1-4. FASI DELLE RISPOSTE IMMUNITARIE SPECIFICHE

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1 1-4. FASI DELLE RISPOSTE IMMUNITARIE SPECIFICHE Le risposte immunitarie specifiche possono essere suddivise in tre fasi: una fase di riconoscimento dell'antigene, una fase di attivazione dei linfociti ed una fase effettrice (Fig. 4). Tutte le risposte immunitarie hanno inizio col riconoscimento specifico dell'antigene. Tale riconoscimento porta all'attivazione dei linfociti che lo hanno effettuato e culmina nello sviluppo dei meccanismi effettori che mediano la funzione fisiologica della risposta, ossia l'eliminazione dell'antigene stesso. Dopo la sua eliminazione, la risposta immunitaria declina progressivamente, ed il sistema torna all'omeostasi. Riconoscimento degli Antigeni Ogni individuo possiede innumerevoli cloni linfocitari, ognuno dei quali deriva da un singolo precursore ed ognuno dei quali è capace di riconoscere e rispondere ad un ben preciso determinante antigenico. Fig. 4 Quando un antigene entra in contatto con l'organismo, esso seleziona ed attiva un ben determinato clone linfocitario già preesistente, che ha un recettore specifico per esso. Questo concetto fondamentale, chiamato meccanismo della selezione clonale può spiegare come il sistema immunitario possa riconoscere un così vasto numero di antigeni diversi. I cloni di linfociti specifici per i differenti antigeni si sviluppano prima del contatto con l' antigene ed indipendentemente da esso. Le cellule che compongono un clone hanno tutte un medesimo recettore per l' antigene, diverso dai recettori presenti sulle cellule di tutti gli altri cloni. Sebbene sia difficile definire il numero massimo di determinanti antigenici potenzialmente riconoscibili da parte del sistema immunitario dei mammiferi, il loro numero è stimato attorno a E' questa una approssimazione accettabile sul numero potenziale di proteine recettoriali per l'antigene che il

2 sistema immunitario può generare; è probabile quindi che essa rifletta abbastanza da vicino il numero di cloni linfocitari diversi presenti in ogni individuo. Gli antigeni estranei interagiscono con cloni preesistenti di linfociti antigene-specifici nei tessuti linfoidi specializzati dove hanno inizio le risposte immunitarie. Il postulato alla base dell'ipotesi della selezione clonale è stato dimostrato in maniera convincente da numerosi esperimenti e rappresenta la chiave di volta del concetto moderno di specificità linfocitaria e di riconoscimento dell'antigene. Attivazione dei Linfociti L'attivazione dei linfociti richiede due segnali distinti, il primo dei quali è costituito dall'antigene ed il secondo da prodotti dei patogeni o da molecole dell'immunità innata. Questo concetto prende il nome di ipotesi del doppio segnale. La presenza dell'antigene ("primo segnale") garantisce che la risposta risultante sia specifica. La presenza di ulteriori stimoli forniti dai microbi o da reazioni dell'immunità innata verso di essi ("secondo segnale") garantisce invece che le risposte immunitarie Fig. 5 si attivino soltanto quando è necessario (ad es. in presenza di patogeni o di sostanze potenzialmente nocive) e non verso gli antigeni autologhi.

3 La risposta dei linfociti agli antigeni ed ai secondi segnali si traduce nella sintesi di nuove proteine, nella proliferazione cellulare e nella differenziazione in cellule effettrici e cellule della memoria (Fig. 5). SINTESI DI NUOVE PROTEINE Non appena stimolati, i linfociti cominciano a trascrivere geni precedentemente silenti, e a sintetizzare una serie di nuove proteine. Tra queste ricordiamo: (1) le citochine (da parte dei linfociti T), la cui secrezione stimola la crescita e la differenziazione funzionale dei linfociti stessi, oltre che di altre cellule effettrici; (2) i recettori per le citochine, che rendono i linfociti responsivi a queste; (3) numerose altre proteine coinvolte nella trascrizione genica e nella divisione cellulare. PROLIFERAZIONE CELLULARE In risposta allantigene ed ai fattori prodotti dagli stessi linfociti stimolati dall'antigene o da altre cellule, i linfociti specifici vanno incontro a divisione mitotica, con conseguente proliferazione e incremento numerico del clone antigene-specifico, attraverso il fenomeno noto come "espansione clonale". In alcune infezioni virali il numero di linfociti T specifici per il virus può aumentare fino a volte; da un livello basale (prima che il sistema immunitario venga stimolato) di circa una cellula su 1 milione fino ad una cellula su durante il picco dell'infezione. Questo esempio dimostra in maniera inequivocabile quanto grande sia il potenziale dell'espansione clonale nel corso delle risposte immunitarie agli agenti infettivi. DIFFERENZIAZIONE IN CELLULE EFFETTRICI Parte della progenie dei linfociti stimolati dall'antigene si differenzia in cellule effettrici, la cui funzione precipua è quella di eliminare l'antigene. I linfociti T helper differenziati servono a produrre le citochine, che stimoleranno a loro volta altre cellule; i CTL differenziati lisano le cellule infettate da virus e le cellule tumorali; i linfociti B si differenziano in plasmacellule che sintetizzano e producono attivamente anticorpi. DECLINO DELLA RISPOSTA IMMUNITARIA (RITORNO ALL OMEOSTASI) Al termine di una risposta, il sistema immunitario torna al suo stato iniziale di riposo, soprattutto perchè la gran parte della progenie di linfociti stimolati dall'antigene va incontro a morte per apoptosi. L'apoptosi è una forma di morte cellulare programmata fisiologica, in cui il nucleo va incontro a condensazione e frammentazione, la membrana cellulare mostra rigonfiamento e vescicolazione, il sequestro interno di alcuni lipidi di membrana è perduto, e la cellula ormai morta viene rapidamente fagocitata senza che il suo citoplasma venga liberato all'esterno. Il processo apoptotico è profondamente diverso da quello di necrosi, un tipo di morte cellulare in cui le membrane plasmatica e nucleare si rompono, col conseguente riversarsi all'esterno del contenuto cellulare e l'insorgenza di una reazione infiammatoria locale. Una quota molto elevata dei linfociti stimolati dall'antigene va incontro ad apoptosi, probabilmente perchè la sopravvivenza linfocitaria dipende dalla presenza dell'antigene e dei fattori di crescita da esso promossi nel corso della risposta immune; dato che la risposta immunitaria porta all'eliminazione dell'antigene che l ha scatenata, i linfociti si trovano orfani degli stimoli essenziali per la loro sopravvivenza. DIFFERENZIAZIONE IN CELLULE DELLA MEMORIA Parte della progenie dei linfociti T e B attivati non si differenzia in cellule effettrici, ma si trasforma in cellule funzionalmente quiescenti, i cosiddetti linfociti della memoria, capaci di sopravvivere per periodi prolungati, apparentemente anche in assenza dell antigene. La presenza di cellule della memoria può essere l'unico indice (verificabile con test in vitro od in vivo) di una risposta immunitaria precedente e rappresenta l'elemento distintivo dell'immunità specifica.

4 Fase Effettrice delle risposte immunitarie: Eliminazione degli antigeni Nel corso della fase effettrice delle risposte immunitarie, i linfociti specificamente attivati dall'antigene svolgono le funzioni effettrici che portano alla sua eliminazione. Gli anticorpi provvedono ad eliminare i patogeni extracellulari, mentre i linfociti T eliminano quelli intracellulari. Il ruolo svolto dagli anticorpi e dai linfociti T spesso presuppone la partecipazione di altre cellule effettrici non linfoidi, nonchè di meccanismi di difesa che operano anche nell'ambito dell'immunità innata. I meccanismi dell'immunità naturale possono quindi fornire la prima linea di difesa contro gli agenti infettivi, ma anche essere utilizzati per eliminare i patogeni nell'ambito delle risposte immunitarie specifiche, che temporalmente intervengono in un momento successivo (Fig. 6). In effetti, come già ricordato, una delle più importanti funzioni delle risposte specifiche è quella di potenziare i meccanismi effettori dell'immunità innata, e di concentrare tali meccanismi sulle cellule e sui tessuti che costituiscono il bersaglio dell'attacco microbico. Fig. 6 SOMMARIO La protezione immunitaria contro i patogeni è mediata da risposte precoci, proprie della immunità innata e dal successivo intervento dell'immunità specifica. L'immunità naturale è stimolata da strutture molecolari comuni a gruppi di patogeni diversi. L'immunità specifica viene attivata in maniera selettiva dai differenti antigeni microbici e non microbici, e le sue risposte vengono potenziate dalla ripetuta esposizione ad uno stesso antigene (memoria immunologica). L'immunità umorale è mediata dai linfociti B e dal loro prodotto di secrezione, gli anticorpi; essa serve per la difesa nei confronti dei patogeni extracellulari. L'immunità cellulare è mediata dai linfociti T e dai loro prodotti, quali le citochine, ed è importante nella difesa contro i patogeni intracellulari.

5 L'immunità può essere acquisita grazie alla risposta verso un antigene (immunità attiva), o conferita mediante trasferimento di anticorpi o cellule da un soggetto già immunizzato (immunità passiva). Il sistema immunitario possiede numerose caratteristiche di fondamentale importanza per il suo normale funzionamento. Tra esse, la specificità per i diversi antigeni; un repertorio diversificato in grado di riconoscere un numero elevatissimo di antigeni differenti; la memoria nei confronti dell esposizione all'antigene; la diversificazione e specializzazione delle risposte verso i differenti agenti infettivi; l'auto-limitazione; la capacità di discriminare tra antigeni estranei ed antigeni autologhi. I linfociti sono le sole cellule capaci di riconoscere specificamente gli antigeni e sono quindi gli attori principali dell'immunità specifica. Le due principali popolazioni linfocitarie sono i linfociti B ed i linfociti T, che si diversificano per recettori antigenici e funzioni. L'attivazione linfocitaria presuppone la partecipazione di cellule accessorie non linfoidi. L'eliminazione dell'antigene spesso richiede il coinvolgimento di molte cellule effettrici di tipo diverso. La risposta immune specifica viene avviata dal riconoscimento dell'antigene estraneo da parte di linfociti specifici, che rispondono proliferando e differenziandosi in cellule effettrici, la cui funzione è quella di eliminare l'antigene. Il processo porta anche un certo numero di linfociti a divenire cellule della memoria, che mostrano risposte più potenti in occasione di successive riesposizioni allo stesso antigene. L'attivazione linfocitaria richiede la presenza dell'antigene (primo segnale) e di segnali addizionali (secondo segnale) che possono essere forniti dai patogeni stessi o dalle risposte innate verso di essi. La fase effettrice dell'immunità specifica richiede la partecipazione di numerosi meccanismi di difesa diversi, tra cui il sistema del complemento ed i fagociti, che operano anche nell'ambito dell'immunità innata. Le risposte immunitarie specifiche potenziano i meccanismi di difesa della immunità innata.