Scienza che studia gli effetti tossici delle sostanze chimiche sul sistema immunitario degli organismi viventi.

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1 IMMUNOTOSSICOLOGIA Scienza che studia gli effetti tossici delle sostanze chimiche sul sistema immunitario degli organismi viventi. Tali effetti possono manifestarsi per concentrazioni di xenobiotici notevolmente inferiori a quelle in grado di indurre altre manifestazioni tossiche più evidente: l organismo può apparire asintomatico

2 Sistema immunitario: sistema che difende l organismo da tutti gli agenti potenzialmente patogeni, ed è un sistema che serve a definire il self e il non self. Le principali alterazioni del sistema immunitario si manifestano con aumento della morbidità e morte degli individui, ma possono manifestarsi anche cambiamenti meno importanti che vengono utilizzati quali MARCATORI DI IMMUNOTOSSICITA.

3 Gruppo Categoria di immunoglobuline Tessuto linfoide Importanza del ruolo dei macrofagi Invertebrati / / Elevata Pesci IgM Timo, milza, rene, fegato Elevata Anfibi Analoghi delle IgG, IgM Timo, milza, rene, linfonodi, midollo osseo Moderata Rettili IgG, IgM Timo, milza, rene, analoghi dei linfonodi, midollo osseo, fegato Moderata Uccelli Analoghi delle IgG, IgM, IgA Timo, borsa del Fabrizio, milza, linfonodi, midollo osseo Bassa Mammiferi IgG, IgM, IgA, IgE, IgD Timo, midollo osseo, milza, linfonodi, fegato (nel feto) Moderata

4 Immunità non specifica Coinvolge cellule che riconoscono il non self senza alcuna specificità. Eliminano il non self con meccanismi di: Fagocitosi Risposta infiammatoria Le cellule responsabili della risposta non specifica possono essere circolanti, come i granulociti neutrofili nei mammiferi, presenti in tessuti ed organi, dove possono essere legati (macrofagi epatici o splenici nei mammiferi) o mobili (macrofagi polmonari). Spesso sono presenti più tipi cellulari contemporaneamente. Le cellule infiammatorie sono infiltranti.

5 Le cellule Natural Killer (NK) e le cellule citotossiche naturali (NCC) possono anche riconoscere i cambiamenti sulla superficie di cellule self quando infettate o neoplastiche, inducendone la lisi. Questo tipo di cellule è presente nei vertebrati e pare esistere anche negli invertebrati. Le cellule preposte alla fagocitosi si muovono verso il non self sulla base di stimoli chimici legati alla presenza di sostanze chemotattiche che le guidano verso il bersaglio.

6 1. Il non self si lega alle propaggini del fagocita 2. Il non self viene inglobato nelle vescicole (FAGOSOMI) 3. I fagosomi si fondono con i lisosomi 4. Gli enzimi digestivi distruggono il non self 5. I rifiuti vengono eliminati all esterno

7 Immunità specifica Coinvolge due principali componenti del sistema immunitario: Immunità cellulare (immunità cellulo mediata) Immunità umorale L immunità cellulare è basata su cellule specifiche, i LINFOCITI T ed è legata alla regolazione delle funzioni del sistema immunitario, nella ipersensibilità ritardata, nelle reazioni contro il non self e nella resistenza alle infezioni.

8 L immunità umorale consiste nella produzione da parte dei LINFOCITI B di ANTICORPI che attaccano il non self.

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11 Effetti di fattori endogeni ed esogeni sul sistema immunitario ORMONI Il sistema immunitario dei vertebrati è estremamente sensibile alle influenze endocrine, in particolare degli ormoni sessuali e del sistema neuroendocrino. I glucocorticoidi hanno un effetto immunosoppressivo, in particolare sull attivazione dei macrofagi, l inibizione della produzione di citochine da parte dei linfociti T, la mobilizzazione dei leucociti e l induzione dell apoptosi dei progenitori di linfociti T e B e delle cellule T mature.

12 Lo stress è associato ad un decremento dell attività dei macrofagi, prevenuto da cortisolo ed epinefrina. Poiché lo stress riduce il numero di linfociti ed epinefrina e cortisolo contrastano questo effetto, si è ipotizzato che lo stress induca una ridistribuzione delle cellule immunitarie verso altri organi, spostamento antagonizzato da cortisolo ed epinefrina.

13 In linea generale le femmine di tutte le specie sono più sensibili alle patologie immunitarie rispetto ai maschi. Gli ormoni maschili sembrano quindi avere un effetto protettivo contro patologie autoimmuni quali il lupus eritematosus (nell uomo). Gli estrogeni (ed in particolare l estradiolo) invece sembrano aumentare l incidenza di queste patologie.

14 Citochina Origine Funzione Effetto steroideo Interleuchina 1 Monocitimacrofagi Risposta infiammatoria Diminuito dagli androgeni Interleuchina 4 Cellule T Differenziazione delle cellule B Aumentato dall estradiolo TGF-B Antiproliferazion e delle cellule T e dei timociti Aumentato dagli androgeni Interleuchina 5 Timociti attivati Crescita delle cellule B Aumentato o diminuito dagli androgeni Interferone γ Timociti Attivazione ed induzione del MHC I e II Aumentato dall estradiolo, diminuito dagli androgeni

15 In vitro L incubazione dei macrofagi sia con estradiolo che con cortisolo inibisce la chemiotassi e la fagocitosi. L estradiolo non altera la produzione di ossido nitrico, mentre il cortisolo la inibisce fortemente. In vivo L estradiolo inibisce la proliferazione di linfociti periferici in pesci rossi infettati con emoflagellati (Trypanosoma danilewski).

16 Si è osservato che il sistema immunitario può produrre ormoni normalmente prodotti dall adenoipofisi: Prolattina (PRL) Ormone della crescita (GH) I linfociti del sangue periferico e della milza presentano inoltre i recettori PRL, al pari dei linfociti T attivati. Il GH si ritiene possa stimolare la differenziazione e la migrazione dei timociti, effetto mediato dall IGF-I (insulin growth factor I), che si pensa abbia un ruolo nella stimolazione degli organi che producono cellule T e B.

17 AZIONE DEGLI INQUINANTI SUL SISTEMA IMMUNITARIO Danno alle componenti cellulari e tessutali del sistema immunitario Immunodepressione Interazione con autoantigeni Produzione di neoantigeni Allergia Riduzione della resistenza agli agenti esterni ESPOSIZIONE AGLI XENOBIOTICI Riduzione dell immunità antitumorale Perdita di immunosorveglianza Immunopotenziamento Ipersensibilità Autoimmunità Attivazione del complemento Reazione similinfluenzale Pseudoallergia

18 L immunosoppressione chimica si manifesta con una riduzione della resistenza ad infezioni microbiche o virali ed un aumento di patologie neoplastiche. Il sistema immunitario può poi interagire con i processi di detossificazione e biotrasformazione, prolungando l emivita degli xenobiotici. L induzione del sistema è di più difficile comprensione ed in genere determina una risposta qualitativamente anomala.

19 Gli xenobiotici possono agire a livello cellulare e sugli organi del sistema immunitario. XENOBIOTICI AD AZIONE IMMUNODEPRESSIVA Diossine Furanici PAHs PBBs PCBs Sostanze alchilanti Insetticidi organoclorurati Metalli pesanti

20 L azione delle diossine pare aversi per interazione con il recettore Ah; tale complesso interagisce con specifici siti del DNA. Analogo effetto per i PCBs, ma importante il grado di clorurazione. I metalli pesanti agiscono come inibitori e depressanti del sistema immunitario. Alcuni di questi agiscono a livelli tali da NON indurre altro effetto negli organismi, quindi da passare inosservati. Effetti di citotossicità e apoptosi Alterazione dei processi di contatto cellulare Alterazione dei segnali intracellulari, della mobilizzazione del calcio, della sintesi di proteine e dell espressione genica

21 BIOMARKERS IMMUNOLOGICI NEI MOLLUSCHI Il sistema immunitario, composto da parte cellulare e parte umorale, presenta quale componente principale gli emociti. Pochi i dati in bibliografia, ma in linea generale l esposizione ad uno stress ambientale (termico, infettivo, chimico) induce un aumento dell attività degli emociti. La diminuzione degli emociti si verifica invece solo ad elevate concentrazioni, non riscontrate nell ambiente.

22 Esemplari di Crassostea virginica allevati in acque pulite quando trasferiti in acque contaminate da PAHs presentavano una riduzione del numero di emopciti di grandi dimensioni (eosinofili responsabili della fagocitosi) ed un aumento delle cellule di piccole dimensioni. In Mercenaria mercenaria l esposizione a fenolo riduce l attività fagocitica, stimolata invece da esposizione a lungo termine a benzo(a)pirene, pentaclorofenolo e esaclorobenzene.

23 Studi di esposizione a metalli pesanti in Crassostea virginica e in Mytilus edulis riferiscono di una capacità fagocitaria alterata: Stimolazione per esposizioni a breve termine Inibizione per esposizioni a lungo termine In Mytilus galloprovincialis della Laguna di Venezia si è cercato di correlare i biomarkers immunitari con la presenza di contaminanti (Pipe et al., 1995).

24 Conta degli emociti Fagocitosi Livelli di enzimi lisosomiali Produzione di radicali ossigeno liberi Variazioni stagionali dei parametri In alcuni casi correlazione tra contaminanti e parametri 10 metalli 3 gruppi di organoclorurati

25 BIOMARKERS IMMUNOLOGICI NEI PESCI BIOMARKERS IMMUNOLOGICI NEI PESCI L esame istologico del tessuto linfoide di animali esposti è un approccio ampiamente usato nelle specie ittiche.tale approccio è valido solo se si valutano gli effetti terminali del fenomeno. Biomarkers precoci di immunotossicità sono: Conta linfocitaria Potenziale mitotico linfocitario Leucocrito Fagocitosi Conta dei macrofagi e loro struttura Suscettibilità alle infezioni Attività lisosomiale Nk e NCC Quantificazione degli anticorpi circolanti

26 La valutazione della risposta proliferativa dei linfociti ha permesso di evidenziare come possano esistere fenomeni di induzione e di inibizione. L esposizione a PAHs sia nell ambiente naturale che in laboratorio produce un cambiamento importante ma reversibile delle funzioni dei macrofagi, tra cui la fagocitosi di microorganismi, la chemiotassi, la pinocitosi, l accumulo di melanina. L effetto si manifesta con una inibizione o una induzione in funzione della specie considerata. CARPA MANGANESE STIMOLAZIONE TROTA LINDANO INIBIZIONE

27 La valutazione dei livelli di anticorpi circolanti è un biomarker NON INVASIVO, che in genere ha definito fenomeni di immunodepressione o immunosoppressione. In genere si rileva immunosoppressione o immunodepressione. CADMIO INDUTTORE IN Tautogalabrus adsperus INIBITORE IN Morone saxatilis FENOLI, FORMALDEIDE, DETERGENTI INIBITORI in trota

28 Pleuronectes platessa correlazione negativa tra vicinanza agli scarichi di depuratori e alcuni parametri immunologici: Attività del lisozima sierico Concentrazione di immunoglobuline Attività battericida dei leucociti renali Possibili spiegazioni: Presenza di contaminanti ad azione immunostimolante Elevata carica batterica nei pressi degli scarichi Diversa alimentazione