Principi base dell'immunità adattativa - IMMUNOLOGIA

La risposta immunitaria dei mammiferi può contare su due rami: l’immunità innata e quella adattativa. Le prime, aspecifiche, seppur immediate, non sono in grado di discriminare perfettamente tra patogeni diversi. Inoltre, una volta esaurita, la risposta immunitaria innata non conserva alcuna memoria dell’incontro avvenuto.

Per questo, è fondamentale l’intervento dell’immunità adattativa, capace di riconoscere una componente specifica di uno specifico patogeno e conservare traccia dell’avvenuto incontro. Questa abilità è dovuta alla presenza in circolo di miliardi di cellule, i linfociti dell’immunità adattativa (cui ci si riferisce spesso semplicemente come linfociti, essendo ben più numerosi e importanti dei linfociti dell’immunità innata).

Ma cosa riconoscono i linfociti? I linfociti sono in grado di riconoscere una qualsiasi molecola che può appartenere ad esempio ad uno specifico patogeno (es.: una proteina di un batterio, una componente saccaridica della sua parete cellulare,...). La macromolecola riconosciuta dal linfocita prende il nome di antigene, poichè è in grado di generare una risposta contro se stesso. Ogni linfocita è in grado di riconoscere solo uno specifico antigene.

I linfociti circolano nel sangue in forma inattiva (si parla di linfociti naive) per attivarsi e diventare linfociti effettori una volta incontrato l’antigene. Una volta divenuti effettori, la loro funzione differisce in base al tipo di linfocita e al microambiente in cui esso si trova. In linea generale, i linfociti possono essere suddivisi in due gruppi, distinti sia per la loro modalità di riconoscimento dell’antigene che per il tipo di risposta messa in atto. Si tratta dei linfociti B e dei linfociti T.

I linfociti B riconoscono l’antigene mediante il BCR (B cell receptor), una molecola di tipo immunoglobulinico inserita nella loro membrana. Il BCR, come le immunoglobuline, è una macromolecola spesso schematizzata a fini didattici a forma di Y, costituita da quattro catene proteiche, due più voluminose (catene pesanti) e due più piccole (catene leggere). Nel complesso, le quattro catene individuano una regione costante (la radice e la parte prossimale dei bracci della Y) e una regione variabile (l'estremità finale dei due bracci della Y). Le regioni variabili presentano, alla loro estremità, il sito di legame per l’antigene. Ogni anticorpo ha quindi due siti di legame per l’antigene, uno per ogni regione variabile. La regione costante del BCR invece guarda verso il citoplasma e attiva la trasduzione del segnale nel linfocita dopo il legame con l’antigene.

Una volta effettore, il linfocita B diventa una plasmacellula, una cellula deputata a produrre una gran quantità di immunoglobuline solubili, che riconoscono lo stesso antigene riconosciuto dal BCR e che presentano una regione costante specifica per il legame per un determinato tipo cellulare. Esiste, infatti, anche per le regioni costanti una certa variabilità, molto meno ampia delle regioni variabili, che determina il legame dell’anticorpo ad un tipo cellulare piuttosto che ad un altro. In ogni caso, nel complesso, ogni linfocita produce un solo tipo di immunoglobuline, con un solo tipo di regione costante e con la regione variabile in grado di riconoscere solo un determinato antigene. In altri termini, viene prodotto un unico clonotipo di anticorpi.

Una precisazione è a questo punto necessaria: la porzione variabile delle immunoglobuline non è in grado di legare tutte le porzioni di un antigene, ma lega soltanto una porzione che prende il nome di epitopo (o determinante antigenico). Va da sè che più anticorpi possono legare epitopi diversi su uno stesso antigene. Ciò è molto importante, perché consente di riconoscere un patogeno su più fronti e facilitarne la rimozione.

Veniamo ora ai linfociti T. Anche in questo caso, è presente un recettore deputato al riconoscimento dell’antigene, il TCR (T cell receptor), una molecola simile al BCR, seppur più piccola. A differenza del BCR, il TCR non è in grado di riconoscere direttamente l’antigene verso il quale è specifico, ma ha bisogno che esso gli venga “presentato” legato a delle macromolecole proteiche, i complessi maggiori di istocompatibilità (MHC). Esistono vari MHC, anche se i più importanti sono quelli di classe I e di classe II, che svolgono funzioni diverse e sono in grado di attivare diversi sottotipi di linfociti T.

I complessi MHC:peptide antigenico sono espressi tipicamente dalle cellule presentanti l’antigene (APCs). Le cellule dendritiche sono di gran lunga le APC più importanti, ma in talune condizioni anche i macrofagi e gli stessi linfociti B possono fungere da APC. Una volta riconosciuto il complesso MHC:peptide, i linfociti T diventano effettori e possono svolgere tre funzioni diverse (ma mutualmente esclusive per lo stesso linfocita): 1. funzione citotossica, ovvero di contatto con le cellule che espongono l’antigene verso il quale sono attivati e uccisione delle stesse; 2. funzione “helper”, ovvero di produzione di molecole in grado di orchestrare la risposta immunitaria; 3. funzione “regolatoria”, ovvero in grado di sopprimere l’eccessiva attivazione immunitaria e proteggere l’organismo da una infiammazione troppo imponente.

Una funzione comune, tanto ai linfociti B che ai linfociti T, è quella di dare origine alle cellule della memoria, in grado di rimanere nell’organismo per lungo tempo e di riattivarsi in seguito ad un nuovo contatto con il patogeno.

Ma in cosa risiede la potenzialità dei linfociti in confronto alle cellule dell’immunità innata? In altre parole, perché c'è bisogno di cellule adattative? Se prendiamo nel complesso tutti recettori dell’immunità innata, essi sono in grado di riconoscere poco meno di 100 proteine diverse. Se invece analizziamo i linfociti di un singolo individuo, si stima che essi possano riconoscere 10^8 peptidi diversi (ovvero 100 milioni). In sostanza, i linfociti ci consentono di avere una risposta pronta ed efficace verso una gamma di antigeni che le cellule dell’immunità innata, da sole, non riuscirebbero a coprire.

Si parla quindi di repertorio dei recettori dei linfociti e la sua complessità è dovuta ai particolari riarrangiamenti genici cui vanno incontro i linfociti durante la loro maturazione. Questo processo è estremamente delicato, in quanto porta inevitabilmente alla formazione di cellule T auto-reattive, cioè in grado di riconoscere come dannosi antigeni normalmente espressi sulle cellule umane (antigeni self). Queste cellule vengono però prontamente eliminate durante la maturazione dei linfociti in un processo detto di delezione clonale. Alterazioni dei meccanismi di delezione clonale a vari livelli sono alla base di alcune malattie autoimmunitarie.

Per contro, linfociti naive maturi rilasciati in circolo sono in grado, una volta riconosciuto il loro peptide, di andare incontro a proliferazione e formare tanti linfociti con la stessa specificità del linfocita originario (si parla di espansione o selezione clonale).

Vediamo adesso brevemente dove originano i linfociti e quali sono i tessuti dell’organismo in cui avviene la loro maturazione e attivazione. Come tutte le cellule del sangue, anche i linfociti hanno la loro origine del midollo osseo. Tuttavia, c’è una importante differenza tra i linfociti B e T; i primi completano la loro maturazione nel midollo osseo, mentre i progenitori dei linfociti T necessitano di ultimare la propria maturazione nel timo, un organo situato davanti al cuore. Midollo osseo e timo sono, per questo, definiti organi linfoidi primari.

Una volta maturi, i linfociti naive entrano nel torrente ematico ed iniziano a popolare gli organi linfoidi secondari, dove avverrà l’incontro con il proprio antigene (qualora presente). Essi sono i linfonodi, la milza, i tessuti linfoidi associati alle mucose. Seppur diversi tra di loro nella struttura, gli organi linfoidi secondari hanno essenzialmente due funzioni: 1) facilitare l’incontro tra cellule immunitarie e antigeni, che altrimenti sarebbe più complesso e meno probabile nel torrente ematico; 2) fornire ai linfociti che non hanno incontrato immediatamente il loro antigene segnali di sopravvivenza. In questo modo essi possono ricircolare nel sangue, entrare di nuovo in organi linfoidi secondari ed, eventualmente, incontrare l'antigene.

Le strutture linfoidi secondarie sono poi estremamente dinamiche, e possono ingrandirsi o ridursi a seconda della carica antigenica di un determinato momento. Nessuno di voi ha mai avuto un linfonodo ingrossato dopo una procedura chirurgica sui denti? In quel momento, la procedura chirurgica determina il rilascio di un gran numero di antigeni e stimoli infiammatori, che inducono l'ingrandimento dei linfonodi immediatamente più vicini.

I linfonodi sono delle piccole strutture grossomodo sferiche disseminate in tutto il corpo, a formare delle vere e proprie catene nei punti di diramazione dei vasi sanguigni. Da un punto di vista fisiologico, il loro ruolo è quello di raccogliere la linfa, un fluido extracellulare che si forma continuamente nei tessuti dell’organismo e che contiene importanti mediatori immunitari, nonchè eventuali cellule dendritiche attivate nei tessuti periferici dal contatto con molecole infiammatorie. La linfa raggiunge i linfonodi tramite i vasi linfatici afferenti, che si aprono nel seno corticale del linfonodo, ovvero in una cavità periferica del linfonodo. La linfa a questo punto passa attraverso varie zone:

* la zona corticale, che contiene essenzialmente linfociti B organizzati in follicoli. Questi possono essere diffusi o, se stimolati a proliferare dal contatto con l’antigene, creare un vero e proprio centro germinativo (o follicolo linfoide secondario) tondeggiante all’interno della zona stessa. Va precisato che i linfociti B raramente sono in grado di attivarsi autonomamente in seguito al contatto con l’antigene, ma necessitano dell’interazione con i linfociti T e del loro “aiuto”;

* zona paracorticale, contenente essenzialmente linfociti T. Si tratta di una zona cruciale, in quanto è la zona in cui linfociti T, cellule dendritiche attivate e macrofagi vengono a contatto tra di loro (poichè attratti dalle stesse chemochine) e possono creare interazioni utili per l’attivazione dei linfociti T. La dinamica dei linfociti nel linfonodo dipende dal loro stato di attivazione. Di fatti, su spinta di diverse chemochine, i linfociti T attivati possono migrare al confine tra zona corticale e paracorticale e fungere da “helper” nell’attivazione dei linfociti B;

* zona midollare, dove sono presenti:

* le corde midollari, ovvero aggregati di cellule costituiti essenzialmente da macrofagi e plasmacellule;

* seno midollare, che raccoglie la linfa che è passata dal linfonodo;

* vaso linfatico efferente, da cui i linfociti e la linfa fuoriescono per raggiungere il circolo sistemico.

Questi processi richiedono di solito 4-6 giorni. Anche i linfociti naive che non hanno riconosciuto il proprio antigene lasciano il linfonodo e ricircolano nel sangue, fino a quando non incontrano il loro antigene o vanno incontro a morte. Questo perchè per i linfociti vige una regola fondamentale: eccezion fatta per le cellule della memoria, i linfociti che non riconoscono antigeni per un certo arco di tempo smettono di ricevere stimoli di sopravvivenza e vanno incontro a morte cellulare. Questo meccanismo è fondamentale per evitare una sovrappopolazione di linfociti nel sangue e negli organi linfatici.

La milza è un organo linfoide secondario localizzato dietro allo stomaco. Non ha alcuna connessione con il sistema linfatico, ma si occupa di presidiare la presenza di patogeni direttamente nel sangue. È quindi importante nel contrasto di tutti quei patogeni che riescono ad accedere al torrente ematico. La milza è formata da due aree:

* polpa rossa, deputata all’emocateresi. Questa rappresenta la gran parte dell'organo.

* polpa bianca, interspersa nella polpa rossa, con funzioni immunitarie.

La polpa bianca è un aggregato di cellule immunitarie che si viene a formare attorno alle arteriole centrali, vasi sanguigni che si diramano dall'arteria trabecolare che arriva alla milza. Le arteriole centrali sono caratterizzate da ampie discontinuità nell’endotelio per consentire un rapido passaggio di cellule e antigeni. La polpa bianca è formata da varie componenti:

* la guaina linfoide peri-arteriolare (PALS), un manicotto linfoide che avvolge l'arteriola centrale lungo tutto il suo decorso. La PALS contiene principalmente cellule T. E’ funzionalmente simile alla zona paracorticale del linfonodo, in quanto qui linfociti T e cellule dendritiche attivate possono incontrarsi qui;

* follicoli linfatici, essenzialmente popolati da linfociti B. Anche qui come nel linfonodo, a seguito dell'attivazione dei linfociti B, possono crearsi dei centri germinativi (follicoli secondari) che sono circondati da una corona;

* zona marginale, che circonda la corona dei follicoli. Questa è popolata dai linfociti B della zona marginale, cellule linfoidi innate. A differenza dei comuni linfociti B, questi linfociti producono rapidamente anticorpi a bassa affinità per i polisaccaridi batterici. Poiché questa produzione non è specifica per un determinato antigene, si parla di linfociti dell'immunità innata. La zona marginale, essendo quella più a contatto con la zona perifollicolare, è la zona in cui le cellule dendritiche vengono attivate prima di migrare nelle aree T.

Infine, tra la polpa rossa e la polpa bianca è presente la zona perifollicolare. Che percorso segue quindi in sangue nella milza? Dall'arteriola centrale partono delle diramazioni che arrivano nella zona perifollicolare, di fatto il primo punto di ingresso di cellule e antigeni. Da qui, essi possono giungere in contatto con la polpa bianca e determinare l'attivazione del sistema immunitario in maniera simile a quanto visto per il linfonodo. Il sangue poi viene raccolto in vene trabecolari e fuoriesce dalla milza.

I tessuti linfoidi associati alle mucose (MALT) sono localizzati nello spessore dei principali organi cavi dell’organismo. Ciò non deve sorprenderci: sono proprio gli organi cavi i primi a fronteggiare i patogeni e gli antigeni che assumiamo dal cibo o dall’aria. Inoltre, molte mucose sono popolate da una flora batterica funzionale, il microbiota, che riesce a rimanere nel nostro organismo senza essere intaccato o distrutto. I MALT sono, pensate, talmente importanti, che al loro interno è contenuto un numero di linfociti pari a quello dell’intero organismo! Fanno parte dei MALT: il NALT (tessuto linfoide associato alla mucosa nasale), il BALT (tessuto linfoide associato alla mucosa bronchiale) e il GALT (tessuto linfoide associato al tratto gastroenterico), di gran lunga il più complesso e studiato, che racchiude le tonsille, le adenoidi, l’appendice e le placche di Peyer intestinali.

Queste ultime sono addensamenti linfoidi localizzati nella parete del piccolo intestino e presiedono al controllo dell’ingresso di antigeni dall’intestino. Dal lume verso la parete troviamo:

* Cellule M (microfold), l’equivalente funzionale dei vasi linfatici afferenti del linfonodo. Si tratta di cellule colonnari che captano antigeni e patogeni dal lume;

* Cupola subepiteliale, un’area subito al di sotto delle cellule M ricca in cellule dendritiche. Qui può avvenire il caricamento degli antigeni sulle APC;

* Aree a cellule T, che formano la gran parte della placca;

* Follicoli a cellule B con centri germinativi, dispersi nelle aree a cellule T, pronti ad interagire con le cellule T “helper” per l’attivazione;

* Vasi linfatici efferenti, da cui i linfociti attivati possono fuoriuscire e raggiungere altri tessuti (di solito altre mucose distanti).

Esperimenti sui topi hanno mostrato che nell’organismo ci sono poche centinaia di anticorpi specifici per un dato antigene, sicuramente non in grado da soli di stimolare una risposta contro un patogeno. Per questo, quando un linfocita si attiva, ancora prima di diventare effettore, smette di migrare e prolifera. Per farlo, esso diventa un linfoblasto, ovvero un linfocita molto voluminoso con un intenso volume nucleare e del citoplasma, con grandi quantità di mRNA e proteine. Attenzione, perchè spesso si indica con il termine “linfoblasto” anche uno degli intermedi della maturazione dei linfociti nel midollo osseo. I linfoblasti si duplicano ad un ritmo di 2-4 cicli ogni 24 ore per 3-5 giorni. Ciò porta ad ottenere 1000 cellule figlie per ogni linfocita con la stessa specificità antigenica, che moltiplicati per le poche centinaia di linfociti diversi di cui abbiamo parlato prima formano una vera e propria squadra d’azione.

Solo a questo punto, i linfociti differenziano in effettori e i destini sono diversi. Le cellule B diventano plasmacellule: la gran parte migra nel midollo osseo, da dove secerne anticorpi direttamente nel sangue, mentre una parte può rimanere negli organi linfoidi periferici. Le cellule T, invece, possono seguire i vari destini di cui abbiamo parlato prima. Alcune cellule B e alcune cellule T vanno a formare la memoria immunologica. Essa fa sì che ad un secondo contatto con l’antigene, gli anticorpi prodotti abbiano una maggiore affinità (processo di maturazione di affinità), legando più efficacemente il patogeno per rimuoverlo. Con lo stesso processo, le vaccinazioni riescono a prevenire lo sviluppo di patologie infettive. Proprio in virtù della risposta più imponente messa in atto a seguito del secondo contatto con l’antigene, molte vaccinazioni si basano su 2 o più dosi, in grado di perfezionare ed affinare la qualità e la forza della risposta immunitaria messa in atto.

Per concludere questo video, cerchiamo ora di avere una visione di insieme dell’attivazione della risposta adattativa, tenendo ben presente un aspetto essenziale: la risposta adattativa necessita per la sua attivazione e per la sua persistenza della risposta innata. Immaginare queste due risposte come diverse è utile a fini didattici, ma rischia di diventare fuorviante nella realtà. Occorre puntualizzare, ancora, un concetto importante dell’immunità adattativa: l’incontro tra APC e linfociti non determina necessariamente l'attivazione del linfocita. Affinché questo accada, sono necessarie una serie di segnali infiammatori che supportino l’attivazione dei linfociti.

Tenendo presente questi capi saldi, nel momento in cui è presente un’infezione, l’infiammazione che ne deriva determina un’attivazione, tra le varie cellule, anche delle cellule dendritiche nel tessuto affetto. Questo determina una serie di cambiamenti nel loro comportamento, che iniziano a fagocitare più efficacemente il patogeno in questione, a incentivare la micropinocitosi (ovvero l’uptake di fluido extracellulare potenzialmente contenente parti del patogeno) e ad esprimere MHC presentanti i peptidi del patogeno insieme a molecole co-stimolatorie, fondamentali per l’attivazione dei linfociti. In aggiunta, esse iniziano a migrare, seguendo il gradiente delle chemochine, verso gli organi linfoidi secondari dove incontreranno i linfociti naive. A questo livello, i linfociti naive che ricircolano continuamente possono riconoscere il proprio antigene e, grazie alle molecole co-stimolatorie indotte dall’infiammazione, attivarsi, proliferare e diventare effettori. Questi fronteggeranno e risolveranno l’infezione. In aggiunta, una parte di essi fungerà da memoria immunitaria in caso di incontri futuri con lo stesso patogeno.