Immunità intestinale - Microbiologia TorVergata

The immune intelligence at work
in the gut
GALT
(gastrointestinal associated lymphoid tissue)

Noduli linfoidi singoli
(tenue, colon)

Noduli linfoidi
aggregati (Placche di
Peyer a livello dell’ileo)

Follicoli linfoidi isolati
(appendice)

Linfonodi mesenterici

Plasmacellule Ig-A
secernenti

Linfociti T (CD4, CD8)
FAE (follicle associated epithelium)




E’ diverso da quello che si dispone sui villi
intestinali:
Scarse cellule mucipare
Cellule M (membranose) specializzate nel
trasporto di Ag dal lume ai linfociti della
lamina propria
Cellule dendritiche ( APC)
IEL (linfociti intraepiteliali)
Meccanismi di tossicità CTL mediata

Uccisione dipendente da perforina e
granzimi (mediatori solubili nei granuli
lisosomiali dei CTL)

Uccisione dipendente da Fas-Fas ligand
(il linfocita esprime il FasL in seguito al
riconoscimento degli Ag estranei sulla
cellula bersaglio)
LPL (lamina propria lymphocytes)
I LPL sono la componente più numerosa e
attiva della mucosa intestinale:
 Linfociti T CD4+ e linfociti B (IgA)

Nell’ambito dei linfocitiT CD4 della mucosa:
 Cel T regolatorie Ag-specifiche (Tr)
 Attività immunosoppressiva mediata dal
rilascio di IL-10 e TGF-β



E’ noto che a livello intestinale,così come in altre sedi
corporee, è presente la microflora commensale.
Il numero di batteri autoctoni che vivono sulle
superfici mucose e a livello della pelle supera il
numero di cellule che formano il nostro organismo
(ecosistema)
 La normale microflora comprende principalmente
batteri ma sono presenti anche virus, funghi e
protozoi.

I batteri commensali mostrano una forte diversità e
si ritiene che siano coinvolte più di 1000 specie
diverse (di queste fino a 500 specie sono state
identificate nella flora intestinale)
- Più del 90% della popolazione batterica
è rappresentata da anaerobi obbligati, in
particolare: Bacteroides, Eubacterium,
Bifidobacterium, Fusobacterium,
Peptostreptococcus , etc.
- Normalmente presenti sono anche
E.coli, Enterobacter, Lactobacillus.
barriera mucosa:
1) strutture estrinseche all’intestino
(caratteristiche chimico-fisiche dell’ambiente del tratto GI)
-acidità gastrica
-peristalsi
-secrezione di muco e altre proteine
2) strutture intrinseche all’intestino
(strutture fisiche dell’intestino)
-tight junctions
-microvilli
barriera immunitaria:
IMMUNITA’ INNATA
(immediata,aspecifica e sempre presente )
IMMUNITA’ ADATTATIVA
(all’infezione):
-Immunità umorale(Ag-specifica)
-Immunità cellulo-mediata (Ag-specifica)
Sistema immunitario intestinale:

Protezione contro i patogeni e
prevenzione penetrazione di
componenti immunogeniche (funzioni
di barriera e antiinfettiva)

Induzione della non-responsività
dell’immunità sistemica verso Ag
alimentari e componenti antigeniche
dei batteri commensali (Tolleranza
orale mucosale)





Il cibo contiene un complesso insieme di prodotti
animali e vegetali immunogenici.
Una parte di questi Ag (1-2%) sono assorbiti
intatti, cioè in forma immunogenica, dalla mucosa
intestinale, raggiungendo in tal modo la
circolazione sistemica.
L’applicazione orale degli Ag porta allo sviluppo
dell’inibizione della risposta immunitaria sistemica
nei confronti degli Ag che raggiungono il sangue
Le diverse mucose sembrano differire nella loro
capacità di indurre la tolleranza mucosale.
La mucosa nasale e intestinale appartengono ai siti
più sensibili di induzione della tolleranza.

La microflora residente a livello della mucosa
intestinale contiene componenti in grado di
attivare l’immunità innata e adattativa
La microflora gioca un importante ruolo nello
sviluppo postatale del SI.
Nelle fasi precoci del periodo postatale stimola lo
sviluppo sia dell’immunità locale che di quella
sistemica.
In seguito evoca, al contrario, meccanismi
regolatori di inibizione, deputati a mantenere in
equilibrio l’immunità mucosale e quella sistemica.




- Lo stomaco (ambiente acido,enzimi proteolitici)
rappresenta una barriera che previene la
continua penetrazione di batteri dall’ambiente
fino ai tratti distali dell’app. GI. ( ciò non esclude
che possa essere sede di colonizzazione
batterica come nel caso di H.pilori)
- Il duodeno e il digiuno possiedono una scarsa
carica batterica
- L’ileo contiene una massiva e diversificata
popolazione microbica
- Nel colon è presente il più alto numero di
batteri

Il SIM ha sviluppato specifici
meccanismi
di
regolazione
e
antinfiammatori che rendono possibile
la tolleranza immunitaria nei confronti
degli Ag alimentari e dei batteri
commensali (oral mucosal tolerance).
L’immunità innata:
1)
esercita un’azione effettrice diretta volta
all’eliminazione del patogeno e all’inibizione della
sua crescita attraverso il processo di fagocitosi e
il rilascio di composti ad azione microbicida
2) dall’altro stimola e coordina la risposta
immunitaria adattativa Ag-specifica mediante il
rilascio di chemochine e citochine, l’induzione
dell’attività costimolatoria da parte dei fagociti e
il meccanismo di processazione e presentazione
degli antigeni estranei.
Principali mediatori cellulari
dell’immunità innata:
Neutrofili
 Leucociti mononucleati (monociti e macrofagi)
 Cellule dendritiche (APC)


Cellule epiteliali
Capacità di discriminare i microrganismi patogeni, e
quindi pericolosi per l’ospite, dagli innocui membri
della flora commensale, al contrario benefici per
ospite.
Sistema immunitario innato
Sistemi recettoriali deputati al
riconoscimento microbico innato:
TOLL-LIKE RECEPTORS (TLRs)
NOD1 e NOD2
(nucleotide binding oligomerisation domain)
A livello cellulare lo sviluppo della risposta
immunitaria innata si articola in tre fasi:

Identificazione degli organismi microbici

Trasduzione dell’avvenuto riconoscimento
negli appropriati segnali intracellulari

Stimolazione delle appropriate risposte
effettrici cellulari
Toll-like receptors
Meccanismo primitivo di riconoscimento
degli agenti patogeni (batteri, virus, funghi)
 Identificano molecole comunemente
associate ad organismi pericolosi o
dannosi
 Sono espressi da DCs, macrofagi,
neutrofili, cellule epiteliali ed endoteliali
 Fino ad oggi si conoscono 11 differenti
proteine transmembrana appartenenti alla
famiglia TLRs

I Toll-like receptors
I Toll-like receptors
I toll-like receptors
Cellule epiteliali intestinali



barriera meccanica
cellule interconnesse e
polarizzate
tight junctions
Enterociti o colonociti
 Globet cells
 Paneth cells
 Cellule M

Cellule epiteliali intestinali





Trasporto delle IgA
secretorie
Presentazione dell’Ag
(MHC I e MHC II)
TLRs e NOD proteins
Rilasciano mediatori
dell’infiammazione
Defensine


Nonostante siano continuamente esposte a una
significativa carica di batteri
commensali,
mantengono un tono di iporesponsività nei
confronti della flora intestinale
Meccanismi in grado di limitare l’attivazione immunitaria
Recenti studi suggeriscono una potenziale azione sinergica da
parte di molecole effettrici sia dell’ospite che batteriche in
grado di antagonizzare e modulare la trasmissione del
segnale mediata dai TLRs sia nella fase di trasduzione che in
quella effettrice.
*Meccanismi dell’ospite che limitano l’infiammazione:
molecole in grado di inibire specificatamente le risposte
infiammatorie mediate dai TLRs:

-Tollip (Tol interacting protein) legandosi al TLRs 2 e 4
inbisce IRAK Un overespressione di Tollip inibisce le risposte
pro-infiammatorie TLR-mediate

-SIGIRR (single immunoglobulin IL-1R related), anch’essa
interferisce con il segnale mediato dai TLRs e IL-1R

-ST2, antagonizza il TLR4 sequestrando MyD88 e TIRAP
(proteine adattatrici associate ai TLR)

-NOD2, proprietà antiinfiammatorie (mutazioni di NOD2
sono associate ad un aumentata suscettibilità nei confronti
del Chron.)

Antagonizzano la funzione dei TLRs,
contribuiscono ai meccanismi di
immunosoppressione necessari:
contenimento della risposta
immunitaria verso i patogeni
 mantenimento dell’ iporesponsività
verso i commensali

Meccanismi batterici:
i batteri commensali modulano le risposte
epiteliali proinfiammatorie verso i loro
componenti

Recettori antagonisti dei TLRs

Batteriochinine (proteasi)
La mancata espressione e la redistribuzione dei TLRs
limita la trasmissione del segnale mediato dai TLRs
indotta dai batteri e dai loro prodotti presenti nel lume
intestinale.

1)TLR2 e il TLR4 sono espressi a livelli appena rilevabili nella
mucosa intestinale normale
Nella linea T84 si è visto che il TLR2 e 4 sono espressi sulla
membrana apicale ma in seguito all’attivazione da parte del
ligando passano nei compartimenti intracellulari.

2)Le cellule epiteliali gastriche esprimono il TLR5 sulla
superficie apicale e su quella basolaterale, tuttavia in seguito
a gastrite da H.pilori il TLR5 subisce una redistribuzione
sulla membrana basolaterale
Altre cellule dell’immunità innata e adattativa
partecipano al controllo della risposta
infiammatoria:

I macrofagi intestinali esprimono il CD14
solo nella flogosi

Le T regolatorie (immunosoppressive)
esprimono i TLRs

Attività immunoregolatoria delle DCs
Le cellule dendritiche:
Originano da precursori midollari
 A livello ematico 2 subsets di DCs immature: CD11c+ e
CD11c In base alla localizzazione:
- di Langerhans (cute e mucose)
- dendritiche interstiziali (cuore,fegato,polmone,GI)
- dendritiche interdigitanti (aree T-dipendenti di timo e
linfonodi)
- dendritiche circolanti (sangue e linfa)

Cellule specializzate nella presentazione dell’Ag
(DCs, macrofagi,linfociti B)
La cellula dendritica:

Principale sistema di connessione tra
la risposta immunitaria innata e quella
acquisita, essendo l’ unica cellula in
grado di modulare il fenotipo T helper
in senso Th1 o Th2 o Tr in funzione
del tipo di Ag che riconosce
(plasticità funzionale)
Attivazione dei linfociti
T helper CD4+:

Il riconoscimento ed il
legame di Ag
differenti a differenti
TLRs e la conseguente
attivazione di specifici
segnali intracellulari
determinano il rilascio
di differenti patterns
citochinici da parte
delle DCs.
Attivazione dei linfociti
T helper CD4+:
DCs discriminano
Ag differenti in
termini di
produzione
citochinica
“istruendo” i
linfociti T helper
verso una risposta
Th1/Th2/Tr
L’immunità innata e adattativa
Citochine:principali attività biologiche
La cellula dendritica attiva il
linfocita T helper CD4+:
Meccanismi di tolleranza immunitaria:
incapacità di sviluppare una risposta
immunitaria nei confronti di un Ag specifico

Prevengono l’attivazione incontrollata dei linfociti T nel corso
della risposta immunitaria:
1)anergia clonale
2)immunosoppressione periferica
3)delezione clonale mediante apoptosi
indotta dall’attivazione
Cellule T regolatorie
Ag-specifiche
I Tr sono una particolare
sottopopolazione di T CD4+ dotata di
attività immunosoppressiva, in
particolare verso la risposta Th1,
mediata dal rilascio di IL-10 e TGF-β
( azione antinfiammatoria)
Delezione clonale mediante apoptosi indotta
dall’attivazione (sistema Fas-FasL)

Attivazione
Fas
(TNFR/CD95)
FasL
(proteina di membrana o
forma solubile)
FADD: Fas associated protein
with a death domain
\
1-stimoli apoptotici (segnali d’inizio che attivano l’apoptosi)
2-molecole regolatrici (fase di controllo e integrazione)
3-proteasi caspasiche (fase effettrice comune)
4-rimozione dei corpi apoptotici (fagocitosi)
Interazione recettore-ligando

FAS - ligando del Fas (linfociti T attivati)

TNF - recettore del TNF (TNFR1)
Apoptosi indotta dal TNF
TRADD: TNFR-adapter protein
with a death domain
Sopravvivenza indotta dal TNF
APOPTOSI,forma particolare di morte cellulare (condensazione
della cromatina e frammentazione del DNA)
 -cellule nello sviluppo normale, nell’organogenesi, nella funzione
immunitaria e nella crescita dei tessuti o è indotta da stimoli
patologici.







Si articola in diverse fasi critiche:
-esistono diverse vie di apoptosi
-fase di controllo in cui la soglia di apoptosi è determinata
dal bilancio tra diversi regolatori pos e neg, che comprendono
la famiglia di proteine Bcl-2
-fase effettrice (caspasi che eseguono la proteolisi finale)
-corpi apoptotici sono inglobati dai macrofagi
La disregolazione di questo processo può contribuire a numerosi
processi patologici.