Type IV Hypersensitivity
Type IV Hypersensitivity (Delayed-Type Hypersensitivity)
Type IV hypersensitivity è anche conosciuta come ipersensibilità cellulo-mediata perché è il risultato dell’interazione dei linfociti T e l’antigene specifico al quale sono stati sensibilizzati. La risposta immunitaria risultante è mediata dalla citotossicità diretta dei linfociti T CD8+ o dal rilascio di citochine solubili dai linfociti CD4+, che agiscono attraverso le cellule mediatrici (principalmente i macrofagi) per produrre reazioni infiammatorie croniche (Fig. 5-23). Poiché queste risposte dipendono dai linfociti T sensibilizzati e richiedono da 24 a 48 ore per svilupparsi, vengono anche chiamate ipersensibilità di tipo ritardato (DTH). A differenza delle reazioni di ipersensibilità di tipo I, II e III, l’ipersensibilità di tipo IV non dipende da un anticorpo. Discutiamo prima la risposta mediata principalmente dai linfociti CD4+ attivati. La reazione DTH prototipica è la risposta tubercolinica localizzata. Dopo un’esposizione intradermica di tubercolina, un derivato proteico purificato (PPD) del bacillo tubercolare, un ospite precedentemente sensibilizzato svilupperà una reazione localizzata di tipo IV nel sito di inoculazione a 24-72 ore. Gli antigeni intradermici vengono assorbiti e processati dalle cellule dendritiche di Langerhans, che presentano i peptidi antigenici ai linfociti CD4+ specifici per l’antigene che vengono attivati per produrre e secernere citochine che attirano e attivano altre cellule infiammatorie. Grossolanamente il sito appare come un nodulo gonfio e solido. Microscopicamente il nodulo è composto da un edema interstiziale e da un infiltrato mononucleare che è principalmente centrato intorno ai vasi sanguigni. All’inizio (<12 ore), l’infiltrato è principalmente neutrofilo, che viene sostituito in gran parte da macrofagi e linfociti (>12 ore). La risposta DTH è generalmente minima e di breve durata perché la concentrazione di PPD iniettata è piccola e rapidamente degradata. Una reazione DTH simile può essere utilizzata per testare le esposizioni precedenti a un certo numero di organismi intracellulari.
Oltre alla risposta alla tubercolina, l’ipersensibilità di tipo IV è la patogenesi sottostante all’ipersensibilità allergica da contatto e alle risposte infiammatorie granulomatose. Come menzionato per le altre reazioni di ipersensibilità, i componenti di una reazione di ipersensibilità di tipo IV possono essere considerati benefici (immunità protettiva) quando si verificano come una risposta appropriata agli organismi intracellulari, o possono essere considerati dannosi (ipersensibilità), per esempio, quando si verificano come una risposta inappropriata a sostanze chimiche esogene o sostanze complessate con proteine, come nel caso dell’ipersensibilità allergica da contatto.
Nella reazione alla tubercolina la quantità di antigene limita la portata della risposta infiammatoria, e la risoluzione dell’infiammazione avviene generalmente in 5-7 giorni. Questo è in contrasto con le infezioni croniche con organismi intracellulari persistenti o antigeni intracellulari scarsamente degradabili (Tabella 5-7) che si sviluppano in un tipo specifico di risposta infiammatoria cronica chiamata infiammazione granulomatosa. Le reazioni DTH si verificano frequentemente in risposta a organismi intracellulari e causano danni estesi ai tessuti. Queste malattie sono caratterizzate da un’infiammazione granulomatosa. In questo tipo di risposta l’ospite non è in grado di distruggere o eliminare l’organismo, con conseguente persistenza dell’antigene. Rispetto alla reazione alla tubercolina, il tipo di infiltrato infiammatorio è diverso. Come discusso nel Capitolo 3, l’infiammazione granulomatosa indica che l’infiltrato infiammatorio ha attributi specifici, in particolare la presenza di macrofagi morfologicamente trasformati in cellule simili a quelle epiteliali comunemente chiamate macrofagi epitelioidi (Figg. 5-24 e 5-25). Contemporaneamente, ci possono essere molte cellule giganti multinucleate che rappresentano macrofagi fusi. Un certo numero di proteine di superficie dei monociti-macrofagi legate alla fusione sono state identificate e comprendono i recettori per il mannosio e l’integrina β1, il substrato della tirosina fosfatasi 1 (SHPS-1) contenente l’omologia 2 di Src e il ligando 2 delle chemoattrattive. I linfociti possono anche rappresentare una componente significativa dell’infiltrato infiammatorio. Generalmente, i linfociti CD4+ sono intervallati dai macrofagi, e i linfociti CD8+ sono localizzati alla periferia. Con il progredire di queste lesioni, esse possono organizzarsi in noduli comunemente chiamati granulomi (vedi Fig. 5-24, A). A seconda dell’antigene incitante, ci possono essere anche proporzioni variabili di necrosi (spesso come centro necrotico), calcificazione del tessuto necrotico e incapsulamento fibroso periferico. Queste caratteristiche sono in gran parte il risultato degli enzimi litici rilasciati dai macrofagi attivati. I granulomi non immunologici possono verificarsi nei casi di granulomi di tipo corpo estraneo, che tipicamente hanno meno linfociti. In entrambi i casi, il corpo sta cercando di limitare la diffusione o di allontanare l’antigene incitante.
La reazione di ipersensibilità di tipo IV è immunologicamente specifica e come tutte le reazioni di ipersensibilità comporta una fase di sensibilizzazione e una fase effettrice. La fase di sensibilizzazione si verifica con l’esposizione iniziale all’antigene e porta allo sviluppo di linfociti T di memoria specifici per l’antigene. Questi linfociti CD4+ riconoscono i peptidi presentati nel contesto delle molecole di classe II sulla superficie delle cellule presentanti l’antigene. In questo contesto i linfociti T CD4+ naïve si sviluppano in linfociti TH1 funzionali. Questi linfociti TH1 attivati sono talvolta designati come linfociti TDTH. Una volta che l’ospite è sensibilizzato, un’esposizione prolungata o ripetuta all’antigene porta allo sviluppo di una fase effettrice. La fase effettrice può verificarsi come una risposta citotossica mediata dai linfociti CD8+ o più comunemente come una risposta TH1 attraverso l’elaborazione di citochine da parte dei linfociti CD4+ (vedi Fig. 5-25). Le citochine TH1 (soprattutto IL-2, IL-3, IFN-γ e TNF-β) e le chemochine (IL-8, fattore attivante e chemiotattico dei macrofagi e fattore di inibizione dei macrofagi) migliorano la funzione dei linfociti T produttori di citochine (in modo autocrino e paracrino) e attirano e attivano i macrofagi. IL-2 induce la proliferazione e la sopravvivenza a lungo termine dei linfociti T. IL-3 supporta la crescita e la differenziazione dei linfociti TH1 e delle cellule NK. IFN-γ, il mediatore chiave dell’ipersensibilità di tipo IV, attiva i macrofagi non solo per migliorare i loro meccanismi fagocitari e di uccisione, ma anche per aumentare la loro capacità di presentare l’antigene inducendo una maggiore espressione delle molecole MHC di classe II. I macrofagi e le cellule dendritiche attivati producono IL-12, che facilita anche lo sviluppo dei linfociti TH1. I macrofagi attivati producono anche IL-1 e TNF-α, che agiscono entrambi localmente per aumentare l’espressione delle molecole di adesione sulle cellule endoteliali, il che facilita ulteriormente lo stravaso di ulteriori cellule infiammatorie. La produzione di citochine e chemochine da parte dei linfociti CD4+ TH1 influenza la funzione dei macrofagi e media la produzione di citochine che influenzano i linfociti CD4+, dando luogo a una risposta che potenzialmente va da una risposta protettiva benefica (immunità) a una risposta dannosa che provoca danni ai tessuti (ipersensibilità).
La risposta protettiva benefica di ipersensibilità mediata dai linfociti T non è limitata agli organismi intracellulari. Può anche essere una componente primaria del rigetto dei trapianti e dell’immunità al cancro. Ci sono altre risposte dannose mediate dai linfociti T che portano alla malattia. Un esempio è l’ipersensibilità allergica da contatto. Nell’ipersensibilità allergica da contatto l’antigene è spesso troppo piccolo per suscitare una risposta immunitaria da solo. Questi antigeni devono essere complessati con altre proteine più grandi per diventare antigenici e sono specificamente indicati come apteni o generalmente chiamati antigeni di contatto (Box 5-1). L’ipersensibilità allergica da contatto dipende anche dall’elaborazione e dalla presentazione dell’antigene da parte delle cellule dendritiche di Langerhans ai linfociti CD4+ nei linfonodi regionali. Nel caso della dermatite allergica da contatto, il cheratinocita può anche partecipare producendo una serie di citochine che attivano le cellule di Langerhans, i mastociti e altre cellule infiammatorie. Nella fase di sensibilizzazione, il complesso proteina-apten viene assorbito e processato dalle cellule di Langerhans che migrano verso i linfonodi regionali. Nella regione paracorticale del linfonodo (area dei linfociti T), esse presentano i componenti antigenici ai linfociti CD4+. L’ospite sviluppa una popolazione di linfociti di memoria ed è ora sensibilizzato all’antigene. In un ospite sensibilizzato, l’esposizione continua all’antigene, o più comunemente, l’esposizione ripetuta all’antigene, provoca una risposta di fase effettrice vista come formazione di vescicole epidermiche con infiltrati dermici ed epidermici di cellule infiammatorie mononucleari. Il risultato è un danno tissutale che è sproporzionato a qualsiasi effetto benefico della risposta immunitaria.
Infine, come menzionato prima, può verificarsi un’altra forma di DTH che è mediata dalla citotossicità diretta dei linfociti T CD8+. Questa risposta è più comunemente associata alle infezioni virali. I linfociti T CD8+, portatori di TCR specifici per l’antigene virale, uccidono le cellule bersaglio che esprimono l’antigene. Queste cellule sono comunemente chiamate CTL. L’espressione delle proteine virali sulla superficie di una cellula infetta in associazione con le molecole MHC di classe I serve come segnale di riconoscimento per il complesso di membrana TCR-CD3. In seguito al riconoscimento dell’antigene da parte del CTL, si verifica un’upregolazione delle molecole di adesione sul CTL e sulla cellula bersaglio, con conseguente coniugazione CTL-cellula bersaglio. Questo stimola una via di attivazione del segnale che porta alla morte della cellula bersaglio per apoptosi. I due meccanismi principali dell’apoptosi mediata dalle CTL sono (1) la consegna direzionale delle proteine citotossiche e (2) l’interazione del ligando Fas (FasL) legato alla membrana della CTL con il recettore Fas sulla cellula bersaglio. Entrambi dipendono dall’attivazione delle caspasi. Le perforine e i granzimi sono proteine citotossiche preformate contenute nei granuli citoplasmatici delle CTL. La perforina, rilasciata tra la CTL coniugata e la cellula bersaglio, viene polimerizzata in presenza di Ca2+ e forma dei pori nella membrana plasmatica della cellula bersaglio, non solo causando la lisi ma anche permettendo la consegna dei granzimi. I granzimi attivano le caspasi, normalmente presenti in una forma proenzima inattiva, che alla fine portano alla morte apoptotica della cellula. Il cross-linking di Fas da parte del suo ligando, FasL legato alla membrana, provoca l’attivazione della via estrinseca (avviata dal recettore della morte) dell’apoptosi, che è trattata più in dettaglio nel capitolo 1.