CENNI SULLA RISPOSTA IMMUNITARIA. citochine antinfiammatorie e immunosoppressive, risposta tollerogenica, farmaci immunosoppressori

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1 CENNI SULLA RISPOSTA IMMUNITARIA citochine antinfiammatorie e immunosoppressive, risposta tollerogenica, farmaci immunosoppressori 1

2 ALCUNE CITOCHINE SONO MOLECOLE CHIAVE NELL INIBIZIONE DELLA RISPOSTA IMMUNE 2

3 CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE DELLE CITOCHINE CITOCHINE EMATOPOIETICHE CITOCHINE DELL IMMUNITA INNATA CITOCHINE INFIAMMATORIE PRIMARIE CITOCHINE INFIAMMATORIE SECONDARIE CITOCHINE DELL IMMUNITA ACQUISITA CITOCHINE ANTINFIAMMATORIE ED IMMUNOSOPPRESSIVE 3

4 CITOCHINE ANTINFIAMMATORIE ED IMMUNOSOPPRESSIVE IL-10 e TGF- : sono citochine ad attività immunoregolatoria che inibiscono la trascrizione di citochine proinfiammatorie, come IL-1, TNF- e IL-6, e inducono molecole inibitorie come il recettore antagonista e il recettore decoy di IL-1. 4

5 TGF-β directs development of T helper populations From uncommitted naïve CD4 + T lymphocytes, several lineages of CD4 + T helper cell populations have been identified. The development and functions of these CD4 + T cells are largely influenced by TGF-β, which may be stimulatory or inhibitory depending on context. Whereas TGFβ typically suppresses Th1 and Th2 pathways, it is indispensable for the development of Th17 populations and Treg, which have critical functions in the evolution of inflammation and in the resolution of the response. TGF-β enhances expression of the Th17 transcription factor, RORγt, and polarizes Treg through induction of the transcription factor Foxp3. TGF-β contributes to deviation of a Th9 subset from Th2 populations. In TGFβ-depleted conditions, committed Th17 cells may convert to IFNγproducing Th1 cells under the influence of IL-12/IL-23. 5

6 IL-35 immunosoppressoria - soppressione della proliferazione T - induzione itr35 (popolazione T regolatoria specifica); - conversione delle cellule T (target della soppressione) in T regolatorie; - svolge un ruolo protettivo in molte patologie autoimmunitarie; - influenza in modo importante i gravi stati infiammatori e l attivazione di cellule ntreg. 6

7 IMPORTANZA DELLO STUDIO DELLA RISPOSTA TOLLEROGENICA La conoscenza dei meccanismi molecolari che hanno luogo durante la risposta tollerogenica (sia a livello intracellulare che intercellulare) permette di modulare la risposta immune a scopo terapeutico. RISPOSTA TOLLEROGENICA APPROCCIO TERAPEUTICO DEFICITARIA PATOLOGIE AUTO- IMMUNITARIE POTENZIAMENTO dei meccanismi tollerogenici ECCESSIVA PATOLOGIE IMMUNO- DEFICIENTI SOPPRESSIONE dei meccanismi tollerogenici 7

8 IDO (indoleamine 2,3-dioxygenase) E un un enzima intracellulare espresso in cervello, polmoni, intestino, placenta, milza, linfonodi e timo. Nella sua struttura possono essere rintracciati due domini principali (small domain e large domain) e un gruppo eme. IDO utilizza come substrato l aminoacido essenziale triptofano. Il sito catalitico dell enzima si trova nel large domain 8

9 1-MT IDO (indoleamine 2,3-dioxygenase) Il pathway enzimatico di cui IDO controlla il primo passaggio (rate-limiting step) prende il nome di pathway chinureninico (o delle chinurenine) dal nome del primo metabolita. IFN- è il principale induttore dell enzima. I più alti livelli di espressione di IDO sono stati rilevati nelle cellule dendritiche, cellule professioniste nella presentazione dell antigene (APC, Antigen Presenting Cells), e nei macrofagi. 9

10 L ESPRESSIONE DI IDO PROTEINA NON SEMPRE CORRELA CON L ATTIVITA ENZIMATICA Sono infatti necessari: l incorporazione del gruppo prostetico eme; altre, non ancora ben identificate, modificazioni posttraduzionali. Ad esempio, nel topo: DC CD8 - (immunogeniche) esprimono IDO ma non producono chinurenina; DC CD8 + (tollerogeniche) esprimono IDO e producono chinurenina. 10

11 DUE TEORIE PER L EFFETTO TOLLEROGENICO CORRELATO ALL ATTIVITA DI IDO Teoria della DEPLEZIONE di triptofano La deplezione di triptofano porta ad un arresto del ciclo cellulare delle cellule T. Teoria dell UTILIZZO di triptofano La degradazione di triptofano porta alla produzione di chinurenine immunoregolatorie. 11

12 CROSSTALK TRA DC E CELLULE T TGF CTLA-4 INFECTIOUS TOLERANCE IDO + GITR TGF TOLERANCE TOLERANCE TOLERANCE Kyn TGF IFNs IFNs Trp starvation Kyn Kyn IDO - IFN TGF 12

13 MODULAZIONE DI IDO PER FINI TERAPEUTICI TRAPIANTI IMMUNITA CONTRO I TUMORI IDO + utilizzo di inibitori selettivi dell enzima (1-MT, 1-methyltryptophan); modulazione di meccanismi regolatori dell espressione e/o della funzionalità di IDO. - cellula dendritica esprimente IDO funzionalmente attivo AUTOIMMUNITA over-espressione dell enzima; modulazione di meccanismi regolatori dell espressione e/o della funzionalità di IDO. 13

14 MECCANISMI FISIOLOGICI DI DECLINO DELLA RISPOSTA IMMUNE Il sistema immunitario è complesso e finemente autoregolato è in grado di discriminare tra i propri costituenti ( self ) e quelli estranei ( non self ), mettendo in atto risposte tolleranti o di difesa, rispettivamente. Meccanismi di declino della risposta immune normale (omeostasi) 14

15 DESTINO DEI LINFOCITI DOPO L INCONTRO CON L ANTIGENE 15

16 RESISTENZA CENTRALE E PERIFERICA CONTRO GLI ANTIGENI SELF 16

17 ANERGIA DELLE CELLULE T 17

18 MORTE DEI LINFOCITI T INDOTTA DALL ATTIVAZIONE E MEDIATA DA Fas 18

19 SOPPRESSIONE MEDIATA DA CELLULE T 19

20 LA RISPOSTA IMMUNE Differenziazione delle cellule T helper AUTOIMMUNITA 20

21 IMMUNOFARMACOLOGIA studio della modulazione della risposta immunitaria per mezzo di agenti farmacologici FARMACI IMMUNOSOPPRESSORI: Inibizione della risposta immunitaria. Approcci terapeutici: indurre tolleranza verso specifici peptidi, utilizzo di farmaci immunosoppressori 1. trapianto d organi 2. malattie autoimmuni (artrite reumatoide, lupus eritematoso, miastenia grave, sclerosi multipla, diabete mellito di tipo I, etc.) 21

22 1. trapianto d organi REAZIONE DI RIGETTO DELL ORGANO TRAPIANTATO 22

23 1. trapianto d organi APPROCCIO GENERALE ALLA TERAPIA DEL TRAPIANTO D ORGANO Preparazione del paziente e selezione del donatore sulla base della compatibilità TERAPIA IMMUNOSOPPRESSIVA Attento monitoraggio di reazioni di rigetto (graft vs host), tossicità del farmaco immunosoppressivo, insorgenza di infezioni Eventuale sospensione della terapia immunosoppressiva se la sua tossicità supera il beneficio. 23

24 2. malattie autoimmuni TERAPIA DI MALATTIE AUTOIMMUNITARIE Improprio riconoscimento di componenti self Sbilanciamento del corretto equilibrio immunità / tolleranza Sviluppo di una incontrollata autoreattività che provoca il danneggiamento di organi e/o tessuti (patologia autoimmune) TERAPIA IMMUNOSOPPRESSIVA 24

25 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) FARMACI NON SELETTIVI Chemioterapici antitumorali ad attività citotossica: Azatioprina, Metotressato Antimetaboliti più recenti: Micofenolato mofetile, Ac. micofenolico Glucocorticoidi: Metilprednisolone, Prednisolone b) FARMACI SELETTIVI Inibitori della calcineurina: Ciclosporina, Tacrolimus (FK506) Inibitori della del sistema mtor : Sirolimus (rapamicina) 25

26 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI INNOVATIVI - BIOFARMACI - a) anticorpi monoclonali e recettori solubili Anti-CD3: Muromomab-CD3 Anti-IL-2R : Basiliximab, Daclizumab Anti-CD52: Alemtuzumab Anti-TNF- : Infliximab, Adalimumab Recettori solubili per TNF- : Etanercept Proteina ricombinante umana omologa all IL-1Ra: Anakinra b) inibitori del costimolo Inibizione CD28/B7: CTLA-4Ig 26

27 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Chemioterapici antitumorali ad attività citotossica FARMACI ANTITUMORALI FARMACI IMMUNOSOPPRESSORI 27

28 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Chemioterapici antitumorali ad attività citotossica Azatioprina (antimetabolita): E un profarmaco precursore di antimetaboliti che inibiscono la via biosintetica de novo delle purine e, incorporati nelle catene di DNA, ne inibiscono la sintesi. Utilizzo terapeutico: controllo del rigetto dell organo trapiantato. Inibizione della sintesi de novo delle purine Falso nucleoside INCORPORAZIONE NEL DNA 28

29 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Chemioterapici antitumorali ad attività citotossica Metotrexato (antimetabolita): E un antimetabolita analogo dell acido folico e compete per il legame alla tetraidrofolato reduttasi (cofattore essenziale per la sintesi di acido timidilico, metionina e purine). Interferisce con la sintesi di DNA, RNA e proteine morte cellulare. Utilizzo terapeutico: trattamento dell artrite reumatoide, psoriasi, morbo di Crohn, oncologia 29

30 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Chemioterapici antitumorali ad attività citotossica Effetti collaterali: dovuti all azione citocida contro tutti i tessuti proliferanti depressione midollare, aumento della suscettibilità alle infezioni e dell insorgenza di tumori, alopecia, tossicità gastrointestinale 30

31 Micofenolato mofetile: Profarmaco dell ac. Micofenolico interferisce con la sintesi de novo delle purine e delle pirimidine. FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Antimetaboliti più recenti I linfociti T e B non sono in grado di utilizzare la via alternativa azione più selettiva Utilizzo terapeutico: controllo del rigetto dell organo trapiantato. 31

32 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI a) NON SELETTIVI Glucocorticoidi Farmaci semisintetici derivati dal cortisolo (FAS) utilizzo come immunosoppressori, da soli o in combinazione con altri farmaci nel trattamento di malattie autoimmunitarie e nel controllo del rigetto dell organo trapiantato. FARMACI ANTINFIAMMATORI FARMACI IMMUNOSOPPRESSORI 32

33 CORTISOLO ESSENZIALE PER LA VITA AZIONI DEI CORTICOSTEROIDI NEI VARI DISTRETTI Stress Corteccia Asse ipotalamo-ipofisi-surrene Stato di allarme centrale + + Ritenzione di Na e H 2 O Inibizione utilizzazione periferica del glucosio Gliconeogenesi + + CORTICOSTEROIDE Azione antinfiammatoria Lipolisi Glicogenosintesi Proteolisi 33

34 MECCANISMO ANTINFIAMMATORIO ED IMMUNODEPRESSIVO DEI GLUCOCORTICOIDI Inibizione della sintesi di proteine proinfiammatorie ed immunostimolanti Induzione della sintesi di proteine antinfiammatorie ed immunodepressive Citochine e recettori IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, IL-11,IL-12, IL-13, TNF-, IFN- Recettori per IL-2 Chemochine IL-8 MCP-1 Fattori di crescita GM-CSF G-CSF Molecole di adesione ELAM-1 ICAM-1 VCAM-1 Enzimi Fosfolipasi A 2 COX-2 NOS-2 Collagenasi Lipocortina-1 2 -adrenorecettore IL-1ra Recettore di tipo II per IL-1 Endonucleasi I B- 34

35 UTILIZZO TERAPEUTICO DEI GLUCOCORTICOIDI COME IMMUNOSOPPRESSORI a) controllo del rigetto dell organo trapiantato (in associazione con altri farmaci immunosoppressori) b) patologie autoimmunitarie (artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico, dermatomiosite sistemica, psoriasi, malattie autoimmuni del sangue, sclerosi multipla) 35

36 COME LA RISPOSTA AUTOIMMUNE PUO PROVOCARE LA SCLEROSI MULTIPLA (MS)? INFIAMMAZIONE, DEMIELINIZZAZIONE ATROFIA, PERDITA ASSONALE E 36 CRESCENTE DISTRUZIONE TISSUTALE

37 INTERVENTO TERAPEUTICO CONTRO LA MS Corticosteroidi (terapia sintomatica) Interferon meccanismo d azione: riducono la produzione di TNF-alfa (responsabile del danno mielinico) e l infiammazione (switch delle CK da infiammatorie ad anti-infiammatorie, diminuzione della presentazione dell antigene, ridotto attraversamento della BEE da parte delle cellule immuni) Betaseron (interferon -1b) Avonex (interferon -1a) Rebif (interferon -1a) Immunosoppressori: Copaxone (glatiramer acetate) catena sintetica di 4 aminoacidi presente nella Myelin Basic Protein (MBP), una proteina che mantiene la corretta struttura della mielina meccanismo d azione: attaccata dal sistema immune permette il risparmio di mielina 37

38 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI CLASSICI b) SELETTIVI inibizione dei processi di attivazione e proliferazione dei linfociti T CICLOSPORINA A ( CsA) FK-506 (TACROLIMUS) RAPAMICINA (SIROLIMUS) Inibitori della Calcineurina (Cn) Inibitori del complesso mtor Ciclosporin A 38

39 MECCANISMO D AZIONE DI CsA E FK-506 Inibitori della Calcineurina 39

40 AZIONI DELLA CICLOSPORINA E TACROLIMUS NELL IMMUNOSOPPRESSIONE Inibita attivazione clonale delle cellule T per blocco della transizione G 0 G 1 (interferenza con il signaling del TCR) Diminuita proliferazione clonale delle cellule T (IL-2- e IL-2R -mediata) Ridotta funzionalità delle cellule T effettrici e delle cellule B dipendenti dalle cellule T Utilizzo terapeutico: CHIRURGIA DEI TRAPIANTI sono usati anche nel trattamento dell artrite reumatoide e della psoriasi 40

41 MECCANISMO D AZIONE DELLA RAPAMICINA Inibitori della del sistema mtor 41

42 AZIONI DEL SIROLIMUS NELL IMMUNOSOPPRESSIONE Inibita proliferazione clonale delle cellule T (interferenza con il signaling dell IL-2R) Blocco della transizione cellulare G1 S delle cellule T (IL-2- e IL-2R mediata) Induzione di uno stato di tolleranza protratto nel tempo Utilizzo terapeutico: in associazione ciclosporina o glucocorticoidi (non tacrolimus) e indicato per la profilassi del trapianto d organo 42

43 CICLOSPORINA: Effetti collaterali (NON MIELOSOPPRESSIONE): o Insufficienza renale, ipertensione, iperlipidemia, aumentato rischio ai tumori; Interazione tra farmaci: TACROLIMUS: o metabolizzata da CYP3A, interagisce con inibitori del CyP come Ca-antagonisti, antibiotici (eritromicina), antifungini (fluconazolo, ketoconazolo), succo di pompelmo etc; o induttori enzimatici (rifampicina, fenobarbitale, ticlopidina etc) ne riducono l efficacia. Effetti collaterali (NON MIELOSOPPRESSIONE): o nefrotossicità, neurotossicità, ipertensione, aumentato rischio ai tumori; Interazioni tra farmaci : vedi sopra. SIROLIMUS: EFFETTI COLLATERALI E INTERAZIONI TRA FARMACI Effetti collaterali (NON MIELOSOPPRESSIONE): o dislipidemia,anemia,leucopenia,trombocitopenia,aumentato rischio di infezioni e neoplasie; Interazione tra farmaci: o substrato di CyP3A4, interagisce con farmaci induttori o inibitori di esso. 43

44 FARMACI IMMUNOSOPPRESSIVI INNOVATIVI - BIOFARMACI - a) ANTICORPI MONOCLONALI E RECETTORI SOLUBILI diretti contro citochine (IL-2, TNF-, IL-1) loro recettori, antigeni di superficie espressi da cellule rilevanti nella risposta immunitaria specifica (CD3, CD52) b) INIBITORI DEL COSTIMOLO (interazione B7 / CTLA-4) 44

45 a) ANTICORPI MONOCLONALI Anticorpi monoclonali anti-cd3 (muromonab-cd3 o OKT3 ) Diretti contro la catena ε dell antigene CD3 espresso dai linfociti T umani Interferenza con il riconoscimento antigenico per internalizzazione del TCR blocco del signaling, e quindi della proliferazione clonale Somministrato i.v. è usato in associazione con azatioprina, metotressato, o ciclosporina. Uso terapeutico: trattamento del rigetto acuto di organi trapiantati Effetti collaterali: Sindrome da rilascio di citochine dovuta alla iniziale attivazione (da 30 min a poche ore) delle cellule T causata dal farmaco (febbre alta, tremore, malessere diffuso dolori muscolari e alle giunture) PREVENZIONE CON GLICOCORTICOIDI PRIMA DELL INFUSIONE DI OKT3 45

46 Anticorpi anti-il-2r chimerico umano-murino (Basiliximab o SIMULECT ) Umanizzato (Daclizumab o ZENAPAX ) a) ANTICORPI MONOCLONALI Diretti contro la catena del recettore per IL-2 (CD25) espresso dai linfociti T (alta affinità per Basiliximab) saturazione del CD25 e modulazione della sua espressione Poche somministrazioni (2 o 5) i.v. a dose alta garantiscono la saturazione del CD25 per 4-6 settimane; sono usati in associazione con immunosoppressivi. Uso terapeutico: profilassi del trapianto renale. Effetti collaterali: Stipsi, dolore, infezione delle vie urinarie, nausee, edema periferico, ipertensione, anemia, cefalee. 46

47 a) ANTICORPI MONOCLONALI Anticorpo monoclonale umanizzato anti-cd52 (Alemtuzumab o CAMPATH-1H ) Diretto contro la glicoproteina CD52 espressa da linfociti, monociti, macrofagi e cellule NK Provoca linfolisi estesa delle cellule bersaglio Somministrato i.v. è usato in associazione con azatioprina, metotressato, o ciclosporina. In uno studio, il pretrattamento con Alemtuzumab ha permesso di controllare il rigetto con una monoterapia con rapamicina LINFOLISI ESTESA Uso terapeutico: leucemia linfatica cronica (approvato) e controllo del rigetto dell organo trapiantato (incoraggianti studi) 47

48 a) ANTICORPI MONOCLONALI Biofarmaci impiegati nell artrite reumatoide Anticorpi chimerici anti-tnf- (Infliximab o REMICADE ) Anticorpi umanizzati anti-tnf- (Adalimumab o HUMIRA ) Recettori solubili per TNF- (Etanercept o ENBREL ) Proteina ricombinante umana omologa all IL-1Ra (Anakinra o Kineret ) Uso terapeutico: In associazione con metotressato si sono rivelati farmaci molto efficaci nel contenimento dell infiammazione cronica associata all artrite reumatoide 48

49 MECCANISMI FONDAMENTALI DI RISPOSTA IMMUNOLOGICA ALL ALLOTRAPIANTO E POSSIBILITA DI INTERVENTO FARMACOLOGICO 49

50 ? 50

51 RUOLO CENTRALE DEL COSTIMOLO l attivazione delle cellule T richiede segnali dal TCR e da molecole costimolatorie CD28 TCR B7 SEGNALE 2 SEGNALE 1 MHC + peptide activated T cell APC CTLA-4 e un omologo di CD28 che lega B7 con piu alta affinita rispetto a CD28 CD28 B7 TCR MHC + peptide T cell APC 51

52 ABATACEPT (ORENCIA ) e suo analogo di seconda generazione BELATACEPT (LEA29Y ) Porzione extracellulare di CTLA-4 (CD152) Frammento di FC dominio di IgG 1 ABATACEPT Uso terapeutico: Efficace nell artrite reumatoide, in studio per autoimmunità e trapianti (ben tollerata) BETALACEPT Più affine a CD86 (modificata la regione C-terminale per aumentare l affinità: L104E e A29Y) Uso terapeutico: Efficace nella terapia per il rigetto di trapianti 52

53 MECCANISMO D AZIONE DI ABATACEPT (ORENCIA ) CTLA-4-Ig COMPETE CON CD28 PER IL LEGAME CON CD86 (B7-2), INOLTRE AVVIA UN REVERSE SIGNALING NELLE DC (APC) 53

54 INDUZIONE DI IDO NELLE DC IN SEGUITO AL LEGAME CTLA-4Ig / B7 54

55 ALLA RICERCA DELL IMMUNOSOPPRESSORE IDEALE: UN FARMACO TOLLEROGENICO ANTIGENE-SPECIFICO? 55