A06
116
Giampiero Patriarca
con la collaborazione di
Domenico Schiavino e Eleonora Nucera
Lezioni di
Immunoallergologia
Copyright © MMIX
ARACNE editrice S.r.l.
www.aracneeditrice.it
[email protected]
via Raffaele Garofalo, 133 A/B
00173 Roma
(06) 93781065
ISBN
978–88–548–2446–1
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,
di riproduzione e di adattamento anche parziale,
con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.
Non sono assolutamente consentite le fotocopie
senza il permesso scritto dell’Editore.
I edizione: aprile 2009
Indice
Presentazione ...........................................................................
7
Capitolo I
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, V. Pecora, V. Sabato)
..............
9
........................
57
.........................
85
........................
93
Capitolo V
Le reazioni da ipersensibilità agli alimenti: l’allergia e
le “intolleranze” alimentari
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, A. Aruanno, A. Buonomo) ........
103
Capitolo II
Le allergopatie respiratorie
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, C. Lombardo)
Capitolo III
La dermatite atopica
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, A. Buonomo)
Capitolo IV
L’anafilassi
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, C. Lombardo)
5
6
Indice
Capitolo VI
L’allergia al lattice della gomma
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera) ............................................ 133
Capitolo VII
L’allergia al veleno di Imenotteri
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, C. Lombardo)
......................... 139
Capitolo VIII
Le reazioni da ipersensibilità ai farmaci
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, A. Colagiovanni,
T. De Pasquale) ............................................................................
147
Capitolo IX
Le dermatiti da contatto e l’allergia sistemica al nichel
(G. Patriarca, D. Schiavino, E. Nucera, A. Buonomo, E. Pollastrini) .......... 171
Capitolo X
La sindrome orticaria–angioedema
(G. Patriarca, D. Schiavino, A. Rizzi, E. Nucera)
................................ 179
Bibliografia .............................................................................. 187
Presentazione
L’Allergologia è una disciplina relativamente giovane che ha acquisito sempre maggiore importanza ed autonomia, assumendo caratteri di specificità propri, pur rimanendo strettamente legata ad altre
specialità quali la Medicina interna, l’Otorinolaringoiatria, la Dermatologia, la Pneumologia, la Gastroenterologia, la Pediatria, la Medicina del lavoro e l’Oftalmologia.
Negli ultimi anni si è assistito ad un aumento vertiginoso dell’incidenza delle malattie allergiche nei paesi occidentali e, contemporaneamente, vi è stato anche un notevole progresso degli studi di biologia molecolare che hanno delucidato i meccanismi fisiopatologici delle
risposte immuni e delle reazioni allergiche. Sono state infatti individuate
cellule e citochine di cui fino a qualche fa anno si ipotizzava solo l’esistenza.
La figura dell’allergologo deve pertanto essere quella di un clinico
capace di diagnosticare e gestire dal punto di vista terapeutico le malattie allergiche con una buona conoscenza delle ultime scoperte riguardanti la biologia cellulare e molecolare.
Questo testo è rivolto principalmente agli studenti del corso di laurea in Medicina e chirurgia, ma può essere un’utile guida anche per gli
specializzandi in Allergologia e Immunologia Clinica. Seppur scritto
in modo sintetico, esso contiene una descrizione di tutte le principali
malattie allergiche con chiari riferimenti all’epidemiologia, alla fisiopatologia, alla clinica, alla diagnosi e al trattamento. Il testo, che trae
spunto dai più recenti lavori pubblicati su riviste internazionali, contiene anche ampi riferimenti all’esperienza che il gruppo del Servizio
7
8
Presentazione
di Allergologia del Policlinico Gemelli ha maturato nel corso degli
anni nello studio delle malattie allergiche.
Pur non essendo un voluminoso trattato, questo testo può essere un
valido strumento anche nelle mani del medico non specialista: la notevole incidenza delle malattie allergiche nei paesi occidentali pone infatti il medico di medicina generale di fronte a nuovi problemi e a
nuove richieste da parte dei pazienti e il libro può essere un aiuto nel
dare risposte e nel gestire i problemi.
Voglio ringraziare i coautori di questo testo, il prof. Domenico
Schiavino e la dr.ssa Eleonora Nucera, che lavorano con me da molti
anni e il dott. Alessandro Buonomo, la dr.ssa Tiziana De Pasquale, la
dr.ssa Carla Lombardo, la dr.ssa Valentina Pecora, la dr.ssa Emanuela
Pollastrini, la dr.ssa Amira Colagiovanni, la dr.ssa Angela Rizzi, la
dr.ssa Arianna Aruanno e il dott. Vito Sabato che ci hanno aiutato in
questo compito non semplice.
Prof. Giampiero Patriarca
Direttore del Servizio di Allergologia del
Policlinico “A. Gemelli” e della Scuola di
Specializzazione in Allergologia e Immunologia Clinica dell’Università Cattolica
del Sacro Cuore di Roma
Capitolo I
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
G. Patriarca, D. Schiavino,
E. Nucera, V. Pecora, V. Sabato
Introduzione
Il Sistema Immunitario (S.I.) è un complesso di cellule e molecole
specializzate nella distinzione del self dal non self e nell’eliminazione
di quest’ultimo.
Un tale tipo di sistema è essenziale per la sopravvivenza di ogni organismo vivente.
Nell’uomo un S.I. ben funzionante consente di proteggersi dagli insulti degli agenti esterni (microrganismi o tossine) e degli agenti interni (cellule tumorali, fenomeni autoimmuni).
Un alterato funzionamento del S.I. può portare a molteplici patologie, dalla rinite allergica all’artrite reumatoide, dai deficit immunitari
alle malattie neoplastiche.
Le strutture del S.I. possono essere classificate in due categorie:
– Immunità innata (o naturale o aspecifica): risposte altamente
conservate nella linea evolutiva codificate da geni della linea
germinale le quali riconoscono come non self molecole espresse
da diversi tipi di microrganismi. Si compone essenzialmente di
fagociti, proteine ematiche e cellule natural killer e si attiva immediatamente dopo l’invasione da parte del patogeno.
9
10
Capitolo I
Tabella 1.1 Principali caratteristiche dell’immunità innata e adattativa
Caratteristiche
Immunità Innata
Immunità adattativa
Specificità
Per strutture espresse da
classi di microbi (“molecular patterns”)
Per strutture specifiche
di molecole microbiche
e non microbiche (antigeni)
Recettori
Codificate da geni della linea germinale; diversificazione limitata
(es. Toll–like receptors)
Codificate da geni dalla
linea somatica; il riarrangiamento di questi
geni è alla base dell’elevata diversificazione
(es. T cell receptor)
Distribuzione dei
recettori
Non clonale
Clonale
Memoria
Assente
Presente
Barriere chimiche e
fisiche
Cute, epiteli delle mucose,
sostanze antimicrobiche
Linfociti intra–epiteliali,
anticorpi secreti a livello degli epiteli
Proteine ematiche
Complemento
Anticorpi
Cellule
Fagociti e natural killer
Linfociti
Componenti
– Immunità adattativa (o specifica): risposte codificate da geni
della linea somatica il cui riarrangiamento comporta l’assemblamento
di recettori altamente specifici (recettori di superficie o anticorpi) per
certe regioni (epitopi) del patogeno. È una risposta che si instaura
nell’arco di giorni o di settimane.
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
11
Anche se descritti separatamente, i due compartimenti del sistema
immunitario (v. Tab. 1.1) spesso cooperano: l’immunità innata rappresenta la prima linea di difesa, l’immunità adattativa diventa preminente entro alcuni giorni a seguito dell’espansione di cloni B e T specifici.
Inoltre le cellule antigene specifiche potenziano la loro azione reclutando cellule effettrici dell’immunità innata. In definitiva, quindi, anche se la risposta immune innata e quella adattativa sono assai differenti in termini di meccanismi effettori la loro sinergia è fondamentale
per un sistema immune pienamente efficiente.
Figura 1.1 L’anatomia del sistema immunitario
12
Capitolo I
Sono organi del S.I. (v. Fig. 1.1):
1. Organi linfatici primari
Sono: il timo e la borsa di Fabrizio per gli uccelli; il timo, il midollo osseo e il fegato fetale per i mammiferi.
a. Il timo
È un organo bilobato localizzato nella regione anteriore del
mediastino. Ciascun lobo è costituito da lobuli nei quali si riconoscono una regione corticale e una midollare.
Le cellule contenute nel timo sono soprattutto linfociti (timociti), altre cellule di derivazione midollare (macrofagi e cellule dendritiche) e cellule epiteliali (corpuscoli di Hassal).
Nel timo si compie il processo di ontogenesi dei linfociti T; i
linfociti immaturi che arrivano nella zona sottocapsulare dal
midollo osseo vanno incontro a un processo di maturazione/selezione al termine del quale divengono immunocompetenti e vengono reimmessi in circolo per andare a colonizzare
gli organi linfoidi secondari.
Il timo, inoltre, regola le funzioni immunitarie con la secrezione di numerose sostanze (gli ormoni timici) che modulano
la crescita e le funzioni delle varie cellule immunocompetenti.
b. Il midollo osseo
Il midollo osseo (e il fegato nella vita fetale) costituisce
l’equivalente della borsa di Fabrizio per gli uccelli.
Essi sono la sorgente di cellule staminali pluripotenti che poi
si differenziano in linfociti, granulociti, eritrociti e megacariociti, che hanno diverse caratteristiche funzionali. Un alterato funzionamento di queste linee cellulari porta a gravi malattie (deficit immunitari, leucemie, linfomi).
2. Organi linfatici secondari
Gli organi linfatici secondari dei mammiferi sono: linfonodi,
milza e tessuto linfatico delle mucose e della cute. Essi sono
connessi contemporaneamente al circolo sanguigno e linfatico;
attraverso questi vasi (sanguigni e linfatici) i linfociti circolano
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
13
continuamente, rispondono agli stimoli antigenici e trasferiscono
la specifica informazione derivante da questa esposizione all’antigene in tutti i sistemi del sistema linfatico.
a. Linfonodi
Costituiscono gli organi periferici del S.I. deputati alla localizzazione di una infezione e alla prevenzione di una sua diffusione. I linfonodi hanno una struttura fatta da cellule reticolari e fibre e in essi sono rilevabili una regione corticale e una
midollare. I linfociti T (Timo–equivalenti) si ritrovano nella
midollare e nelle aree paracorticali. Nei linfonodi (a livello
dei follicoli primari) si ritrovano anche macrofagi e cellule
dendritiche che funzionano come cellule presentanti l’antigene (APC).
b. Milza
La milza è un organo dotato di grande flusso ematico (300
ml/min), che ritorna in massima parte nel circolo generale,
dopo aver dato la possibilità alle strutture immunitarie spleniche (linfociti, monociti, macrofagi) di valutare e controllare
ripetutamente il contenuto antigenico del torrente circolatorio. Inoltre i macrofagi splenici catturano ed eliminano gli
eritrociti senescenti.
3. Altri tessuti linfatici
a. Sistema immune mucosale
È formato da aggregati di linfociti, macrofagi e altre cellule
accessorie, localizzate al di sotto dell’epitelio delle mucose e
da alcuni linfociti presenti anche in sede intraepiteliale. Fanno parte di questo sistema: le placche di Peyer della lamina
propria dell’intestino tenue, l’appendice, le tonsille, i follicoli
linfatici delle vie aeree e dei bronchi.
b. Sistema immune cutaneo
È costituito da linfociti intraepidermici e da cellule simili alle
cellule dendritiche dei linfonodi (cellule di Langherans).
14
Capitolo I
c. Tessuti linfoidi ectopici
Possono originare ex novo in sedi coinvolti in marcata e persistente risposta immunitaria (per es. i follicoli linfatici sinoviali in corso di artrite reumatoide).
Cellule del sistema immunitario
1. I linfociti
I linfociti sono le uniche cellule dotate di specifici recettori per gli
antigeni e sono le cellule chiave della risposta immunitaria adattativa.
Nonostante siano morfologicamente indistinguibili al microscopio ottico, nell’ambito dei linfociti è possibile individuare diverse popolazioni con specifiche funzioni e fenotipo. Le cellule sono quindi distinte in base a proteine di superficie che possono essere identificate con
un pannello di anticorpi monoclonali; queste molecole sono definite
CD (cluster of differentiation) e identificate da un numero arabo. Ad
oggi ne sono state descritte 249.
Le tre linee cellulari distinguibili nell’ambito dei linfociti sono:
– Linfociti T
– Linfociti B
– Natural Killer
Le molecole di superficie che più caratterizzano la linea T cellulare
sono: CD2, CD3 (marker lineage specifico), CD4 (T helper, TH), CD8
(T citotossici, CTL); da ricordare inoltre il CD5 (implicato nella trasduzione del segnale da interazione cellula–cellula), il CD7 (il marker
più precoce delle cellule T), il CD28 (implicato nel segnale costimolatorio), il CD152 (o CTLA–4 coinvolto in segnali inibitori). I linfociti
T CD4+ sono definiti T helper in quanto “aiutano” i linfociti B a produrre anticorpi e i fagociti nella distruzione dei microrganismi; i linfociti T CD8+ sono detti citotossici in quanto lisano cellule infettate da
microrganismi. Le cellule T CD4+ immesse in circolo, dopo aver
completato il ciclo di maturazione nel timo, vanno incontro ad una se-
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
15
rie di stimolazioni antigeniche il cui risultato è quello di far acquisire
alla cellula TH0 (o null o vergine) un fenotipo di tipo TH1 o TH2.
Dopo il contatto con l’antigene il linfocita vergine interagisce con altre cellule del sistema immune (macrofagi, mastociti, cellule natural
killer): il tipo di contatto e di risposta all’antigene sono influenzati
dalle caratteristiche genetiche dell’ospite e da una serie di fattori non
noti. La processazione dell’antigene da parte di queste cellule
dell’immunità innata (e successivamente di cellule specializzate nella
presentazione dell’antigene, APC, fra cui soprattutto le cellule dendritiche) determina la produzione di una serie di citochine il cui equilibrio è fondamentale per lo sviluppo della risposta immunitaria nei
confronti di quello specifico antigene. La modalità di presentazione
dell’antigene e il pattern citochinico “polarizzano” il TH0 verso il fenotipo TH1 o il TH2 (v. Fig. 1.2).
Figura 1.2 Polarizzazione TH1/TH2
16
Capitolo I
L’acquisizione del fenotipo Th1 e del fenotipo Th2 è indotta dalla presenza dell’IL–12 e dell’IL–4 nel sito di presentazione dell’antigene; è un
processo “stepwise” determinato da attivazione di particolari segnali cellulari, divisioni cellulari e modulazione della cromatina il cui risultato finale è una memoria epigenetica per la produzione di citochine. Per la differenziazione in senso TH1 è fondamentale la stimolazione dell’IL–12 attraverso STAT–4 e, nelle fasi precoci, dell’IL–27 attraverso STAT–1.
Questi pathway attivano il fattore di trascrizione TH1 regulator–T–box il
quale non solo promuove la produzione di citochine pro–TH1 (IFN–γ,
IL–2,TNF–), ma blocca anche la differenziazione in senso TH2. L’IL–
4, invece, attraverso la stimolazione del GATA–3 stimola la produzione
di citochine pro–TH2 (IL–3,4,5,9,10,13, IL–25), inibendo allo stesso
tempo la differenziazione in senso TH1.
Negli ultimi anni, inoltre, è stato definito un subset di cellule T, le
cellule T regolatorie (o Treg), implicato nella regolazione della risposta
immunitaria nei confronti di antigeni self e non self (vedi “La regolazione della risposta immune”)
I linfociti B, invece, sono definiti da CD19 e CD20 (marcatori pan–
B cellulari), CD72, CD40 e CD10 (detto anche antigene CALLA,
common acute lymphoblastic leukemia associated antigen). Esiste, inoltre, una subpopolazione CD5+ ossia linfociti B che compaiono nel
fegato e nella milza fetali intorno alla 17a–18a settimana e si localizzano ai margini dei centri germinativi dei follicoli secondari; queste
cellule sono capaci di produrre spontaneamente autoanticorpi (soprattutto fattore reumatoide e anti–DNA a singola elica).
L’80% dei linfociti circolanti sono T, il 10–15% sono B; i linfociti
TCD4 sono in rapporto 2:1 con i CD8.
Le cellule Natural Killer (NK) sono un subset di linfociti identificate dal CD56 e dal CD16. Queste fanno parte della cosiddetta immunità
innata e esercitano un ruolo di immunosorveglianza nei confronti di
siti esprimenti target non self complessati con l’MHCI (es. cellule infettate da virus, cellule neoplastiche, cellule trapiantate).
2. I fagociti.
Sono cellule ematiche che maturano nel midollo osseo, circolano
nel sangue per brevi periodi (giorni) ed entrano negli spazi tissutali
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
17
per diapedesi attraverso le pareti capillari in risposta a fattori chemiotattici rilasciati dall’infiammazione.
a. Macrofagi: giocano un ruolo fondamentale nella risposta immune. Derivano dai monociti circolanti, circolano per pochi giorni
nel sangue, che lasciano per divenire macrofagi tissutali attivati.
Funzioni fondamentali:
i. Chemiotassi (richiamo di cellule);
ii. Fagocitosi (digestione dell’antigene);
iii. Processazione dell’antigene e presentazione ai linfociti perché si possa iniziare una risposta immune linfocitaria. Essi
non sono però antigene specifici;
iv. Secrezione di enzimi, proteine plasmatiche, metaboliti attivi
dell’ossigeno, citochine (es. IL–1).
b. Neutrofili: originano dal midollo osseo, circolano nel sangue e
nei tessuti; la loro funzione primaria è la fagocitosi e la distruzione di agenti estranei.
c. Eosinofili: sono spesso presenti nei siti di immunoflogosi, ma la
loro attività fagocitaria è inferiore a quella dei neutrofili. Hanno
un ruolo nella immunità anti–parassitaria e nelle malattie allergiche. Gli eosinofili attivati rilasciano diverse sostanze, fra cui la
cosiddetta proteina cationica degli eosinofili (ECP) che può essere dosata nel siero dei pazienti come indice di attività di flogosi allergica (soprattutto nelle allergie respiratorie).
d. Basofili e Mastociti: sono espressioni diverse di cellule con analoga finalità: sintesi, trasporto e liberazione dei mediatori chimici della flogosi allergica (istamina, leucotrieni, fattore chemiottattico degli eosinofili o ECF, fattore di attivazione delle piastrine o PAF). I basofili sono presenti in circolo, i mastociti risiedono nei tessuti (mucose e parenchimi).
18
Capitolo I
L’immunità innata
Viene così definita in quanto si avvale di meccanismi altamente
conservati nella scala evolutiva e che non sono influenzati da precendenti contatti con microrganismi.
Il primo sistema di difesa è rappresentato dalla barriera cutanea,
dalle secrezioni mucose, dagli epiteli ciliati, dal succo gastrico e
dall’antagonismo della flora microbica commensale. In caso di superamento di queste barriere i microrganismi sono attaccati da fattori solubili (es. lisozima) e dai fagociti.
I principali fagociti sono rappresentati dai polimorfonucleati neutrofili e dai macrofagi; attraverso i cosiddetti “pattern recognition receptors”, PRRs, (es. i “toll–like receptors”) essi riconoscono i cosiddetti “pathogen associated molecular patterns”, PAMPs, posti sulla
superficie del microbo. Una volta adesi sulla superficie del fagocita i
microrganismi attivano specifici segnali intracellulari e sono trasportati all’interno della cellula ove sono fusi con i granuli lisosomiali. Ciò
determina l’attivazione di una serie di sistemi microbicidi: specie reattive dell’ossigeno (attivazione della mieloperossidasi), ossido nitrico e
una serie di fattori ossigeno–indipendenti (lattoferrina, lisozima, defensine, proteine cationiche, etc..). Inoltre, l’adesione del microrganismo ai PRRs sulle cellule dendritiche dà inizio alla risposta immune
adattativa.
Importante nell’espletamento della risposta immune innata (ma
anche di quella adattativa) è quel complesso di proteine circolanti e
associato alle membrane che prende nome di complemento. Si tratta
di proteine normalmente presenti nel siero in forma inattiva le quali
esplicano la loro azione biologica attraverso un’attivazione enzimatica sequenziale. Alcune proteine (inibitore della C1–esterasi o C1–
INH, C3b inattivatore, fattore H, etc.) sono normalmente presenti per
bloccare un’attivazione aspecifica del complemento. L’attivazione
del complemento può seguire la via classica, la via alternativa e la
via lectinica. La via classica è parte integrante della risposta immune
adattativa e si innesca dopo che un anticorpo (IgM, IgG1 e IgG3) si è
legato alla superficie microbica. La via alternativa e la via lectinica
rientrano nell’ambito dell’immunità innata e si innescano rispettivamente in seguito al contatto diretto con la superficie microbica (che
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
19
non contiene gli elementi regolatori inibenti presenti nell’ospite) o
mediato dalle IgA e in seguito al legame della lectina legante il mannosio con i residui di mannosio delle glicoproteine di superficie dei
microbi. Tra gli elementi complementari è importante ricordare:
– C3: è la componente centrale del complemento su cui convergono tutte le vie di attivazione; il frammento C3b interviene
nell’opsonizzazione e nella fagocitosi ed è in grado di promuovere il clivaggio delle proteine poste a valle. Nella pratica clinica, nel sospetto di patologia da attivazione del complemento, si
richiede il dosaggio delle frazioni C3 e C4 del complemento.
– C3a, C4a, C5a: sono i frammenti proteolitici che stimolano la
flogosi (aumentano la permeabilità vascolare, favoriscono la
chemiotassi dei leucociti, inducono il rilascio di altri mediatori
della flogosi. Questi fattori sono definiti anche “anafilotossine”
in quanto sono in grado di indurre direttamente la degranulazione dei mastociti e dei basofili.
– C5–C9: costituisce il cosiddetto complesso di attacco alla membrana (MAC) ed è implicato nella lisi dei microrganismi.
– C1–INH: proteina regolatrice che inibisce l’attivazione del complemento nelle fasi precoci. Un suo deficit quantitativo/qualitativo, ereditario o acquisito è causa di angioedemi ricorrenti;
la forma più nota è l’Edema Angioneurotico Ereditario di Quincke ed è dovuta al deficit quantitativo, geneticamente trasmesso,
della C1–INH.
Altro importante meccanismo effettore dell’immunità innata è il
cosiddetto “killing” extracellulare. Le cellule infettate da virus sono
aggredite dai NK attraverso il sistema delle perforine e del FAS–FAS
ligando. Quest’ultimo pathway innesca una serie di segnali intracellulari che portano alla cosiddetta morte cellulare programmata, o apoptosi. Il fenomeno dell’apoptosi è un meccanismo omeostatico di difesa
nelle reazioni immunitarie ed è responsabile di una serie di eventi tra
cui:
– morte dei neutrofili durante la risposta infiammatoria acuta;
– morte cellulare indotta dai linfociti T;
20
Capitolo I
– morte dei linfociti in seguito a deplezione di citochine ed eliminazione di cloni autoreattivi.
L’attivazione degli eosinofili da parte del C3b adeso alla superficie
dei parassiti è responsabile della loro uccisione.
L’immunità adattativa
Le caratteristiche peculiari della risposta immune adattativa sono:
– specificità: capacità di riconoscere e rispondere a diversi tipi di
microrganismi;
– memoria: dopo il primo contatto con l’antigene (risposta
primaria) si generano cellule a lunga emivita che permangono in uno stato di quiete fino a quando non si realizza un
successivo contatto con l’antigene (risposta secondaria); in
tal caso queste cellule acquisiscono rapidamente funzioni effettrici;
– specializzazione: capacità di riconoscere strutture specifiche di
specifici microrganismi;
– non autoreattività contro il self: meccanismi regolatori
impediscono alle cellule del sistema immune di attaccare
l’ospite.
L’immunità adattativa si compone di due compartimenti:
– immunità cellulo–mediata: la risposta immune è orchestrata dai
linfociti T helper che potenziano la capacità di killing dei macrofagi e dai CTL che aggrediscono le cellule infettate;
– immunità umorale: mediata da fattori solubili (anticorpi) prodotti dai linfociti T ha lo scopo di bloccare le infezioni e di eliminare microrganismi extracellulari.
Le caratteristiche peculiari dei due compartimenti della risposta
immune adattativa sono elencate nella Tabella 1.2.
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
21
Tabella 1.2 Principali caratteristiche dell’immunità innata e adattativa
Immunità umorale
Immunità cellulo–mediata
Mediata da anticorpi
Mediata da cellule
Cellule responsabili: linfociti B
Cellule responsabili: linfociti T, monociti, macrofagi
Possibilità di trasferimento sierico
Impossibilità di trasferimento sierico
(perché cellule)
Prima difesa contro le infezioni batteriche
Responsabile delle difese contro virus,
miceti, organismi intra–cellulari, antigeni tumorali, rigetto dei trapianti
Le fasi della risposta immunitaria adattativa
La risposta immune è il risultato di una serie di eventi sequenziali
che possono essere così schematizzati:
1. fase di riconoscimento e presentazione dell’antigene: cellule
specializzate (cellule presentanti l’antigene, APC) presentano
l’antigene ai linfociti antigene–specifici naive;
2. fase di attivazione: richiede almeno due segnali. Il primo è fornito dal legame del recettore specifico per l’antigene (TCR, T–cell
receptor), il secondo (“costimolazione”) è fornito dal microbo
stesso o da fattori dell’immunità innata attivatasi in seguito
all’invasione del microrganismo. Il segnale costimolatorio meglio noto è l’interazione B7 (CD80/86)– B7 ligando (CD28).
Durante la fase di attivazione i linfociti che hanno riconosciuto
l’antigene vanno incontro ad una rapida divisione cellulare (espansione clonale) e acquistano la capacità di eliminare l’antigene (cellule effettrici);
3. fase effettrice: i linfociti B si differenziano in cellule effettrici
capaci di produrre anticorpi (plasmacellule), mentre i linfociti T
22
Capitolo I
acquisiscono la capacità di “killing” nei confronti delle cellule
infettate. Le cellule effettrici e i loro secreti eliminano l’antigene, spesso, in coordinazione con i meccanismi effettori della
risposta immune innata;
4. fase di declino (omeostasi): debellata l’infezione viene a mancare lo stimolo in grado di attivare i linfociti. Ne deriva che la
maggior parte delle cellule stimolate dalla presenza dell’antigene vanno incontro a fenomeni di apoptosi e successiva rimozione dei corpi apoptotici da parte dei fagociti;
5. fase della memoria: le cellule che sopravvivono sono i cosiddetti
linfociti della memoria e sono capaci di rimanere quiescenti per
mesi o anni e di rispondere rapidamente ad una successiva invasione da parte di un microrganismo.
Ruolo cruciale nella presentazione dell’antigene è rivestito dalle
molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC o HLA,
human leukocyte antigen): esse segnalano la presenza di un non self e
contemporaneamente rappresentano un segnale di riconoscimento per
le cellule che devono cooperare. I linfociti T, infatti, non sono in grado di riconoscere gli antigeni se non processati e complessati con le
molecole MHC.
I geni che codificano per le proteine del complesso maggiore di istocompatibilità sono localizzati sul cromosoma 6; qui sono stati definiti 3 locus:
– classe I: rappresentato dalle regioni A, B, C;
– classe II: rappresentato dalla regione D a sua volta suddivisa in
Q, P, R;
– classe III: rientrano geni codificanti proteine del complemento e
citochine.
Proprietà fondamentale delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità è l’elevato polimorfismo: ciò è la chiave dell’ampio
repertorio di specificità per i diversi antigeni. I polimorfismi dei geni
HLA sembrano essere coinvolti nella suscettibilità/resistenza allo sviluppo di malattie autoimmuni.
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
23
Schematizzando le caratteristiche (v. Tab. 1.3) delle molecole del
complesso maggiore di istocompatibilità potremmo dire:
– le molecole di classe I sono presenti sulla superficie di tutte le
cellule nucleate, si complessano con antigeni endogeni e sono
coinvolti soprattutto nell’interazione fra CTL e cellule bersaglio;
– le molecole di classe II sono presenti costituzionalmente sulle
APC, si complessano con antigeni esogeni e sono implicate sia
nella presentazione dell’antigene sia nelle interazioni fra le varie
cellule del sistema immune.
Tabella 1.3 Le caratteristiche delle molecole di istocompatibilità
Caratteristica
Classe I
Classe II
Cellule esprimenti in superficie la molecola
Tutte le cellule mononucleate
Cellule dendritiche,
linfociti B, fagociti
mononucleati
Cellule T responsive
CD8
CD4
Fonte dell’antigene proteico
Proteine citosoliche
Proteine esogene introdotte nella cellula
in granuli lisosomiali
Enzimi responsabili della generazione del peptide antigenico
Proteasoma
Proteasi endo/lisosomiali (es. catepsine)
24
Capitolo I
Figura 1.3 Schema di una IgE
Legenda:
VL: regione variabile della catena leggera e VH: regione variabilie della catena pesante
CL: regione costante della catena leggera e CH: regione costante della catena pesante
CH(z)1: “domain” che amplifica e allunga le braccia, in modo da collocare l’antigene nella tasca
CH(z)2: “domain” di legame per il complemento
CH(z)3: “domain” di legame per il recettore posto sulla superficie cellulare
CH(z)4: “domain” di legame per i recettori della superficie cellulare presente nelle IgE e nelle
IgM, ma non nelle altre immunglobuline
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
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L’immunità umorale
Sono parti integranti dell’immunità umorale i linfociti B, le plasmacellule in cui essi si trasformano e gli anticorpi (o immunoglobuline o Ig) da queste secrete.
Tutte le Ig presentano una somiglianza strutturale essendo formate
da 4 catene polipeptidiche suddivise in due pesanti (H) e due leggere
(L), ognuna delle quali contiene una regione variabile e una regione
costante. Ciascuna regione variabile a sua volta contiene tre regioni
ipervariabili (CDRs); di queste tre possiede maggiore variabilità la
CDR3 che è localizzata nel punto di giunzione fra la regione costante
e la regione variabile ed è la regione che maggiormente contribuisce al
legame con l’antigene. La tasca di legame per l’antigene (o epitopo) è
detta paratopo.
Sono definite 5 classi di Ig, chiamate IgA, IgG, IgM, IgD, IgE, in
base alla struttura della catena pesante: , , μ, , . Le catene leggere,
invece, sono distinte in e . Ogni Ig possiede un solo tipo di catena
pesante e un tipo di catena leggera, ma ogni classe di Ig può avere entrambe le catene leggere.
Nell’ambito di ciascuna Ig è possibile schematizzare due elementi
funzionali:
– frammento Fab: è il frammento con cui legano l’antigene in una
porzione definita paratopo (la porzione dell’antigene che lega il
paratopo è detta epitopo);
– frammento Fc: è il frammento costante grazie al quale legano
recettori specifici posti sulla superficie delle cellule immunocompetenti.
La forza di legame con la quale un anticorpo lega un epitopo è detta affinità; l’incremento di tale forza di legame durante l’espletamento
della risposta immune è detta maturazione dell’affinità (vedi dopo).
Ciascun anticorpo, inoltre, è in grado di legare da 2 a 10 epitopi antigenici: la forza totale dell’interazione (che quindi è maggiore della
singola interazione paratopo–epitopo) è detta avidità. La possibilità,
invece, di legame di antigeni strutturalmente simili da parte dello stesso anticorpo è detta cross–reazione.
26
Capitolo I
La risposta immune umorale ha inizio a seguito del legame fra
l’antigene e una Ig specifica posta sulla superficie del linfocita B naive. Il cross–linking (legame a ponte) delle Ig di superficie determinato
dall’antigene e il legame del frammento C3d del complemento con il
suo recettore specifico posto sulla superficie della cellule B determina
l’espansione clonale dei linfociti B, minima produzione di IgM e prepara il linfocita B all’interazione con il linfocita TH. Il linfocita B, dopo aver internalizzato e processato l’antigene, lo presenta al linfocita T
specifico complessato con l’MHC di classe II. La chiave dell’interazione linfocita T–B è il legame CD40–CD40L; le citochine secrete
dai linfociti T promuovono la proliferazione dei linfociti B e la loro
differenziazione e maturazione in plasmacellule.
I primi anticorpi ad essere secreti appartengono alla classe IgM, ma
con il procedere della risposta immune si verifica un “cambiamento”
della catena pesante, detto switch isotipico, che modifica l’isotipo di
appartenenza di una Ig (ma non la sua specificità!). L’interazione
CD40/CD40L e soprattutto l’ambiente citochinico influenzano il tipo
di switch; ad esempio lo switch IgE è favorito dall’IL–4, IL–5 e IL–13
(citochine di tipo Th2).
La cinetica della produzione anticorpale primaria può essere distinta in 4 fasi:
1. fase finestra: è la fase in cui è presente solo l’antigene il quale
viene processato e presentato;
2. fase logaritmica: i linfociti B attivati proliferano ed evolvono in
plasmacellule le quali producono rapidamente grandi quantità di
anticorpi;
3. fase di plateau: fase in cui si stabilizza la quantità di produzione
di anticorpi (i quali si complesseranno con l’antigene);
4. fase di declino: eliminato l’antigene la risposta anticorpale si affievolisce.
Prolungate e ripetute esposizioni ad un determinato antigene favoriscono la cosiddetta maturazione dell’affinità. Questo processo si verifica a livello dei centri germinativi dei follicoli secondari. Qui le cellule B proliferano rapidamente e i geni che codificano per le regioni
variabili delle Ig vanno incontro a diverse mutazioni somatiche che
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
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Tabella 1.4 Caratteristiche delle diverse classi di Ig
Isotipo
Sottotipo
Catena
pesante
Emi–vita
(gg)
Forma secreta
Funzioni
Intervalli
di riferimento
nel siero
IgA
IgA1,2
(1,2)
6
Monomero,
dimero,
trimetro
Immunità mucosale, immunità neonatale passiva *
70–400 mg/dl
IgD
3
Recettore per l’antigene di cellule B
naive
< 100 U/ml
IgE
2
Monomero
Attivazione di mastociti, basofili ed
eosinofili (immunità antiparassitaria
e ipersensibilità immediata)
< 200 UI/ml
(1,2,3,4)
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Monomero
Opsonizzazione,
attivazione del
complemento,
ADCC**, immunità neonatale
700–1600 mg/dl
μ
5
Pentamero
Recettore per l’antigene di cellule B
naive, attivazione
del complemento
40–230 mg/dl
IgG
IgM
IgG1–4
conferiranno all’Ig di superficie diversi gradi di affinità per quello
specifico antigene. Solo quelle cellule le cui Ig di superficie per effetto
delle mutazioni somatiche avranno acquisito un’elevata affinità saranno selezionate per sopravvivere.
I polisaccaridi, i lipidi e gli altri antigeni non proteici sono definiti
antigeni T–indipendenti in quanto inducono la produzione di anticorpi
senza l’intervento di linfociti T CD4. La maggior parte degli antigeni
T–indipendenti presentano multipli epitopi identici capaci di determinare un massivo cross–linking delle Ig di superficie del linfocita B e
fornire ad esso quindi un segnale sufficiente di attivazione anche in
assenza di uno stimolo TH. La risposta a questi antigeni mostra un
minore switch isotipico e una minore maturazione di affinità rispetto
alla risposta ad antigeni T–dipendenti.
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Capitolo I
* Le IgA sono prodotte dalle plasmacellule situate nella lamina
propria delle mucose e si legano ad un recettore per il loro frammento
Fc (detto poli–Ig) espresso sulla parete basale della cellula epiteliale.
Il complesso viene trasportato attraverso la cellula e le IgA sono liberate nel lume mediante clivaggio proteolitico del recettore. Questo
processo è definito “transicitosi” e la porzione del recettore poli–Ig
che rimane ancorato alle IgA è detta componente secretoria (Secretory
Component).
** ADCC: citotossicità cellulo–mediata anticorpo dipendente
L’immunità cellulo–mediata
I principali attori della risposta immunitaria cellulo–mediata sono i
linfociti T. La loro risposta si articola nelle seguenti fasi sequenziali: riconoscimento delle cellule infettate da microbi, espansione dei cloni antigene specifici e differenziazione in cellule effettrici e cellule memoria.
I linfociti T usano il loro TCR (T cell receptor) per riconoscere
l’antigene complessato con la molecola MHC esposto sulla superficie
delle APC (ciò assicura la specificità della risposta) e i residui polimorfici delle molecole MHC (ciò assicura la restrizione MHC della risposta T cellulare).
Il legame fra il linfocita T e l’APC è rafforzato da molecole d’adesione, fra cui vanno menzionate soprattutto le integrine; la loro affinità
per il corrispettivo ligando è aumentata dalle chemochine prodotte a seguito del riconoscimento dell’antigene da parte del linfocita T. Le APC,
quindi, espongono sulla loro superficie molecole costimolatorie che nel
complesso costituiscono il “secondo segnale” per l’attivazione dei linfociti. Le cellule T attivate secernono quindi citochine le quali stimolano la
proliferazione delle stesse e ne dirigono le funzioni effettrici.
Le cellule CD4 possono assumere due fenotipi effettori:
– cellule TH1: producono INF– e potenziano la capacità di killing dei macrofagi e stimolano la produzione di opsonine e anticorpi leganti il complemento;
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
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Tabella 1.5 Fenomeni in cui è coinvolta l’immunità cellulo–mediata.
– Reazioni da ipersensibilità ritardata (es. allergie da contatto, allergie ritardate
da farmaci,eczema cronico)
– Intradermoreazione di Mantoux
– Immunità verso microrganismi intracellulari (es. micobatteri)
– Immunità nei confronti di antigeni fungini e virali
– Rigetto dei trapianti
– Eliminazione di cellule tumorali producenti neoantigeni
– Formazione di granulomi cronici
– cellule TH2: producono IL–4 e IL–5 e stimolano la produzione
di IgE e l’attivazione degli eosinofili.
Le cellule CD8 riconoscono antigeni intracellulari e acquisiscono
funzione effettrice grazie alla cooperazione con i linfociti T CD4. La
loro capacità citotossica è esplicata soprattutto attraverso l’induzione
della frammentazione del DNA e dell’apoptosi.
I fenomeni in cui è coinvolta l’immunità cellulo–mediata sono
schematizzati nella Tabella 1.5.
La regolazione della risposta immune
Si definisce tolleranza una condizione indotta di non responsività
nei confronti di antigeni specifici. Tutti gli individui (sani) sono non
responsivi nei confronti di antigeni propri. Alterazioni delle regolazione della risposta immune possono dar luogo a malattie da ipersensibilità (allergie) o a stati di autoreattività contro il self.
I meccanismi che intervengono a livello centrale e a livello periferico nell’induzione della tolleranza sono:
– Selezione negativa: è un meccanismo centrale che comporta la
morte per apoptosi di quei linfociti il cui recettore presenta
un’alta affinità per il self.
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Capitolo I
– Anergia: è un meccanismo periferico grazie al quale i linfociti autoreattivi versano in una condizione di inattivazione
funzionale poiché l’antigene viene presentato in assenza di
molecole costimolatorie. Clinicamente lo stato di anergia è
definito dalla mancanza di risposte cellulo–mediate (es. reazioni di ipersensibilità ritardata) nei confronti di antigeni
comuni.
– Ignoranza: assenza della risposta immune per insufficiente dose
o stabilità dell’antigene o per inaccessibilità dello stesso alle cellule del sistema immune.
– Tolleranza mucosale: stato di non responsività determinato
dall’esposizione mucosale ad uno specifico antigene. Questo
meccanismo è particolarmente importante nel determinismo della tolleranza in corso di terapia desensibilizzante specifica per
via sublinguale.
– Azione delle cellule T regolatorie (T reg).
Le T reg rivestono un ruolo fondamentale nel mantenimento
della tolleranza periferica. Studi effettuati su modelli murini o su
pazienti indicano che l’assenza o disfunzione a livello del compartimento cellulare in oggetto possono portare ad una varietà di patologie immuno–mediate quali autoimmunità, allergia e rigetto di
trapianto.
La prima descrizione delle T reg le definisce come mediatori della
tolleranza verso il self ed indentifica prima il CD25 e poi il FoxP3
(fattore di trascrizione fondamentale per la maturazione delle cellule T
regolatorie) come markers di specificità di questo cluster (studi successivi hanno dimostrato, però, che anche cellule T convenzionali
possono esprimere questo marker).
Esistono due principali categorie di T reg:
– T reg naturali: cellule CD4+CD25+ timo–derivate che esprimono stabilmente FoxP3
– T reg inducibili: cellule originatesi a livello periferico e sulle
quali l’espressione di FoxP3 viene indotta da TGF–β, IL–2, acido retinoico e da cellule dendritiche immature che presentano
antigene in basse dosi
Il sistema immunitario: fisiopatologia e clinica
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Il modello generale oggi adottato suggerisce che in condizioni
normali la funzione delle cellule T reg sia down–modulata durante la
fase iniziale di una risposta immune e che, in una fase successiva, le T
reg si espandano per poi partecipare alla risoluzione della risposta
stessa. I diversi meccanismi attraverso cui queste cellule esercitano la
loro azione possono essere così schematizzati:
– secrezione di citochine, fra cui soprattutto IL–10 (cellule TH3) e
TGF–β (cellule Tr e Tr1)
– contatto diretto attraverso il CTLA4 (cellule T reg naturali)
– produzione di perforina e di granzyme
– espressione di CD39 e CD73 responsabili del processo di conversione di ATP in adenosina la quale è tossica per le cellule
Le principali azioni delle T reg possono essere così riassunte: 1)
regolazione degli equilibri del sistema immunitario nelle risposte a patologie infettive e infiammatorie in genere; 2) prevenzione delle patologie autoimmuni e allergiche; 3) attenuazione dell’effetto di down
regolazione dell’immunità anti–tumorale.
Relativamente alla relazione fra T reg e autoimmunità sono descritte
diverse patologie in cui è stato riscontrato un deficit quantitativo (es. artrite giovanile e LES) o qualitativo (es. artrite reumatoide e miastenia gravis). A proposito dell’artrite reumatoide appare interessante l’equilibrio fra
T reg e Th17. Queste ultime producono IL–17 (che contribuisce alla cronicità dello stato infiammatorio) e IL–6 (che down regola FoxP3 e “devia”
la maturazione di una cellula CD4 naive verso il fenotipo Th17).
Per quanto riguarda le malattie allergiche è possibile ipotizzare che
fattori genetici o ambientali che alterino lo sviluppo o la funzione effettrice delle cellule T reg possono avere un ruolo importante nella patogenesi di questi disturbi.
La risposta T reg allergene specifica è un evento cruciale nel determinismo della risposta immunitaria normale nei confronti di questi antigeni e
del successo della immunoterapia specifica. L’incremento dei livelli di
IL–10 e TGF–, prodotti dalle cellule T reg, sopprimerebbe la produzione
di IgE e promuoverebbe la produzione di isotipi non infiammatori (IgA e
IgG4). In aggiunta le T reg sopprimono l’attività delle cellule effettrici della flogosi allergica come mastociti, basofili ed eosinofili. Mutazioni del
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Capitolo I
gene FOXP3 sono alla base della cosiddetta sindrome IPEX (immunodisregolazione, poliendocrinopatia, enteropatia X–linked).
Poiché, però, nei pazienti allergici non sono state ad oggi riscontrate
particolari alterazioni genetiche a carico della funzione T reg e della produzione di citochine regolatorie, è ragionevole ipotizzare che le disfunzioni
del compartimento regolatorio siano piuttosto dovute a fattori ambientali,
fra cui soprattutto le infezioni durante l’infanzia (vedi poi ipotesi igienica).
