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- Le citochine sono proteine a 4α-eliche secrete dalle cellule del sistema immunitario (monociti e linfociti T), ma anche dalle cellule epiteliali e fibroblasti in risposta ad uno stimolo flogogeno. Una sola cellula può produrre citochine diverse; una citochina può agire su cellule diverse inducendo effetti diversi (pleiotropia).
Le citochine sono messaggeri chimici ed ormoni molto potenti che agiscono a basse concentrazioni legandosi a recettori di membrana specifici e ad elevata affinità così da rendere possibile l’espletamento delle loro funzioni anche con bassa espressività di recettori. Oltre ai recettori di membrana, nel plasma viaggiano recettori solubili molto simili a quelli di membrana e con la funzione di regolare l’iperattività delle citochine (1).
Le citochine agiscono nell’attività immunitaria naturale favorendo l’attivazione dei macrofagi e delle cellule NK e agiscono sull’immunità acquisita stimolando i linfociti B e linfociti T a produrre anticorpi. L’azione è prevalentemente locale (autocrina e paracrina) e solo in parte di tipo endocrino a distanza (2-4).
Sono state identificate circa 200 citochine; esse possono essere classificate e raggruppate secondo il tipo di recettori e da un punto di vista funzionale.
A – Classificazione delle citochine secondo il tipo di recettori di membrana:
- Recettori di fattori di crescita: recettori α, β e γ a cui appartengono IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-13, IL-15
- Recettori di interferone: IFNα, IFNβ, IFNγ; quest’ultimo è espresso dalle cellule NK e dai linfociti T ed ha come bersaglio gli stessi linfociti T, i linfociti B ed i macrofagi che vengono attivati. L’IFNα è espresso dai leucociti ed esplica sulle normali cellule un’azione antivirale
- Recettori del fattore di crescita trasformante (TGF): TGFα e TGFβ
- Recettori del fattore di necrosi tumorale (TNF): TNFα e TNFβ
- Recettori della superfamiglia delle immunoglobuline: IL1α, IL1β, IL16
- Recettori di chemiochine: IL-8, IL-16, linfotactina, e PAF (Fattore attivante le piastrine)
B- Classificazione delle citochine secondo la loro funzione:
- mediatrici dell’immunità naturale e dell’infiammazione
- mediatrici dell’emopoiesi
- mediatrici della chemiotassi
- mediatrici dell’attivazione e inattivazione dei linfociti B e T.
l’interferone, le cellule natural killer (NK) ed i neutrofili
CITOCHINE CHE REGOLANO L’IMMUNITA’ INNATA
1. TNF (Tumor Necrosis Factor, fattore di necrosi tumorale): La principale sorgente è costituita dai fagociti mononucleati attivati. L’IFN-γ prodotto dai linfociti T e Nk potenzia la produzione di TNF. Esistono 2 recettori per TNF: TNFR1 e TNFR2; il TNFR1 è espresso su quasi tutti i tipi cellulari mentre il 2 solo sulle cellule del sistema immunitario. Il ruolo biologico di TNF è quello di indurre il reclutamento di neutrofili e monociti nel sito di infezione. Esso stimola le cellule endoteliali a esprimere molecole di adesione, le più importanti sono le selettine e i ligandi per le integrine linfocitarie. Inoltre stimola queste cellule e i macrofagi alla produzione di chemochine che aumentano l’affinità delle integrine per i ligandi endoteliali. Nelle reazioni infiammatorie il TNF svolge un ruolo centrale tanto che quelle dannose per l’ospite come quelle autoimmuni possono essere minimizzate con anticorpi anti TNF. Se secreto in grandi quantità è in grado di entrare in circolo e scatenare numerose reazioni:
- A livello ipotalamico sviluppa l’insorgenza della febbre stimolandolo a secernere prostaglandine
- A livello epatico stimola la sintesi di proteine della fase acuta quali fibrinogeno e proteina amieloide.
- A livello muscolare e adiposo causa un deperimento fisico detto cachessia andando a inibire l’appetito.
- Può causare trombosi vascolare inibendo i fattori anticoagulanti e promuovendo la sintesi del fattore tissutale.Questa sua capacità di causare necrosi tissutale è proprio quella che gli ha dato il nome. Il cosiddetto shock settico caratterizzato da collasso cardiocircolatorio, coagulazione intravascolare e alterazioni metaboliche è proprio dovuto in caso di sepsi gravi ad una abnorme produzione di TNF.
2. Interleuchina-1: Ha moltissime cose in comune con TNF, i principali produttori sono i fagociti mononucleati e in aggiunta anche neutrofili e cellule endoteliali. Le attività biologiche sono pressochè identiche se non che IL-1 non è in grado di indurre apoptosi e a livello sistemico da sola non riesce a scatenare shock settico. Il recettore è invece differente ed è rappresentato dei recettori di tipo IL-1. Esistono due forme secrete di IL-1, α e β, quest’ultima necessita dell’enzima ICE per essere generata. L’interazione con il recettore fa associare una proteina adattatrice al dominio TIR che poi andrà ad attivare i fattori di trascrizione AP-1 e NF-κB. Esiste un antagonista naturale della IL-1 prodotto dai fagociti detto IL-1ra utilizzato nella terapia soprattutto dell’artrite reumatoide giovanile.
3. Interleuchina 12: Principale mediatore delle risposte innate a microrganismi intracellulari. Svolge inoltre un ruolo fondamentale in quelle cellulo mediate favorendo la produzione di IFN-γ da parte di NK e linfociti T e promuove il differenziamento dei CD4 a Th1 che producono IFN-γ. Essa appartiene a una famiglia di 5 citochine. Le principali sorgenti di IL-12 sono i fagociti mononucleati e le APC attivate. La sua sintesi è indotta dall’attivazione di TLR e da infezioni intracellulari, alternativamente dal legame con CD40L espresso dai linfociti TCD4 o con IFN-γ. Il recettore per IL-12 appartiene ai recettori di tipo 1 quindi attiva la via Jack STAT principalmente STAT4. Il-12 induce cellule Nk e linfociti T a produrre IFN-γ che andrà ad attivare nei macrofagi meccanismi battericidi. IL-12 assieme a IFN-γ induce il differenziamento in Th1 dei CD4 le quali a loro vola producono IFN-γ. IL-12 potenzia inoltre l’attività citotossica dei CTL. Risulta evidente come questa citochina rappresenti un importante punto di collegamento tra immunità innata ed adattativa stimolandole entrambe.
4. Chemiochine: Sono le citochine responsabili della migrazione dei linfociti dal circolo ai tessuti. Esistono 50 chemiochine raggrupate in 4 famiglie: CC, CXC, C, CX3C. CC e CXC sono prodotte dai linfociti e cellule tissutali principalmente in risposta a citochine infiammatorie quali TNF e IL-1 o attraverso l’attivazione di TLR. Le chemochine coinvolte alla risposta infiammatoria sono prodotte da linfociti T e vanno ad aumentare l’affinità delle integrine linfocitarie per i ligandi endoteliali. TNF e IL-1 stimolano la produzione sia delle chemiochine che dei ligandi per le integrine. Le chemiochine regolano anche il normale processo di migrazione celllulare agli organi linfoidi. Molte infezioni virali codificano recettori per chemiochine che le sequestrano e che quindi rappresentano un valido meccanismo di elusione del sistema immunitario.
5. Interferoni di tipo 1: gli IFN-1 sono una grande famiglia che mediano le fasi precoci della risposta innata a infezioni virali.Sono codificati da geni sul cromosoma 9. Gli IFN vanno a inibire la replicazione virale mediante trascrizione di enzimi che degradano l’RNA virale, inoltre potenziano l’espressione di molecole MHC di classe 1 e stimolano la sintesi di recettori per IL-12. IFN inibisce infine la proliferazione di molte cellule tra le quali i linfociti.
6. Interleuchina 10: Rappresenta uno dei principali inibitori delle risposte dell’ospite. Viene prodotta principalmente dai linfocti regolatori e macrofagi attivati. Il suo recettore appartiene ai recettori di classe 2. Agisce sui macrofagi attivati bloccandone le attività in modo da riportare il sistema immunitario allo stato di quiescienza. Lo fa inibendo la produzione di IL-12 e inibendo l’espressione delle molecole MHC 2 e costimolatorie.
7. Interleuchina 6: Prodotta dai fagociti mononucleati è coinvolta nell’immunità sia specifica che innata.Viene prodotta principalmente in risposta a TNF e IL-1 e con essi si rende responsabile dell’artrite reumatoide. Stimola la produzione di proteine della fase acuta dal fegato e la differenziazione dei neutrofili. Stimola la crescita dei linfociti B e la proliferazione delle plasmacellule neoplastiche.
Riassumendo TNF, IL-1 e chemiochine agiscono nelle infezioni extracellulari sull’endotelio e sui linfociti per facilitarne la migrazione; Il-12 e IFN-γ agiscono nelle infezioni intracellulari attivando i macrofagi e la produzione di IFN-γ.
CITOCHINE CHE MEDIANO LA RISPOSTA ADATTATIVA
Nella fase di attivazione della risposta immunitaria specifica le citochine stimolano la proliferazione e differenziazione dei linfociti attivati dagli antigeni. La produzione di citochine è la risposta principale dei linfociti T dopo aver riconosciuto l’antigene.
a) Interleuchina 2: importante fattore di crescita, sopravvivenza e differenziazione dei linfociti T. Agisce principalmente sulle cellule che la producono o su quelle vicine.L’espressione del suo anticorpo è stimolata dal processo di attivazione dei linfociti mediato dal riconoscimento dell’antigene. Nel caso dei linfociti regolatori essi esprimo costantemente i recettori per IL-2. Quest’ultima è indispensabile per la loro sopravvivenza e quindi anche per la salvaguardia delle risposte immunitarie contro antigeni self controllate da questi ultimi. Negli altri linfociti IL-2 stimola proliferazione e sopravvivenza inducendo la sintesi della proteina anti-apoptotica Bcl-2 e promuovendone l’entrata nel ciclo cellulare. Ugualmente nelle Nk dove ne stimola anche l’attività citotossica generando le cosiddette cellule killer attivate da linfochine. Induce infine proliferazione e sintesi di anticorpi nei linfociti B.
2. Interleuchina 4. Viene principalmente prodotta dai linfociti Th2 ed è la principale citochina responsabile dello scambio isotopico verso le IgE nei linfociti B. Le IgE sono i principali effettori verso elminti o artropodi, infezioni verso le quali si attivano Th2. Le IgE sono inoltre responsabili delle allergie (ipersensibilità immediata). IL-4 induce lo sviluppo dei CD4 verso i Th2 e ne induce la proliferazione inibendo invece lo sviluppo dei Th1. IL-4 assieme a IL-13 costituisce l’attivazione alternativa dei macrofagi. Si ipotizza inoltre stimoli la peristalsi Interleuchina 13. Questa è associata alla IL-4 ed è prodotta sempre dai Th2 nelle infezioni da elminti e artropodi. Essa promuove la fibrosi nelle fasi di riparazione nei processi infiammatori cronici, stimola la produzione di muco e induce lo scambio di classe verso IgE nei linfociti B. Contribuisce dunque significativamente nella patogenesi dell’asma cronico.
3. Interleuchina 5: prodotta dai Th2, ha come principale azione la stimolazione, proliferarzione e differenziazione degli eosinofili.
4. Interferone γ. Rappresenta la principale citochina per l’attivazione dei macrofagi e svolge importanti funzioni sia nella immunità innata che cellulo-mediata contro i microrganismi intracellulari.La sua azione principale è quella di attivare le cellule effettrici. Viene prodotta dalle cellule Nk, CD8 e CD4th1 di cui ne rappresenta la principale funzione. Le cellule Nk la producono nell’ambito della risposta innata in seguiti a molecole attivatrici presenti su cellule danneggiate o infettate oppure in risposta a IL-12. Nella risposta adattativa è prodotta dai linfociti T in risposta al riconoscimento dell’antigene e potenziata da IL-12. Il recettore appartiene ai recettori di tipo 2. Una volta prodotto IFNγ attiva i macrofagi a uccidere i microrganismi fagocitati. IFN γ promuove inoltre la differenziazione dei linfociti T naive verso i Th1 attraverso l’attivazione del fattore di trascrizione T-bet e inibisce quella verso Th2. Questa promozione è effettuata anche mediante stimolazione dei fagociti a produrre IL-12. Verso i linfociti B IFNγ promuove lo scambio isotopico verso determinate sottoclassi di IgG come le IgG2 e inibisce quello verso sottoclassi IL-4 dipendenti come le IgE. Complessivamente dunque promuove le reazioni infiammatorie in cui l’azione macrofagica è prevalente e inibisce quelle in cui prevale l’azione eosinofila.
5. TGF-β (Transformig Growth Factor-β): fattore di crescita trasformante. Assieme a IL-10 è il secondo importante inibitore del sistema immunitario.Possiede tuttavia anche capacità proinfiammatorie.Viene prodotto da linfociti T stimolati dall’antigene (in particolare da una sottopopolazione detta Th3o regolazivi)e macrofagi attivati.Viene sintetizzato come precursore poi attivati proteoliticamente.Il suo recettore è costituito da 2 proteine ALK5 e TGF-βR2 che trasducono il segnale attraverso una serina/treonina chinasi che attiva dei fattori detti Smad .TGF-β inibisce la proliferazione e differenziazione dei linfociti T e l’attivazione dei macrofagi.In questo modo svolge l’importante ruolo di attenuare e terminare le risposte immunitarie e infiammatorie. Può bloccare la differenziazione di D4+ in Th1 e Th2 promuovendo inoltre quella verso Th17 che sono linfociti proinfiammatori. Agendo sui linfociti B promuove lo scambio isotopico verso le IgA che sono quelle coinvolte nelle risposte immunitarie a livello delle mucose. Regola infine il processo di riparazione del danno tissutale mediante stimolazione nei macrofagi e fibroblasi alla sintesi di collagene.Per tutte queste sue capacità possiede capacità sia oncogeniche che antitumorali.
CITOCHINE CHE STIMOLANO L’ERITROPOIESI
HSC (Hematopoietic Stemm Cells): sono le cellule staminali midolllari da cui originano tutte le cellule ematopoietiche. si caratterizzano principalmente per la capacità di auto-rinnovamento e di multipotenzialità. Successivamente sottoposte ad una serie di “decisioni” differenziative, esse perdono progressivamente la loro capacità “multipotente”, replicandosi o differenziandosi in un progenitore linfoide comune (CLP) o in un progenitore mieloide comune (CMP). Queste cellule danno poi origine a progenitori differenziati in cellule B (BCP), cellule NK (NKP), cellule T (TCP), granulociti (GP), monociti (MP), eritrociti (MEP), e megacariociti (MkP). Durante la risposta ad un’infezione sistemica l’emopoiesi precoce viene riadattata per fornire risposte efficaci all’incrementato bisogno di cellule immunitarie; si tratta di un meccanismo di regolazione “a lunga distanza” dalla periferia al midollo osseo definito mielopoiesi di emergenza in cui le citochine assumono un ruolo di assoluta importanza (9-13). In particolar modo la differenziazione mieloide si correla ad un aumento di citochine quali:
- -Fattori stimolanti la crescita di granulociti (G-CSF), di macrofagi (M-CSF) e di granulociti-macrofagi (GM-CSF)
- -Citochine emopoietiche quali, SCF, IL-3, IL-6 e Flt3 ligand
È stato dimostrato che nel corso di infezioni sistemiche tali citochine vengono rilasciate, raggiungendo concentrazioni sieriche fino a cento volte sopra i livelli di normalità mostrando un ruolo chiave nella risposta mieloide. Un meccanismo complementare per assicurare la produzione ematopoietica rafforzata prevede che, durante le infezioni, la secrezione di citochine infiammatorie (IL-1, IL-3, IL- 6, G-CSF, GM-CSF) riduca l’espressione dei fattori di crescita e di ritenzione per la linfopoiesi e quindi mobiliti i linfociti dal midollo osseo agli organi linfoidi periferici secondari [10], lasciando spazio libero nel midollo che possa agevolare la mielopoiesi (14-19).
La trasformazione neoplastica può essere considerata a pieno titolo un’alterazione permanente dell’omeostasi di un tessuto, una ferita che non guarisce, in risposta alla quale è ragionevole identificare un tentativo di adattamento dell’emopoiesi. Il cancro è associato ad una disfunzione immunitaria contraddistinta dalla presenza di fattori pro-infiammatori ed immunosoppressivi che contribuiscono alla crescita tumorale e alla sua progressione.
CSF (Colony stimulating Factors): Siccome durante le risposte immunitarie vi è il consumo di leucociti in periferia, è necessario che vi sia una temporanea nuova produzione di leucociti a livello centrale.Temporanea perchè deve solo riportare il numero a valori normali. Questa stimolazione è svolta da determinate citochine chiamate CSF (colony stimulating factors).
Ligando c-Kit: Le cellule staminali esprimono un recettore codificato dal proto-oncogene c-Kit.La citochina che interagisce con tale recettore è prodotta principalmente dalle cellule stromali del midollo
GM-CSF, M-CSF, G-CSF G-CSF: tutti fattori di crescita, che hanno il compito di indurre differenziazione delle cellule staminali totipotenti, determinando anche l’attivazione dei corrispondenti elementi maturi. Tutti quest fattori di crescita inoltre sinergizzano le azioni di molte altre citochine, come IL-1, IL-4, IL-5, IL-6.
GM-CSF: E’ il fattore stimolante le colonie macrofagiche-granulocitarie. Prodotto prevalentemente da linfociti T attivati, fibroblasti, cellule endoteliali e linfociti B, è in grado di stimolare la produzione sia di granulociti che di macrofagi, nonchè la loro attività. Eccone di seguito le principali funzioni:
- a- proliferazione delle colonie granulocitiche e macrofagiche;
- b- incremento dell’attività di neutrofili,eosinofili, basofili e macrofagi;
- c- stimolazione dell’ADCC (con varie cellule effettrici).
- d- azione sulla linea megacariocitica e sulla produzione di piastrine;
- e- azione sulle cellule del Langerhans (in quanto cellule processanti l’antigene a livello cutaneo.
Vengono utilizzate per il recupero delle funzionalità midollari in pazienti sottoposti a chemioterapia o trapianto di midollo.
Eritropoietina (Epo) – Promuove la produzione di globuli rossi ed è prodotta dal rene in seguito a ipossia
