IMMUNOTOSSICOLOGIA
Scienza che studia gli effetti tossici delle
sostanze chimiche sul sistema immunitario degli
organismi viventi.
Tali effetti possono manifestarsi per
concentrazioni di xenobiotici notevolmente
inferiori a quelle in grado di indurre altre
manifestazioni tossiche più evidente: l’organismo
può apparire “asintomatico”
Sistema immunitario:
immunitario sistema che difende
l’organismo da tutti gli agenti potenzialmente
patogeni, ed è un sistema che serve a definire il
“self” e il “non self”.
Le principali alterazioni del sistema immunitario si
manifestano con aumento della morbidità e morte
degli individui, ma possono manifestarsi anche
cambiamenti meno importanti che vengono
utilizzati quali MARCATORI DI
IMMUNOTOSSICITA’.
Gruppo
Categoria di
immunoglobuline
Tessuto linfoide
Importanza del
ruolo dei macrofagi
Invertebrati
/
/
Elevata
Pesci
IgM
Timo, milza, rene,
fegato
Elevata
Anfibi
Analoghi delle
IgG, IgM
Timo, milza, rene,
linfonodi, “midollo
osseo”
Moderata
Rettili
IgG, IgM
Timo, milza, rene,
analoghi dei
linfonodi, midollo
osseo, fegato
Moderata
Uccelli
Analoghi delle
IgG, IgM, IgA
Timo, borsa del
Fabrizio, milza,
linfonodi, midollo
osseo
Bassa
Mammiferi
IgG, IgM, IgA,
IgE, IgD
Timo, midollo osseo,
milza, linfonodi,
fegato (nel feto)
Moderata
Immunità non specifica
Coinvolge cellule che riconoscono il “non self” senza
alcuna specificità.
Eliminano il “non self” con meccanismi di:
•Fagocitosi
•Risposta infiammatoria
Le cellule responsabili della risposta non specifica
possono essere circolanti, come i granulociti
neutrofili nei mammiferi, presenti in tessuti ed
organi, dove possono essere legati (macrofagi
epatici o splenici nei mammiferi) o mobili
(macrofagi polmonari). Spesso sono presenti più
tipi cellulari contemporaneamente.
Le cellule infiammatorie sono infiltranti.
Le cellule Natural Killer (NK) e le cellule
citotossiche naturali (NCC) possono anche
riconoscere i cambiamenti sulla superficie di cellule
“self” quando infettate o neoplastiche,
inducendone la lisi.
Questo tipo di cellule è presente nei vertebrati e
pare esistere anche negli invertebrati.
Le cellule preposte alla fagocitosi si muovono verso
il “non self” sulla base di stimoli chimici legati alla
presenza di sostanze chemotattiche che le guidano
verso il bersaglio.
1.
2.
3.
4.
5.
Il “non self” si lega alle propaggini del fagocita
Il “non self” viene inglobato nelle vescicole (FAGOSOMI)
I fagosomi si fondono con i lisosomi
Gli enzimi digestivi distruggono il “non self”
I “rifiuti” vengono eliminati all’esterno
Immunità specifica
Coinvolge due principali componenti del sistema
immunitario:
•Immunità cellulare (immunità cellulo mediata)
•Immunità umorale
L’immunità cellulare è basata su cellule specifiche, i
LINFOCITI T ed è legata alla regolazione delle
funzioni del sistema immunitario, nella
ipersensibilità ritardata, nelle reazioni contro il
“non self” e nella resistenza alle infezioni.
L’immunità umorale consiste nella produzione da
parte dei LINFOCITI B di ANTICORPI che
attaccano il “non self”.
Effetti di fattori endogeni ed esogeni sul
sistema immunitario
ORMONI
Il sistema immunitario dei vertebrati è
estremamente sensibile alle influenze endocrine, in
particolare degli ormoni sessuali e del sistema
neuroendocrino.
I glucocorticoidi hanno un effetto
immunosoppressivo, in particolare sull’attivazione
dei macrofagi, l’inibizione della produzione di
citochine da parte dei linfociti T, la mobilizzazione
dei leucociti e l’induzione dell’apoptosi dei
progenitori di linfociti T e B e delle cellule T
mature.
Lo stress è associato ad un
decremento dell’attività dei
macrofagi, prevenuto da
cortisolo ed epinefrina.
Poiché lo stress riduce il numero di linfociti ed
epinefrina e cortisolo contrastano questo effetto,
si è ipotizzato che lo stress induca una
ridistribuzione delle cellule immunitarie verso altri
organi, spostamento antagonizzato da cortisolo ed
epinefrina.
In linea generale le femmine di tutte le specie sono
più sensibili alle patologie immunitarie rispetto ai
maschi.
Gli ormoni maschili sembrano quindi avere un
effetto protettivo contro patologie autoimmuni
quali il lupus eritematosus (nell’uomo).
Gli estrogeni (ed in particolare l’estradiolo) invece
sembrano aumentare l’incidenza di queste
patologie.
Citochina
Origine
Funzione
Effetto
steroideo
Interleuchina 1
Monocitimacrofagi
Risposta
infiammatoria
Diminuito dagli
androgeni
Interleuchina 4
Cellule T
Differenziazione
delle cellule B
Aumentato
dall’estradiolo
Antiproliferazion
e delle cellule T e
dei timociti
Aumentato dagli
androgeni
TGF-B
Interleuchina 5
Timociti attivati
Crescita delle
cellule B
Aumentato o
diminuito dagli
androgeni
Interferone γ
Timociti
Attivazione ed
induzione del
MHC I e II
Aumentato
dall’estradiolo,
diminuito dagli
androgeni
In vitro
L’incubazione dei macrofagi sia
con estradiolo che con cortisolo
inibisce la chemiotassi e la
fagocitosi.
L’estradiolo non altera la produzione di ossido
nitrico, mentre il cortisolo la inibisce fortemente.
In vivo
L’estradiolo inibisce la proliferazione di linfociti
periferici in pesci rossi infettati con emoflagellati
(Trypanosoma danilewski).
Si è osservato che il sistema immunitario può
produrre ormoni normalmente prodotti
dall’adenoipofisi:
•Prolattina (PRL)
•Ormone della crescita (GH)
I linfociti del sangue periferico e della milza
presentano inoltre i recettori PRL, al pari dei
linfociti T attivati.
Il GH si ritiene possa stimolare la differenziazione
e la migrazione dei timociti, effetto mediato
dall’IGF-I (insulin growth factor I), che si pensa
abbia un ruolo nella stimolazione degli organi che
producono cellule T e B.
AZIONE DEGLI INQUINANTI SUL SISTEMA
IMMUNITARIO
Danno alle componenti
cellulari e tessutali del
sistema immunitario
Riduzione della resistenza
agli agenti esterni
Immunodepressione
Interazione con
autoantigeni
Produzione di
neoantigeni
Riduzione
dell’immunità
antitumorale
Perdita di
immunosorveglianza
ESPOSIZIONE AGLI
XENOBIOTICI
Immunopotenziamento
Ipersensibilità
Allergia
Autoimmunità
Pseudoallergia
Attivazione del
complemento
Reazione similinfluenzale
L’immunosoppressione chimica si manifesta con una
riduzione della resistenza ad infezioni microbiche o
virali ed un aumento di patologie neoplastiche.
Il sistema immunitario può poi interagire con i
processi di detossificazione e biotrasformazione,
prolungando l’emivita degli xenobiotici.
L’induzione del sistema è di più difficile
comprensione ed in genere determina una risposta
qualitativamente anomala.
Gli xenobiotici possono agire a livello cellulare e
sugli organi del sistema immunitario.
XENOBIOTICI AD AZIONE
IMMUNODEPRESSIVA
•Diossine
•Furanici
•PAHs
•PBBs
•PCBs
•Sostanze alchilanti
•Insetticidi organoclorurati
•Metalli pesanti
L’azione delle diossine pare aversi per interazione
con il recettore Ah; tale complesso interagisce con
specifici siti del DNA. Analogo effetto per i PCBs,
ma importante il grado di clorurazione.
I metalli pesanti agiscono come inibitori e
depressanti del sistema immunitario.
Alcuni di questi agiscono a livelli tali da NON indurre
altro effetto negli organismi, quindi da passare
“inosservati”.
•Effetti di citotossicità e apoptosi
•Alterazione dei processi di contatto cellulare
•Alterazione dei segnali intracellulari, della
mobilizzazione del calcio, della sintesi di proteine
e dell’espressione genica
BIOMARKERS IMMUNOLOGICI NEI
MOLLUSCHI
Il sistema immunitario, composto da parte cellulare
e parte umorale, presenta quale componente
principale gli emociti.
Pochi i dati in bibliografia, ma in linea generale
l’esposizione ad uno stress ambientale (termico,
infettivo, chimico) induce un aumento dell’attività
degli emociti.
La diminuzione degli emociti si verifica invece solo
ad elevate concentrazioni, non riscontrate
nell’ambiente.
Esemplari di Crassostea virginica
allevati in acque pulite quando
trasferiti in acque contaminate
da PAHs presentavano una
riduzione del numero di emopciti
di grandi dimensioni (eosinofili
responsabili della fagocitosi) ed
un aumento delle cellule di piccole dimensioni.
In Mercenaria mercenaria l’esposizione a fenolo
riduce l’attività fagocitica, stimolata invece da
esposizione a lungo termine a benzo(a)pirene,
pentaclorofenolo e esaclorobenzene.
Studi di esposizione a metalli pesanti in Crassostea
virginica e in Mytilus edulis riferiscono di una
capacità fagocitaria alterata:
Stimolazione per esposizioni a breve termine
Inibizione per esposizioni a lungo termine
In Mytilus galloprovincialis della
Laguna di Venezia si è cercato di
correlare i biomarkers immunitari
con la presenza di contaminanti
(Pipe et al., 1995).
•Conta degli emociti
•Fagocitosi
•Livelli di enzimi lisosomiali
•Produzione di radicali ossigeno liberi
Variazioni stagionali dei parametri
In alcuni casi correlazione tra
contaminanti e parametri
•10 metalli
•3 gruppi di organoclorurati
BIOMARKERS IMMUNOLOGICI NEI PESCI
L’esame istologico del tessuto linfoide di animali
esposti è un approccio ampiamente usato nelle specie
ittiche.Tale approccio è valido solo se si valutano gli
effetti terminali del fenomeno.
Biomarkers precoci di immunotossicità sono:
•Conta linfocitaria
•Potenziale mitotico linfocitario
•Leucocrito
•Fagocitosi
•Conta dei macrofagi e loro struttura
•Suscettibilità alle infezioni
•Attività lisosomiale
•Nk e NCC
•Quantificazione degli anticorpi circolanti
La valutazione della risposta proliferativa dei
linfociti ha permesso di evidenziare come possano
esistere fenomeni di induzione e di inibizione.
L’esposizione a PAHs sia nell’ambiente naturale che
in laboratorio produce un cambiamento importante
ma reversibile delle funzioni dei macrofagi, tra cui la
fagocitosi di microorganismi, la chemiotassi, la
pinocitosi, l’accumulo di melanina. L’effetto si
manifesta con una inibizione o una induzione in
funzione della specie considerata.
CARPA ⇒ MANGANESE ⇒ STIMOLAZIONE
TROTA ⇒ LINDANO ⇒ INIBIZIONE
La valutazione dei livelli di anticorpi circolanti è un
biomarker NON INVASIVO, che in genere ha
definito fenomeni di immunodepressione o
immunosoppressione.
In genere si rileva immunosoppressione o
immunodepressione.
CADMIO ⇒ INDUTTORE IN Tautogalabrus
adsperus
⇒ INIBITORE IN Morone saxatilis
FENOLI, FORMALDEIDE, DETERGENTI ⇒
INIBITORI in trota
Pleuronectes platessa ⇒ correlazione negativa tra
vicinanza agli scarichi di depuratori e alcuni
parametri immunologici:
•Attività del lisozima sierico
•Concentrazione di immunoglobuline
•Attività battericida dei leucociti renali
Possibili spiegazioni:
•Presenza di contaminanti ad azione
immunostimolante
•Elevata carica batterica nei pressi degli scarichi
•Diversa alimentazione
