CITOCHINE DELL’IMMUNITÀ INNATA

Argomento della lezione

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DELL’IMMUNITÀ INNATA

Le citochine dell’immunità innatasono prodotte nelle fasi precocidelle risposte immuni nei confrontidei microrganismi e di altriantigeni, quindi durante le primefasi dell’infiammazione ed hanno

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fasi dell’infiammazione ed hannola funzione di:� regolare ed attivare le diversefunzione dell’immunità innata�attivare la risposta acquisita

INFIAMMAZIONE

È un meccanismo biologico che si attiva in risposta ad un dannotissutale

DEFINIZIONE

TIPI DI STIMOLI LESIVI

ESOGENI:

�Fisici (traumi, ustioni)�Chimici (sostanze tossiche)

�Biologici (parassiti, microrganismi)

ENDOGENI

�Disordini metabolici�Alterazioni immunitarie

INFIAMMAZIONE

In funzione della durata nel tempo l’infiammazione può essere:

ACUTA : si risolve entro qualche ora o pochi giorni

Ha scopo difensivo e favorisce l’intervento di componenti del Sistema ImmunitarioSistema Immunitario

nelle sedi in cui si verifica un danno biologico e dà avvio alla ricostruzione del tessuto

ed alla riparazione del danno

CRONICA : persiste per settimane o mesi

La risposta infiammatoria è innescata La risposta infiammatoria è innescata dal legame de i PRR dal legame dei PRR con i PAMPcon i PAMP e DAMPe DAMP

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Citochine dell’immunità innata

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Le prime citochine che vengono prodotte nell’infiammazionesono:

•TNF-αααα;

•IL-1

•IL-6

•chemochine

Triade infiammatoria

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Cinetica di produzione delle citochine infiammatori e (TNF-α, IL-1, IL-6) in risposta ad uno stimolo “modello” (LPS)

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N.B.: IL-10 è una citochina anti-infiammatoria

Il TNF-alfa è il principale mediatoredelle risposta infiammatoria acuta neiconfronti dei batteri gram-negativi(LPS) e di altri microrganismi

Fattore di Necrosi Tumorale-αααα (TNF-αααα)

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(LPS) e di altri microrganismipatogeni. In alcuni casi èresponsabile delle complicanzesistemiche che si possono verificarein un processo infiammatorio (shocksettico)

Fattore di Necrosi Tumorale-αααα (TNF-αααα)

E’ prodotto dai fagociti mononucleati, cellule endoteliali ecc.

Le principali funzioni biologiche del TNF- αααα consistono:

1. nel favorire il reclutamento dei neutrofili e dei monocitinei focolai d’infezione, inducendo l’espressione delle

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nei focolai d’infezione, inducendo l’espressione dellemolecole d’adesione (selectine e i ligandi delle integrine)sulle cellule endoteliali

2. nel stimolare la produzione di IL-1, IL-6 e chemochine

3. nell’attivare le funzioni microbicide dei neutrofili e macrofagi

4. nell’indurre la febbre (pirogeno endogeno)5. nell’aumentare da parte degli epatociti la sintesi delle

proteine della fase acuta (proteina amiloide serica, fibrinogeno)

Fattore di Necrosi Tumorale-αααα (TNF-αααα)

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fibrinogeno)6. nell’indurre la cachessia (danno al tessuto muscolare

ed adiposo)7. nel causare trombi intravascolari8. nell’inibire la clonazione delle cellule staminali del

midollo osseo

Attività biologiche del TNF-αααα

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La sepsi è una delle più frequenti complicazioni nel paziente chirurgico e una delle principali cause di

mortalità nelle terapia intensive.

La sepsi può essere causata da infezione da batteri Gram-negativi, Gram-positivi, miceti (in particolar e

Candida ), o più raramente virus.

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Candida ), o più raramente virus.

Infatti, anche se l’attivazione del sistema immune durante un’infezione è in genere protettiva, lo shoc k

settico si sviluppa in un significativo numero di paziente in conseguenza di una risposta infiammatoria sistemi ca.

.

PATOGENI NELLA SEPSI

Gram negativi

Gram positivi

Funghi

Infezioni miste

Non confermate

22%

20%15%

40%

3%

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� Solo il 60% dei casi di sepsi severa / shock settico

sono associati ad infezioni documentate

� La progressione della malattia è indipendente dal tipodi patogeno

15% 3%

La sepsi si può presentare con un ampio spettro di gravità.

Lo shock settico rappresenta la forma più grave di risposta dell’ospite all’infezione

Nonostante i progressi in campo antibiotico e di te rapia di supporto del malato critico, la sepsi è ancora oggi

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supporto del malato critico, la sepsi è ancora oggi associata ad elevata mortalità (~60%), anche con te rapie

adeguate.

Lo sviluppo di shock settico e conseguente sindrome da insufficienza multi-organo (MODS) sono associate a

prognosi infausta

Eventi patogenetici sequenziali nello shock settico

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Interleuchina-1 (IL-1)La funzione dell’IL-1, come per il TNF, consiste nel mediare la

risposta infiammatoria in seguito ad un’infezione o ad altri

stimoli flogistici.

E’ prodotta dai fagociti monucleati attivati.

Esistono due forme (IL-1αααα e IL-1ββββ) con un’omologia del 30%.

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E’ l’unica citochina con un inibitore naturale (IL-1Ra)

Agisce, stimolando:

•L’infiammazione locale

•L’espressione delle molecole d’adesione

•Il rilascio delle chemochine

•La proliferazione dei linfociti T CD4 + e delle cellule B

INTERLEUCHINA-6 (IL-6)

L’interleuchina-6 (IL-6) è il prototipo della citochina pleiotr opica; ha

un ruolo importante nella risposta di fase acuta, in quella

immunitaria e nell’emopoiesi.

E’ prodotta da varie cellule, come linfociti T e B, monociti/macrofagi,

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fibroblasti, epatociti, astrociti, cellule vascolari endoteliali e molte

cellule cancerose.

Molte delle sue attività biologiche sono sovrapponibili a quelle del

TNF-αααα e dell’IL-1 (insieme formano la triade infiammatoria).

Attività biologiche dell’IL-6

•Induce la febbre

•Induce la sintesi del fibrinogeno negli epatociti

•Sinergico con IL-3 nello stimolazione

dell’emopoiesi (neutrofili)

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dell’emopoiesi (neutrofili)

•Induce la differenziazione delle cellule B

•Fattore di crescita autocrino per i mielomi

•Promuove la crescita degli ibridomi

•Induce la produzione dell’IL-17 e l’inibizione delle

cellule T regolatorie

�I farmaci biologici sono tra i maggiori progressi ottenuti dalla medicina negli ultimi anni in campo terapeutico.

•Queste nuove terapie posseggono una grande selettività d'azione che consente di ottenere, nella maggior parte dei casi, una notevole

efficacia terapeutica in tempi brevi con riduzione degli effetti collaterali rispetto alle terapie tradizionali di tipo "chimico".

Farmaci “biologici”

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•I farmaci biologici finora prodotti sono anticorpi monoclonali, citochine (interferoni e interleuchine), proteine di fusione e fattori

di crescita tissutali.

•Tali prodotti possiedono l'enorme vantaggio di poter interferire in modo selettivo, a vari livelli e con modalità di azione differenti nei

processi immunologici .

Ab monoclonali

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Meccanismo d’azione degli Abmonoclonali anti-TNF-α

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RHEUMATOID ARTHRITIS

� Chronic, autoimmune disease

characterized by:

� Severe joint inflammation

� Increased synovial fluid and thickened

synovial membrane

Destruction of bone and cartilage in

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� Destruction of bone and cartilage in

several joints

� Elevated levels of pro-inflammatory

cytokines

� TNF-α, IL-1, IL-6

� Women are 3 times more likely to develop

� If untreated for 2+ more years, irreversible damage occurs

L’etanercet è un frammento del recettore del TNF-α (recettore solubile); usato nel trattamento dell’artrite reumatoide. Blocca l’azione del TNF-α/β.Human p75

Etanercet

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•Effetti collaterali : reazionicutanee in sede di iniezione(~35%), cefalea (~20%) eimmuno-soppressione con unaumento delle infezione alle vieaeree superiori, sindromiinfluenzali, aumento del rischiodi infezione (e riacutizzazione)della TBC.

Etanercept

Human IgG1

�L’infliximab è un Ab monoclonalechimerico contenente una regione umanaed una murina variabile che lega il TNF-αUsato essenzialmente nella terapiadell’artrite reumatoide e del morbo diCrohn.

Human

Mouse

Infliximab

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Crohn.

�Effetti collaterali: reazioni cutanee insede di iniezione, febbre, orticaria,ipotensione, immunodepressione conaumento rischio di infezioni alle vie aeree,incluso TBC e del tratto genito-urinario(sepsi), aumento del rischio di infezioneda herpes zoster.

Infliximab

Anticorpo monoclonalericombinante completamenteumano, specifico per TNF-

alfa. Si lega al TNF-alfa con elevata affinità e specificità, bloccandol’attività biologicaHuman

IgG1

Adalimumab

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bloccandol’attività biologicadella forma libera e di quella

legata alla membranaGli effetti collaterali sono:

infezioni delle vie respiratorie superiori, dolore nel sito di

iniezione, cefalea e rashcutaneo .

Adalimumab

IgG1

Anakinraè un farmaco ricombinante umano che si lega al recettore dell’IL-1.

Blocca il recettore dell’IL-1. Usato essenzialmente nella terapia dell’artrite

Inibitori dell’IL-1

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Usato essenzialmente nella terapia dell’artrite reumatoide.

•Effetti collaterali: reazioni cutanee in sede di iniezione, immunodepressione con aumento del

rischio malattie infettive. •

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Chemochine• Prodotte da differenti tipi di leucociti e da

cellule di vari tessuti• Comprende una famiglia di circa 50 citochine

omologhe che hanno la funzione di:

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�Attivare le integrine e richiamare i leucociti nel sito dell’infezione

�Mediare il traffico dei leucociti

Attività biologiche delle chemochine

Nei processi infiammatori le chemochine sono prodotte dai leucociti in risposta a stimoli esogeni

Le chemochine che regolano il traffico cellulare sono prodotte in assenza di stimoli esogeni

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sono prodotte in assenza di stimoli esogeni (costitutivamente) dai diversi tipi cellulari presenti

negli organi

Le chemochine promuovano l’angiogenesi e il riparo delle ferite

Suddivisione in quattro famiglie di chemochine in base al numero e alla posizione dei residui di cisteina

Famiglia citochina Cellula Recettore

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Recettori

Hanno una struttura caratteristica a settedomini ad α-elica di transmembrana, associatealle proteine G. Sono denominati aggiungendouna R ad una sottofamiglia: (es famiglia CXC,recettore CXCR)

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CXC Family

Human Ligand

Receptor

GROα CXCR2>CXCR1

GROβ CXCR2>CXCR1

GROγ CXCR2>CXCR1

PF4 ?

Famiglia αααα - chemochine C-X-C(Due residui di cisteina separati da un amminoacido qualsiasi )

IL-8

ENA-78 (peptide di derivazione epiteliale attivante i neutrofili)

PF-4 (il fattore piastrinico- 4)

GRO-αααα (il fattore stimolante la crescita del melanoma)

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ENA-78 CXCR2, CXCR1

GCP-2 CXCR1, CXCR2

NAP-2 CXCR2

IL-8 CXCR1, CXCR2

MIG CXCR3

IP-10 CXCR3

I-TAC CXCR3

SDF-1α/β CXCR4

Generalmente i membri della famiglia ααααsono prodotti dai fagociti mononucleati,

dalle cellule endotelialie dai fibroblasti e

sono citochine attivatrici e

chemiotattiche per i neutrofili (sono

mediatori dell’infiammazione acuta).

crescita del melanoma)

Corecettore per HIV

CC Family

Human Ligand

Receptor

I-309 CCR8

MCP-1 CCR2

MIP-1α CCR1, CCR5

MIP-1β CCR5

RANTES CCR1, CCR3, CCR5

MCP-3 CCR1, CCR2,

Famiglia ββββ - chemochine C-CDue residui di cisteina adiacenti

RANTES

MCP-1, MCP-2, MCP-3(il fattore chemiotattico ed attivante i macrofagi)

MIP-1αααα, M1P-1ββββ (le proteine infiammatorie per i macrofagi)

Corecettore per HIV

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CCR2, CCR3

MCP-2 CCR3

Eotaxin CCR3

MCP-4 CCR2, CCR3

HCC-1 CCR1

MIP-1δ, Lkn-1

CCR1, CCR3

TARC CCR4, CCR8

MIP-3β CCR7

MIP-3α CCR6

eotassina (fattore chemiotattico ed attivante per gli eosinofili).

I membri della famiglia ββββ sono prodotti dai

linfociti T attivati e sono chemiotattici per i

monociti e per gli stessi linfociti T.

Ingresso cellulare di HIV 1) Avvicinamento HIV alla cellula

bersaglio (Linfocita T-helper)3) Legame col corecettore CCR5

o CXCR4

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2) Interazione tra recettore CD4 e gp120 virale 4) Fusione tra le due membrane

Famiglia γγγγ - chemochine C Un solo residuo di cisteina

Linfoactina prodotta dai linfociti ed è un fattore

chemiotattico per gli stessi linfociti.

Chemochine CX C

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Fractalkina prodotta dalle cellule endoteliali

attivate ed è un fattore chemiotattico per le

cellule NK, monociti e linfociti CD8+.

Chemochine CX 3C

Due residui di cisteina separati da 3 aminoacidi

Denominazione attuale

37

38

INTERFERENZA VIRALE• Cellule infettate da virus non possono essere

ulteriormente infettate da ceppi omologhi (1935), né daceppi virali antigenicamente diversi (1937)

• Il fattore che determina resistenza alla superinfezione(INTERFERENZA) è un fattore proteico solubile

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(INTERFERENZA) è un fattore proteico solubilerilasciato nel mezzo di coltura (INTERFERON) (1957)

• Lo stato di resistenza antivirale può essere trasferitoanche a colture di cellule non infette, incubate conterreno contenente l’Interferon

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INTERFERONI

Gli interferoni (IFNs) sono stati divisi in due gruppi:

•l’IFN- αααα e l’IFN- ββββ (Tipo I)

γγγγ

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•l’IFN- γγγγ (Tipo II), detto ancheIFN immune

I due Tipi di IFN on passato erano distinti in base al

peso molecolare, alla sensibilità al pH acido, al

calore e alla diversa capacità antivirale.

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Gli Interferon di tipo I sono

prodotti dalle cellule infettate dai

virus in risposta agli acidi nucleici virali che si legano

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virali che si legano ai vari PRR

intracellulari TLR3, TLR7,

TLR9, RIG-I, che portano

all’attivazione del IRF

Tutti gli IFN di tipo I si legano ai recettori di classe o tipo II

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Gli Interferon di tipo I svolgono due funzioni

principali:1. Inibiscono la replicazione

del virus;2. Potenziano l’espressione

delle molecole di classe I

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delle molecole di classe I con conseguente potenziamento

dell’attività citotossica del CTL.

Attività biologica degli Interferoni

IFN-αααα IFN-ββββ IFN-γγγγAttività antivirale si si siAttività antiproliferativa su cellule normali e neo plastiche si si siAumento dell'espressione MHC di classe I si si siAumento citotossicità delle cellule NK si si si

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Induzione ed aumento MHC di classe II no no siAttivazione macrofagi no no siInduzione scambio isotipico (IgG2) nelle cellule B no no siAumento espressione CD64 e CD32 no no siAntagonista degli effetti dell'IL-4 sui linfociti B no no siInibitore della sottopopolazione Th2 no no si

� IFN alpha

� Hepatitis B & CHepatitis B & CHepatitis B & CHepatitis B & C, Hairy cell leukemia, Chronic

myeloid leukemia, multiple myeloma, low

grade lymphomas, Kaposi’s Sarcoma,

Melanoma

� IFN beta

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� IFN beta

�Multiple Sclerosis, Ulcerative colitis

� IFN gamma

� Chronic granulomatous disease, Chronic Myeloid Leukemia, Renal cell Carcinoma

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Interleuchina-12

L’IL-12 è una citochina pro-infiammatoria, prodotta daifagociti mononucleati e celluledendritiche attivate.

E’ il principale mediatore delleprime fasi delle risposte innateai microrganismi intracellulari.

Svolge un ruolo centrale

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Svolge un ruolo centralenell’induzione delle rispostecellulo-mediate.

Stimola la produzione di IFN-γγγγnei linfociti T e cellule NK.Insieme all’IFN-γγγγ induce ladifferenziazione in Th1.

Potenzia l’attività citotossicadelle cellule NK e dei CTL.

IL-12B (p40)

La molecola dell’IL-12 è un eterodimero (p70)

50

IL-12A (p35)

IL-12 IL-27IL-23

THE IL-12 CYTOKINE FAMILY

omologoal p35

omologo al p40

omologoal p35

5151Trinchieri, Nat Rev Immunol 2003, 19;641

al p40

gp130

INTERLEUCHINA-23

eterodimero: p19 and p40 (p40 come IL-12)

Prodotta dalle cellule dendritiche e dai macrofagi in risposta ad infezioni microbiche

Il recettore per l’IL -23 è espresso dai linfociti Th e NK

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Il recettore per l’IL -23 è espresso dai linfociti Th e NK

Induce la sintesi di citochine pro-infiammatorie (IL-17) da parte dei CD4+ TH 17

E’ implicata nella manifestazioni infiammatorie abnormi, per es. nelle malattie autoimmuni

INTERLEUCHINA-27

eterodimero: p28 e gp130 (come IL-6)

Prodotta dalle cellule dendritiche e dai macrofagi in rispostaalle infezioni

Il recettoreper l’IL-27 è espresso dai linfociti Th e NK

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Il recettoreper l’IL-27 è espresso dai linfociti Th e NKInsieme all’IL-12 induce la differenziazione dei linfociti Th1

IL-27 ha un’azione opposta all’IL-23, in quanto inibisce la differenziazione dei TH17 e la produzione dell’IL-17.

Interleuchina-15

L’attività dell’IL-15 è simile a quella dell’IL-2 .

E’ sintetizzata precocemente nel corso delle infezionivirali e in risposta all’LPS dai fagociti mononucleati

Stimola la crescitalinfociti T, soprattutto CTL e IEL

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Stimola la crescitalinfociti T, soprattutto CTL e IELe delle cellule NK.

E’ chemiotattica per i linfociti T ed induce epotenzia il killing delle cellule LAK.

Interleuchina-18

Definito “fattore inducente IFN- γγγγ”, ha un’attivitàbiologica simile all’IL-1.

E’ una citochina pro-infiammatoria, prodottanell’infiammazione acuta in risposta all’LPS ed altri

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nell’infiammazione acuta in risposta all’LPS ed altriprodotti batterici

E’ prodotta dai macrofagi e dalle cellule dendritiche,.

INTERLEUCHINA-10 (IL-10)

L’interleuchina-10 (IL-10) è una citochina anti-infiammatoria ,

prodotta dai macrofagi attivati e dai linfociti T regolatori.

ed è implicata sia nel controllo dell’immunità innata che

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in quello dell’immunità acquisita cellulo-mediata.

Si lega ai recettori di tipo I.

Agisce

inibendo:

• la produzione di molte citochine infiammatorie, come il TNF-αααα, IL-1, IL-6, IL-8 (CXCL8) e IL-12;

• la produzione delle prostaglandine E2;

• la produzione dell’anione superossido e dei metaboliti

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• la produzione dell’anione superossido e dei metaboliti reattivi dell’ossigeno (ROS);

• L’espressione di molecole costimolatorie e delle molecole MHC di classe II nei macrofagi e cellule dendritiche

• La trascrizione del gene per l’IL-2

GM-CSF

IL-12IL-15IL-17

IL-6

Chemokines

TGFββββ

IL-10IL-11IL-13

sTNF-RIL-1ra

Cytokine imbalance during inflammation

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IL-1IL-18TNFαααα

GM-CSFM-CSF

PRO-INFLAMMATORY

ANTI-INFLAMMATORY