Biochimica Sistematica Umana: Immunologia e sistema immunitario

Immunologia

Sistema immunitario: è una rete complessa di cellule, tessuti, organi e molecole che difendono l'organismo dalle infezioni, dalle parassitosi, dall'azione delle tossine e dai tumori.

Organi linfoidi

Organi linfoidi primari (siti di produzione e di maturazione dei globuli bianchi):

• Midollo osseo
• Timo

Organi linfoidi secondari (siti di stazionamento dei globuli bianchi)

• Linfonodi
• Tonsille, adenoidi
• Milza, ecc.

Il sistema immunitario ha lo scopo di:

• Individuare ed eliminare le sostanze estranee, potenzialmente dannose, con cui il nostro organismo viene a contatto: batteri, virus, protozoi, funghi e metazoi
• Prevenire la loro diffusione

Difese aspecifiche

La prima difesa contro le malattie è di tipo non specifico e innato. L'immunità ha inizio con le difese aspecifiche, cioè generali, che comprendono i quattro tipi illustrati nella figura a sinistra.

Le barriere all'ingresso sono formate dalla pelle e dalle membrane mucose che rivestono i tratti dei sistemi respiratorio, digerente e urinario. Esse comprendono inoltre alcune molecole antimicrobiche e la flora batterica che risiede in alcune parti del nostro corpo.

Le proteine del complemento sono diverse proteine plasmatiche che si attivano solo se stimolate dalla presenza di agenti patogeni.Gli interferoni appartengono alla classe di proteine dette citochine; essi sono prodotti da cellule infettate da virus e inducono le cellule sane a produrre sostanze che interferiscono con la replicazione virale.

I fagociti hanno la capacità di fagocitare i microbi e comprendono i neutrofili, gli eosinofili, i macrofagi e le cellule dendritiche.

Le cellule natural killer sono grossi linfociti granulari che uccidono cellule infettate da virus e cellule cancerose per contatto diretto.

Immunità adattativa

Abbiamo poi l'immunità adattativa che può essere umorale o cellulare.

Immunità umorale: coinvolge gli anticorpi ossia proteine prodotte dai linfociti B. Immunità cellulo-mediata: coinvolti i linfociti T, che non producono anticorpi ma agiscono direttamente contro le cellule infette o alterate. I linfociti T possono essere linfociti T citotossici (che distruggono le cellule infette) e i linfociti T helper (che stimolano la risposte dei linfociti B e dei linfociti T citotossici) che sono attivati solamente dalle APC, cellule specializzate nel riconoscere e processare gli antigeni e poi presentarli sulla loro superficie.

Quindi abbiamo una parte di cellule e anche di proteine che fanno parte di questo sistema immunitario, che ha la funzione di proteggerci dall'antigene.

Immunità innata e specifica

L'immunità innata si sviluppa velocemente ossia nel giro di poche ore mentre l'immunità specifica (acquisita) si sviluppa più lentamente ossia nei giorni successivi.

Gli elementi cellulari ed umorali dell'immunità innata "decidono" se far partire una risposta immunitaria adattativa (o specifica).

Risposta umorale e cellulare

Risposta umorale: Il macrofago riconosce e ingloba il batterio per fagocitosi. II patogeno all'interno viene digerito e frammentato in peptidi antigenici. Quest'ultimi vengono legati a molecole MHC di classe II sulle cellule presentanti l'antigene. Le APC poi presentano il complesso antigene-MHC II ai linfociti T helper. Questi riconoscono il complesso grazie al loro recettore TCR. Questo riconoscimento attiva i linfociti T-helper che cominciano a proliferare e a produrre citochine, come le interleuchine (IL). Le citochine stimolano la proliferazione e la differenziazione dei linfociti B. I linfociti si differenziano in plasmacellule (specializzate nella produzione di anticorpi) e linfociti B di memoria (fondamentali per la memoria immunologica).

Risposta cellulare: Il macrofago ingloba un virus per fagocitosi. All'interno il virus viene digerito e i suoi peptidi antigenici vengono presentati sulla superficie della cellula legati a molecole di MHC di classe II. Il complesso antigene-MHC II viene riconosciuto dai linfociti T helper grazie al loro recettore TCR. Questo riconoscimento attiva i linfociti T helper che cominciano a proliferare e a produrre citochine, come le interleuchine (IL). Queste stimolano l'attivazione e la proliferazione dei linfociti T citotossici (o linfociti T killer). Quest'ultimi attivati sono pronti a riconoscere e uccidere le cellule infette dal virus. Vi è anche qui poi la formazione di linfociti T di memoria.

Meccanismi di difesa

Le strategie impiegate dall' immunità innata per proteggere: INFIAMMAZIONE e DIFESA ANTIVIRALE.

Barriere fisiche e chimiche tra cui la cute, le secrezioni, il pH dello stomaco e gli enzimi. Vi sono infatti delle proteine che vengono prodotte specificatamente durante le prime fasi dell'infezione come la proteina C reattiva.

Nel caso della risposta naturale o innata si attiva principalmente la via alternativa del complemento, aumenta il processo di fagocitosi, vi è l'attivazione delle cellule NK e una liberazione delle citochine.

Nella risposta acquisita vengono prodotti gli anticorpi, si attiva principalmente la via classica del complemento, aumentano le citochine e viene stimolata la citotossicità (CD8+).

Barriere contro le invasioni

Ci sono le cellule epiteliali unite da giunzioni salde che rivestono la cute, l'intestino, i polmoni, gli occhi e il naso. Le barriere hanno un'azione chimica ma anche meccanica. Nei polmoni ad esempio abbiamo la presenza delle cellule ciliate. Il movimento delle cilia in qualche modo rimuove l'antigene. Allo stesso modo negli occhi con le lacrime e nel naso con le cilia nasali.

L'azione chimica è espletata attraverso la produzione di enzimi come la pepsina nell'intestino o il lisozima nelle lacrime oppure dalla presenza di peptidi antibatterici nella cute, nell'intestino e nei polmoni.

Si ha anche un'azione microbiologica che è svolta dalla flora normale nella cute e nell'intestino.

Mediatori solubili nei liquidi biologici

Alcuni esempi:

• Lisozima: può scompaginare la parete cellulare dei batteri;
• Proteine chelanti del siero (lattoferrina, transferrina): legano il ferro, elemento indispensabile del metabolismo batterico, rendendolo indisponibile;
• Complemento: insieme di proteine del siero che, una volta attivate, possono portare alla lisi di cellule batteriche o favorire la loro fagocitosi.
• Defensine (dei veri e propri antibiotici naturali): peptidi cationici prodotti da una varietà di cellule e tessuti con spiccata attività antibatterica, antifungina e/o antivirale.

In quest'immagine come funzionano le defensine e le catelicidine. Hanno la capacità di agire contro gli antigeni.

Batteri Gram-positivi e Gram-negativi

I batteri si distinguono in Gram-positivi e Gram-negativi in base alla struttura della loro parete cellulare.

Gram-positivi: parete cellulare spessa costituita principalmente da peptidoglicano. Sottoposti a colorazione trattengono il colorante viola cristallino. Contengono anche acidi teicoici e acidi lipoteicoici.

Gram-negativi: parete cellulare più sottile di peptidoglicano ma hanno una membrana esterna aggiuntiva, costituita da lipopolisaccaridi (LPS) e lipidi. Per questo i Gram-negativi più resistenti a sostanze chimiche o antibiotici. Durante la colorazione i Gram-negativi perdono il colorante viola cristallino e dopo un passaggio con un colorante di contrasto come la safranina, appaiono rosa o rossi al microscopio.

Il sistema immunitario viene stimolato all'attività in seguito al rilascio di specifiche tossine da parte dei batteri Gram-negativi e Gram-positivi.

Tossine batteriche

Si distinguono due tipologie di tossine batteriche:

• endotossine (es. lipide A del lipopolisaccaride), solo per i Gram-negativi;
• esotossine (proteine rilasciate nell'ambiente extracellulare dal batterio patogeno).

Endotossine

L'endotossina più comune è il lipide A, costituente del lipopolisaccaride (LPS), componente della parete cellulare dei batteri Gram-negativi (es. Escherichia, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus ecc.).

L'LPS è il componente principale della membrana esterna dei batteri Gram-negativi, e contribuisce notevolmente all'integrità strutturale dei batteri, aumentandone la carica netta negativa e stabilizzando la struttura della membrana stessa. L'LPS è secreto dalla membrana esterna batterica sotto forma di vescicole, che possono anche contenere altri fattori di virulenza e proteine.

Esotossine

Proteine solubili secrete dai batteri Gram-positivi e Gram-negativi durante la fase di crescita esponenziale, sono funzionalmente simili agli enzimi ed hanno azione specifica. Sono super-antigeni: possono infatti causare una forte risposta immunitaria poiché possono stimolare la proliferazione dei linfociti T tramite interazione con MHC di classe II (Major Histocompatibility Complex) con conseguente produzione di IL-1 (interleuchina-1) e TNF (Tumor Necrosis Factor) che causano il danno associato con queste tossine.