Componenti cellulari del sistema immunitario

Circa il 5-15% dei linfociti presenti nel sangue è costituito da cellule B; essi sono presenti anche nel midollo osseo, nella milza, nei linfonodi e nel tessuto linfoide associato alle mucose.

Le cellule B possono presentare l'antigene alle cellule T e rilasciare delle citochine, ma la loro funzione primaria è quella di trasformarsi in plasmacellule, producendo e secernendo anticorpi.

I pazienti affetti da immunodeficienze delle cellule B (p. es., l'agammaglobulinemia legata al cromosoma X) sono particolarmente suscettibili alle infezioni batteriche ricorrenti.

Dopo il riarrangiamento casuale della parte variabile dell'immunoglobulina (Ig), la diversità e l'unione dei geni che codificano la regione variabile di un anticorpo, le cellule B hanno il potenziale di riconoscere un numero quasi illimitato di antigeni. Il riarrangiamento genico si verifica in determinate fasi a livello del midollo osseo durante lo sviluppo delle cellule B. Il processo inizia con una cellula staminale differenziata, continua attraverso le fasi pro-B e pre-B, per formare poi la cellula B immatura. A questo punto, qualsiasi cellula che interagisca con un antigene self (cellula autoimmune) viene eliminata dalla popolazione delle cellule B immature mediante inattivazione (anergia) o il processo di apoptosi, In questo modo si garantisce la tolleranza immunitaria. Le cellule B che non vengono rimosse (ossia, quelle che riconoscono gli antigeni non-self) continuano la differenziazione fino allo stadio di cellule B mature antigenicamente vergini (naive), per poi lasciare il midollo osseo e colonizzare gli organi linfoidi periferici, dove possono incontrare gli antigeni.

La loro risposta agli antigeni si sviluppa in 2 fasi:

• Risposta immunitaria primaria: quando le cellule B mature naive incontrano per la prima volta l'antigeni, si trasformano in linfoblasti, vanno incontro a proliferazione clonale differenziandosi in cellule della memoria, che in futuro potranno rispondere allo stesso antigene, oppure in plasmacellule mature secernenti anticorpi. Dopo la prima esposizione, si ha un periodo di latenza che dura qualche giorno prima che gli anticorpi vengano prodotti. Inizialmente, vengono prodotte esclusivamente le IgM. Successivamente, con l'aiuto delle cellule T, le cellule B possono ulteriormente riorganizzare i loro geni Ig e subire un cambio (switch) di classe per produrre IgG, IgA o IgE antigene-specifiche. Pertanto, alla prima esposizione, la risposta è lenta e inizialmente fornisce una protezione immune limitata.

• Risposta immunitaria secondaria (anamnestica o di richiamo): quando cellule B della memoria e cellule Thvengono riesposte all'antigene, le cellule B della memoria proliferano rapidamente, si differenziano in plasmacellule mature, e producono immediatamente grandi quantità di anticorpi (principalmente le IgG, in seguito al cambio di classe indotto dalle cellule T). L'anticorpo ha anche una maggiore affinità di legame all'antigene dovuta alla mutazione nei geni che codificano le regioni variabili dell'anticorpo. L'anticorpi viene rilasciato nel sangue e in altri tessuti, dove può interagire con gli antigeni. Perciò, dopo la riesposizione, la risposta immunitaria risulta essere più veloce ed efficace.

Le cellule T si sviluppano dalle cellule staminali del midollo osseo che migrano nel timo, dove vengono sottoposte a una rigorosa selezione. Esistono 3 tipi principali di cellule T:

• Helper

• Regolatore (soppressore)

• Citotossiche

Durante la selezione timica, le cellule T che interagiscono con un auto antigene che viene presentato in un contesto di complesso maggiore di istocompatibilità oppure interagiscono con le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità stessa (o reagiscono con forza alle molecole del complesso maggiore indipendentemente dall'antigene presentato) vengono eliminate mediante apoptosi, limitando la probabilità di autoimmunità. Sopravvivono soltanto le cellule T che possono riconoscere gli antigeni non-self legati alle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità; queste cellule lasciano il timo per raggiungere il sangue periferico e i tessuti linfoidi.

La maggior parte delle cellule T mature esprime o il CD4 oppure il CD8, e presenta in superficie un recettore per l'antigeni, di struttura simile alle Ig, chiamato recettore delle cellule T. Esistono 2 tipi di recettori delle cellule T:

• TCR alfa-beta: composto da catene TCR alfa e beta; presente sulla maggior parte delle cellule T

• TCR gamma-delta: composto da catene TCR gamma e delta; presente su una popolazione minore di cellule T

I geni che codificano per il TCR, come i geni delle Ig, vengono riarrangiati, con conseguenti specificità e affinità ristrette per l'antigeni. La maggior parte delle cellule T (quelle con un TCR alfa-beta) riconosce il peptide derivato da antigene esposto insieme alla molecola del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di una cellula di presentazione degli antigeni. Le cellule T con TCR gamma-delta riconoscono direttamente la proteina antigene o riconoscono l'antigene lipidico portato da una molecola simile al complesso maggiore di istocompatibilità (MHC-like) chiamata CD1. Il numero di specificità delle cellule T è quasi illimitato.

Affinché le cellule T alfa-beta siano attivate, il TCR deve legare l'antigene MHC (vedi figura Modello a due segnali per l'attivazione delle cellule T). Hanno un ruolo importante anche le molecole accessorie e di costimolazione le quali devono interagire (p. es., il CD28 sulle cellule T interagisce con CD80 e CD86 sulle cellule che presentano l'antigene); in caso contrario, la cellula T esposta all'antigene diventa anergica o muore per apoptosi. Alcune molecole accessorie (p. es., CTLA-4 [cytotoxic T-lymphocyte antigen 4] sulla cellula T, che interagisce anche con CD80 e CD86 sulla cellula presentante l'antigene, PD-1 [programmed cell death protein 1] sulla cellula T, che interagisce con PD-L1 [programmed cell death protein ligand 1] sulla cellula presentante l'antigene) inibiscono le cellule T precedentemente attivate e quindi attenuano la risposta immunitaria.

Molecole come il CTLA-4 e il PD-1 e i loro ligandi sono denominate molecole di checkpoint perché indicano che la cellula T deve essere trattenuta dal continuare la sua attività. Le cellule tumorali che esprimono molecole di checkpoint possono quindi essere protette dal sistema immunitario limitando l'attività delle cellule T tumorali specifiche.

Gli anticorpi monoclonali che mirano a molecole di checkpoint su cellule T o su cellule tumorali (chiamati inibitori del checkpoint, vedi tabella Alcuni agenti immunoterapeutici di uso clinico) sono utilizzati per prevenire la riduzione delle risposte immunitarie antitumorali e per trattare efficacemente alcuni tumori fino a ora resistenti e potenziare le risposta antitumorale. Tuttavia, poiché le molecole del checkpoint sono anche coinvolte nel prevenire altri tipi di risposta immunitaria (come le reazioni autoimmuni autodirette), gli inibitori del checkpoint possono permettere che si verifichino gravi reazioni infiammatorie immuno-mediate e autoimmuni (sia sistemiche sia organiche) o esacerbare delle malattie autoimmuni.

I polimorfismi del gene CTLA-4 sono associati a determinate malattie autoimmuni, tra cui il morbo di Graves e il diabete di tipo 1.

Ci sono due tipi di segnale per l'attivazione delle cellule T

Le catene α e β del recettore delle cellule T Si legano al complesso formato dall'antigene (Ag) e al complesso maggiore di istocompatibilità localizzato su una cellula presentante l'antigene (APC), mentre il CD4 o il CD8 interagiscono con il complesso maggiore di istocompatibilità. Entrambe questi eventi stimolano le cellule T (1o segnale) tramite le catene accessorie CD3. Tuttavia, senza un 2o segnale (di co-attivazione), la cellula T resta anergica o tollerante. Il TCR è strutturalmente omologo al recettore delle cellule B; le catene α e β (oppure gamma [γ] e delta [δ]) presentano regioni costanti (C) e variabili (V). (1) = 1° segnale; (2) = 2° segnale.

Le cellule T helper (Th) di solito esprimono il CD4, ma possono esprimere anche il CD8. Si differenziano da cellule Th0 in uno dei seguenti modi:

• Cellule T-helper di tipo 1: in generale, le cellule T-helper di tipo 1 promuovono l'immunità cellulo-mediata tramite le cellule T citotossiche ed i macrofagi, inoltre sono coinvolte prevalentemente nella difesa contro i patogeni intracellulari (p. es., i virus). Essi possono anche stimolare la produzione di alcune classi di Ac.

• Cellule T-helper di tipo 2 (Th2): le cellule T-helper di tipo 2 (Th2) sono particolarmente abili a indurre le cellule B a produrre anticorpi (immunità umorale), per questo sono coinvolti prevalentemente nelle risposte immunitarie contro i patogeni extracellulari (p. es., i batteri e i parassiti).

• Cellule T-helper di tipo 17: le cellule T-helper di tipo 17 stimolano l'infiammazione tissutale.

• Cellule Tfh (cellule T helper follicolari): le cellule Tfh promuovono la risposta delle cellule B nei centri germinali dei tessuti linfoidi secondari

Tutti questi tipi di cellule secernono diverse citochine (vedi tabella Funzioni delle cellule T). I differenti pattern di produzione di citochine identificano altri fenotipi funzionali di cellule Th. In base al tipo di patogeno che induce lo stimolo, le cellule T-helper di tipo 1 (Th1) e le cellule T-helper di tipo 2 (Th2) possono, in una certa misura, diminuire a vicenda la propria attività, consentendo a una delle risposte, Th1 o Th2, di predominare.

Tutte le cellule T in grado di riconoscere i peptidi derivati da autoantigeni sono normalmente eliminate durante lo sviluppo delle cellule T nel timo. Se tali cellule T non vengono eliminate, possono potenzialmente svilupparsi in cellule Th1, Th2 o Th17 autoimmuni che possono portare allo sviluppo di malattie autoimmuni.

La distinzione tra le diverse cellule Th risulta essere rilevante sul piano clinico. Per esempio, una risposta di cellule T-helper di tipo 1 (Th1) predomina nella lebbra tubercoloide, mentre una risposta di cellule T-helper di tipo 2 (Th2) prevale nella lebbra lepromatosa. La risposta Th1 è caratteristica di alcune malattie autoimmuni (p. es., diabete mellito di tipo 1, sclerosi multipla). La risposta Th2 induce la produzione di IgE che può causare lo sviluppo di malattie allergiche, così come stimola le cellule B a produrre autoanticorpi in alcune malattie autoimmuni (p. es., il morbo di Graves, la miastenia grave). Le cellule T-helper di tipo 17, mediante il loro ruolo nell'infiammazione, possono inoltre contribuire nei disturbi autoimmuni come la psoriasi e l'artrite reumatoide. I pazienti che presentano immunodeficienze con alterazioni a carico delle cellule T-helper di tipo 17 (p. es., iper-IgE [lavoro] sindrome) sono particolarmente suscettibili all'infezione da Candida albicans e Staphylococcus aureus.

Le cellule T regolatorie (Treg) (soppressori) mediano la soppressione della risposta immunitaria e di solito esprimono il fattore di trascrizione Foxp3. Esse comprendono sottogruppi funzionali di cellule T CD4 o CD8:

• Le cellule Treg naturali si sviluppano all'interno del timo

• Le cellule Treg indotte si sviluppano da cellule T convenzionali al momento dell'incontro con l'antigene periferico

Le cellule T regolatorie secernono citochine con proprietà immunosoppressive (p. es., transforming growth factor [TGF]-beta e interleukina [IL]-10) riducono l'interleuchina-2 (IL-2) immunostimolante esprimendo alti livelli della componente CD25 del recettore dell'IL-2 o sopprimono la risposta immunitaria attraverso meccanismi che richiedono il contatto cellula-cellula e coinvolgono molecole di superficie cellulare (p. es., CTLA-4). Il ruolo principale delle cellule Treg è di prevenire eccessive risposte immunitarie contribuendo alla risoluzione dell'infiammazione e frenando l'attività allergica e autoimmune. I pazienti con mutazioni funzionali a carico di Foxp3 sviluppano una malattia autoimmune, la sindrome IPEX (immuno dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked [immuno-disregolazione, poliendocrinopatia, enteropatia, legata all'X]).

Le cellule citotossiche T (Tc) sono solitamente CD8 ma possono essere CD4. Sono fondamentali per eliminare patogeni intracellulari, e in particolar modo i virus. Le cellule Tc assumono un ruolo cruciale nel rigetto degli organi trapiantati.

Lo sviluppo delle cellule Tc consiste in 3 fasi:

• Una cellula precursore che, opportunamente stimolata, può differenziarsi in una cellula Tc

• Una cellula effettrice che si è differenziata e può uccidere il suo bersaglio specifico

• Una cellula della memoria quiescente (non più stimolata), ma pronta a diventare effettrice in seguito a re-stimolazione da parte del complesso antigene-complesso maggiore di istocompatibilità originario

Le cellule Tc completamente attivate, come le cellule natural killer, possono uccidere una cellula bersaglio infettata mediante l'induzione dell'apoptosi.

Le cellule Tc possono secernere citochine e, come le cellule Th, sono state suddivise in Tc1, Tc2, e Tc17 in base ai rispettivi pattern di produzione di citochine.

Le cellule Tc possono essere

• Singeniche: generate in risposta a cellule del se (autologhe) il cui complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) presenta peptidi derivati da un'infezione virale o da altre proteine estranee

• Allogeniche: prodotte in risposta a cellule che esprimono prodotti di complesso maggiore di istocompatibilità estranei (p. es., nei trapianti d'organo quando le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità del donatore differiscono da quelle del ricevente).

Alcune cellule Tc possono riconoscere direttamente complesso maggiore di istocompatibilità estranei (via diretta); altre possono riconoscere i frammenti di complesso maggiore di istocompatibilità estraneo presentati da molecole del complesso maggiore di istocompatibilità self del ricevente del trapianto (via indiretta).

Le cellule natural killer T sono una sottopopolazione distinta delle cellule T. Le cellule natural killer T attivate secernono sia IL-4 che interferone-gamma, e possono contribuire alla regolazione delle risposte immunitarie. Le cellule natural killer T differiscono dalle cellule natural killer per fenotipo ed alcune funzioni.

I neutrofili rappresentano il 40-70% dei leucociti circolanti e costituiscono la prima barriera contro l'infezione. I neutrofili maturi hanno un'emivita di circa 2-3 giorni.

Durante la risposta infiammatoria acuta (p. es., contro un'infezione), i neutrofili, vengono attratti da fattori chemiotattici, utilizzano molecole di adesione all'endotelio dei vasi sanguigni per abbandonare il circolo sanguigno e entrare nei tessuti. Il loro scopo è quello di fagocitare e degradare i patogeni. I microrganismi vengono degradati mediante il processo di fagocitosi, che produce enzimi litici e composti reattivi dell'ossigeno (p. es., superossido, acido ipocloroso) e inoltre induce il rilascio del contenuto dei granuli (p. es., defensine, proteasi, proteina battericida iper-permeabilizzante, lattoferrina, lisozimi). Durante il processo vengono rilasciati anche DNA e istoni, che, insieme ai prodotti contenuti nei granuli come l'elastasi, sintetizzano le strutture fibrose chiamate reti extracellulari dei neutrofili (NET) nei tessuti circostanti; queste strutture facilitano l'uccisione dei batteri che vengono intrappolati al loro interno, concentrando così anche l'attività enzimatica.

I pazienti affetti da immunodeficienze con deficit che alterano la capacità dei fagociti di degradare gli agenti patogeni (p. es., malattia granulomatosa cronica) sono particolarmente suscettibili alle infezioni batteriche e fungine croniche.

Gli eosinofili rappresentano fino al 5% dei leucociti circolanti.

Essi hanno come bersaglio microrganismi troppo grandi per essere inghiottiti. Gli esinofili uccidendono mediante la secrezione di sostanze tossiche (p. es., le specie reattive dell'ossigeno simili a quelle che sono prodotte dai neutrofili), proteina basica maggiore (che è tossica per i parassiti), proteina cationica eosinofila e numerosi enzimi.

Gli eosinofili circolanti, che aumentano in risposta alle infezioni parassitarie invasive, ad alcuni tumori e come parte di una risposta allergica, sono anche una delle principali fonti di mediatori infiammatori (p. es., prostaglandine, leucotrieni, fattore attivante le piastrine, molte citochine).

I basofili rappresentano < 5% dei leucociti circolanti. I basofili possiedono molte caratteristiche in comune con i mastociti, nonostante i 2 tipi cellulari appartengano a linee distinte. Entrambi possiedono dei recettori ad alta affinità per le IgE detti Fc-epsilon RI (FcεRI). Quando queste cellule incontrano determinati antigeni, le molecole IgE bivalenti si legano ai recettori mediante cross-linking (ossia vengono legati a ponte tra loro), inducendo così la degranulazione con il conseguente rilascio di mediatori infiammatori preformati (p. es., l'istamina, il fattore attivante le piastrine) e la generazione di mediatori di nuova sintesi (p. es., i leucotrieni, le prostaglandine, i trombossani).