Immunopatologia. 2. Autoimmunita

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1 Immunopatologia 2. Autoimmunita

2 Autoimmunita e Malattie autoimmuni (due termini da non confondere) Si definisce autoimmunita la risposta immune verso antigeni self Una malattia autoimmune e il danno tissutale e/o l alterazione delle funzioni fisiologiche dovute ad una risposta autoimmune. Deve essere posta molta cautela nell assunto che la presenza di una risposta autoimmunitaria implica una malattia di tipo autoimmune. Ad esempio, molte infezioni possono essere la causa scatenante della risposta autoimmunitaria e della malattia autoimmune; comunque in diverse malattie infettive (soprattutto ad andamento cronico) e presente una risposta autoimmunitaria (transiente) che non sfocia in nessuna malattia autoimmune

3 Malattie Autoimmuni La malattia autoimmune è una condizione patologica in cui è avvenuta la rottura della tolleranza immunologica verso uno o più antigeni "self". Il risultato della scomparsa della tolleranza è la formazione di autoanticorpi e/o linfociti-t autoreattivi che determinano/ inducono il danno tissutale e la malattia.

4 Criteri per definire la presenza di una malattia autoimmune Come per le malattie infettive che per essere riconosciute tali devono soddisfare i postulati di Kock, anche per le malattie autoimmuni ci sono un numero di criteri da soddisfare per definire la malattia come dovuta a meccanismi di tipo autoimmunitario Criterio Autoanticorpi o linfociti T autoreattivi devono essere trovati costantemente nella malattia Autoanticorpi o linfociti T autoreattivi devono essere trovati nel tessuto danneggiato Il livello di autoanticorpi e della risposta T cellulare riflette l attivita della malattia La riduzione della risposta autoimmunitaria determina un miglioramento Trasferimento degli anticorpi o cellule T ad un ospite secondario determina lo sviluppo della patologia autoimmune L immunizzazione con autoantigeni e la consequente induzione di una risposta autoimmune causa la malattia Nota Questo criterio e facilmente soddisfatto nelle malattie autoimmuni organo-specifiche (in particolare quelle che hanno come target ghiandole endocrine). Piu complicato da soddisfare dove l autoantigene non e noto (es: Artrite reumatoide) Ben dimostrabile nelle forme acute delle malattie autoimmuni sistemiche, od in generale all inizio della malattia Bisogna comunque considerare che molti dei trattamenti anti-infiammatori od immunosoppressivi in uso non sono specifici Dimostrato ampiamente nei modelli animali. Nell uomo sono dimostrabili casi in neonati per trasferimento transplacentare di autoanticorpi (Malattia di Graves neonatale, Pemfigo neonatale, Anemia emolitica, Miastenia grave neonatale, lupus cutaneo neonatale etc). Come anche lo sviluppo di malattie autoimmuni nel ricevente di trapianto di midollo quando il donatore ha una malattia autoimmune Dimostrato nei modelli animali. Nell uomo per vaccinazione con antigeni microbici prodotti su tessuto di mammifero (es.: encefalite autoimmune post immunizzazione anti-rabbica)

5 Classificazione delle malattie autoimmuni Le malattie autoimmuni possono colpire qualsiasi organo, sebbene alcuni sistemi sembrano particolarmente suscettibili (es. Le ghiandole endocrine). Secondo dove si verifica la reazione immunopatologica le malattie autoimmuni possono essere convenzionalmente suddivise in organo-specifiche e non-organo-specifiche (o sistemiche). Nei disordini autoimmunitari organo specifici la risposta autoimmunitaria e diretta verso antigeni multipli di un organo. Tipicamente coinvolgono ghiandole endocrine e gli auto-antigeni sono spesso recettori ormonali od enzimi intracellulari tipici dell organo interessato (es. gozzo, diabete di tipo 1). Nelle malattie autoimmuni sistemiche colpiscono piu organi e sono associate con una risposta autoimmunitaria diretta contro molecole self largamente distribuite nell organismo in particolare molecole intracellulari coivolte nelle trascrizione del DNA. Esempi di patologie autoimmuni sistemiche sono il Lupus eritematoso sistemico, l artrite reumatoide e le dermatomiositi.

6 In realta la suddivisione e talvolta puramente didattica perche esiste un continuoum tra malattie che colpiscono in maniera esclusiva un solo organo e quelle sistemiche. Inoltre, soggetti che hanno una malattia autoimmune sono spesso proni a s v i l u p p a r n e a l t re e / o a d estendere il tipo di autoantigeni verso cui viene montata una risposta autoimmunitaria.

7 Tolleranza Immunologica L organismo previene lo sviluppo delle risposte immunitarie contro suoi componenti ed in generale l eccesso di reattivita tramite la regolazione fine della capacita di risposta delle cellule della risposta immune specifica, sia a livello del riconoscimento antigenico e sia a livello di regolazione della risposta immune. In generale questi meccanismi sono noti sotto il nome di tolleranza immunologica La tolleranza immunologica, quindi, puo essere definita come lo stato di non responsività del sistema immunitario verso determinati antigeni propri dell'organismo o autoantigeni (self), o verso antigeni estranei (non-self) : a) Tolleranza verso self - Meccanismo fisiologico alla base dello sviluppo del repertorio immunologico b) Tolleranza verso non-self - Fenomeno poliedrico dipendente da diverse varaibili sperimentali quali: genotipo animale, la forma, la dose e la via di somministrazione dell'antigene etc. La risposta immunitaria sia verso antigeni estranei sia verso i propri costituenti deve essere finemente regolata per evitare tutti quei fenomeni autoimmunitari e di ipersensibilita che sono alla base di molti quadri patologici.

8 Cellule Pro-T MIDOLLO OSSEO TIMO CLONI AUTO-REATTIVI TCR Peptide self MHC Epitelio del timo apoptosi TOLLERANZA CENTRALE CLONI NON AUTO-REATTIVI INDUZIONE DI RISPOSTA IMMUNITARIA CD28 Peptide non-self B7 Cellula T regolatrice TOLLERANZA PERIFERICA CD28 B7 APC APC Stimolazione ripetuta APC Cellula del tessuto O APC mancante di B7 SOPPRESSIONE FasL Fas ESPANSIONE CLONALE ANERGIA ATTIVAZIONE DELLA MORTE CELLULARE INDOTTA

9 Tolleranza periferica La alterazione dei meccanismi di tolleranza periferica possono indurre lo sviluppo di una risposta verso antigeni self e lo s v i l u p p o d i u n a r i s p o s t a autoimmunitaria

10 Rottura della tolleranza periferica E noto che nello sviluppo di una risposta autoimmunitaria vi deve essere un evento scatenante che determina la rottura della tolleranza periferica. L accesso inappropriato ad antigeni tissutali, la loro e s p r e s s i o n e e d a l t e r a t a presentazione antigenica, come anche la espressione di molecole costimolatorie od HLA di classe II da parte di AP C non professioniste, sono tutte potenziali cause di sviluppo di autoimmunita. Durante il danno tissutale e la reazione infiammatoria che ne consegue vi possono essere le condizioni per la rottura della tolleranza periferica Rilascio di Antigeni sequestrati Peptidi criptici Mimicra molecolare con antigeni microbici Danno tissutale locale Antigeni alterati Accesso a APC professioniste Linfociti T autoreattivi Ricircolo dei linfociti autoreattivi attivati nel sito di danno tissutale Aumentata espressione di molecole costimolatorie e MHC Ulteriore danno tissutale, Produzione di piu autoantigeni Aumento della presentazione antigenica

11 Sviluppo di autoimmunita dalla presentazione di peptidi criptici In condizioni normali le proteine vengono degradate dai sistemi proteosomali cellulari e peptidi self presentati in assenza di costimolazione, determinando lo sviluppo di anergia nel linfocita T autoreattivo In condizioni di danno tissutale ed infiammazione vi e l induzione di diversi sistemi proteosomali ed altri enzimi proteolitici che determinano un taglio diverso nelle proteine da degradare generando set di peptidi con caratteristiche diverse (peptidi criptici). Non vi normalmente tolleranza verso peptidi criptici (in quanto normalmente non presentati). Lo stato infiammatorio inoltre puo determinare la espressione di molecole costimolatorie e la presentazione del peptide criptico determina la rottura della tolleranza

12 Rilascio di antigeni sequestrati Esempi Proteina Basica della Mielina (MBP) associata alla sclerosi multipla Proteine della cornea e della lente oculare, dopo infezione o trauma Antigeni cardiaci in seguito ad infarto cardiaco Alcuni antigeni possono essere sequestrati in tessuti specializzati e pertanto non sono presenti nel timo e midollo osseo dove si sviluppa la tolleranza immunologica centrale L esposizione tardiva di questi antigeni ai linfociti T, negli organi linfoidi secondari, procura la risposta immunologica ed il danno tissutale

13 Mimica molecolare Antigeni cross-reattivi Virus e batteri posseggono determinanti antigenici che possono essere simili o identici a componenti cellulari La stessa molecola MHC può presentare sia l antigene microbico che l autoantigene Il linfocita T è attivato dall antigene microbico Il linfocita T attivato e capace di riconoscere anche l autoantigene

14 Eziopatologia del Malattie autoimmuni

15 Eziopatogenesi delle malattie autoimmuni Le malattie autoimmuni sono patologie in cui si riconosce una eziopatogenesi multifattoriale In un background di predisposizione genetica vi e un evento scatenante che abbatte la tollerenza periferica Quindi si riconoscono contemporaneamente la presenza di geni di suscettibilita che influenzano il mantenimento della tolleranza, e fattori ambientali scatenanti (infezioni, ormoni, agenti fisici etc) che promuovono l attivazione di linfociti autoreattivi. fattori ambientali infezioni ormoni farmaci esposizione ad agenti fisici geni di suscettibilità geni MHC geni non-mhc AIRE (autoimmune regulator) APECED CTLA-4 FOXP3 (IPEX) Fas (ALPS) FasL (ALPS) IL-2 FcγR Complemento

16 Associazioni genetiche nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni Proteine del maggior complesso di istocompatibilita Il possedere alleli del HLA con la capacita di legare efficacemente peptidi self di autoantigeni e alla base del riconoscimento delle proteine self Malattia autoimmune HLA associato Rischio Relativo 1 Malattia di Addison DR3/DQ >6 Spondilite Anchilosante B27 >85 Diabete Mellito di tipo 1 DR3/DR4 DQ2/DQ8 >6 Miastenia Grave DR3 >3 Artrite Reumatoide DR4 >4 Lupus Eritematoso Sistemico DR3 >6 1. Rischio relativo: incremento della frequenza di malattia in individui con determinato allele rispetto a quelli senza l allele. Rischio relativo via via maggiore di 1 indica associazione sempre piu forte tra malattia e allele in questione.

17 Associazione funzionale della posizione β57 del HLA-DQ con la capacita di presentazione del pocket 9 del HLA-DQ2/8 del peptide 9-23 dell insulina nel diabete di tipo 1A Tutti i ceppi murini NOD che sviluppano diabete di tipo 1 condividono un MHC di classe II di tipo I-A g7 L equivalente nell uomo del I-A e HLA-DQ. Gli HLA-DQ2 ed DQ8 associati con la suscettibilita al DM1, cosi come I-A g7, condividono un atipico pocket 9 nel peptide binding groove che manca di un acido aspartico in posizione β57. Questo pocket favorisce il legame con peptidi che presentano carichi negativamente, come il peptide 9-23 dell insulina e GAD, favorendo quindi la presentazione di peptidi antoantigenici. Lee Nat Immunol 2001

18 Associazioni genetiche nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni Altri geni coinvolti nel controllo della tolleranza e della risposta immunitaria AIRE. E una proteine espressa in particolare dalle cellule epiteliali midollari del timo, e regolara l'espressione ectopica proteine tessuto-specifiche, come l'insulina e la tireoglobulina. L'espressione di queste proteine permette di selezione negativa di cellule T autoreattive durante il loro sviluppo. L'assenza di questa proteina determina l alterazione della tolleranza centrale e lo sviluppo della APECED (sindrome da poliendocrinopatia autoimmune candidiasi - distrofia ectodermica). I pazienti con APECED di solito hanno candidosi mucocutanea cronica, nonché manifestazioni autoimmuni che più comunemente riguardano le ghiandole paratiroidi o surrenali e, in misura minore, la tiroide, il fegato e la pelle. CTLA-4. E una proteina costimolatoria antagonista che spenge la risposta immunitaria. La variante con SNiP CT60 della zona non codificante nella regione 3 del gene di CTLA-4 è responsabile di una ridotta espressione del RNA messaggero e di isoforme solubili di CTLA-4 cui si associano diverse malattie autoimmunitarie.

19 Ruolo dei altri fattori nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni L innesco della reazione autoimmunitaria e lo sviluppo della malattia autoimmune nascono dalla interazione tra fattori genetici ed ambientali. Sul background genetico del soggetto altri fattori (inclusi fattori ambientali) giocano un ruolo Studi epidemiologici evidenziano che il rapporto tra uomini e donne che sviluppano malattie autoimmunitarie e di circa 5:1. Non e una osservazione assoluta ma presente in molte malattie autoimmuni. Questo suggerisce un ruolo degli estrogeni nella eziopatogenesi di diverse patologie autoimmuni. Ad esempio, la prolattina ha un effetto immunostimilatorio, in particolare sui linfociti T Infezioni possono funzionare da innesco dell autoimmunita per i meccanismi di mimica molecolare e/o infiammazione locale con abbattimento della tolleranza periferica a diversi antigeni tissutali.

20 Ruolo delle infezioni nell innesco delle malattie autoimmuni

21 Ruolo delle infezioni nell innesco delle malattie autoimmuni

22 Ruolo dei altri fattori nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni L innesco della reazione autoimmunitaria e lo sviluppo della malattia autoimmune nascono dalla interazione tra fattori genetici ed ambientali. Sul background genetico del soggetto altri fattori (inclusi fattori ambientali) giocano un ruolo Studi epidemiologici evidenziano che il rapporto tra uomini e donne che sviluppano malattie autoimmunitarie e di circa 5:1. Non e una osservazione assoluta ma presente in molte malattie autoimmuni. Questo suggerisce un ruolo degli estrogeni nella eziopatogenesi di diverse patologie autoimmuni. Ad esempio, la prolattina ha un effetto immunostimilatorio, in particolare sui linfociti T Infezioni possono funzionare da innesco dell autoimmunita per i meccanismi di mimica molecolare e/o infiammazione locale con abbattimento della tolleranza periferica a diversi antigeni tissutali. Alcuni farmaci possono indurre malattia autoimmuni (da non confondersi con le reazioni avverse e la ipersensibilita al farmaco) come ad esempio la miastenia grave, il pemfigo, la glomerulonefrite e lo SLE successiva all uso di D-penicellamine L esposizione a radiazioni ultraviolette (tipicamente nella forma di esposizione solare) che inducono infiammazione e danno tissutale a livello cutaneo, possono agire da effetto scatenante, piu che il meccanismo alla base dello sviluppo della risposta autoimmune, nello SLE.

23 Meccanismi immuno-patogenetici nelle malattie autoimmuni

24 Meccanismi immuno-patogenetici nelle malattie autoimmuni Una volta innescato il processo autoimmune con rottura della tolleranza immunologica, i meccanismi che determinano il danno tissutale e/o funzionale nelle malttie autoimmuni sono riconducibili ai meccanismi di reazioni di ipersensibilita di tipo II, III e IV. Alcune malattie presentano piu di uno di questi meccanismi.

25 Meccanismi immuno-patogenetici mediati da anticorpi nelle malattie autoimmuni Autoanticorpi possono legarsi specificamente ad antigeni nel tessuto (A), o ci puo essere la deposizione di immunocomplessi nel circonocirculation (B). In entrambi i casi, gli anticorpi depositati inducono infiammazione e danno tissutale,

26 Meccanismi immuno-patogenetici mediati da anticorpi nelle malattie autoimmuni A. Anticorpi possono opsonizzare cellule ed attivare il complemento generando altre opsonine derivate dai fattori compolementari, determinando la fagocitosi delle cellule mediata da recettori Fc o del C3. B. Anticorpi richiamano polimorfonucleati e tramite attivazione del complemento ed il rilascio di fattori da p a r t e dei polimorfonucleati inducono danno tissutale C. Autoanticorpi specifici per recettori cellulari per ormoni o neurotrasmettitori possono stimolare l attivita del recettore in assenza dell ormone, o possono inibire il legame dell ormone o del neurotrasmettitore al recettore determinando l alterazione delle funzioni

27 Meccanismi immuno-patogenetici mediati da linfociti T nelle malattie autoimmuni Nei meccanismi di di danno autoimmunitario mediato da linfociti T (sul modello della ipersensibilita di tipo IV) linfociti T CD4+ e/o CD8+ rispondono ad antigeni tissutali con la secrezione di citochine che stimolano il processo infiammatorio ed attivano la fagocitosi (A), o rispondono ad antigeni di superficie (B). In entrambi I casi si ha induzione di danno tissutale

28 Approcci terapeutici nelle malattie autoimmuni

29 Sommario delle strategie terapeutiche delle malattie autoimmuni Ristabilimento della tolleranza periferica antigene -specifica Re-induzione dell anergia (es.: terapie peptidiche, es Copaxone) Rimozione della costimolazione (es.: anticorpi anti-cd28) Inibizione non specifica delle funzioni del linfocita T (es.: farmaci citotossici Ciclosporina corticosteroidi) Induzione di linfociti T inibitorie (es.: somministrazione orale dell antigene, es. insulina) Danno tissutale Uso di anti-infiammatori (es.: corticosteroidi) Disfunzione dell organo Terapia sostitutiva (es.: tiroxina, insulina, ect)

30 Sommario delle strategie terapeutiche delle malattie autoimmuni 1.Terapie standard Terapie sintomatiche: uso dell insulina; ormoni tiroidei Terapie immunosoppressive: corticosteroidi, ciclofosfammide, methotrexate (blocco proliferazione); ciclosporina, FK506 (trascrizione IL-2) Terapie con citochine ed inibitori di citochine: IL-4>IFN-γ; uso di MoAbs chimerici anti TNF-α (infliximab) per RA; recettori solubili; blocco TNF/TNF-r (etanercept, TNFαr-IgG1). 2. Terapie con approcci sperimentali MoAbs e proteine di fusione per bloccare molecole accessorie: (MoAbs anti CD-40 e anti CD40L; proteina CTLA-4-Ig) Ligandi peptidici alterati: cambiamenti dei peptidi (immunogenico/ tollerogenico) riconosciuti da TCR/MHC: Induzione della tolleranza (orale); es. EAE ed insulina (gia in uso clinico od in fase avanzata di valutazione dei trials clinici) Trapianto di midollo osseo: per produrre cellule non aberranti Trapianti di sostituzione (DM1A): cellule beta nascoste

31 Modello di strategia terapeutica basata sulla induzione della tolleranza tramite somministrazione orale dell antigene

32 Prevenzione del DM 1 basata sulla induzione della tolleranza tramite somministrazione orale dell insulina Il trattamento orale con insulina al fine di indurre tolleranza mucosale in familiari di soggetti con DM1 che presentano autoanticorpi contro le isole pancreatiche determina un ritardo (in proiezione fino a 10 anni) della progressione a DM 1 Eisenbarth GS. Ann NY Acad Sci 2008

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35 Figure Current treatments for arresting the pathological developments in autoimmune disease are given in blue boxes, and those that may become practicable in green boxes. Antimitotic drugs are given in severe cases of SLE or chronic active hepatitis, and anti-inflammatory drugs are widely prescribed in rheumatoid arthritis. Organ-specific disorders (e.g. primary myxedema) can be treated by supplying the defective component (e.g. thyroid hormone). When a live graft is necessary, immunosuppressive therapy can protect the tissue from damage.