Patologia generale Prof. Barbara Batetta Lezione n. 9 20 ottobre

Patologia generale
Prof. Barbara Batetta
Lezione n. 9
20 ottobre 2012
Silvia Barca
n.b. i riquadri corrispondono alle slides; tra parentesi e in corsivo ho aggiunto dal testo allo scopo di rendere più chiara la lettura.
INFIAMMAZIONE
Immunità aspecifica: Protezione contro tutti i patogeni
Immunità specifica : Protezione contro specifici patogeni
Gli epitopi riconosciuti dai recettori dell’immunità specifica sono scelti in maniera causale,
non riflettono cioè l’importanza biologica della struttura riconosciuta
I recettori dell’immunità aspecifica riconoscono strutture fondamentali per la vita del
patogeno
L’infiammazione è la prima risposta che l’organismo mette in atto senza riconoscere l’agente specifico ma
riconoscendolo come estraneo ad esso. Inoltre la stessa infiammazione con il contributo dei macrofagi
predispone allo sviluppo dell’immunità specifica. L’infiammazione è correlata al metabolismo, cioè la
capacità dell’individuo di utilizzare i nutrienti allo scopo di organizzare questi sistemi di difesa. Non vi deve
stupire che questi ultimi siano i primi sistemi che si sono evoluti, per esempio la fagocitosi è utilizzata sia
per eliminare un agente estraneo sia per introdurre all’interno della cellula materiale che, previa
degradazione, verrà utilizzato come nutriente. L’infiammazione vede essenzialmente l’intervento delle
cellule dell’immunità aspecifica che non riconoscono una molecola specifica ma una famiglia di molecole
che i patogeni hanno in comune. Come esempio vediamo la categoria dei batteri Gram– che hanno come
molecola caratterizzante il Lipopolisaccaride(LPS), questo viene immediatamente riconosciuto dal recettore
del macrofago che provvede subito alla fagocitosi del patogeno. Per la famiglia dei Gram+ è presente il
recettore per l’Acido Lipoteicoico. Per l’organismo è vantaggioso avere un unico recettore che riconosce
una famiglia molto ampia poiché è in grado di difendere immediatamente da una moltitudine di agenti
lesivi. Le cellule dell’immunità aspecifica riconoscono con i loro recettori sia microrganismi patogeni, sia
cellule infettate dai virus, cellule tumorali, ma anche i tessuti danneggiati, infatti anche la cellula necrotica
viene riconosciuta come estranea e richiama il processo infiammatorio. Durante l’apoptosi la cellula
esprime a livello di membrana il fosfolipide fosfatidilserina che fornisce il segnale di fagocitosi al macrofago
che possiede il recettore specifico.
Riconoscimento del danno
Quindi il riconoscimento del danno è l’evento fondamentale in grado di avviare il processo infiammatorio
ed è possibile grazie alla presenza di recettori a livello di membrana detti Pattern Recognition
Receptors(PRR).
Parliamo di una malattia metabolica quale l’aterosclerosi, qualsiasi sia la sua causa,diabete o ipertensione,
è conseguenza di un’iperattività dei macrofagi a livello della parete arteriosa. L’aterosclerosi è associata ad
ipercolesterolemia. La sintesi del colesterolo da parte delle cellule periferiche è strettamente controllata e
retro regolata, ma, se nonostante questo ne viene prodotto in eccesso, il colesterolo viene associato alle
LDL che vengono immesse in circolo. In caso di ipercolesterolemia le LDL possono attraversare la parete
vascolare e trovarsi a livello della tonaca intima dove sono presenti un buon numero di macrofagi. A questo
livello sono presenti degli enzimi in grado di ossidare le LDL. I macrofagi esprimono il recettore per le LDL
ossidate che è del tipo Scavanger. Inoltre esprimono recettori di tipo Toll Like Receptor(TLR) che in passato
si pensava riconoscessero soltanto i microrganismi. Quindi i macrofagi fagocitano le LDL nel tentativo di
tenere il colesterolo plasmatico basso, ma in caso di ipercolesterolemia cronica si sviluppa la patologia.
Infatti i macrofagi accumulano lipidi, ma quando non sono più in grado di fagocitarli ne liberano nella
tonaca intima e secernono citochine che innescano il processo infiammatorio a livello arterioso. Nel caso
dei diabetici il colesterolo non è alterato mentre l’ LDL è alterata infatti si trova in forma glicosilata che ne
favorisce l’accumulo nella parete arteriosa (da “Anatomia Patologica,Gallo”:il diabete mellito oltre ad
essere un fattore di rischio per l’aterosclerosi, provoca di per sé ipercolesterolemia….). Il concetto
fondamentale è che anche molecole del nostro organismo, se modificate, attivano la risposta
dell’immunità specifica. E’ utile ribadire il concetto che la persistenza dello stimolo provoca la malattia.
Strategie di riconoscimento diverse utilizzate dai recettori dell’immunità innata e adattativa
Quindi abbiamo questi recettori che riconoscono i pattern di categoria e di conseguenza si ha la possibilità
di attivare i primi meccanismi di difesa. Le cellule che partecipano all’immunità aspecifica sono, oltre ai
macrofagi, i granulociti neutrofili che sono le “cellule kamikaze che fanno tanto casino”(da ”le basi
patologiche delle malattie,Robbins e Cotran”: i granulociti neutrofili hanno vita breve e muoiono in sede
d’infiammazione; durante l’attivazione e la fagocitosi i leucociti liberano prodotti antimicrobici e di altra
natura non solo all’interno del fagolisosoma, ma anche nello spazio extracellulare. Questi prodotti,enzimi
lisosomiali, ros e prodotti del metabolismo dell’acido arachidonico…, sono in grado di causare una lesione
endoteliale e un danno tissutale e possono pertanto amplificare gli effetti dell’agente lesivo iniziale ), ma
anche le cellule dendritiche che sono cellule simil-macrofagiche che si trovano in tutti i tessuti, quindi a
livello di cute, polmoni e anche nel fegato dove prendono il nome di cellule di Kupffer.
L’immunità aspecifica ha anche un altro vantaggio rispetto a quella specifica che è la velocità. Infatti prima
che si attivi l’immunità specifica deve avvenire la presentazione dell’antigene, si devono produrre
l’immunoglobulina o il recettore T specifici tramite riarrangiamento genico. Questi passaggi ,che avvengono
al primo incontro con l’antigene, richiedono del tempo mentre il secondo incontro è sicuramente più
veloce, ma bisogna comunque attivare le cellule della memoria.
In questa diapositiva sono
rappresentati i macrofagi, le cellule
dendritiche e i polimorfonucleati ed il
loro modo di intervenire e di attivare
l’immunità aspecifica ed in seguito
quella specifica. I PRR riconoscono
“pattern associated molecular
patterns” (PAMP) presenti su strutture
molecolari diverse.
I recettori dell’immunità innata riconoscono strutture essenziali per la vita del patogeno. Il TLR4 è
abbastanza caratteristico perché riconosce il lipopolisaccaride dei Gram-. Questo recettore, che appartiene
ad una famiglia di circa dieci recettori, è in grado di riconoscere pure molecole di altro genere quali le LDL
ossidate. Quindi non è vero che ogni “famiglia” ha il proprio recettore ma occasionalmente un recettore è
in grado di riconoscerne diverse. Questo concetto è importante perché da studi recenti è emerso che
alcune infezioni sono correlate a patologie metaboliche come ad esempio l’aterosclerosi. Quindi è evidente
che, dal momento che i due fenomeni sono correlati, debbono avere necessariamente qualcosa in comune
come il TLR4 che è in grado di rispondere sia alla LDL ossidata sia ai Gram- responsabili di infezioni. Si è
iniziato a pensare ad una correlazione tra i fenomeni dieci anni fa quando era stato evidenziato che la
patologia carotidea colpiva maggiormente i soggetti con problemi dentali. In seguito anche altri patogeni
quali i Citomegalovirus(CMV) e l’Herpes Virus sono stati visti in associazione con patologie metaboliche.
Ora l’attenzione si è spostata sul Herpes Virus 8 che pare sia correlato al Diabete di tipo2 ed altre patologie.
Meccanismo di riconoscimento dei Toll-Like Receptors
In questa diapositiva è rappresentato un
sistema di riconoscimento dei TLR. Il
meccanismo intra-sub-plasmatico di TIR è
in grado di avviare il processo con
l’intermediazione di MyD88. Il legame del
ligando, patogeno o macromolecola, al TLR
o a qualsiasi altro recettore attiva un
fattore di trascrizione, il fattore nucleare
delle catene leggere NFkB. L’attivazione di
quest’ultimo avviene tramite distacco da
due inibitori che lo tenevano nel
citoplasma. E’ lo stesso meccanismo che
avviene durante l’apoptosi. Una volta
libero, l’NFkB può traslocare a livello nucleare dove può attivare la sintesi di citochine pro-infiammatorie,
fattori angiogenetici e una serie di altre molecole che sono necessarie all’attivazione della risposta
immunitaria. Questo meccanismo di attivazione è lo stesso per qualsiasi tipo di recettore e ligando
corrispondente.(da”Le basi patologiche delle malattie-Robbins e Cotran”:il ligando che lega il TLR sulla
superficie cellulare porta al reclutamento di molecole citoplasmatiche di segnale, la prima delle quali è la
proteina adattatrice MyD88. Una chinasi chiamata chinasi associata al recettore IL-1(IRAK) è reclutata dal
complesso di trasduzione. IRAK subisce una autofosforilazione, si dissocia da MyD88 e attiva un’altra
molecola di segnale, TRAF-6. TRAF-6 quindi attiva la cascata delle chinasi I-kB, che porta ad attivare il
fattore di trascrizione delle catene leggere NF-kB).
Recettori dell’immunità innata e dell’infiammazione
Solubili,presenti nel sangue e nei liquidi biologici Fattori del complemento (C3)
Collettine: -Lettina legante il mannosio (MBL)
-Proteine A e D del surfattante (SP-D,SP-A)
Pentrassine:-Corte (PCR) prodotte nel fegato
-Lunghe (PTX) prodotte nei tessuti extraep.
Di membrana
Recettori per i peptidi formilati
Recettori lettinici(es. recettore per il mannosio)
Recettori scavangers
CD14
Recettori della famiglia Toll
Citoplasmatici
NOD
Ma quali sono questi recettori? Vi ho parlato di Toll-Like che sono recettori di membrana anche se si
possono trovare nella componente citoplasmatica. Questi recettori possono pure opsonizzare, cioè
aderiscono al microrganismo o alla macromolecola e ne rendono possibile il riconoscimento.
Sono pure presenti dei sensori citoplasmatici che sono delle molecole in grado di riconoscere il danno
citoplasmatico. La volta scorsa vi ho parlato di fagosoma che è attivato dai sensori citoplasmatici qualora,
per esempio, ci fosse nel citoplasma un eccesso di zuccheri o un eccesso di acidi grassi. Infatti è necessario
che venga preservata l’integrità all’interno della cellula.
La famiglia dei NOD si sta studiando recentemente, di questa il sistema più usato è l’inflammosoma di cui vi
ho già parlato. Ora si sa che un’ alterazione di questo sistema porta ad una gravissima infiammazione
intestinale.
Tra quelli biologici ci sono le Pentrassine che sono delle molecole prodotte dal fegato. Una di queste è la
Proteina C Reattiva(PCR) prodotta dal fegato in conseguenza di una risposta infiammatoria sistemica. La
PCR è una pentrassina corta. Riconosce il polisaccaride C del pneumococco. Ne esistono altre che
verosimilmente non vengono prodotte esclusivamente dal fegato ma anche da altri tessuti. Le pentrassine
corte e lunghe riconoscono cellule necrotiche e materiale nucleare di cellule morte.
Recettori di membrana per i peptidi formilati
Le patologie associate a
difetti dei recettori
dell’immunità le
riprenderò più avanti.
In questa diapositiva
vediamo i recettori per i
peptidi formilati che
sono dei recettori transmembrana. Vedete come hanno questa “serpentina” trans
membrana(appartengono alla famiglia dei recettori accoppiati alle proteine G e sono formati da 7 domini
transmembrana) . Se ne conoscono due tipi,uno ad alta affinità e l’altro a bassa affinità. I recettori ad alta
affinità riconoscono quei microrganismi che possiedono una metionina formilata a livello della parete
cellulare. Quelli a bassa affinità, oltre a riconoscere i suddetti microrganismi, riconoscono altre
macromolecole quali l’amiloide,la proteina serica A dell’amiloide, ecc.
Riconoscimento dei glucidi sulla parete batterica da parte di MBL
La parete microbica, oltre ad avere la formilazione, possiede gli zuccheri, soprattutto il mannosio. In questa
diapositiva si mostra addirittura come il recettore, poiché si tratta di un multimero, sia in grado di
riconoscere la disposizione spaziale dei residui di mannosio. Il recettore per il mannosio e altri recettori
hanno domini di tipo lettinico, capaci di interagire con gli zuccheri.
Recettori scavanger
I recettori di tipo scavanger sono in grado di riconoscere componenti microbiche ma anche lipoproteine
alterate.
I recettori della famiglia TOLL hanno un dominio di riconoscimento caratterizzato da una struttura con
leucine ripetute.
Riconoscono componenti microbiche oltre ad interagire con lipoproteine modificate (TOLL 4).
Nell’uomo sono stati identificati oltre 10 recettori della famiglia Toll.
Il recettore TLR4, cooperando con CD14 e con la proteina accessoria MD2 riconosce il costituente
principale della parete esterna dei GRAM- LPS, la proteina dello shock termico HSP60, l’acido lipoteicoico
(GRAM+).
Sono i recettori “spazzini”. Sono i recettori per le LDL e contribuiscono ad abbassare la colesterolemia.
Agiscono a livello sub-endoteliale nei vasi.
CD14
Qui possiamo vedere il CD14 ancorato
alla membrana plasmatica attraverso
un fosfatidil inositolo. Il CD14 è in
grado di riconoscere il
lipopolisaccaride ed il legame di
quest’ultimo è in grado di attivare una
cascata di segnali con attivazione del
MyD88. Poi si arriva all’attivazione di
NFkB. Però il lipopolisaccaride può
legarsi pure ad un'altra proteina
plasmatica che consente il legame con
il CD14 a livello plasmatico, non di
membrana plasmatica. Attraverso il
TLR è consentito anche nell’ultimo caso l’attivazione della risposta infiammatoria. Perché si utilizza pure
quest’altro sistema? Perché non tutte le cellule hanno un CD14 legato alla membrana. A livello di endotelio
non è presente il CD14 ma si può attivare comunque la risposta infiammatoria con questa via alternativa.
Infatti il recettore TLR4,presente sulle cellule, è in grado di riconoscere questo complesso formato da CD14
plasmatico e LPS.
Riprendiamo il discorso: abbiamo il danno,che può esser dato da stimoli fisici, cellule morte, patogeni,
citochine infiammatorie come il TNFα, macromolecole e costituenti della dieta come gli acidi grassi saturi. Il
danno attiva il fattore nucleare delle catene leggere che è a sua volta costituito da due subunità p50 e p65.
Queste subunità, come già detto, sono bloccate da due inibitori ma basta un unico stimolo per liberarle.
L’attivazione di p50 e p65 avviene molto velocemente tramite fosforilazione dei due inibitori, una volta
fosforilati essi vengono eliminati tramite il sistema ubiquitina-proteasoma. NFkB trasloca nel nucleo e
attiva una serie di geni per molecole infiammatorie, molecole effettrici , fattori della coagulazione, varie
chemochine e citochine, molecole di adesione endoteliale che creano una situazione pericolosa di
disfunzione endoteliale.