CITOCHINE E CHEMOCHINE

La fase effettrice dei meccanismi aspecifici di difesa e dell immunità mediata dai linfociti T nei confronti di microrganismi esterni, come virus e batteri, è in gran parte mediata da proteine con azione di tipo ormonale, denominate CITOCHINE, prodotte principalmente dai linfociti T e dai macrofagi. Le citochine costituiscono anche il linguaggio molecolare per la comunicazione tra le diverse cellule del sistema immunitario e tra queste e altri sistemi.

Le citochine prodotte dai macrofagi sono anche chiamate MONOCHINE, quelle prodotte dai linfociti LINFOCHINE mentre quelle dotate di attività chemiotattica sono denominate CHEMOCHINE. La nomenclatura attuale le ha definite tutte come INTERLEUCHINE, contrassegnandole dalla sigla IL seguita da un numero.

CARATTERISTICHE GENERALI DELLE CITOCHINE L azione Delle Citochine Può Essere: AUTOCRINA (quando si lega alla cellula che l ha prodotta) PARACRINA (quando si lega ad una cellula vicino) ENDOCRINA (quando si lega ad una cellula molto distante)

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L effetto biologico delle citochine può essere: PLEIOTROPICO (Azione su diverse cellule) RIDONDANTE (esistono più citochine con la stessa azione) SINERGICO (l azione combinata di due citochine è maggiore della somma degli effetti delle singole) ANTAGONISTA (azione inibente di una citochina nei confronti di un altra)

Le citochine comprendono vari sottogruppi: Interleuchine (IL da 1 in avanti) Interferoni (IFN - α, β e γ) Fattori di crescita (CSF) Fattore di necrosi tumorale (TNF - α e β) Fattore di crescita trasformante (TGF - β ) Ogni sottogruppo svolge importanti funzioni biologiche: segnalatori generali dell infiammazione (IL-1, TNF, IL-6) azione infiammatoria (IL-1) azione antivirale e antitumorale (IL-12 e IFN-γ) La loro azione è il risultato di un bilanciamento tra attivazione e inibizione, con fattori che possono intervenire per interrompere eventuali effetti tossici sull organismo

CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE Mediatori dell immunità innata:tnf, IL1, IL6 e IL12, IL15, IFN Mediatori dell immunità specifica: IL2, IL4, IL5, IL6 e TNF Fattori di crescita del sistema: ematopoietico: IL3, IL7

I circuiti Th1/Th2 Nella cornice dell autoregolazione del SI, sono stati segnalati due sottoclassi di LT helper: Th1 e Th2, coinvolti in due modi diversi di attivare la risposta immunitaria e di produrre le diverse citochine Sui meccanismi di attivazione di un circuito piuttosto che l altro, ci sono vari ipotesi di ricerca, non ancora del tutto verificate. Schematicamente: I Th1 mettono in moto una risposta cellulo-mediata (attivando i LT citotossici), sostenuta dalla produzione di IL-2, IL-12 e INF-γ e con effetto protettivo nei confronti delle infezioni virali I Th2 mettono in moto una risposta umorale (attivando i LB), sostenuta dalla produzione di IL-4 e IL-3 e con effetto protettivo nei confronti delle infezioni batteriche

La differenziazione dei LT helper in Th1 o Th2 è fortemente influenzata da fattori genetici e ambientali (per es. il tipo di nutrizione e le differenze sessuali). Pertanto, in ogni individuo può verificarsi un eccessiva polarizzazione su un tipo di risposta piuttosto che sull altra Cruciale è l equilibrio tra la specificità della risposta immunitaria e la capacità di non eccedere, pena l instaurarsi di un danno

IL-1 Polipeptide di 16 kda prodotto da vari tipi cellulari in particolare macrofagi È un mediatore dell infiammazione. È in grado di attivare i linfociti B e T. A dosi elevate è in grado di innalzare la temperatura corporea. Esistono 2 forme (alfa e beta).

IL-6 Proteina multifunzionale prodotta principalmente dal fegato ma anche dai macrofagi e linfociti B e T. Ha un ruolo importante nella risposta infiammatoria, immunitaria e nell emopoiesi. La sua produzione è stimolata da diversi segnali: stimolazione antigenica, e varie interleuchine (IL-1, IL-2, TNF)

Citochine:principali attività biologiche

La risposta immunitaria innata è mediata da: Fagociti (neutrofili, monociti e macrofagi) Cellule che rilasciano mediatori dell infiammazione (basofili, mastociti ed eosinofili) Cellule natural killer (NK) Proteine del complemento Proteine di fase acuta Citochine

I sistemi di difesa dei vertebrati sono schematicamente raggruppati in tre linee La prima linea: barriere meccanico-chimiche La seconda linea: fattori dell immunità aspecifica La terza linea: fattori dell immunità specifica

Tipo Meccanismi di difesa antimicrobica presenti nelle barriere meccanico-chimiche Meccanismo Barriere meccaniche Cute integra La barriera meccanica ritarda l ingresso ai microbi; la cheratina, presente nello strato corneo, non è digeribile, né oltrepassabile, dalla maggior parte dei microrganismi. *sudore e altri prodotti di secrezione L ambiente acido (ph 3-5) ritarda la crescita dei microbi (l acidità gastrica uccide la (es succo gastrico) maggior parte dei microrganismi ingeriti); allontanamento meccanico dei microrganismi e/o azione litica su di essi espletata da alcuni enzimi (es. lisozima) Membrane mucose la flora normale compete con i microbi per i siti di attacco e i nutrienti; produzione di sostanze antimicrobiche (bacteriocidine); il muco intrappola i microrganismi estranei (inglobamento dei microrganismi e mascheramento dei recettori presenti sulla superficie cellulare, che costituiscono il punto di ancoraggio dei batteri e dei virus); Ciglia vibratili degli epiteli delle vie respiratorie le ciglia spingono i microrganismi fuori dal corpo; espulsione del muco e dei microrganismi in esso inglobati, tramite il movimento vibratile unidirezionale di cui sono capaci Barriere fisiologiche temperatura la normale temperatura corporea inibisce la crescita di alcuni patogeni; la febbre inibisce la crescita di alcuni patogeni basso ph * Mediatori chimici * il lisozima scinde la parete batterica. l interferone induce uno stato antivirale nelle cellule non infettate; il complemento lisa i microrganismi o facilita la fagocitosi; peptidi antibiotici (defensine) Barriere fagocitiche/endocitiche vari tipi cellulari internalizzano (endocitano) o digeriscono le macromolecole estranee. cellule specializzate (monociti del sangue, neutrofili, macrofagi) internalizzano (fagocitano) uccidono e digeriscono microrganismi interi Barriere infiammatorie il danno tissutale e l infezione inducono il passaggio di liquidi contenenti proteine sieriche con attività antibatterica e di fagociti attraverso i vasi nei tessuti affetti. IgA secretorie (interazione con i microrganismi); linfociti T (riconoscimento di antigeni microbici)

Seconda linea di difesa: i fattori dell'immunità naturale (innata o aspecifica) e della infiammazione: (III) Le cellule dell'immunità innata esprimono in modo costitutivo sulla loro superficie più recettori, ognuno dei quali riconosce più di una ben definita struttura microbica (riconoscimento multiplo ed immediato molto diverso da quello delle cellule dell'immunità acquisita, ognuna delle quali esprime un solo tipo di recettore, specifico per una sola struttura molecolare); Leucociti polimorfonucleati (PMN): origine nel midollo osseo; prive di attività mitotica; membrana cellulare adesiva; mobilità elevata; consistente corredo di lisosomi e di glicogeno nel citoplasma; ricambio veloce Monociti: origine nel midollo osseo; circola per breve tempo ed entra poi nei vari compartimenti tissutali caratterizzandosi in macrofagi (modificazioni morfologiche: dimensioni cellulari, digitazioni della membrana cellulare, apparato di Golgi e reticolo rugoso aumentano); ricambio veloce cellule NK: popolazione linfocitaria di dimensione maggiore con granuli azzurrofili nel citoplasma; stimolate da citochine (IL-2 e IL-12) sono capaci di riconoscere ed uccidere virus e cellule neoplastiche mediante secrezione di molecole quali TNF e perforine; possono agire più volte Macrofagi: (che derivano dai monociti); risiedono nei tessuti; possibilità di proliferare; capacità di inglobare ampia gamma di particelle; attività fisiologica di smaltimento ed eliminazione (es. eritrociti invecchiati); ricambio lento; contributo attivo nella fagocitosi, nella flogosi, guarigione e risposta immunitaria (con produzione di citochine, presentazione dell'antigene ai linfociti T) Cellule accessorie: derivano dalla linea monocito-macrofagica; sono costituite da cellule di Langherans (nell'epidermide) e da cellule dendritiche (nell'interstizio e nei linfonodi)

I meccanismi dell immunità innata sono: Presenti fin dalla nascita Attivi verso tutti i microrganismi Indipendenti da un precedente contatto con lo stesso patogeno Non si rafforzano in seguito a ulteriori contatti con lo stesso patogeno

Le cellule Natural killer (NK) Rappresentano il 10-15% dei linfociti circolanti Sono in gradi di uccidere un microrganismo anche senza il bisogno di un attivazione anticorpo-specifica Fattori come IL-12, INFa e INFb possono aumentare anche di 100 volte la loro attività killer

Le cellule NK sono anche capaci di riconoscere e uccidere cellule ricoperte da anticorpi. L espansione e l attivazione delle NK viene promossa dalle citochine IL15 e IL12. Le funzioni effettrici delle cellule NK sono quelle di uccidere le cellule infettate. Costituiscono un importante barriera antimicrobica dell immunita innata.

Le cellule NK presentano il recettore per la porzione Fc, cosi interagisce con IgG legati ad una cellula, con conseguente lisi di quest ultima. Questo processo prende il nome di ADCC (Citotossicita cellulare mediata da anticorpi). Anche gli eosinofili mediano una particolare ADCC, quando gli elminti sono rivestiti da IgE perche possiedono il recettore per la porzione costante delle IgE.

Funzioni delle cellule NK IFN cosi attiva i macrofagi

Riconoscimento Self/non-self Ruolo dell immunità innata Macrofagi Cellule dendritiche Complemento

Immunità innata Il complemento Una serie di 30 proteine del siero le quali, quando attivate, interagiscono l una con l altra per formare il Complesso di Attacco alla Membrana. Questo crea dei pori nella membrana. Il complemento viene attivato sia da complessi antigene-anticorpo (complesso immune) sia dalla parete dei microrganismi.

Il sistema del complemento 25-30 proteine che funzionano sequenzialmente (cascata), distrugge i microrganismi e recluta altri componenti del sistema immunitario Proteine del complemento: - prodotte nel fegato, da macrofagi e fibroblasti - si trovano nel plasma o legate alla superficie di cellule e batteri - nomenclatura e.g. C5, or C3 :C3a e C3b

Funzione del complemento Danneggia le membrane: lisi cellulare; 2. Facilita la fagocitosi (un microbo ricoperto di C3b viene riconosciuto più facilmente dai macrofagi):ingestione da parte di fagociti; 3. Chemotassi (frammenti del complemento inducono reclutamento di leucociti e linfociti) 4. Infiammazione (frammenti del complemento aumentano la permeabilità dei capillari ed inducono altre risposte infiammatorie)

UCCISIONE DEI MICROBI FAGOCITATI DA PARTE DEI MACROFAGI E DEI NEUTROFILI 1) Fagolisosomi 2) Conversione dell ossigeno in radicali liberi, che sono agenti ossidanti molto attivi in grado di distruggere efficientemente batteri ed altre cellule. Il principale sistema di produzione di radicali liberi e quello dell ossidasi fagocitica. L ossidasi e un complesso enzimatico assemblato a livello della membrana plasmatica e di quella dei fagolisosomi che riduce l ossigeno molecolare in intermedi reattivi dell ossigeno (radicali superossido), che viene poi dismutato in perossido d idrogeno, usato poi dall enzima mieloperossidasi per convertire ioni normalmente non reattivi in prodotti tossici per i batteri. Per la rapidita e l efficienza con cui si mette in moto, questo processo e noto come burst ossidativo. Il burst viene innescato dal TNF e dall LPS.

3) Oltre l ossidasi, i macrofagi generano radicali liberi tramite l inos (sintetasi inducibile dell ossido nitrico), un enzima assente nel citosol dei macrofagi quiescenti ma la cui sintesi viene indotta dall LPS e IFN-γ. inos converte l arginina in citrullina liberando ossido nitrico diffusibile, che a ph acido nei fagosomi si combina con il perossido d idrogeno o il superossido generati dall ossidasi, generando radicali perossinitrito altamente reattivi, che uccidono i microbi con efficienza molto elevata. PERO cosi NEUTROFILI E MACROFAGI danneggiano anche i tessuti dell ospite (self), perche non c e discriminazione.

OPSONIZZAZIONE Gli Ab della classe IgG rivestono (opsonizzano) i microbi, favorendone la fagocitosi grazie al legame delle Ig al recettore per Fc dei fagociti. Comunque, i fagociti sono in grado di riconoscere i microbi anche senza il legame alle Ig, e questo e un importante meccanismo dell immunita innata. Tuttavia, l opsonizzazione rende piu efficace l inglobamento del microbo. Essa puo avvenire anche attraverso il recettore per il C3b.