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Abbiamo imparato a conoscere le cellule dell'immunità innata, le cellule dell'immunità acquisita o specifica. Abbiamo visto come le cellule dell'immunità innata hanno un ruolo chiave nell'innesco del processo infiammatorio.
Le cellule dell'immunità innata sono in grado di percepire, tramite i loro recettori definiti nel loro complesso pattern recognition receptors, la presenza di segnali derivanti, per l'appunto, da patogeni o dalla presenza di danno a carico di tessuti. Queste cellule sono in grado, per l'appunto, tramite i loro settori, di percepire la presenza di questi segnali e di attivare una via di trasduzione del segnale che esita nell'attivazione di fattori di trascrizione.
Abbiamo visto che tra questi fattori di trascrizione, sicuramente un ruolo di primaria importanza è giocato dal fattore di prescrizione noto come NF-κB. Avevamo visto che a seguito all'attivazione di NF-κB, è in grado di traslocare nel nucleo e di dar vita ad un programma di espressione genica che determina un aumento dell'espressione di una serie di molecole, tra queste citochine e chemochine.
In questa lezione ci soffermeremo sulla definizione di citochine e vedremo quali sono le citochine, quali sono le loro funzioni. Vedremo le chemochine, anche, vedremo come vengono classificate, quali sono le loro funzioni e ci concentreremo primariamente, per quanto riguarda le citochine, su quelle che sono coinvolte nel processo infiammatorio, mentre nella celebre le citochine che sono, diciamo, di pertinenza della immunità adattativa, alla parte di corso relativa all'immunologia.
In questa diapositiva vi riporto in maniera schematizzata quella che è la risposta infiammatoria, per farvi apprezzare quanto sia complessa e quante molecole entrino in gioco in questo processo. Quello che vedete, e che vorrei farvi apprezzare, è che tutta quella serie di molecole che vengono indicate e che sono funzionali alla comunicazione tra le varie cellule che entrano in gioco nel processo infiammatorio, sono tutte citochine.
Voi vedete sostanzialmente come, a seguito dell'attivazione del del macrofago, è la produzione di citochine pro-infiammatorie primarie. Prende il via tutto il processo infiammatorio e guardate quante molecole sono coinvolte e quante tipologie cellulari anche diverse sono coinvolte. Ne abbiamo già detto anche, c'è un vecchio anno a che vedere con il con l'immunità. Potete osservare il coinvolgimento dei fibroblasti, delle cellule endoteliali, cellule che comunque non sono associabili, diciamo, ai non fanno parte della dell'immunità.
Vediamo adesso che cosa si intende per citochine. Le citochine sono dei mediatori polipeptidici, vale a dire delle proteine che mediano la comunicazione tra le cellule del sistema immunitario, ma non solo. Le citochine mediano anche la comunicazione tra le cellule del sistema immunitario e cellule che appartengono ad altre tipologie di tessuti ed organi.
Le citochine sono proteine che vengono prodotte e secrete dal dalle cellule del sistema immunitario, ma non solo. Anche altre tipologie di cellule non appartenenti al sistema immunitario sono in grado di produrre e secernere citochine. Tra le varie funzioni mediate dalle citochine, abbiamo anche la regolazione della crescita, il differenziamento e l'attivazione di cellule che appartengono al sistema immunitario, ma vedremo come molte di queste funzioni sono anche, diciamo così, esercitate su altre tipologie di cellule, come abbiamo già parzialmente accennato in precedenza.
Alcune citochine vengono anche conosciute con il termine di interleuchine. E le citochine mediano alle loro azione attraverso il riconoscimento di specifici recettori di membrana, sono recettori caratterizzati da una porzione extracellulare, caratteristica che consente il riconoscimento del legante, vale a dire della citochina, e una porzione intracitoplasmatica che media invece la trasduzione del segnale.
Veniamo adesso alla descrizione di alcune delle proprietà delle citochine. Le citochine, iniziamo col dire che tipicamente sono prodotte in maniera transitoria, agiscono a breve distanza, il che significa che agiscono localmente. E le citochine tipicamente non sono mai presenti in circolo in elevate quantità.
Inoltre, le citochine sono pleiotropiche, il che significa che la stessa citochina può mediare effetti biologici a carico di diversi target cellulari, cioè la stessa citochina può agire su diverse tipologie di cellule. E le citochine devono difendere ridondanti, il che significa che citochine che sono anche strutturalmente diverse possono determinare l'innesco di azioni, l'innesco di processi che sono in larga parte sovrapponibili.
E questo è il caso, ad esempio, dell'interleuchina 1 e del TNF-alfa, che sono citochine pro-infiammatorie primarie che, pur essendo molto diverse tra di loro, sono in grado di innescare delle vie di trasduzione del segnale che determinano degli effetti che sono in larga parte sovrapponibili. Quindi, citochine diverse che hanno la stessa funzione, questo è il significato di ridondanza.
In base rispetto a quello che ho detto, ci sono ovviamente delle, come possiamo dire, delle eccezioni. Abbiamo detto che le citochine non sono mai presenti in circolo in elevate quantità, però, come dicevo, ci sono delle eccezioni. Per esempio, il TGF-beta, il fattore stimolante le colonie di tipo granulocitico, e queste sono due citochine che normalmente sono presenti in circolo in cospicue quantità anche in condizioni fisiologiche.
E poi dicevamo che tipicamente le citochine agiscono a livello locale. Ci sono delle eccezioni, ad esempio, l'interleuchina 6 viene prodotta in risposta all'innesco di processi infiammatori locali, ma una volta secreta, è presente nel circolo sanguigno, può andare a mediare la sua azione a livello epatico, innescando l'attivazione di quella che è la cosiddetta risposta di fase acuta. Quindi, ci sono generalmente vengono prodotte in piccola quantità, agiscono localmente, ma bisogna ricordarsi che comunque ci sono delle eccezioni.
Le citochine possono mediare funzioni molto diverse. Le citochine possono stimolare o attivare sottopopolazioni cellulari, possono inibire, possono determinare differenziamento delle cellule, possono innescare processi di morte, oppure possono avere un'azione chemiotattica.
Ma come agiscono le citochine? Le citochine possono agire in maniera autocrina, il che significa che la citochina agisce sulla stessa cellula che l'ha prodotta, o possono agire in maniera paracrina, vale a dire che le citochine prodotte da una popolazione cellulare agiscono sulle cellule che sono nelle immediate vicinanze. E queste, diciamo, che sono le forme più tipiche, perché abbiamo detto che le citochine agiscono a breve distanza e agiscono localmente.
Oppure, le citochine possono essere secrete nel circolo, nell'ambiente extracellulare, raggiungere il circolo ematico e andare a mediare la loro azione su cellule che si trovano a distanza. E questo è il caso tipico dell'interleuchina 6, l'abbiamo già detto nella diapositiva precedente, mentre l'ultima serie viene prodotta a seguito dell'innesco di processi infiammatori locali, ma è una volta secreta, passa nel circolo ematico e raggiunge il fegato, dove va a mediare l'innesco della risposta di fase acuta.
I criteri di classificazione delle citochine possono essere molteplici. Tuttavia, quello che viene utilizzato più frequentemente è quello funzionale. Le citochine vengono classificate in base alla loro funzione e, in virtù di questo criterio, le citochine possono essere classificate in: citochine emopoietiche, citochine dell'immunità specifica, citochine pro-infiammatorie primarie, citochine antinfiammatorie o immunosoppressive, e citochine pro-infiammatorie secondarie o chemochine.
In queste lezioni non ci soffermeremo sulle citochine pro-infiammatorie primarie per il loro ruolo nell'innesco e nel manifestarsi del processo infiammatorio e sulle chemochine. Lasceremo volutamente da parte le citochine che sono di pertinenza della risposta immunitaria acquisita, perché poi le vedremo quando tratteremo la parte di immunologia.
In questa diapositiva vi riporto alcuni esempi di citochine, sono suddivise in base alla loro azione pro o antinfiammatoria, quindi sulla base delle loro capacità di stimolare o inibire il sistema immunitario. Abbiamo citochine pro-infiammatorie, tra queste abbiamo visto, ne abbiamo già menzionata alcune: il TNF-alfa, l'interleuchina 6. E abbiamo citochine ad azione invece antinfiammatoria, e tra queste ritroviamo il TGF-beta, ne abbiamo già menzionato qualche volta, e l'interleuchina 10.
Abbiamo quindi compreso come la presenza di patogeni e i segnali di danno tissutale siano in grado di innescare una cascata di produzione di citochine pro-infiammatorie che ne consente la distinzione. Citochine pro-infiammatorie primarie e secondarie. Le citochine pro-infiammatorie primarie sono sostanzialmente tre: e sono il TNF-alfa, l'interleuchina 1 e l'interleuchina 6.
Le citochine pro-infiammatorie primarie sono altamente pleiotropiche, il che significa che sono in grado di mediare la loro azione su una gran varietà di tipologie cellulari. È stato dimostrato come il TNF-alfa e l'interleuchina 1 siano in grado di reagire praticamente su tutte le cellule di tutti i tessuti del nostro organismo.
Inoltre, TNF-alfa e interleuchina 1, oppure interagendo con recettori molto diversi tra loro, sono in grado di mediare azioni del tutto sovrapponibili, quindi, di fatto, c'è molta ridondanza. TNF-alfa e interleuchina 1 sono sicuramente considerabili delle citochine pro-infiammatorie primarie, perché da sole sono in grado di innescare la produzione dei mediatori caratteristici del processo infiammatorio.
In un certo senso, l'interleuchina 6 viene considerata invece un mediatore secondario tra le citochine pro-infiammatorie primarie, perché in grado di determinare l'innesco di processi che temporalmente si verificano dopo, quindi con un ritardo temporale. L'interleuchina 6 agisce a livello epatico, innescando la risposta di fase acuta. Inoltre, l'interleuchina 6 è considerata anche una citochina con funzione regolatoria.
In questa immagine vi riporto la cinetica di produzione di citochine a seguito dello stimolo da parte di un segnale pro-infiammatorio che è l'LPS, lipopolisaccaride. Vi riporto questa immagine perché è importante sottolineare un aspetto caratteristico. Vedete lì come cinetica di produzione di citochine che ne serata interleuchina 1 e l'interleuchina 6, ma abbiamo anche la produzione di interleuchina 10.
Perché è importante già da dire già da subito che le cellule che producono le citochine pro-infiammatorie primarie sono anche quelle che poi producono le citochine anti-infiammatorie, semplicemente con una cinetica ritardata. Questo è un aspetto strumentale importante. Citochine pro-infiammatorie e citochine antinfiammatorie sono prodotte dalle stesse cellule in risposta a stimoli stimoli diversi, o in alternativa con una cinetica diversa.
E il caso della stimolazione con LPS, quindi citochine antinfiammatorie e pro-infiammatorie, che sono prodotte con una cinetica diversa, ma dalle stesse dalle stesse cellule. In queste diapositiva vi riporto un'immagine che ci consente di avere una visione d'insieme del network delle citochine pro-infiammatorie. Le citochine pro-infiammatorie primarie, quali interleuchina 1, TNF-alfa, agiscono a livello locale, determinando la produzione di molecole di adesione, chemochine, fattori di crescita, mediatori lipidici, monossido di azoto.
Tutti questi mediatori hanno essenzialmente la funzione di amplificare il reclutamento leucocitario e la sopravvivenza dei leucociti che sono reclutati a livello tissutale. L'aumento dei leucociti determina una amplificazione dei meccanismi dell'immunità innata e questo anche come conseguenza l'attivazione dell'immunità specifica, grazie all'azione di molecole particolari quali l'interleuchina 12.
L'amplificazione dell'immunità innata è fondamentale anche per orientare l'azione dell'immunità adattativa. Noi sappiamo che esistono due tipi di polarizzazione o due tipi di risposte mediate dall'immunità adattativa. Abbiamo una risposta di tipo 1 che è sostanzialmente mediata dalla produzione di interferone-gamma e abbiamo una risposta di tipo 2 che è mediata dalla produzione di interleuchina 4 e di interleuchina 13.
A livello sistemico, le citochine pro-infiammatorie primarie agiscono attraverso l'interleuchina 6, che media la sua azione a livello epatico, determinando la sintesi di proteine di fase acuta. Qual è il significato nella produzione delle proteine di fase acuta? Il significato l'abbiamo già detto, ma ricordiamolo, è quello sostanzialmente di amplificare a livello sistemico i meccanismi dell'immunità innata e anche quelli del rimodellamento tissutale.
Abbiamo detto che non esistono solo citochine pro-infiammatorie primarie, non esistono in generale solo citochine pro-infiammatorie, ma esistono anche citochine ad azione antinfiammatoria. E in effetti, il network delle citochine infiammatorie è soggetto a circuiti di regolazione negativa che possono agire a livello locale o a livello sistemico.
Esistono due tipologie di circuiti di regolazione negativa: uno a livello locale, che è quello costituito dalle citochine ad azione antinfiammatoria, quali interleuchina 10 e TGF-beta, che, come abbiamo già detto precedentemente, sono prodotte dalle stesse cellule che producono interleuchina 1 e il TNF-alfa, vale a dire i monociti, macrofagi. Quindi, sostanzialmente, attraverso l'interleuchina 10, attraverso il TGF-beta, è possibile determinare una inibizione della produzione del TNF-alfa e dell'interleuchina 1. E il significato ultimo è quello di spegnere la risposta infiammatoria.
Esiste un altro, un secondo circuito di regolazione negativa che agisce, diciamo, invece a livello sistemico, sostanzialmente quello che viene definito l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene. Infatti, interleuchina 1, TNF-alfa, possono agire a livello dell'ipotalamo, determinando la produzione di quelli che vengono definiti i fattori di rilascio (releasing factor). Questi fattori di rilascio prodotti dall'ipotalamo agiscono a livello dell'ipofisi, dove determinano il rilascio dell'ormone adrenocorticotropo (ACTH), il quale a sua volta è in grado di agire a livello del surrene, determinando il rilascio di ormoni glucocorticoidi.
Gli ormoni glucocorticoidi hanno la capacità di determinare lo spegnimento della produzione di interleuchina 1 e TNF-alfa. Quindi, abbiamo ricapitolando, quello che sostanzialmente avviene è che le citochine pro-infiammatorie primarie, una volta prodotte, agiscono localmente, determinando un'amplificazione della risposta immunitaria innata, che può determinare l'attivazione della risposta immunitaria specifica, mediante, ad esempio, la produzione di interleuchina 12.
La risposta immunitaria adattativa può essere, diciamo, orientata, nel senso che si possono vedere due tipologie di risposte diverse a seconda dello stimolo che ha indotto il processo infiammatorio. Possiamo avere una risposta di tipo 1, mediata dall'interferone-gamma, una risposta di tipo 2, mediata da interleuchina 4 e interleuchina 13. Ma poi ci sono cose che poi vedremo nel dettaglio. Ci basti raggiungere che le citochine pro-infiammatorie primarie possono agire a livello sistemico, amplificando quelli che sono i meccanismi della risposta immunitaria innata, attraverso l'interleuchina 6 e attraverso la produzione delle proteine di fase acuta.
Ovviamente, come viene innescato il processo infiammatorio, deve essere in qualche modo arginato, deve essere spento. E questo può avvenire localmente, attraverso la produzione di citochine ad azione antinfiammatoria, oppure a livello sistemico, innescando quello che viene definito l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene, che esita nella produzione di ormoni glucocorticoidi, che hanno una potente azione antinfiammatoria, che inibendo la produzione di TNF-alfa e di interleuchina 1.
Dopo aver visionato la complessità del network delle citochine pro-infiammatorie primarie, passiamo ad analizzare i singoli mediatori molecolari, valutando quelle che sono le altre loro proprietà molecolari e biologiche. Iniziamo dall'interleuchina 1. L'interleuchina 1 rappresenta il prototipo delle citochine pro-infiammatorie.
Dell'interleuchina 1, ne esistono due forme: interleuchina 1-alfa e interleuchina 1-beta, che sono codificati dai due geni distinti e tuttavia sono in grado di legare gli stessi recettori e mediare gli stessi effetti biologici, nonostante abbiano solo un'omologia di sequenza del 20%. Oltre alle due molecole agonistiche, interleuchina 1-alfa e beta, esiste anche una molecola ad azione antagonista, che è l'antagonista recettoriale dell'interleuchina 1.
L'interleuchina 1-alfa e beta vengono sintetizzati nelle cellule sotto forma di pro-proteine, pro-proteine di 33 kDa, e diventano poi oggetto dell'azione dell'inflammasoma, che, grazie al taglio proteolitico mediato dalla caspasi 1, o ICE, determinano la produzione della forma biologicamente attiva, quindi pro-proteine di 33 kDa, che viene processato nel pro-some, taglio proteolitico che libera la forma attiva, che è un peptide di 17 kDa, che poi verrà secreto dalle cellule produttrici.
Ma quali sono le cellule che producono interleuchina 1? Le cellule che producono interleuchina 1 sono primariamente monociti, macrofagi, ma anche altre tipologie cellulari sono in grado di produrre interleuchina 1. E quali sono gli stimoli che determinano la produzione di interleuchina 1? Gli stimoli che determinano la produzione di interleuchina 1 sono, di fatto, la presenza di prodotti microbici, che vengono riconosciuti dai Toll-like receptors, e innescano vie di trasduzione del segnale che esitano nella produzione dell'interleuchina 1, per l'appunto.
E poi, la presenza di citochine pro-infiammatorie primarie, interleuchina 1 e TNF-alfa, stimolano la produzione di interleuchina 1. Quindi, sostanzialmente, questo che significato ha? Un significato sostanzialmente di amplificare la risposta infiammatoria. Quindi, gli stimoli che favoriscono la produzione di interleuchina 1 da parte di monociti e macrofagi sono la presenza dei prodotti microbici riconosciuti dai Toll-like receptors e la presenza di citochine pro-infiammatorie quali interleuchina 1 stessa e il TNF-alfa.
Il portiere, due molecole agoniste, abbiamo detto che esiste una molecola ad azione antagonista, che è l'antagonista recettoriale dell'interleuchina 1. L'antagonista recettoriale dell'interleuchina 1 viene prodotto dalle stesse cellule che producono interleuchina 1 e in risposta agli stessi stimoli, anche se la presenza di citochine ad azione antinfiammatoria prevalentemente stimola la produzione dell'antagonista recettoriale.
L'antagonista recettoriale, sostanzialmente, lega il recettore, ma non media la traduzione di alcun segnale. E questo perché? Perché il recettore dell'interleuchina 1 è costituito da due catene: interleuchina 1R1 e la molecola accessoria IL-1RAcp. L'interleuchina 1 è in grado sostanzialmente di legare sia la catena interleuchina 1R1 che la molecola IL-1RAcp e di mediare la trasduzione del segnale, mentre l'antagonista recettoriale è solo in grado di legare l'interleuchina 1R1. E questo, di fatto, sostanzialmente impedisce la trasduzione del segnale, così come potete vedere dall'immagine riportata nella diapositiva.
Oltre all'interleuchina 1R1, esiste anche un secondo recettore che prende il nome di interleuchina 1R2, o decoy receptor. L'interleuchina 1R2, o decoy receptor, ha una caratteristica peculiare: è in grado sostanzialmente di legare l'interleuchina 1 sia libera nei fluidi biologici che associata alla membrana. Il decoy receptor lo possiamo trovare libero nei fluidi biologici e è capace di legare l'interleuchina 1, o possiamo trovarlo anche a livello della membrana delle cellule ed è sempre in grado di legare l'interleuchina 1, ma la caratteristica del decoy receptor è che non media alcuna trasduzione del segnale, quindi funge da una sorta di, come una sorta di trappola molecolare per l'interleuchina 1, ma non traduce alcun segnale.
Inoltre, c'è un'altra caratteristica peculiare del decoy receptor, o interleuchina 1 receptor 2, che è in grado sostanzialmente di formare un complesso molecolare con la catena accessoria IL-1RAcp e l'interleuchina 1. In questo modo, sostanzialmente, ha un effetto dominante negativo, perché sottrae IL-1RAcp all'interleuchina 1 receptor 1 e in questo modo, sostanzialmente, impedisce all'interleuchina 1 di mediare il proprio effetto biologico attraverso la trasduzione del segnale con il complesso recettoriale.
Quindi, diciamo, facendo di nuovo riassumendo quello che abbiamo letto fino adesso, l'interleuchina 1 è, diciamo, viene definito il complesso dell'interleuchina 1, perché è costituito da due molecole agoniste, interleuchina 1-alfa e beta. Abbiamo l'antagonista recettoriale, che è in grado di legare il recettore interleuchina 1 receptor 1, ma non la catena accessoria IL-1RAcp, che è funzionale per la traduzione del segnale, e in questo modo inibisce, impedisce la traduzione, appunto, del segnale, e legando l'interleuchina 1R1, ha di fatto impedito alle molecole agoniste di poter prendere contatto con il proprio recettore.
E poi abbiamo visto che esiste una seconda forma di recettore, che è il decoy receptor, che può essere libero nei fluidi biologici, o legato, che è in grado di legare l'interleuchina 1, ma non è in grado di tradurre il segnale, e funge da trappola molecolare, perché lega l'interleuchina 1, e quindi questa non può più legare il recettore vero e proprio, che è l'interleuchina 1 receptor 1. E poi può avere anche un effetto dominante negativo, perché forma un complesso con la molecola accessoria IL-1RAcp, sottraendola al recettore funzionale, e così facendo, sostanzialmente, impedisce nuovamente che l'interleuchina 1 possa avere la sua funzione biologica.
Quindi, abbiamo due sistemi di regolazione negativa dell'azione di interleuchina 1: l'antagonista recettoriale e il decoy receptor. Questo ci dice quanto sia, diciamo, importante l'azione di interleuchina 1, ma l'importanza di questa molecola è determinata dal fatto che la sua azione potrebbe avere, potenzialmente, potrebbe essere devastante per l'integrità dell'organismo.
Per quanto attiene alla via di trasduzione del segnale indotto dalle molecole agoniste, sostanzialmente, l'abbiamo già descritto quando abbiamo parlato del Toll-like receptor. Se vi ricordate, sono di fatto sovrapponibili. La trasduzione del segnale passa attraverso il dominio intracitoplasmatico, dominio TIR, che associa alla molecola MyD88, che è una chinasi della famiglia IRAK, e che poi, attraverso la chinasi TAK1, determineranno l'attivazione del fattore trascrizionale che prende il nome di NF-κB.
L'interleuchina 1 agisce praticamente su tutte le cellule e tessuti del nostro organismo ed è sufficiente un numero molto limitato di recettori, si parla anche di uno per cellula, per attivare la risposta. L'effetto biologico, molti degli effetti dell'interleuchina 1 sono tuttavia, diciamo, secondari all'induzione di altri mediatori, quali, ad esempio, l'interleuchina 6, l'IL-8, i fattori di crescita emopoietici.
Quindi, abbiamo visto quali sono le cellule che mediano la produzione dell'interleuchina 1, abbiamo visto quali sono gli stimoli che determinano la produzione di interleuchina 1, e abbiamo visto che l'interleuchina 1 può agire attraverso il proprio recettore, che è l'interleuchina 1 receptor 1, associato alla molecola accessoria IL-1RAcp. Ma vediamo quali sono gli effetti biologici dell'azione dell'interleuchina 1.
L'interleuchina 1 agisce innanzitutto a livello delle cellule ematopoietiche, precursori emopoietici, linfociti T e B, e gli effetti sono di stimolazione della proliferazione e del differenziamento, e sono mediati dalla produzione di fattori di crescita e dall'interleuchina 6.
Un secondo bersaglio estremamente importante dell'azione dell'interleuchina 1 è rappresentato dal sistema nervoso centrale. L'interleuchina 1 determina a livello del sistema nervoso centrale una potente azione pirogena. L'interleuchina 1 viene considerato il pirogeno endogeno per eccellenza. L'effetto biologico dell'interleuchina 1 è indiretto, perché l'interleuchina 1 induce a livello dei centri ipotalamici la produzione di interleuchina 6 e la produzione di prostaglandine, le quali agiscono da mediatore ultimo dell'effetto pirogeno.
Quindi, sostanzialmente, l'interleuchina 1 a livello del sistema nervoso centrale determina l'innesco del processo febbrile, quindi l'aumento della temperatura corporea. Inoltre, sempre a livello del sistema nervoso centrale, l'interleuchina 1 induce anche anoressia e astenia, che sono delle caratteristiche dei componenti della risposta infiammatoria sistemica. Tendenzialmente, quando siamo affetti da febbre, tendenzialmente abbiamo anche sonnolenza e mancanza di appetito.
L'interleuchina 1 agisce sempre a livello del sistema nervoso centrale. Questo aspetto l'avevamo già visto, ma è estremamente importante rivediamolo. Agisce a livello dell'ipotalamo, inducendo la produzione di quelli che vengono definiti i fattori di rilascio (releasing factor), che a loro volta inducono a livello dell'ipofisi la produzione dell'ormone adrenocorticotropo ACTH, che il quale agisce a livello del surrene, determinando la produzione di ormoni glucocorticoidi.
Gli ormoni glucocorticoidi hanno un'importante funzione nel mediare lo spegnimento della risposta infiammatoria. Gli ormoni coinvolti inibiscono la produzione delle citochine pro-infiammatorie, tra le quali interleuchina 1, e aumentano le produzioni di molecole ad azione antinfiammatoria, come il decoy receptor. Quindi, sostanzialmente, l'attivazione dell'asse ipotalamo-ipofisi-surrene rappresenta un circuito di regolazione a feedback negativo dell'attività pro-infiammatoria.
Le citochine, un altro bersaglio estremamente importante dell'azione dell'interleuchina 1, è rappresentato dalle cellule dell'endotelio vascolare. A livello dell'endotelio vascolare, l'interleuchina 1 induce la produzione da parte delle cellule dell'endotelio di chemochine, molecole di adesione, determinando di fatto l'amplificazione del reclutamento delle cellule infiammatorie a livello locale.
L'interleuchina 1 determina anche l'espressione di enzimi che portano alla sintesi di prostaciclina e di ossido nitrico, che hanno un'azione vasodilatatoria. L'interleuchina 1 modifica anche le proprietà anticoagulanti dell'endotelio vascolare. Ne abbiamo già ricordato, in condizioni fisiologiche, l'endotelio vascolare è caratterizzato dall'avere proprietà anticoagulanti, antitrombotiche. L'interleuchina 1 modifica profondamente questa situazione, inducendo la produzione di fattori ad attività pro-coagulante, ad esempio il fattore tissutale, che ed esportabile poi all'attivazione della cascata coagulativa.
Insomma, a livello dell'endotelio vascolare, l'interleuchina 1 attiva quello che è un programma pro-infiammatorio e pro-trombotico. L'interleuchina 1 agisce anche a livello delle cellule del tessuto osseo, della cartilagine, della sinovia. In queste cellule, l'interleuchina 1 induce la produzione di proteasi, di prostaglandine e di molecole che determinano la dissoluzione e il danno del tessuto, danno al tessuto sotto forma, per esempio, di riassorbimento osseo. E diciamo, molto si osserva in numerose condizioni patologiche, e questo è mediato dall'azione dell'interleuchina 1.
L'interleuchina 1 agisce anche a livello epatico, dove induce la produzione di proteine di fase acuta, anche se abbiamo già detto che l'induzione delle proteine di fase acuta si è determinata dall'interleuchina 6, è un'azione indiretta che passa attraverso l'azione dell'interleuchina 6. Di fatto, è l'interleuchina 6 che è responsabile della sintesi e della produzione delle proteine di fase acuta.
Inoltre, l'interleuchina 1 agisce anche a livello cardiaco e aumenta la contrattilità del muscolo cardiaco, mentre a livello del muscolo scheletrico favorisce il catabolismo proteico. Quindi, avete visto sostanzialmente come l'interleuchina 1 abbia degli effetti sistemici estremamente importanti, che passano attraverso il catabolismo proteico, le vengono appena detto a livello del muscolo scheletrico, inibendo la contrattilità del muscolo cardiaco, abbiamo visto riassorbimento osseo, danno tissutale a livello dei tessuti connettivi, l'induzione dell'infiammazione, la febbre, l'astenia, l'anoressia, tutti effetti estremamente importanti.
Ed è per questo che è necessario che ci siano sistemi di regolazione estremamente, diciamo, regolato, estremamente fine, ed è per questo che esistono due circuiti di regolazione: uno a livello, per l'appunto, locale, che abbiamo già visto, è quello mediato dalle citochine ad azione antinfiammatoria, e uno a livello sistemico, che è, per l'appunto, l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene, che esita nella produzione di ormoni glucocorticoidi, che hanno una potente azione antinfiammatoria, che inibendo la produzione di TNF-alfa e di interleuchina 1.
Dopo aver descritto il complesso dell'interleuchina 1, passiamo adesso al TNF-alfa, o fattore di necrosi tumorale alfa. Il TNF-alfa viene sintetizzato come proteina precursore di 26 kDa. È una proteina transmembrana di tipo 2, vale a dire con la N-terminale intracitoplasmatica. Il TNF-alfa subisce un taglio proteolitico ad opera dell'enzima che prende il nome di TACE, o TNF-alfa converting enzyme.
L'intima di conversione del TNF-alfa, ed è da sottolineare un aspetto, che sia la forma di membrana del TNF-alfa, che è presente sotto forma di omotrimero, sia la forma solubile, sempre sotto forma di omotrimero, sono biologicamente attivi, cioè sia la forma di membrana che la forma solubile possono legare il recettore. Esistono due tipologie di recettori: il TNF-alfa receptor 1 e il TNF-alfa receptor 2.
Il TNF-alfa receptor 1, e ne abbiamo già visto, è un recettore di morte, media l'innesco del processo apoptotico attraverso la via estrinseca, che passa attraverso l'attivazione delle caspasi di esecuzione. Abbiamo già visto sostanzialmente che porta a morte cellulare per apoptosi. Abbiamo visto che il TNF-alfa può anche determinare l'innesco del processo della necrosi, qualora la caspasi 8 sia in qualche modo inibita.
Ma quello che ci interessa in questo frangente è l'attività biologica mediata dal TNF-alfa, una volta che prende contatto con il TNF-alfa receptor 2. L'azione del TNF-alfa, abbiamo già detto in precedenza, è completamente sovrapponibile a quella dell'interleuchina 1, che gli effetti biologici sono gli stessi, che le altre prodotto dalle stesse cellule che producono interleuchina 1.
E di fatto, a seguito degli stessi stimoli, c'è una grande differenza che contraddistingue il TNF-alfa dall'interleuchina 1, ed è l'effetto sulle cellule emopoietiche. Abbiamo visto che l'interleuchina 1, avevamo un effetto di stimolazione della proliferazione di queste cellule e del differenziamento, mentre il TNF-alfa ha un effetto di inibizione dei precursori emopoietici. Ed è facile infatti osservare alcune condizioni patologiche croniche caratterizzate da un'iperproduzione del TNF-alfa, quadri di anemia, proprio per questo effetto di inibizione sulla proliferazione dei precursori emopoietici.
In queste diapositiva vi riporto semplicemente una tabella riepilogativa di quelli che sono i bersagli cellulari, tissutali e gli effetti biologici mediati dalle citochine pro-infiammatorie primarie, vale a dire interleuchina 1 e TNF-alfa. Ne abbiamo già commentati nelle diapositive precedenti, per cui non mi soffermerei oltremodo.
Veniamo infine al terzo membro del trio delle citochine pro-infiammatorie primarie, vale a dire l'interleuchina 6. L'interleuchina 6 è una citochina di 16 kDa, sintetizzata da diverse tipologie cellulari, e in particolar modo dai monociti e macrofagi. L'interleuchina 6 è in grado di legare un complesso recettoriale formato da due catene: interleuchina 6R-alfa e gp130.
Dove gp130 è una catena che è anche condivisa ed è presente nei complessi recettoriali che riconoscono altri ligandi, quali interleuchina 11, oncostatina M, IL-130 entra anche a far parte del complesso recettoriale di altri ligandi, mentre interleuchina 6R-alfa rappresenta la catena per il riconoscimento specifico di interleuchina 6.
L'interleuchina 6 receptor-alfa può essere associata alla membrana o può essere presente nei fluidi biologici. In questa seconda forma, presente nella forma solubile, consente il riconoscimento e consente, diciamo, di rispondere all'azione dell'interleuchina 6 anche a quelle cellule che non esprimono l'interleuchina 6R-alfa, ma che esprimono il gp130. È il caso delle cellule endoteliali. Le cellule endoteliali non esprimono sulla superficie gp130, ma non esprimono l'interleuchina 6 receptor-alfa.
Ma interleuchina 6 receptor-alfa, per formare un complesso recettoriale, anche se in forma solubile, lega l'interleuchina 6 e successivamente si associa al gp130, media la trasduzione del segnale. Questo meccanismo prende il nome di trans-signaling. Ed è questo meccanismo di trans-signaling che abbiamo già visto a carico delle cellule endoteliali quando abbiamo parlato del Toll-like receptor 4 e 10 e 14. Avevo detto che le cellule endoteliali esprimono il Toll-like receptor 4, ma non esprimono CD14.
E quindi, in teoria, non potrebbero rispondere all'azione dell'LPS, ma siccome CD14, analogamente all'interleuchina 6 receptor-alfa, è presente anche in forma solubile, e questo consente di formare il complesso recettoriale e consente di avere la trasduzione del segnale. Ma veniamo alla trasmissione del segnale, per l'appunto. Cosa succede una volta che l'interleuchina 6 ha legato le due catene del proprio recettore, vale a dire interleuchina 6 receptor-alfa e gp130?
Una volta che il complesso recettoriale si è formato, abbiamo la trasduzione del segnale che passa attraverso l'attivazione di tirosin-chinasi della famiglia JAK, che una volta attivate reclutano e fosforilano fattori di trascrizione della famiglia STAT, che una volta fosforilati, dimerizzano, traslocano nel nucleo, dove mediano la regolazione della trascrizione genica di geni target.
Ma che cosa determina? Quali sono gli effetti biologici che determina questa trasduzione del segnale? Questo significa che l'interleuchina 6 agisce come fattore di crescita emopoietico, ed ha un ruolo importante nella differenziazione megacariocitaria. Inoltre, stimola la proliferazione dei linfociti B e dei plasmacellule.
A livello delle cellule dell'endotelio vascolare, induce l'espressione di molecole di adesione e di alcune chemochine. Nell'ambito del processo infiammatorio, l'interleuchina 6 ha un ruolo di primaria importanza nel mediare la transizione delle azioni acute a quelle croniche. Infatti, l'interleuchina 6 stimola la sintesi di chemochine che hanno un'azione sui monociti, piuttosto che chemochine che hanno un'azione sui neutrofili.
Quindi, stimola, diciamo, la produzione di chemochine che hanno un'azione chemiotattica sui monociti, e sappiamo che i macrofagi sono le cellule del sistema immunitario che predominano nella risposta infiammatoria cronica. Quindi, si dice che favorisce la transizione dall'infiammazione acuta all'infiammazione cronica attraverso la produzione di chemochine che sono attive sui monociti.
Inoltre, l'interleuchina 6 è il mediatore ultimo responsabile di alcuni effetti dell'interleuchina 1 e del TNF-alfa, ad esempio la febbre, l'abbiamo già detto in precedenza. E poi, l'interleuchina 6 gioca un ruolo centrale a livello epatico nell'induzione della produzione delle proteine di fase acuta. Questi sono, diciamo, gli effetti biologici principali mediati dall'interleuchina 6 attraverso il legame al proprio complesso recettoriale.
Abbiamo visto come la cascata delle citochine pro-infiammatorie sia soggetta a circuiti di regolazione negativa. E in questo contesto, sicuramente le citochine ad azione antinfiammatoria hanno un ruolo di primaria importanza. Le citochine antinfiammatorie sono l'interleuchina 10, il TGF-beta, l'antagonista recettoriale dell'interleuchina 1. In particolar modo, l'interleuchina 10 viene prodotta dalle stesse cellule, in risposta agli stessi stimoli, che inducono l'espressione del TNF-alfa e dell'interleuchina 1, semplicemente l'interleuchina 10 viene sintetizzata con una cinetica più lenta.
E qual è la finalità? La finalità è quella di inibire l'espressione di interleuchina 1 e di TNF-alfa. Le citochine antinfiammatorie, così come gli altri mediatori antinfiammatori, l'antagonista recettoriale dell'interleuchina 1, il decoy receptor e l'interleuchina 1, sono la loro produzione è stimolata dalla presenza di segnali antinfiammatori. Tra i segnali antinfiammatori possiamo ricordare la presenza di ormoni glucocorticoidi e la presenza di citochine che sono in grado di deviare la risposta infiammatoria, quali interleuchina 4 e interleuchina 13.
Vedremo poi cosa si intende per deviazione della risposta infiammatoria. Abbiamo parlato di reclutamento leucocitario. Abbiamo letto che durante il processo infiammatorio, i leucociti, le cellule dell'immunità innata, lasciano il letto vascolare per dirigersi verso il sito infiammatorio. In questo processo, l'azione degli stimoli chemiotattici ha un ruolo di primaria importanza.
Gli stimoli chemiotattici hanno la funzione di direzionare le migrazioni dei leucociti attraverso la barriera endoteliale, ma hanno anche un'altra importantissima funzione, che è quella di aumentare la loro adesività alla parete vascolare. Gli stimoli chemiotattici possono essere di origine batterica, pensiamo ai prodotti derivati che poi vengono riconosciuti attraverso i pattern recognition receptors da parte delle cellule dell'immunità innata, e possono avere un'origine lipidica.
Ci sono delle molecole che, benché derivano dal metabolismo dei fosfolipidi, si manifesta a seguito della risposta infiammatoria, e tra questi, diciamo, mediatori chemiotattici di natura lipidica, abbiamo il fattore attivante le piastrine e i leucotrieni B4. Poi abbiamo degli stimoli chemiotattici di natura proteica, ma ad esempio, alcune proteine che derivano dalla cascata del complemento, come il C5a, C3a, C4a. Vedremo che poi poi che cosa si intende per complemento.
Vediamo infine le chemochine. Sicuramente le chemochine sono tra le proteine che hanno un ruolo di primaria importanza nel mediare il processo di reclutamento leucocitario e non solo, come vedremo adesso. Le chemochine sono proteine accomunate dall'attività chemiotattica e da alcune caratteristiche strutturali. La famiglia delle chemochine comprende 50 proteine di piccole dimensioni, proteine basiche, costituite da 60-80 amminoacidi, per un peso molecolare di 8-10 kDa.
Le chemochine sono caratterizzate dalla presenza di due ponti di solfuro coordinati tra 4 cisteine altamente conservate, che determinano una struttura tridimensionale che è cruciale per l'interazione con i recettori. La posizione relativa delle prime due cisteine consente di identificare ben quattro famiglie. Nella prima famiglia, abbiamo due cisteine separate da un terzo amminoacido che che varia da caso a caso, per cui si parla di chemochine CC, dove C sta per cisteina, e la X sta appunto per questo amminoacido diverso che varia da caso a caso, e sono anche dette chemochine alfa.
La seconda famiglia, invece, è caratterizzata da una coppia di residui cisteinici che sono in posizione C, ma non sono separati da un altro amminoacido, e quindi viene identificata con il nome di chemochine CC, o chemochine beta. La terza famiglia include solo una molecola che prende il nome di linfotattina e possiede solo due delle 4 cisteine, viene anche identificata come famiglia delle chemochine C, o chemochine gamma.
La quarta famiglia, anche se include solo una molecola che prende il nome di fractalkina, ed è caratterizzata dalla presenza di tre amminoacidi che separano le due cisteine, e quindi viene indicata come chemochina CX3C, o chemochina delta, dove il CX3 sta ad indicare per l'appunto i tre amminoacidi diversi che si interpongono tra le due cisteine.
Le proteine appartenenti alla famiglia delle chemochine vengono oggi identificate in base alla nomenclatura utilizzando il prefisso che identifica la famiglia di appartenenza, seguito dalle lettere L e un numero progressivo che contraddistingue le singole proteine. Quindi, avremo chemochine CCL1, che appartengono alla famiglia beta, CCL2, e via e via dicendo.
12C identifica il prefisso, C identifica la famiglia, L sta per legando, il numero progressivo consente di identificare le singole proteine appartenenti a quella famiglia specifica. Abbiamo visto come alla famiglia delle chemochine appartengano circa 50 proteine, ma non tutte le cellule sono sensibili all'azione di tutte le chemochine, e non tutte le chemochine agiscono su tutte le cellule. Il che significa che alcune sottopopolazioni leucocitarie sono maggiormente sensibili all'azione di alcune chemochine. Essere sensibili, tradotto, significa avere il recettore per quella determinata chemochina.
Quindi, avremo neutrofili che sono responsivi nei confronti della chemochina CCL1 e 2, ma anche CCL8. I monociti che sono responsivi nei confronti della chemochina CCL2. I linfociti che sono responsivi nei confronti della chemochina CCL5, CCL9, 11. Il che significa che i gradienti di queste chemochine sono in grado di reclutare, di mediare e di indirizzare il reclutamento di queste sottopopolazioni leucocitarie.
Le chemochine mediano nella loro azione biologica mediante interazione con recettori a 7 domini transmembrana accoppiati a proteine G eterotrimeriche. Il legame del della chemochina con il recettore determina un aumento della concentrazione del calcio intracellulare e l'attivazione del metabolismo dei fosfolipidi di membrana operato da fosfolipasi, quali fosfolipasi C e A2.
Attualmente esistono 10 recettori per le chemochine appartenenti alla famiglia beta, 4 recettori per le chemochine appartenenti alla famiglia alfa, e un recettore rispettivamente per le chemochine appartenenti alla famiglia gamma ed delta. Sempre in base alla nomenclatura, i recettori vengono identificate con il prefisso, un prefisso indicante la famiglia, seguito dalla lettera R e un numero progressivo. Quindi, avremo il recettore CCR2, CCR5, e avremo il recettore CXCR1, CXCR2, che consente sostanzialmente di discriminare i recettori specifici per quella famiglia di della chemochine appartenente ad una specifica famiglia.
E i recettori delle chemochine generalmente legano più di una chemochina. L'importante è che le chemochine appartengano alla stessa famiglia, e una chemochina può legare più di un recettore. Le chemochine sono essenzialmente dotate, appunto, di attività chemiotattica. Tuttavia, in presenza di altri stimoli infiammatori, quali la presenza di TNF-alfa, interleuchina 1, possono mediare anche altre azioni biologiche.
Per esempio, possono determinare l'induzione della produzione di specie reattive dell'ossigeno. Possono determinare, per esempio, l'attivazione di un programma di trascrizione genica con l'espressione di molecole che sono coinvolte nel processo migratorio. Per esempio, le chemochine possono indurre l'espressione di recettori per le chemochine, di proteasi utili ai leucociti per degradare la matrice extracellulare, ma possono anche indurre l'espressione di chemochine stesse.
Quindi, le funzioni svolte dalle chemochine hanno un ruolo di primaria importanza nell'amplificazione della risposta infiammatoria, così come abbiamo visto per le citochine infiammatorie primarie.