Il sistema immunitario si differenzia tra il sé (o self) e il non sé (o non self), eliminando dal corpo le molecole non-self che risultano essere potenzialmente dannose. Il sistema immunitario possiede inoltre la capacità di riconoscere e distruggere le cellule anormali che derivano dai tessuti dell'ospite. Qualsiasi molecola che viene riconosciuta dal sistema immunitario è definita antigene (Ag).
La pelle, le cornee, la mucosa dell'apparato respiratorio, e i tratti gastrointestinale e genitourinario formano una barriera fisica che costituisce la prima linea di difesa dell'organismo. Alcune di queste barriere partecipano attivamente alle funzioni del sistema immunitario:
Epidermide cheratinizzata: i cheratinociti localizzati nella cute secernono peptidi antimicrobici (defensine), mentre le ghiandole sebacee e sudoripare secernono sostanze che inibiscono i microbi (p. es., acido lattico, acidi grassi). Inoltre, molte cellule del sistema immunitario (p. es., mastociti, linfociti intraepiteliali, cellule di Langerhans presentanti l'antigene) sono localizzate nella cute.
Cornee: le lacrime contengono defensine. Macrofagi e cellule dendritiche risiedono nelle cornee e altre cellule immunitarie, comprese le cellule T e i neutrofili fagocitari, sono reclutati dal sistema vascolare limbare durante l'infezione.
Mucosa del tratto respiratorio e tratti gastrointestinali e genitourinari: il muco contiene sostanze antimicrobiche, come per esempio il lisozima, la lattoferrina e le immunoglobuline A secretorie (SIgA).
La rottura delle barriere anatomiche può innescare 2 tipi diversi di risposte immunitarie:
Innate
Acquisite
Molte componenti molecolari (p. es., il complemento, le citochine, i mediatori della fase acuta) partecipano sia nell'immunità innata che in quella acquisita.
Immunità innata
L'immunità innata (naturale) non richiede una precedente esposizione a un antigene (ossia, memoria immunologica) per poter essere completamente efficace. Quindi, può attivarsi immediatamente in presenza di invasori. L'immunità innata utilizza i recettori di riconoscimento dei pattern (pattern recognition receptors, PRR) per rilevare i pattern molecolari associati ai patogeni estranei e i pattern molecolari associati ai danni dell'ospite (damage-associated molecular patterns, DAMPs).
I componenti comprendono
Cellule fagocitarie (p. es., neutrofili, monociti, macrofagi)
Leucociti polimorfonucleati (oltre ai neutrofili fagocitici, compresi eosinofili e basofili)
Cellule linfoidi innate (p. es., cellule natural killer)
Le cellule fagocitarie (i neutrofili nel sangue e nei tessuti, i monociti nel sangue e i macrofagi nei tessuti) inglobano al loro interno l'antigene estraneo e successivamente lo degradano. Il processo di fagocitosi da parte di queste cellule è facilitato quando gli antigeni sono rivestiti con anticorpi (Ac), che sono stati prodotti dell'immunità acquisita, oppure quando gli antigeni sono opsonizzati dalle proteine del complemento.
I leucocitipolimorfonucleati (neutrofili, eosinofili, basofili, mastociti) e le cellule mononucleate (monociti, macrofagi, mastociti) rilasciano mediatori infiammatori.
Le cellule natural killer distruggono cellule infettate da virus e alcune cellule tumorali.
Immunità acquisita
L'immunità acquisita (adattativa) richiede un'esposizione iniziale verso l'antigene per essere pienamente efficace e richiede tempo dopo l'iniziale conta con un nuovo invasore. In seguito, la risposta sarà molto veloce. Il sistema è in grado di ricordare le esposizioni precedenti ed è antigeno-specifico.
I componenti comprendono
Linfociti B
Linfociti T
L'immunità acquisita comprende
Immunità umorale: origina dalla risposta delle cellule B (le cellule B si sviluppano nelle cellule plasmatiche, che secernono anticorpi solubili antigeni-specifici)
Immunità cellulo-mediata: deriva da alcune risposte dipendenti delle cellule T
Le cellule B e le cellule T raggiungono la maturità all'interno dei tessuti linfoidi primari. Le cellule B maturano nel midollo osseo e le cellule T maturano nel timo. Le cellule B e le cellule T mature successivamente lavorano insieme per distruggere gli invasori. Le cellule presentanti l'antigene localizzate nel tessuto hanno il compito di presentare gli antigeni alla maggior parte dei tipi di cellule T.
Risposta immunitaria
L'attivazione, la regolazione e il controllo della risposta immunitaria stanno alla base di una risposta immunitaria efficace.
Attivazione
Le cellule del sistema immunitario si attivano quando un antigene (Ag) estraneo viene riconosciuto dai recettori della superficie cellulare. Questi recettori di superficie cellulare possono essere specifici per
Strutture (PAMP) associate a un certo numero di agenti patogeni diversi (p. es., il riconoscimento da PRRs come recettori Toll-like, del mannosio, e scavenger su cellule dendritiche ed altre cellule)
Strutture che sono specificamente associate a particolari patogeni (riconoscimento da parte degli anticorpi transmembrana espressi sulle cellule B o dai recettori delle cellule T espressi sulle cellule T)
I PRR riconoscono i PAMP microbici comuni come i lipopolisaccaride dei Gram-negativi, i peptidoglicani dei Gram-positivi, la flagellina batterica, i dinucleotidi citosina-guanosina non metilati (motivi CpG), e l'RNA virale a doppio filamento. Questi recettori possono anche riconoscere le molecole prodotte da cellule umane stressate o infette.
L'attivazione può essere innescata anche quando i complessi anticorpo-antigene oppure complemento-microrganismo si legano ai recettori di superficie specifici per la regione del frammento cristallizzabile (Fc) delle IgG (FcgammaR) o per C3b e iC3b.
Una volta riconosciuto, l'antigene, il complesso antigene-anticorpi oppure il complesso complemento-microrganismo viene fagocitato. La maggior parte dei microrganismi viene uccisa dopo essere stata fagocitata, ma altri riescono ad inibire la capacità dei fagociti di uccidere a livello intracellulare (p. es., i micobatteri che vengono inglobati da un macrofago inibiscono la capacità di degradazione). In questi casi, le citochine secrete dalle T cellule, in particolar modo l'interferone-gamma (interferone-gamma), stimolano il fagocita a produrre più enzimi litici e altri prodotti microbicidi, rafforzando quindi l'abilità di degradare o di inglobare il microrganismo.
A meno che l'antigene non sia rapidamente fagocitato e interamente degradato (un evento molto raro), la risposta immunitaria acquisita viene reclutata attraverso il riconoscimento dell'antigene da parte dei recettori altamente specifici sulla superficie delle cellule B e T. Questa risposta ha inizio nei tessuti linfoidi secondari:
La milza per gli antigeni circolanti
I linfonodi regionali per gli antigeni tissutali
I tessuti linfoidali associati alla mucosa (p. es., tonsille, adenoidi, placche di Peyer) per gli antigeni mucosali
Per esempio, le cellule dendritiche di Langerhans della pelle fagocitano l'antigene e migrano verso i linfonodi locali. Nei linfonodi, i peptidi derivati dall'antigene sono espressi sulla superficie delle cellule dendritiche all'interno delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di classe II, che presentano il peptide alle cellule T helper CD4 (Th). Quando la cellula Th si lega al complesso maggiore di istocompatibilità-peptide e riceve vari segnali costimolatori (che possono essere inibiti da alcuni farmaci immunosoppressori), viene attivata per esprimere i recettori per l'interleuchina citochina IL-2 e secerne diverse citochine. Ciascuna sottopopolazione di cellule Th secerne diverse combinazioni di sostanze, e questo pertanto induce differenti risposte immunitarie.
Alcune cellule Th diventano specializzate come cellule T helper follicolari (Tfh), che migrano nelle aree delle cellule B dei tessuti linfoidi secondari. Durante una risposta immunitaria attiva, all'interno dei tessuti linfoidi secondari si sviluppano strutture chiamate centri germinali dove le cellule Tfh contribuiscono all'attivazione, alla proliferazione, alla conversione della classe di anticorpi, alla maturazione dell'affinità della risposta anticorpale delle cellule B e alla differenziazione delle cellule B in cellule memoria B e in precursori dei plasmociti secretori di anticorpi. Anche all'interno dei centri germinali si trovano cellule dendritiche follicolari (un tipo di cellula completamente diverso dalle cellule dendritiche convenzionali), che presentano l'antigene intatto (in complessi antigene-anticorpo) alla cellula B.
Le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe II normalmente presentano i peptidi che derivano da antigeni (p. es., da numerosi batteri) extracellulari (esogeni) alle cellule Th CD4; invece le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I presentano i peptidi che derivano da antigeni (p. es., da virus) intracellulari (endogeni) alle cellule T citotossiche CD8. Quindi, la cellula T citotossica attivata induce l'uccisione della cellula infettata.
Regolazione
La risposta immunitaria deve essere regolata per evitare che avvengano danni importanti all'ospite (p. es., l'anafilassi, la sindrome da tempesta di citochine, la sindrome da rilascio di citochine e un danno tissutale esteso). Le cellule T regolatorie (la maggior parte delle quali esprime il fattore di trascrizione Foxp3) concorrono nella regolazione della risposta immunitaria mediante la secrezione di citochine immunosoppressive, come l'IL-10 e il transforming growth factor-beta (TGF-beta), oppure attraverso il meccanismo dipendente dal contatto diretto cellula-cellula.
Queste cellule regolatorie contribuiscono inoltre a prevenire le risposte autoimmuni e probabilmente determinano le risposte verso gli antigeni non-self.
Risoluzione
La risposta immunitaria termina quando l'antigene viene sequestrato o eliminato dall'organismo. In assenza di stimolazione antigenica, la secrezione di citochine termina e le cellule T citotossiche attivate vanno incontro ad apoptosi. L'apoptosi indirizza una cellula verso la fagocitosi immediata, in questo modo previene la disseminazione del contenuto cellulare e la conseguente flogosi. Le cellule T e B che si sono differenziate in cellule della memoria non vanno incontro a questo processo.
Elementi di geriatria: sistema immunitario
Il sistema immunitario andando incontro all'invecchiamento diventa meno efficace, questo avviene nei seguenti modi:
Il sistema immunitario riduce la capacità di distinguere il self dal non-self, rendendo più frequenti lo sviluppo di anticorpi e di malattie autoimmuni.
I macrofagi eliminano più lentamente i batteri, le cellule tumorali, e altri antigeni si presuppone che questo possa contribuire a una maggior incidenza di cancro negli anziani.
Le cellule T rispondono meno rapidamente all'antigeni.
Ci sono meno linfociti in grado di rispondere ai nuovi antigeni.
Il corpo, invecchiando, produce meno complemento in risposta alle infezioni batteriche.
Sebbene la concentrazione anticorpale totale (Ac) non diminuisca in modo significativo, l'affinità di legame di anticorpi con l'antigene è diminuita, verosimilmente potrebbe causare una maggior incidenza di polmonite, influenza, endocardite infettiva, tetano e aumentare il rischio di morte negli anziani affetti da queste patologie. Questi cambiamenti possono spiegano in parte il motivo per cui i vaccini sono meno efficaci negli anziani.
