine influenzando anche il tipo di risposta (B o T). Il sistema adattativo incrementa l’attività
dell’immunità innata e utilizza molti meccanismi effettori del
sistema immunitario innato per eliminare antigeni estranei.
Il sistema immunitario ha anche la funzione di riconoscere ed inibire la sua stessa risposta nei confronti di antigeni
innocui quali quelli alimentari o ambientali.
A) Sistema immunitario innato. Risposta aspecifica, o di
difesa di prima linea caratterizzata da una risposta rapida,
la quale si ripete identica a se stessa (indipendente dall’antigene).
Il Sistema immunitario innato cutaneo è composto da:
1) Barriere fisiche: envelope, cheratina, film lipidico, ecc.
2) Barriere chimiche: pH, sostanze antimicrobiche, lisozima
ecc.
3) Cheratinociti: funzione di barriera fisica e chimica. Producono citochine e chemochine.
4) Cellule dendritiche: ponte tra risposta innata ed adattativa.
5) Mastociti
6) Cellule infiammatorie fagocitarie: neutrofili e macrofagi
7) Il sistema del complemento
8) Citochine e chemochine
B) Il sistema immunitario adattativo, è composto da cellule effettrici (linfociti B e T) e dai loro prodotti.
Il Sistema immunitario adattativo alberga le cellule effettrici in 3 tipi di organi/strutture: i Tessuti Linfoidi Primari
(timo e midollo osseo), i Tessuti Linfoidi Secondari (milza,
linfonodi, placche di Peyer) ed i Tessuti Linfoidi Terziari di
cui fa parte il SALT (skin associated lymphoid tissue).
Il SALT svolge diverse funzioni che fanno riferimento sia
al sistema innato che a quello adattativo:
• Induce una risposta immunitaria specifica
• Esprime memoria immunitaria
• Induce tolleranza immunitaria nei confronti di antigeni
non dannosi.
Componenti umorali del sistema immunitario cutaneo:
1. Peptidi antimicrobici (defensine, catelicidine, lisozima)
prodotti dai cheratinociti sono in grado di danneggiare la
parete microbica (formazione di pori) o di digerire componenti della parete microbica.
2. Complemento: il sistema del complemento svolge funzioni sia a livello di risposta immunitaria innata che adattativa ed è utile a più livelli della difesa contro gli agenti
microbici culminando nella loro lisi tramite il MAC
(membrane attack complex).
Durante la cascata di attivazione si producono componenti del complemento che hanno tre funzioni prevalenti:
• Opsonizzazione dell’antigene
• Incremento della permeabilità vascolare
• Chemiotassi.
3. Immunoglobuline: sono le molecole effettrici della risposta adattativa umorale. In seguito ad attivazione i linfociti B si trasformano in plasmacellule e si specializzano
nella produzione di immunoglobuline, molecole complesse composte da catene leggere (k o λ) e catene pesanti.
Sulla base della catena pesante si riconoscono diversi isotipi di immunoglobuline: IgG, IgM, IgE, IgA.
Le immunoglobuline non rappresentano solo la componente effettrice solubile del sistema immunitario adattativo (immunità umorale) ma, legate alla membrana, rappresentano il recettore specifico dei linfociti B (BCR). Il legame del BCR con l’antigene attiva il linfocita B.
4. Citochine: sono molecole proteiche prodotte da numerose cellule del sistema immunitario innato ed adattativo
(macrofagi, linfociti attivati, cellule endoteliali, fibroblasti, mastociti ecc.), si legano a recettori cellulari specifici
ed hanno funzione di modulazione di altri citotipi. Le citochine possono agire in modo autocrino (sullo stesso citotipo che le ha sintetizzate), paracrino (solo su cellule vicine) ed endocrino (su cellule/tessuti/organi distanti).
Le citochine hanno moltissime funzioni, tra le principali:
- Proinfiammatorie: mediano l’immunità innata, attivano
il processo infiammatorio e le cellule infiammatorie, sono chemiotattiche: IL-1, IL-6, TNF-α, TNF-β.
- Regolano proliferazione, attivazione e maturazione
cellulare: ad esempio mediano la proliferazione dei
linfociti e la loro maturazione: IL-2, IL-4, IL-5, IL-6,
IL-7, IL-12, IL-13.
- Permettono lo sviluppo di un determinato tipo di risposta immunitaria (cellulo mediata od umorale): IL-2,
IL-4, IL-5, IL-10, IL-12.
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cola di adesione). La molecola ICAM-1 lega il CD11 b (integrina) sui leucociti con incremento di epiteliotropismo e
di adesione di cellule dell’immunità specifica quali i linfociti T. I cheratinociti possono fagocitare peptidi ed operare
una presentazione non professionale attraverso l’espressione dell’MHCII. I cheratinociti inoltre aumentano la produzione o iniziano a produrre molecole proteiche coinvolte
nell’attivazione del sistema immunitario innato e adattativo
tra cui defensine, catelicidine, citochine, chemochine, fattori di crescita. I cheratinociti attivano le cellule di Langerhans ed i linfociti T attraverso la produzione di chemochine e defensine.
FIGURA 1 - Componenti del SIC.
2. CELLULE CUTANEE PRESENTANTI
L’ANTIGENE (APC)
- Stimolano l’ematopoiesi: IL3, IL-6, G-CSF, M-CSF,
GM-CSF.
- Inibiscono/Arrestano il processo infiammatorio: TGFβ, IL-10.
5. Chemochine: sono piccole citochine coinvolte nella migrazione ed attivazione dei leucociti. Alcune chemochine
hanno un ampio spettro di azione mentre altre hanno una
azione specifica. Le chemochine si legano anch’esse a
specifici recettori sulla superficie cellulare e svolgono un
ruolo centrale nella risposta infiammatoria, come ad
esempio promuovere la chemiotassi di leucociti, lo stimolo del processo infiammatorio, l’ematopoiesi, l’angiostasi
e l’angiogenesi.
6. Neuropeptidi: sono coinvolti nella normale omeostasi dei
tessuti e nel processo infiammatorio. Le sostanze più conosciute sono i peptidi della famiglia della tachinina (sostanza P e neurochinina). Alcuni neuropeptidi sono contenuti nelle fibre nervose periferiche e vengono liberati in seguito a stimoli infiammatori. Tra le funzioni: controllo della pressione sanguigna locale, stimolazione di secrezione
di cellule del sistema immunitario, trasmissione di segnali
di dolore, incremento della permeabilità vascolare.
Componenti cellulari del sistema immunitario cutaneo
(Fig. 1):
1. Cheratinociti
2. Cellule dendritiche presentanti l’antigene (Cellule di Langerhans e Dendrociti dermici)
3. Linfociti cutanei (epidermici e dermici)
4. L’unità vascolare dermica
5. Cellule neurali e terminazioni nervose dermiche (network
neurale)
1. CHERATINOCITI
Rappresentano il 90% delle cellule che si riscontrano a livello epidermico. Forniscono una barriera fisica ma sono anche in grado di dare inizio alla risposta immunitaria. I cheratinociti possono essere attivati direttamente da stimoli fisici (radiazioni UV, irritazione, traumi), dal rilascio di citochine (TNF-α, IFN-γ, IL-17), da sostanze tossiche ecc. e sono
in grado di produrre peptidi antimicrobici (defensine, catelicidine, lisozima), citochine, chemochine.
Il cheratinocita attivato incrementa la sua espressione di
MHC-II, CD40 e IL-4-R e della molecola ICAM-1 (mole-
Le cellule presentanti l’antigene (APC) svolgono come
ruolo principale quello di dare inizio e propagare la risposta
immunitaria specifica. Le APC degradano l’antigene in peptidi immunogeni che vengono esposti in superficie associati a MHC I o II e così presentati ai linfociti T. Sulla superficie delle cellule dendritiche si possono osservare tre tipi di
complessi:
• Ag proteico+MHCI → presentazione ai linfociti T CD8
• Ag proteico+ MHC II → presentazione ai linfociti T CD4
• Ag lipidico + CD1 → presentazione a linfociti.
Tra le cellule APC professionali della cute si riconoscono
le cellule di Langerhans, i dendrociti dermici e le APC dei
tessuti linfoidi drenanti la cute.
1) Cellule di Langerhans: operano il controllo dei patogeni che penetrano per via transcutanea. Sono APC localizzate a livello soprabasale e costituiscono circa il 5% delle
cellule epidermiche. Tuttavia, con i loro processi dendritici creano una rete di collegamenti tra di loro e con i cheratinociti ed i linfociti T così estesa da coprire circa il 25%
della superficie cutanea. Questa rete praticamente continua serve per catturare la maggior parte degli antigeni che
penetrano attraverso l’epidermide. In questo modo, le cellule di Langerhans operano uno screening degli antigeni
(immunosorveglianza). Quando le cellule di Langerhans
incontrano ed internalizzano un antigene si attivano, retraggono i loro processi, perdono la loro aderenza con le
cellule epidermiche e migrano al linfonodo drenante attraverso i linfatici. In questa sede, come cellule dendritiche interdigitate, presentano l’antigene attivando i linfociti T helper (CD4+) della paracorticale linfonodale. Le cellule di Langerhans esprimono un’elevata quantità di MHC
I, MHC II e CD1a e CD1c, tutte molecole necessarie per
la presentazione di antigeni proteici e lipidici.
2) Cellule Dendritiche Dermiche Perivascolari/Dendrociti Dermici: le cellule dendritiche dermiche operano il
controllo degli antigeni inoculati direttamente nel derma,
o che raggiungono il derma per via ematica. Sono localizzate attorno ai vasi e attorno alle strutture ghiandolari. I
loro dendriti citoplasmatici si collegano alla membrana
basale del vaso. I dendrociti dermici svolgono funzione di
processazione e di presentazione degli antigeni che raggiungono il derma per via ematica. La loro attivazione e
migrazione è come quella delle cellule di Langerhans.
Esprimono le molecole CD18, CD1a, CD1c, CD11c ed
MHC II, CD80, CD86 e CD90.
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alterazioni metaboliche, trasformate da parte di virus o sostanze chimiche/fisiche. I linfociti T epidermici rappresentano l’1-5% del linfociti cutanei e sono di tipo γ/δ CD8+ in uomo topo e bovino mentre sono per lo più γ/δ CD8 nel cane
(Moore e Affolter, osservazioni personali). La maggioranza
di questi linfociti sono linfociti T memoria. Nel derma si ritrova il 95-99% dei linfociti T cutanei. Nel derma prevale
l’espressione del TCR γ/δ in tutte le specie. Il numero di
linfociti CD4 e CD8 è equivalente in uomo e topo mentre nel
cane si osserva una lieve prevalenza di linfociti T CD8
(Moore e Affolter, osservazioni personali). La maggioranza
dei linfociti dermici ha acquisito memoria immunologica ed
è localizzata attorno alle venule postcapillari.
FIGURA 2 - Maturazione delle cellule istiocitarie riscontrabili a livello cutaneo.
FIGURA 3 - Distribuzione dei linfociti cutanei.
3. LINFOCITI CUTANEI
Nella cute si riscontra una prevalenza di linfociti T mentre i B sono rari (Fig. 3).
Linfociti T
I linfociti T maturano nella corteccia del timo e completano il processo nella midollare dove subiscono il processo di
selezione. Durante la loro maturazione i linfociti T iniziano ad
esprimere CD3 e coesprimono le molecole CD4 e CD8 (doppi positivi). Nel contempo modificano la loro struttura genetica e “ri-arrangiano” i geni che permetteranno la sintesi del recettore antigenico specifico di ogni linfocita T, il TCR (T cell
receptor). Il TCR è una molecola composta da due catene diverse (eterodimero) TCR α/β o TCR γ/δ. La maggioranza dei
linfociti T è localizzata a livello di paracorticale linfonodale e
nelle guaine periarteriolari della milza. La popolazione consiste di una prevalenza di linfociti T CD4 + 2/3 ed 1/3 di linfociti T CD8. I linfociti esprimono in prevalenza la catena α/β
del TCR mentre meno del 5% esprime la catena γ/δ.
I linfociti T γ/δ sono per lo più concentrati a livello dei
tessuti epiteliali e a contatto con l’ambiente esterno (app. respiratorio, gastroenterico, genitale ed epidermide) tra le loro
funzioni la distruzione di cellule epiteliali danneggiate, con
I linfociti T vengono suddivisi in diversi sottotipi sulla base dei modelli di migrazione e di risposta immunitaria.
– Linfociti T naive: sono linfociti che non hanno incontrano l’antigene specifico. Ricircolano primariamente attraverso il sangue ai linfonodi. Questi linfociti sono in grado
di scandagliare l’ambiente linfonodale dei diversi tessuti
per incrementare la probabilità di incontrare un antigene.
– Linfociti T memoria: sono cellule che derivano dall’espansione clonale del linfocita T progenitore che ha incontrato l’antigene. I linfociti T memoria sono divisi ulteriormente in linfociti T di memoria centrale e linfociti
T effettori.
a) I linfociti di memoria centrale migrano dal sangue ai
linfonodi e ai tessuti periferici e conservano la memoria
dell’incontro con l’antigene per anni. Quando attivati tendono a proliferare e dare luogo ad altre cellule memoria.
b) I linfociti memoria effettori hanno vita breve e si specializzano nella migrazione in tessuti target dove svolgono
funzione di neutralizzazione dell’antigene.
I linfociti T CD4 vengono suddivisi in 3 sottotipi funzionali: Th1, Th2 e T reg/Th3.
I linfociti Th1 producono citochine che attivano l’immunità cellulo mediata ed in particolare stimolano macrofagi e
linfociti citotossici. I linfociti Th2 stimolano i linfociti B a
produrre immunoglobuline attivando l’immunità umorale
(in particolare IgE). I linfociti Th3 sono immunomodulanti e
producono citochine antinfiammatorie.
I linfociti T reg sono stati riconosciuti recentemente e sono una famiglia di linfociti T che svolge il ruolo di sopprimere la riposta di altri linfociti T. Svolgono un ruolo importante nei meccanismi di tolleranza.
Linfociti T CD4
{
Th1 IL-2, IL-12, INFγ, TNF
immunità cellulo mediata
Th2 IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13
immunità umorale
Treg IL-10, TGFβ modulazione
di risposta infiammatoria/
immunitaria
Linfociti B
I linfociti B, a differenza dei linfociti T, sono specializzati nel riconoscimento e nella difesa contro molecole proteiche in sede extracellulare. I linfociti B derivano da cellule
ematopoietiche staminali che si riscontrano inizialmente
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EPIDERMIDE
DERMA
2-5% dei linfociti T
della cute
95-98% linfociti T
della cute
99% CD8+
50-60% CD4
40-50% CD8
maggiore per l’antigene e quindi risulta più efficace nell’eliminarlo.
I linfociti B storicamente sono considerati rari o del tutto
assenti nella cute in condizioni normali. Tuttavia, recenti
studi molecolari hanno dimostrato una piccola componente
di linfociti B in ricircolo dalla cute al linfonodo drenante e
di ritorno alla cute a livello di unità perivascolare dermica.
Una piccola componente di linfociti B è parte integrante del
SALT.
> TCR α/β
+/- TCR γ/δ
(tranne in topo e bovino)
90-100% TCR α/β
0-10% TCR γ/δ
4. L’UNITÀ VASCOLARE DERMICA
Assenti
Rarissimi
Tabella 1
Distribuzione fenotipica delle popolazioni linfocitarie cutanee
Cute
Linfociti T
Linfociti B
nella placenta e successivamente nel fegato durante la vita
fetale. Alla nascita si portano nel midollo osseo degli adulti.
La maggioranza dei linfociti B maturi risiede nel follicoli di
milza, linfonodi e placche del Peyer.
La risposta dei linfociti B è di tipo bifasico:
• una risposta primaria in cui i linfociti B che entrano in
contatto con l’antigene vanno incontro a selezione clonale e si differenziano in plasmacellule che secernono IgM
e solo successivamente IgG e linfociti B memoria.
• una risposta secondaria che dipende dalla presenza di
linfociti B memoria i quali hanno una vita media lunga
(possono persistere per tutta la vita di un animale). La risposta al nuovo incontro con l’antigene è più veloce, più
potente e duratura ed è alla base della pratica della vaccinazione. La risposta secondaria è caratterizzata dalla produzione di immunoglobuline che dimostrano una affinità
L’unità vascolare dermica rappresenta il “centro di reazione cutaneo” ed è composta da cellule endoteliali delle
venule postcapillari dermiche, mastociti perivascolari, dendrociti dermici, macrofagi stanziali e linfociti T.
• Le cellule endoteliali dei capillari sono tra i più importanti immunoregolatori cutanei. Hanno una funzione critica nella trasmissione dei segnali chemiotattici e immunostimolanti dal derma al compartimento intravasale e partecipano all’inizio del processo infiammatorio. Possono
fungere da cellule presentanti l’antigene; permettono la
migrazione dei leucociti verso il sito di infiammazione e
il ricircolo dei linfociti T e dei leucociti.
• I mastociti si concentrano attorno ai vasi e attorno alle
terminazioni nervose. La maturazione e l’attivazione dei
mastociti possono essere mediate dalla produzione da parte di linfociti T di IL-3 e IL-4. La degranulazione dei mastociti può dipendere da stimoli immunogeni e non, tra cui
legame dell’antigene con le IgE di membrana, legame con
il complemento, liberazione di neuropeptidi, stimoli fisici, citochine, tossine, farmaci. I mastociti sono in grado di
Tabella 2
Principali citochine e chemochine del processo infiammatorio
Chemochina
Cellula d’origine
Cellula target
Azione
Monociti
Neutrofili
Basofili
Cheratinociti
Mastociti
Chemiotassi
Chemiotassi
Attivazione
Degranulazione
Fibroblasti
Eosinofili
Linfociti CD8
Linfociti CD4
Chemiotassi
IL-16
MIF
Linfociti T
Macrofago
Chemiotassi
MCP-1
Monociti
Cellule epiteliali
Monociti
Linfociti T
Mastociti
Chemiotassi
Chemiotassi
Liber. Istamina
Linfociti T
Monociti
Neutrofili
Mastociti
Linfociti T
Monociti
Mastociti
Eosinofili
Cell. Dendritiche
Chemotassi ed attivazione di tutte le cellule
target
Monociti
Eosinofili
Chemiotassi
Monociti
Linfociti T
NK
Cell. Endoteliali
Chemiotassi
Citolisi
Inibizione angiogenesi
IL-8
MIP-1
Eotassina
IP-10
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si hanno la sostanza P, la nurochinina A ed il VIP (peptide intestinale vasoattivo). I neuropeptidi hanno diverse
importanti funzioni tra cui controllo del tono vasale, regolazione della secrezione ghiandolare, mediazione della
degranulazione dei mastociti, e svolgono funzioni pro ed
anti-infiammatorie.
5. LINFONODO DRENANTE LA CUTE
FIGURA 4 - Rappresentazione schematica delle componenti dell’unità
vascolare dermica.
produrre moltissime sostanze coinvolte nella normale
omeostasi tissutale, nel processo infiammatorio e nelle
reazioni d’ipersensibilità.
• Le fibre nervose della cute derivano da fibre afferenti somatiche sia mielinizzate che non mielinizzate e partecipano attivamente al controllo della risposta immunitaria cutanea. Le terminazioni nervose sono in stretto rapporto
con le cellule di Langerhans, i linfociti T epidermici e con
i mastociti. Le fibre nervose sono in grado di produrre numerosi neuropeptidi in seguito a diversi stimoli: fisici
(traumi, radiazioni UV, caldo, freddo), microbici, proteasi, ormonali, citochine, chinine. I neuropeptidi sono un
gruppo di sostanze proteiche di piccole dimensioni (4-40
aminoacidi). Se ne conoscono più di venti che sono stati
identificati nella cute di numerosi mammiferi. I neuropetidi studiati a livello cutaneo sono molti e tra i più rilevanti
I linfonodi afferenti sono parte integrante del sistema immunitario cutaneo. Le cellule presentanti l’antigene una volta attivate migrano al linfonodo regionale e a livello di paracorticale linfonodale presentano l’antigene alle cellule T
CD4 + che possono tornare a livello epidermico (immunità
cellulo mediata) o attivare i linfociti B e quindi stimolare la
risposta immunitaria umorale.
Bibliografia
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Appuntamenti di interesse dermatologico per il 2007
13-15 SETTEMBRE 2007
13-14 OTTOBRE 2007
22 Congresso Annuale ESVD/ECVD
MAINZ, GERMANIA
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www.esvd2007.org/index.htm
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“Sindromi paraneoplastiche.
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alla Diagnosi ed eseguire una adeguata terapia”
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Veterinaria (ECVD)