IL SISTEMA IMMUNITARIO CUTANEO

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1 Quaderni di dermatologia, Anno 12, n. 1, Giugno IL SISTEMA IMMUNITARIO CUTANEO PAOLA ROCCABIANCA DiPAv - Sezione di Anatomia Patologica - Facoltà di Medicina Veterinaria Milano INTRODUZIONE AL SISTEMA IMMUNITARIO Il sistema immunitario svolge la primaria funzione di difesa dagli antigeni potenzialmente dannosi. La risposta del sistema immunitario successiva all incontro con un antigene è divisa in: 1) Una risposta iniziale che deriva dall attivazione del sistema immunitario innato. 2) Una risposta secondaria che deriva dall attivazione specifica (24-36 ore dopo l incontro con l antigene) del sistema immunitario adattativo. Il sistema immunitario innato ed adattativo sono interdipendenti e collaborano alla difesa dell organismo. Il sistema innato stimola l attivazione del sistema adattativo attraverso la produzione di citochine e chemochine influenzando anche il tipo di risposta (B o T). Il sistema adattativo incrementa l attività dell immunità innata e utilizza molti meccanismi effettori del sistema immunitario innato per eliminare antigeni estranei. Il sistema immunitario ha anche la funzione di riconoscere ed inibire la sua stessa risposta nei confronti di antigeni innocui quali quelli alimentari o ambientali. A) Sistema immunitario innato. Risposta aspecifica, o di difesa di prima linea caratterizzata da una risposta rapida, la quale si ripete identica a se stessa (indipendente dall antigene). Il Sistema immunitario innato cutaneo è composto da: 1) Barriere fisiche: envelope, cheratina, film lipidico, ecc. 2) Barriere chimiche: ph, sostanze antimicrobiche, lisozima ecc. 3) Cheratinociti: funzione di barriera fisica e chimica. Producono citochine e chemochine. 4) Cellule dendritiche: ponte tra risposta innata ed adattativa. 5) 6) Cellule infiammatorie fagocitarie: neutrofili e macrofagi 7) Il sistema del complemento 8) Citochine e chemochine B) Il sistema immunitario adattativo, è composto da cellule effettrici (linfociti B e T) e dai loro prodotti. Il Sistema immunitario adattativo alberga le cellule effettrici in 3 tipi di organi/strutture: i Tessuti Linfoidi Primari (timo e midollo osseo), i Tessuti Linfoidi Secondari (milza, linfonodi, placche di Peyer) ed i Tessuti Linfoidi Terziari di cui fa parte il SALT (skin associated lymphoid tissue). Il SALT svolge diverse funzioni che fanno riferimento sia al sistema innato che a quello adattativo: Induce una risposta immunitaria specifica Esprime memoria immunitaria Induce tolleranza immunitaria nei confronti di antigeni non dannosi. Componenti umorali del sistema immunitario cutaneo: 1. Peptidi antimicrobici (defensine, catelicidine, lisozima) prodotti dai cheratinociti sono in grado di danneggiare la parete microbica (formazione di pori) o di digerire componenti della parete microbica. 2. Complemento: il sistema del complemento svolge funzioni sia a livello di risposta immunitaria innata che adattativa ed è utile a più livelli della difesa contro gli agenti microbici culminando nella loro lisi tramite il MAC (membrane attack complex). Durante la cascata di attivazione si producono componenti del complemento che hanno tre funzioni prevalenti: Opsonizzazione dell antigene Incremento della permeabilità vascolare Chemiotassi. 3. Immunoglobuline: sono le molecole effettrici della risposta adattativa umorale. In seguito ad attivazione i linfociti B si trasformano in plasmacellule e si specializzano nella produzione di immunoglobuline, molecole complesse composte da catene leggere (k o λ) e catene pesanti. Sulla base della catena pesante si riconoscono diversi isotipi di immunoglobuline: IgG, IgM, IgE, IgA. Le immunoglobuline non rappresentano solo la componente effettrice solubile del sistema immunitario adattativo (immunità umorale) ma, legate alla membrana, rappresentano il recettore specifico dei linfociti B (BCR). Il legame del BCR con l antigene attiva il linfocita B. 4. Citochine: sono molecole proteiche prodotte da numerose cellule del sistema immunitario innato ed adattativo (macrofagi, linfociti attivati, cellule endoteliali, fibroblasti, mastociti ecc.), si legano a recettori cellulari specifici ed hanno funzione di modulazione di altri citotipi. Le citochine possono agire in modo autocrino (sullo stesso citotipo che le ha sintetizzate), paracrino (solo su cellule vicine) ed endocrino (su cellule/tessuti/organi distanti). Le citochine hanno moltissime funzioni, tra le principali: - Proinfiammatorie: mediano l immunità innata, attivano il processo infiammatorio e le cellule infiammatorie, sono chemiotattiche: IL-1, IL-6, TNF-α, TNF-β. - Regolano proliferazione, attivazione e maturazione cellulare: ad esempio mediano la proliferazione dei linfociti e la loro maturazione: IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-12, IL Permettono lo sviluppo di un determinato tipo di risposta immunitaria (cellulo mediata od umorale): IL-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12.

2 8 Paola Roccabianca Rappresentano il 90% delle cellule che si riscontrano a livello epidermico. Forniscono una barriera fisica ma sono anche in grado di dare inizio alla risposta immunitaria. I cheratinociti possono essere attivati direttamente da stimoli fisici (radiazioni UV, irritazione, traumi), dal rilascio di citochine (TNF-α, IFN-γ, IL-17), da sostanze tossiche ecc. e sono in grado di produrre peptidi antimicrobici (defensine, catelicidine, lisozima), citochine, chemochine. Il cheratinocita attivato incrementa la sua espressione di MHC-II, CD40 e IL-4-R e della molecola ICAM-1 (molecola di adesione). La molecola ICAM-1 lega il CD11 b (integrina) sui leucociti con incremento di epiteliotropismo e di adesione di cellule dell immunità specifica quali i linfociti T. I cheratinociti possono fagocitare peptidi ed operare una presentazione non professionale attraverso l espressione dell MHCII. I cheratinociti inoltre aumentano la produzione o iniziano a produrre molecole proteiche coinvolte nell attivazione del sistema immunitario innato e adattativo tra cui defensine, catelicidine, citochine, chemochine, fattori di crescita. I cheratinociti attivano le cellule di Langerhans ed i linfociti T attraverso la produzione di chemochine e defensine. FIGURA 1 - Componenti del SIC. - Stimolano l ematopoiesi: IL3, IL-6, G-CSF, M-CSF, GM-CSF. - Inibiscono/Arrestano il processo infiammatorio: TGFβ, IL Chemochine: sono piccole citochine coinvolte nella migrazione ed attivazione dei leucociti. Alcune chemochine hanno un ampio spettro di azione mentre altre hanno una azione specifica. Le chemochine si legano anch esse a specifici recettori sulla superficie cellulare e svolgono un ruolo centrale nella risposta infiammatoria, come ad esempio promuovere la chemiotassi di leucociti, lo stimolo del processo infiammatorio, l ematopoiesi, l angiostasi e l angiogenesi. 6. Neuropeptidi: sono coinvolti nella normale omeostasi dei tessuti e nel processo infiammatorio. Le sostanze più conosciute sono i peptidi della famiglia della tachinina (sostanza P e neurochinina). Alcuni neuropeptidi sono contenuti nelle fibre nervose periferiche e vengono liberati in seguito a stimoli infiammatori. Tra le funzioni: controllo della pressione sanguigna locale, stimolazione di secrezione di cellule del sistema immunitario, trasmissione di segnali di dolore, incremento della permeabilità vascolare. Componenti cellulari del sistema immunitario cutaneo (Fig. 1): 1. Cheratinociti 2. Cellule dendritiche presentanti l antigene (Cellule di Langerhans e Dendrociti dermici) 3. Linfociti cutanei (epidermici e dermici) 4. L unità vascolare dermica 5. Cellule neurali e terminazioni nervose dermiche (network neurale) 1. CHERATINOCITI 2. CELLULE CUTANEE PRESENTANTI L ANTIGENE (APC) Le cellule presentanti l antigene (APC) svolgono come ruolo principale quello di dare inizio e propagare la risposta immunitaria specifica. Le APC degradano l antigene in peptidi immunogeni che vengono esposti in superficie associati a MHC I o II e così presentati ai linfociti T. Sulla superficie delle cellule dendritiche si possono osservare tre tipi di complessi: Ag proteico+mhci presentazione ai linfociti T CD8 Ag proteico+ MHC II presentazione ai linfociti T CD4 Ag lipidico + CD1 presentazione a linfociti. Tra le cellule APC professionali della cute si riconoscono le cellule di Langerhans, i dendrociti dermici e le APC dei tessuti linfoidi drenanti la cute. 1) Cellule di Langerhans: operano il controllo dei patogeni che penetrano per via transcutanea. Sono APC localizzate a livello soprabasale e costituiscono circa il 5% delle cellule epidermiche. Tuttavia, con i loro processi dendritici creano una rete di collegamenti tra di loro e con i cheratinociti ed i linfociti T così estesa da coprire circa il 25% della superficie cutanea. Questa rete praticamente continua serve per catturare la maggior parte degli antigeni che penetrano attraverso l epidermide. In questo modo, le cellule di Langerhans operano uno screening degli antigeni (immunosorveglianza). Quando le cellule di Langerhans incontrano ed internalizzano un antigene si attivano, retraggono i loro processi, perdono la loro aderenza con le cellule epidermiche e migrano al linfonodo drenante attraverso i linfatici. In questa sede, come cellule dendritiche interdigitate, presentano l antigene attivando i linfociti T helper (CD4+) della paracorticale linfonodale. Le cellule di Langerhans esprimono un elevata quantità di MHC I, MHC II e CD1a e CD1c, tutte molecole necessarie per la presentazione di antigeni proteici e lipidici. 2) Cellule Dendritiche Dermiche Perivascolari/Dendrociti Dermici: le cellule dendritiche dermiche operano il controllo degli antigeni inoculati direttamente nel derma, o che raggiungono il derma per via ematica. Sono localizzate attorno ai vasi e attorno alle strutture ghiandolari. I loro dendriti citoplasmatici si collegano alla membrana basale del vaso. I dendrociti dermici svolgono funzione di processazione e di presentazione degli antigeni che raggiungono il derma per via ematica. La loro attivazione e migrazione è come quella delle cellule di Langerhans. Esprimono le molecole CD18, CD1a, CD1c, CD11c ed MHC II, CD80, CD86 e CD90.

3 Quaderni di dermatologia, Anno 12, n. 1, Giugno alterazioni metaboliche, trasformate da parte di virus o sostanze chimiche/fisiche. I linfociti T epidermici rappresentano l 1-5% del linfociti cutanei e sono di tipo γ/δ CD8+ in uomo topo e bovino mentre sono per lo più γ/δ CD8 nel cane (Moore e Affolter, osservazioni personali). La maggioranza di questi linfociti sono linfociti T memoria. Nel derma si ritrova il 95-99% dei linfociti T cutanei. Nel derma prevale l espressione del TCR γ/δ in tutte le specie. Il numero di linfociti CD4 e CD8 è equivalente in uomo e topo mentre nel cane si osserva una lieve prevalenza di linfociti T CD8 (Moore e Affolter, osservazioni personali). La maggioranza dei linfociti dermici ha acquisito memoria immunologica ed è localizzata attorno alle venule postcapillari. FIGURA 2 - Maturazione delle cellule istiocitarie riscontrabili a livello cutaneo. FIGURA 3 - Distribuzione dei linfociti cutanei. 3. LINFOCITI CUTANEI Nella cute si riscontra una prevalenza di linfociti T mentre i B sono rari (Fig. 3). Linfociti T I linfociti T maturano nella corteccia del timo e completano il processo nella midollare dove subiscono il processo di selezione. Durante la loro maturazione i linfociti T iniziano ad esprimere CD3 e coesprimono le molecole CD4 e CD8 (doppi positivi). Nel contempo modificano la loro struttura genetica e ri-arrangiano i geni che permetteranno la sintesi del recettore antigenico specifico di ogni linfocita T, il TCR (T cell receptor). Il TCR è una molecola composta da due catene diverse (eterodimero) TCR α/β o TCR γ/δ. La maggioranza dei linfociti T è localizzata a livello di paracorticale linfonodale e nelle guaine periarteriolari della milza. La popolazione consiste di una prevalenza di linfociti T CD4 + 2/3 ed 1/3 di linfociti T CD8. I linfociti esprimono in prevalenza la catena α/β del TCR mentre meno del 5% esprime la catena γ/δ. I linfociti T γ/δ sono per lo più concentrati a livello dei tessuti epiteliali e a contatto con l ambiente esterno (app. respiratorio, gastroenterico, genitale ed epidermide) tra le loro funzioni la distruzione di cellule epiteliali danneggiate, con I linfociti T vengono suddivisi in diversi sottotipi sulla base dei modelli di migrazione e di risposta immunitaria. Linfociti T naive: sono linfociti che non hanno incontrano l antigene specifico. Ricircolano primariamente attraverso il sangue ai linfonodi. Questi linfociti sono in grado di scandagliare l ambiente linfonodale dei diversi tessuti per incrementare la probabilità di incontrare un antigene. Linfociti T memoria: sono cellule che derivano dall espansione clonale del linfocita T progenitore che ha incontrato l antigene. I linfociti T memoria sono divisi ulteriormente in linfociti T di memoria centrale e linfociti T effettori. a) I linfociti di memoria centrale migrano dal sangue ai linfonodi e ai tessuti periferici e conservano la memoria dell incontro con l antigene per anni. Quando attivati tendono a proliferare e dare luogo ad altre cellule memoria. b) I linfociti memoria effettori hanno vita breve e si specializzano nella migrazione in tessuti target dove svolgono funzione di neutralizzazione dell antigene. I linfociti T CD4 vengono suddivisi in 3 sottotipi funzionali: Th1, Th2 e T reg/th3. I linfociti Th1 producono citochine che attivano l immunità cellulo mediata ed in particolare stimolano macrofagi e linfociti citotossici. I linfociti Th2 stimolano i linfociti B a produrre immunoglobuline attivando l immunità umorale (in particolare IgE). I linfociti Th3 sono immunomodulanti e producono citochine antinfiammatorie. I linfociti T reg sono stati riconosciuti recentemente e sono una famiglia di linfociti T che svolge il ruolo di sopprimere la riposta di altri linfociti T. Svolgono un ruolo importante nei meccanismi di tolleranza. { Th1 IL-2, IL-12, INFγ, TNF immunità cellulo mediata Th2 IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13 Linfociti T CD4 immunità umorale Treg IL-10, TGFβ modulazione di risposta infiammatoria/ immunitaria Linfociti B I linfociti B, a differenza dei linfociti T, sono specializzati nel riconoscimento e nella difesa contro molecole proteiche in sede extracellulare. I linfociti B derivano da cellule ematopoietiche staminali che si riscontrano inizialmente

4 10 Paola Roccabianca Tabella 1 Distribuzione fenotipica delle popolazioni linfocitarie cutanee Cute EPIDERMIDE DERMA Linfociti T 2-5% dei linfociti T 95-98% linfociti T della cute della cute 99% CD % CD % CD8 > TCR α/β % TCR α/β +/- TCR γ/δ 0-10% TCR γ/δ (tranne in topo e bovino) Linfociti B Assenti Rarissimi nella placenta e successivamente nel fegato durante la vita fetale. Alla nascita si portano nel midollo osseo degli adulti. La maggioranza dei linfociti B maturi risiede nel follicoli di milza, linfonodi e placche del Peyer. La risposta dei linfociti B è di tipo bifasico: una risposta primaria in cui i linfociti B che entrano in contatto con l antigene vanno incontro a selezione clonale e si differenziano in plasmacellule che secernono IgM e solo successivamente IgG e linfociti B memoria. una risposta secondaria che dipende dalla presenza di linfociti B memoria i quali hanno una vita media lunga (possono persistere per tutta la vita di un animale). La risposta al nuovo incontro con l antigene è più veloce, più potente e duratura ed è alla base della pratica della vaccinazione. La risposta secondaria è caratterizzata dalla produzione di immunoglobuline che dimostrano una affinità maggiore per l antigene e quindi risulta più efficace nell eliminarlo. I linfociti B storicamente sono considerati rari o del tutto assenti nella cute in condizioni normali. Tuttavia, recenti studi molecolari hanno dimostrato una piccola componente di linfociti B in ricircolo dalla cute al linfonodo drenante e di ritorno alla cute a livello di unità perivascolare dermica. Una piccola componente di linfociti B è parte integrante del SALT. 4. L UNITÀ VASCOLARE DERMICA L unità vascolare dermica rappresenta il centro di reazione cutaneo ed è composta da cellule endoteliali delle venule postcapillari dermiche, mastociti perivascolari, dendrociti dermici, macrofagi stanziali e linfociti T. Le cellule endoteliali dei capillari sono tra i più importanti immunoregolatori cutanei. Hanno una funzione critica nella trasmissione dei segnali chemiotattici e immunostimolanti dal derma al compartimento intravasale e partecipano all inizio del processo infiammatorio. Possono fungere da cellule presentanti l antigene; permettono la migrazione dei leucociti verso il sito di infiammazione e il ricircolo dei linfociti T e dei leucociti. I mastociti si concentrano attorno ai vasi e attorno alle terminazioni nervose. La maturazione e l attivazione dei mastociti possono essere mediate dalla produzione da parte di linfociti T di IL-3 e IL-4. La degranulazione dei mastociti può dipendere da stimoli immunogeni e non, tra cui legame dell antigene con le IgE di membrana, legame con il complemento, liberazione di neuropeptidi, stimoli fisici, citochine, tossine, farmaci. I mastociti sono in grado di Tabella 2 Principali citochine e chemochine del processo infiammatorio Chemochina Cellula d origine Cellula target Azione IL-8 IL-16 Monociti Neutrofili Chemiotassi Basofili Chemiotassi Cheratinociti Attivazione Degranulazione Fibroblasti Linfociti CD4 Chemiotassi Eosinofili Linfociti CD8 MIF Linfociti T Macrofago Chemiotassi Monociti Monociti Chemiotassi MCP-1 Cellule epiteliali Linfociti T Chemiotassi Liber. Istamina Linfociti T Linfociti T Chemotassi ed attivazione di tutte le cellule Monociti Monociti target MIP-1 Neutrofili Eosinofili Cell. Dendritiche Eotassina Monociti Eosinofili Chemiotassi Monociti Linfociti T Chemiotassi IP-10 NK Citolisi Cell. Endoteliali Inibizione angiogenesi

5 Quaderni di dermatologia, Anno 12, n. 1, Giugno si hanno la sostanza P, la nurochinina A ed il VIP (peptide intestinale vasoattivo). I neuropeptidi hanno diverse importanti funzioni tra cui controllo del tono vasale, regolazione della secrezione ghiandolare, mediazione della degranulazione dei mastociti, e svolgono funzioni pro ed anti-infiammatorie. 5. LINFONODO DRENANTE LA CUTE FIGURA 4 - Rappresentazione schematica delle componenti dell unità vascolare dermica. produrre moltissime sostanze coinvolte nella normale omeostasi tissutale, nel processo infiammatorio e nelle reazioni d ipersensibilità. Le fibre nervose della cute derivano da fibre afferenti somatiche sia mielinizzate che non mielinizzate e partecipano attivamente al controllo della risposta immunitaria cutanea. Le terminazioni nervose sono in stretto rapporto con le cellule di Langerhans, i linfociti T epidermici e con i mastociti. Le fibre nervose sono in grado di produrre numerosi neuropeptidi in seguito a diversi stimoli: fisici (traumi, radiazioni UV, caldo, freddo), microbici, proteasi, ormonali, citochine, chinine. I neuropeptidi sono un gruppo di sostanze proteiche di piccole dimensioni (4-40 aminoacidi). Se ne conoscono più di venti che sono stati identificati nella cute di numerosi mammiferi. I neuropetidi studiati a livello cutaneo sono molti e tra i più rilevanti I linfonodi afferenti sono parte integrante del sistema immunitario cutaneo. Le cellule presentanti l antigene una volta attivate migrano al linfonodo regionale e a livello di paracorticale linfonodale presentano l antigene alle cellule T CD4 + che possono tornare a livello epidermico (immunità cellulo mediata) o attivare i linfociti B e quindi stimolare la risposta immunitaria umorale. Bibliografia 1. Abbas AK, Lichtman AH. Cellular and molecular immunolgy. Fifth edition, updated edition. Elsevier Saunders, Philadelphia, PN, Day MJ. Clinical Immunology of the Dog and Cat. Manson Publishing Ltd., London, Clark R, Kupper T. Old meets new: the interaction between innate and adaptative immunity. J Invest dermatol 125: , Gröne A. Keratinocytes and cytokines. Vet Immunol Immunopathol 88:1-12, Larregina AT, Falo LD. Changing paradigms in cutaneous immunology: adapting with dendritic cells. J Invest Dermatol 124: 1-12, Scott DW, Miller WH, Griffin CE. Structure and function of the skin. In: Muller and Kirk s small animal dermatology. 6th ed. WB Saunders Company, Philadelphia. pagine 1-70, Tizard R. I. An Introduction to Veterinary Immunology Vith ed. WB Saunders Co. Philadelphia, U.S.A., Appuntamenti di interesse dermatologico per il SETTEMBRE Congresso Annuale ESVD/ECVD MAINZ, GERMANIA 30 SETTEMBRE 2007 FRIULI VENEZIA GIULIA Delegazione Regionale SCIVAC Dermatofitosi e D. Atopica: come giungere alla Diagnosi ed eseguire una adeguata terapia L. Cornegliani OTTOBRE 2007 CREMONA Itinerario Dermatologia* OTTOBRE 2007 CREMONA Incontro SIDEV-SIONCOV Sindromi paraneoplastiche. Il punto di vista dell oncologo e del dermatologo ed elezione nuovo CD SIDEV 4 NOVEMBRE 2007 CALABRIA Delegazione Regionale SCIVAC Approccio diagnostico all alopecia nel cane e nel gatto F. Leone 30 NOVEMBRE - 1 DICEMBRE 2007 PUGLIA Corso Introduttivo alla pratica Dermatologica F. Fabbrini e F. Galeotti * Evento accreditato dal College Europeo di Dermatologia Veterinaria (ECVD)