La meningite batterica:
un rapporto ospite-parassita ad alto rischio
Roberto Nisini
Istituto Superiore di Sanità
[email protected]
Esiti di meningite batterica
correttamente trattata
•
•
•
•
Decesso (5-16%)
Lesioni neurologiche permanenti gravi (10%)
Lesioni neurologiche permanenti lievi (30%)
Danni neurologici transitori (10-20%)
Patogeni responsabili di meningite
Patogeni extracellulari
fattori di virulenza
Difesa immunitaria
Streptococcus agalactiae
Streptococcus pneumoniae
Neisseria meningitidis
Capsula polisaccaridica:
inibizione fagocitosi e
attivazione S.complementare
Anticorpi-fagocitosi-killing
Ciclo intracellulare
ed interferenza sulle
funzioni del sistema
immunitario dell’ospite
Linfociti T helpercitotossici-citochine (?)
Haemophilus influenzae tipo B
Patogeni intracellulari
Mycobacterium tuberculosis
Listeria monocytogenes
Patogeni responsabili di meningite
Patogeni extracellulari
fattori di virulenza
Difesa immunitaria
Streptococcus agalactiae
Streptococcus pneumoniae
Neisseria meningitidis
Capsula polisaccaridica:
inibizione fagocitosi e
attivazione S.complementare
Anticorpi-fagocitosi-killing
Ciclo intracellulare
ed interferenza sulle
funzioni del sistema
immunitario dell’ospite
Linfociti T helpercitotossici-citochine (?)
Haemophilus influenzae tipo B
Patogeni intracellulari
Mycobacterium tuberculosis
Listeria monocytogenes
Protezione da batteri capsulati responsabili di meningite:
anticorpi specifici per il polisaccaride capsulare
Fc receptor
C3b receptor
fagocita
Attivazione del sistema immunitario naturale
Attivazione meccanismi effettori
Attivazione del sistema complementare
Reclutamento di polimorfonucleati
Attivazione di Cellule presentanti l’antigene
Differenziamento di linfociti B
In plasmacellule
Attivazione di Cellule presentanti l’antigene
Attivazione di linfociti B
Attivazione di linfociti T CD4
Attivazione del sistema immunitario adattativo
Produzione di anticorpi specifici
Fagocitosi-killing
Neutralizzazione
Chemiotassi e fagocitosi
Batteri
Attivazione del S.Complementare
Chemiotassi
Opsonizzazione
Fagocitosi
Attivazione complemento
IgM o IgG aggregate
VIA CLASSICA
Immunocomplessi
Superfici batteriche
PAMPS
VIA delle Lectine (MBL)
VIA ALTERNATIVA
Attivazione del complemento e
infiammazione
•Deposito su batteri di opsonine (C3b)
•Deposito su batteri di MAC
•Rilascio di fattori vasoattivi (C2a-C4a)
•Rilascio di fattori chemiotattici (C5a)
Fagocitosi e Killing PMN
dipendente
• Rilascio di
– Metalloproteinasi
– Intermediari reattivi dell’O2 (ROIs)
– Intermediari reattivi di N (RNIs)
Attivazione del sistema immunitario adattativo
Stimoli maturativi
Lipopolisaccaride (LPS)
Acido lipoteicoico (LPT)
Mannani
Peptidoclicani
Acidi micolici
RNA
DNA
Batteri Gram +
Batteri Gram Micobatteri
Funghi
Virus
PAMPs <-----> PRR
RICONOSCIMENTO DI PAMPS
(Pathogen Associated Molecular PatternS)
come danger-signals
PRR
Funzione/ligando
TLR1
Co-recettore di TLR2
TLR2
Peptidoglicani,
lipoproteine,
lipoarabinomannano,
TLR3
RNA a doppia elica
TLR4
LPS, in associazione a LPS binding protein, CD14
TLR5
Flagellina
TLR6
Co-recettore di TLR2
TLR7
Strutture associate a imidazo-chinoloni,
Imiquimod / RNA a singola elica
TLR8
RNA a singola elica
TLR9
DNA batterico (motivi CpG non metilati)
TLR10
Ligando non identificato
TLR11
Profillina-altro (uropatogeni)
lipopeptidi,
come
Attivazione di TLRs nelle
meningiti
TLR2
Peptidoglicani, lipoproteine, lipopeptidi,
lipoarabinomannano,
TLR4
LPS, in associazione a LPS binding protein,
CD14
TLR6
Co-recettore di TLR2
TLR9
DNA batterico (motivi CpG non metilati)
Lisi batterica
Da attivazione di (auto)lisine, spontanea,
Mediata da Complemento,
Mediata da antibiotici etc.
Liberazione di componenti
in grado di legare TLRs
Il DNA procariotico come
segnale di danger
Codice di danger
La struttura:
5’-due purine-(citosina-guanina non metilate)-due pirimidine-3’
ricorre con frequenza estremamente più elevata nel DNA procariotico
ESEMPI:
5’-GA CG TC-3’
5’-AG CG CT-3’
5’-AA CG TT-3’
Tali sequenze sono palindromiche e
hanno le caratteristiche di PAMP e
TLR9 è uno specifico PRR.
A-C-T-A-A-T-G-C- A-G - C-G- C-T-T-G-A-A-T-C-C-
C- G
G C
A-C-T-A-A-T-G-C-A T -T-G-A-A-T-C-C-
IN PATOLOGIA
FIl DNA procariotico potrebbe svolgere un ruolo
immunostimolante la risposta autoimmune
FAnche dopo la morte dei batteri (eventualmente
determinata da antibiotici) il DNA può permanere e
determinare infiammazione (cronica?)
Proprietà del DNA
procariotico attraverso TLR9
Attivazione cellulare diretta (modello murino):
monociti, macrofagi, cellule dendritiche, cellule
NK linfociti B
Induzione di secrezione di citochine:
IL-1, IL-6, IL-8, IL-12, TNF
INF
Attivazione cellulare indiretta:
Linfociti B, linfociti T preferenzialmente Th1
Patogeni responsabili di meningite
Patogeni extracellulari
fattori di virulenza
Difesa immunitaria
Streptococcus agalactiae
Streptococcus pneumoniae
Neisseria meningitidis
Capsula polisaccaridica:
inibizione fagocitosi e
attivazione S.complementare
Anticorpi-fagocitosi-killing
Haemophilus influenzae tipo B
Patogeni intracellulari
Mycobacterium tuberculosis
Listeria monocytogenes
Ciclo intracellulare
ed interferenza sulle
funzioni del sistema
immunitario dell’ospite
Linfociti T helpercitotossici-citochine (?)
Fas e Fas ligando
Granzymes
Macrofago infettato
con intracellulare
CTL:
CD8+ o
DN
CD4-/CD8TCR
Molecole di restrizione
(MHC Class II o CD1)
In corso di infezione batterica, indipendentemente dall’agente
eziologico, la risposta immunitaria inizia con la flogosi per:
•
•
•
•
Attivazione del complemento
Attivazione di polimorfonucleati
Attivazione delle APC (TLRs)
Attivazione di linfociti T
Tutto questo determina danno tissutale ed in particolare neuronale
diretto e indiretto (edema e vasculite)
•
•
•
•
Da fattori vasoattivi
Da citochine
Da metalloproteinasi, ROIs, RNIs
Da attivazione di caspasi-->apoptosi
Importanza dell’infiammazione
• I pazienti con difetto delle frazioni tardive
del sistema complementare (C5-C9) hanno
un rischio 8000 volte maggiore di avere
meningite meningococcica
• La mortalità e gli esiti neurologici in tali
pazienti sono però estremamente più rari
che nei soggetti senza deficit
Esiti di meningite batterica correttamente trattata
•
•
•
•
Decesso (5-16%)
Lesioni neurologche permanenti gravi (10%)
Lesioni neurologiche permanenti lievi (30%)
Danni neurologici transitori (10-20%)
Correttamente trattata significa meningite prontamente
riconosciuta con instaurazione di un regime terapeutico
antibiotico adeguato
E’ possibile pensare di ridurre la frequenza e gravità
degli esiti con un adeguato trattamento dell’infiammazione?
Metalloproteinasi della matrice
• Alte concentrazioni di MMP caratterizzano
il liquido cefalo rachidiano (CSF) di
pazienti con meningite batterica acuta
(ABM)
• Sono rilasciate da PMN e altre cellule
attivate
• Provocano danno tissutale
Inibitori delle MMP
• Inibitori delle MMP riducono l’infiammazione
subaracnoidea, l’edema cerebrale e la permeabilità della
barriera ematoencefalica nei modelli murini di meningite
acuta
• In particolare gli inibitori BB-94, GM 6001 e BB-1101
riducono l’incidenza di mortalità,convulsioni, e deficit di
apprendimento in paragone ad animali trattati con i soli
antibiotici
ROIs e RNIs
• Prodotti reattivi dell’ossigeno e dell’azoto rilasciati da
PMN ma anche da magrofagi microglia in risposta a
stimolazione con citochine/chemochine e da alcuni batteri
• Provocano danno attraverso:
– Perossidazione di lipidi di membrana con alterazioni dell’integrità
e funzione cellulare
– Danno al DNA e attivazione di poly(ADP-ribosio) polimerasi con
consumo di ATP e riduzione energetica cellulare che porta a morte
le cellule
• Sono particolarmente dannosi nel cervello per
– Alta tensione di O2 nel cervello e assenza di meccanismi protettivi
(catalasi, superossido dismutasi)
Antiossidanti
α-Phenyl-butyl-nitrone (PBN) riduce la sintesi di
ROIs proteggendo dall’infiammazione e
dall’ischemia in modelli murini
• Inibitori della perossidazione (U74389F) e
tirylizadamesylate (TLM)
• Aumento delle difese antiossidanti (Nacetilcisteina) aumenta il glutatione endogeno
• Inibitori della poly(ADP-ribosio)sintetasi, come la
3-aminobenzamide, prevengono il danno
infiammatorio nella meningite sperimentale
Caspasi
• Enzimi in grado di clivare proteine del
citoscheletro e la pro-forma del fattore di
frammentazione del DNA alla base dell’apoptosi.
• Sono attivati fra l’altro dal rilascio di cytocromo c
dal mitocondrio e da granzymes.
• Si reputa che abbiano un ruolo chiave
nell’apoptosi neuronale da meningite
(pneumococcica) e quindi nella patogenesi dei
danni anatomici, funzionali e cognitivi che
caratterizzano gli esiti di meningite
Inibitori delle Caspasi
• Gli studi sono assolutamente a livello
sperimentale nell’animale ma inibitori
chimici (z-VAD-fmk) e i dati sull’infezione
sperimentali di topi Casp-1 deficienti
indicano che in assenza di funzione delle
caspasi gli esiti di meningite sono
assolutamente meno gravi
Cortisonici
• Unico vero presidio antiinfiammatorio
utlizzabile oggi
• Riduzione degli esiti se la terapia è iniziata
contemporaneamente agli antibiotici
• Vari trials hanno dimostrato la riduzione dei
casi letali e degli esiti neurologici
Conclusioni
• Il danno neuronale è un fenomeno complesso e
multifattoriale nelle meningiti
• Il danno dipende dalla tossicità batterica diretta ma
anche dalla reazione dell’ospite ai componenti
batterici
• Le strategie di intervento terapeutico dovranno nel
futuro essere basate sulla prevenzione (vaccino) e
sulla limitazione della risposta infiammatoria e
immunologica.
