Ruolo delle neurotrofine nell'anatomia funzionale del tessuto connettivo

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1 Università degli Studi di Roma La Sapienza Facoltà di Farmacia Ruolo delle neurotrofine nell'anatomia funzionale del tessuto connettivo di Giulio Loforese Relatore Marco Artico A.A

2 3 Dal sistema nervoso a quello immunitario Diversi anni fa Levi-Montalcini et al. [21] furono i primi a suggerire che gli effetti del NGF non fossero limitati al sistema nervoso, ma che si estendessero anche a diversi distretti del tessuto corporeo. Nel corso dei decenni successivi infatti, l'espressione così come la segnalazione delle neurotrofine attraverso i loro specifici recettori è stata dimostrata al di fuori del sistema nervoso. Particolare interesse ricadde sulle cellule del sistema immunitario dimostratesi capaci di sintetizzare le neurotrofine e di esprimere i recettori corrispondenti. Successive evidenze suggerirono che le neurotrofine potessero influenzare la risposta immunitaria, agendo come citochine. Dato che la fisiopatologia delle malattie allergiche è caratterizzata dalla progressione di reazioni infiammatorie, il potenziale ruolo delle neurotrofine nel sistema immunitario è di grande interesse. Evidenze scientifiche hanno portato alla conclusione che la maggior parte delle cellule del sistema immunitario siano capaci di produrre una o più neurotrofine e che esprimano anche il recettore per le stesse. Di conseguenza, il trattamento delle 19

3 cellule immunitarie con le neurtotrofine ha portato a risultati biologici tangibili. Questi effetti includono la sopravvivenza cellulare, la proliferazione così come la differenziazione di specifiche cellule, ma anche il rilascio di specifici mediatori come le citochine che hanno a loro volta un ruolo funzionale. Così, il sistema immunitario è in grado di produrre la maggior parte se non tutti i membri della famiglia delle neurotrofine e non è escluso che il rilascio autocrino o paracrino da parte delle cellule immunitarie sia direttamente coinvolto nella regolazione della risposta immunitaria, come del resto fanno le citochine classiche mediatrici del sistema stesso. Dato che le neurotrofine sono prodotte all'interno e al di fuori del sistema immunitario, non sorprende che si registrino concentrazioni elevate in seguito ad una risposta immunitaria locale o sistemica. Durante le malattie allergiche (come l'asma allergico, rinite o dermatite atopica), le neurotrofine sono intensamente prodotte dalle cellule immunitarie locali e non e, inoltre, le cellule immunitarie essendo in grado di esprimere i recettori per le neurotrofine e di produrle, possono agire con meccanismo autocrino e paracrino. 20

4 Data l'influenza sulle cellule del sistema immunitario, il ruolo delle neurotrofine nelle varie malattie infiammatorie, autoimmuni e allergiche è stato analizzato da Nocker e Renz [22] in relazione ai livelli sierici e plasmatici di NGF. In generale, i linfociti T helper, classificati in helper di tipo 1 (Th1) e helper di tipo T 2 (Th2), in accordo con le differenti quantità di citochine rilasciate da diverse popolazioni di cellule T helper, sono cellule che mediano la risposta immunitaria. Mentre l'immunità Th1 è fisiologicamente coinvolta nella difesa da infezioni batteriche e virali, Th2 sviluppa l'immunità contro le infezioni da elminti. Ma per quanto riguarda le alterate risposte immunitarie, le cellule Th1 sono coinvolte nella promozione dell'autoimmunità, mentre le cellule Th2 sono le cellule trigger dell'infiammazione allergica. La maggior parte delle informazioni sul coinvolgimento delle neurotrofine nel corso di un processo infiammatorio è il risultato di malattie allergiche come l'asma umana e quindi della classica immunità Th2. Tuttavia le variazioni delle neurotrofine sono state descritte anche in corso di malattie infettive. Pertanto è probabile ipotizzare che le neurotrofine inneschino meccanismi di segnalazione più marcati 21

5 durante la risposta immunitaria indipendentemnte dalla sua natura [23]. Inoltre essendo le neurotrofine molecole di segnalazione sia per quanto riguarda il sistema immunitario che per quello nervoso esse dovrebbero essere in grado di mediare interazioni cellulari tra questi due distretti. 3.1 Mastociti I mastociti sono state le prime cellule del sistema immunitario che si sono dimostrate sensibili al NGF, sia in vivo [9] che in vitro (Bohm et al., 1986). Un esempio in tal senso sono i ratti neonati che hanno ricevuto NGF per i primi 14 giorni di vita mostrando una massiccia iperplasia mastocitaria caratterizzata sia da un aumento di numero che di dimensioni con la partecipazione dei mastociti del tessuto connettivo in diversi tessuti periferici e con un effetto esteso in seguito anche ai mastociti della mucosa (Stead et al, 1987;. Marshall et al, 1990). Mettendo insieme questi dati con quelli ricavati da altre sperimentazioni sui topi, che mostrarono dopo l' iniezione di anticorpi anti-ngf una riduzione numerica dei 22

6 mastociti peritoneali [162],si può affermare che il NGF ha un effetto sulla differenziazione e maturazione dei mastociti e / o dei loro precursori. Ciò è supportato anche dal fatto che NGF può indurre lo sviluppo di CTMC da cellule del midollo osseo di topo (Matsuda et al. 1991) e da cellule della milza di ratti neonati trattati con NGF[163]. Appare interessante notare che NGF sembra agire come cofattore con l'interleuchina-3 nello sviluppo di basofili o cellule mastocitarie provenienti da cordone ombelicale umano [148]. Il fattore di crescita NGF è anche un agente estremamente potente sulla degranulazione dei mastociti peritoneali di ratto coltivati in presenza di fosfatidilserina o di suoi derivati [164]. NGF induce una degranulazione mastocitaria non citotossica che sembra richiedere la presenza di calcio extracellulare (Mazurek et al., 1986) e non dipendente dalla presenza del legame cellula-igg o -IgE. Pertanto ciò si differenzia dall'azione dei secretagoghi policationici (Pearce e Thompson 1986) e può essere bloccato da composti antiallergici che potrebbero anche inibire un'iperplasia indotta da NGF (Marshall et al. 1990). 23

7 NGF può quindi agire come un immuno-modulatore nella risposta infiammatoria, regolando il rilascio di mediatori dai mastociti. Un'azione di innesco da parte del NGF sul rilascio di istamina è stata osservata in basofili maturi umani (Bischoff e Dahinden, 1992). In linea con tali risultati l'iniezione sottocutanea di NGF produce stravaso di plasma (Otten et al., 1984), mentre la somministrazione per via endovenosa induce ipotensione (Yan et al. 1991). Entrambe le risposte sono coerenti con il rilascio di istamina causato o favorito dal NGF. I mastociti esprimono il recettore Trk ad alta affinità per il NGF, ma non per gli altri membri di questa famiglia di recettori tirosin chinasici (Horigome et al., 1993). Pertanto il NGF sembra essere l'unica neurotrofina in grado di innescare il rilascio di mediatori cellulari. Un aumento della sopravvivenza per effetto del NGF sui mastociti in vitro può comportare la prevenzione di un meccanismo di morte apoptotica (Horigome et al., 1994). In linea con le altre azioni (Marshall et al ), questo effetto del NGF ha suggerito di essere mediato dall'aumentata espressione e dal rilascio di uno o più fattori di crescita autocrini. E' stato anche osservato che i mastociti peritoneali di ratto sintetizzano, 24

8 immagazzinano e rilasciano NGF biologicamente attivo in quantità fisiologicamente rilevanti (Leon et al. 1994), inducendo un aumento della sopravvivenza dei mastociti e una loro sensibilizzazione. La capacità dei prodotti di degranulazione dei mastociti, NGF compreso, di indurre iperplasia ha chiare implicazioni sugli stati della malattia atopica o altre patologie caratterizzate da infiammazione cronica, dove la ripetuta sfida tra antigeni e fattori della degranulazione mastocitaria può contribuire all'iperplasia e alla cronicizzazione della malattia. 3.2 Linfociti La possibilità che le neurotrofine agiscano sui linfociti fu riportata da Dean et al. [165], che osservarono un'aumentata risposta blastogenica nelle cellule della milza di topo, indotta da NGF. Questa osservazione, suggeriva che i linfociti esprimessero i recettori delle neurotrofine. Si ebbe infatti in seguito la dimostrazione di come queste cellule fossero anche in grado di sintetizzare e rilasciare le neurotrofine, portando così alla conclusione che ci fosse anche in questo caso un'azione autocrina e paracrina delle neurotrofine anche su 25

9 queste cellule. È interessante notare che l'espressione di entrambi i recettori delle neurotrofine da parte dei linfociti è spesso dipendente con dall'attivazione di suddette cellule [166, 167]. L'Espressione di NGF e TrkA è indotta da un'attivazione mitogena nelle cellule T CD4+ [168]. Questo recettore TrkA sembra essere funzionale perché la somministrazione di NGF a Cellule T CD4 stimolate dall'antigene induce l'espressione dei CFO [169]. Sia le cellule CD4 + che CD8 + T sono in grado di produrre NGF e la sua concentrazione risulta aumentata dopo stimolazione antigenica nel sottoinsieme Th2 [170]. Anche le cellule umane CD4 + Th1 e Th2 non stimolate, escludendo Th0, esprimono NGF e TrkA [171]; le cellule Th1 esprimono TrkB e bassi livelli di TRKC [172], le cellule CD4 + e CD8 + T invece trascrivono l' mrna di BDNF e producono BDNF bioattivo [ ], NT-3 e NT-4 / 5 [167]. Per contro, l 'espressione di p75 NTR da parte delle cellule T è controversa [174,168], in quanto nelle cellule B TrkA, [175,176,177], p75 e NTR vengono espressi secondo Brodiee et al [178]. Tuttavia, secondo Schenone et al.[179], le cellule B non esprimono mrna o proteine per p75 o per TrKA. Le discrepanze tra questi risultati 26

10 possono essere dovute allo stato di attivazione di queste cellule. La presenza di TrkB sulle cellule B è stata confermata in seguito [172,177]. Per quanto riguarda la produzione di neurotrofine, le cellule B producono NGF[170,176] e NT-3 [172,] mentre le cellule T attivate, producono BDNF [166]. Risulta inoltre evidente come il NGF sia coinvolto nella sopravvivenza delle cellule B perché è in grado di salvare queste cellule dall'apoptosi indotta [180]. In sintesi, NGF / TrkA, e altri complessi NT / recettore, sembrano avere un ruolo cruciale nella fisiologia delle cellule T e B. Inoltre, ogni sottoinsieme di linfociti sembra esprimere una matrice caratteristica di neurotrofine e dei loro recettori. 27