Immunopatologia   

2. Autoimmunita’  

Autoimmunita’ e

Malattie autoimmuni (due termini da non confondere)

Si definisce autoimmunita’ la risposta immune verso antigeni self

Una malattia autoimmune e’ il danno tissutale e/o l’alterazione delle funzioni fisiologiche dovute ad una risposta autoimmune.

Deve essere posta molta cautela nell’assunto che la presenza di una risposta autoimmunitaria implica una malattia di tipo autoimmune. Ad esempio, molte infezioni possono essere la causa scatenante della risposta autoimmunitaria e della malattia autoimmune; comunque in diverse malattie infettive (soprattutto ad andamento cronico) e’ presente una risposta autoimmunitaria (transiente)

che non sfocia in nessuna malattia autoimmune

Malattie Autoimmuni

La malattia autoimmune è una condizione patologica in cui

è avvenuta la rottura della tolleranza immunologica verso

uno o più antigeni "self".

Il risultato della scomparsa della tolleranza è la formazione

di autoanticorpi e/o linfociti-T autoreattivi che determinano/

inducono il danno tissutale e la malattia.

Criteri per definire la presenza di una malattia autoimmune Come per le malattie infettive che per essere riconosciute tali devono soddisfare i

postulati di Kock, anche per le malattie autoimmuni ci sono un numero di criteri da soddisfare per definire la malattia come dovuta a meccanismi di tipo autoimmunitario

Criterio Nota

Autoanticorpi o linfociti T autoreattivi devono essere trovati costantemente nella malattia

Questo criterio e’ facilmente soddisfatto nelle malattie autoimmuni organo-specifiche (in particolare quelle che hanno come target ghiandole endocrine). Piu’ complicato da soddisfare dove l’autoantigene non e’ noto (es: Artrite reumatoide)

Autoanticorpi o linfociti T autoreattivi devono essere trovati nel tessuto danneggiato

Il livello di autoanticorpi e della risposta T cellulare riflette l’attivita’ della malattia

Ben dimostrabile nelle forme acute delle malattie autoimmuni sistemiche, od in generale all’inizio della malattia

La riduzione della risposta autoimmunitaria determina un miglioramento

Bisogna comunque considerare che molti dei trattamenti anti-infiammatori od immunosoppressivi in uso non sono specifici

Trasferimento degli anticorpi o cellule T ad un ospite secondario determina lo sviluppo della patologia autoimmune

Dimostrato ampiamente nei modelli animali. Nell’uomo sono dimostrabili casi in neonati per trasferimento transplacentare di autoanticorpi (Malattia di Graves neonatale, Pemfigo neonatale, Anemia emolitica, Miastenia grave neonatale, lupus cutaneo neonatale etc). Come anche lo sviluppo di malattie autoimmuni nel ricevente di trapianto di midollo quando il donatore ha una malattia autoimmune

L’immunizzazione con autoantigeni e la consequente induzione di una risposta autoimmune causa la malattia

Dimostrato nei modelli animali. Nell’uomo per vaccinazione con antigeni microbici prodotti su tessuto di mammifero (es.: encefalite autoimmune post immunizzazione anti-rabbica)

 Le malattie autoimmuni possono colpire qualsiasi organo, sebbene alcuni sistemi sembrano particolarmente suscettibili (es. Le ghiandole endocrine).

 Secondo dove si verifica la reazione immunopatologica le malattie autoimmuni possono essere convenzionalmente suddivise in organo-specifiche e non-organo-specifiche (o sistemiche).

 Nei disordini autoimmunitari organo specifici la risposta autoimmunitaria e’ diretta verso antigeni multipli di un organo. Tipicamente coinvolgono ghiandole endocrine e gli auto-antigeni sono spesso recettori ormonali od enzimi intracellulari tipici dell’organo interessato (es. gozzo, diabete di tipo 1).

 Nelle malattie autoimmuni sistemiche colpiscono piu’ organi e sono associate con una risposta autoimmunitaria diretta contro molecole self largamente distribuite nell’organismo in particolare molecole intracellulari coivolte nelle trascrizione del DNA. Esempi di patologie autoimmuni sistemiche sono il Lupus eritematoso sistemico, l’ artrite reumatoide e le dermatomiositi.

Classificazione delle malattie autoimmuni

In realta’ la suddivisione e’

talvolta puramente didattica

perche’ esiste un “continuoum”

tra malattie che colpiscono in

maniera esclusiva un solo organo

e quelle sistemiche. Inoltre,

soggetti che hanno una malattia

autoimmune sono spesso proni a

s v i l u p p a r n e a l t re e / o a d

estendere il tipo di autoantigeni

verso cui viene montata una

risposta autoimmunitaria.

Tolleranza Immunologica  L’organismo previene lo sviluppo delle risposte immunitarie contro suoi componenti ed in generale l’eccesso di reattivita’ tramite la regolazione fine della capacita’ di risposta delle cellule della risposta immune specifica, sia a livello del riconoscimento antigenico e sia a livello di regolazione della risposta immune. In generale questi meccanismi sono noti sotto il nome di tolleranza immunologica

 La tolleranza immunologica, quindi, puo’ essere definita come lo stato di non responsività del sistema immunitario verso determinati antigeni propri dell'organismo o autoantigeni (self), o verso antigeni estranei (non-self)”:

 a) Tolleranza verso self - Meccanismo fisiologico alla base dello sviluppo del repertorio immunologico

 b) Tolleranza verso non-self - Fenomeno poliedrico dipendente da diverse varaibili sperimentali quali: genotipo animale, la forma, la dose e la via di somministrazione dell'antigene etc.

  La risposta immunitaria sia verso antigeni estranei sia verso i propri costituenti deve essere finemente regolata per evitare tutti quei fenomeni autoimmunitari e di ipersensibilita’ che sono alla base di molti quadri patologici.

TIMO

Cellule Pro-T

CLONI AUTO-REATTIVI

CLONI NON AUTO-REATTIVI

apoptosi TOLLERANZA CENTRALE

TOLLERANZA PERIFERICA

CD28

B7 CD28

B7

MHC Peptide self

TCR

Peptide non-self

APC

ESPANSIONE CLONALE

INDUZIONE DI RISPOSTA IMMUNITARIA

ANERGIA

SOPPRESSIONE

ATTIVAZIONE DELLA MORTE CELLULARE INDOTTA

Stimolazione ripetuta

FasL Fas

APC

APC

Cellula T regolatrice

Cellula del tessuto O APC mancante di B7

Epitelio del timo

MIDOLLO OSSEO

Tolleranza periferica

La alterazione dei meccanismi di

tolleranza periferica possono

indurre lo sviluppo di una

risposta verso antigeni self e lo

s v i l u p p o d i u n a r i s p o s t a

autoimmunitaria

Rottura della tolleranza periferica

E’ noto che nello sviluppo di una risposta autoimmunitaria vi deve essere un evento scatenante che determina la rottura della tolleranza periferica. L’accesso inappropriato ad antigeni t issutali , la loro e s p r e s s i o n e e d a l t e r a t a presentazione antigenica, come anche la espressione di molecole co-stimolatorie od HLA di classe II da parte di AP|C non professioniste, sono tutte potenziali cause di sviluppo di autoimmunita’. Durante il danno tissutale e la reazione infiammatoria che ne consegue vi possono essere le condizioni per la rottura della tolleranza periferica

Danno tissutale locale

Rilascio di Antigeni

sequestrati Peptidi criptici

Antigeni alterati

Aumentata espressione di molecole costimolatorie

e MHC

Accesso a APC professioniste

Mimicra molecolare con antigeni microbici

Linfociti T autoreattivi

Ricircolo dei linfociti autoreattivi attivati nel sito

di danno tissutale

Ulteriore danno tissutale, Produzione di piu’ autoantigeni

Aumento della presentazione antigenica

Sviluppo di autoimmunita’ dalla presentazione di peptidi criptici

In condizioni normali le proteine vengono degradate dai sistemi proteosomali cellulari e

peptidi self presentati in assenza di co-stimolazione, determinando lo sviluppo di

anergia nel linfocita T autoreattivo

In condizioni di danno tissutale ed infiammazione vi e’ l’induzione di diversi sistemi proteosomali ed altri enzimi proteolitici che determinano un

taglio diverso nelle proteine da degradare generando set di peptidi con caratteristiche

diverse (peptidi criptici). Non vi normalmente tolleranza verso peptidi

criptici (in quanto normalmente non presentati). Lo stato infiammatorio inoltre puo’ determinare la espressione di molecole costimolatorie e la

presentazione del peptide criptico determina la rottura della tolleranza

Esempi

  Proteina Basica della Mielina (MBP) associata

alla sclerosi multipla

  Proteine della cornea e della lente oculare, dopo

infezione o trauma

  Antigeni cardiaci in seguito ad infarto cardiaco

Rilascio di antigeni sequestrati

 Alcuni antigeni possono essere sequestrati in tessuti specializzati e pertanto non sono presenti nel timo e midollo osseo dove si sviluppa la tolleranza immunologica centrale  L’esposizione tardiva di questi antigeni ai linfociti T, negli organi linfoidi secondari, procura la risposta immunologica ed il danno tissutale

La stessa molecola MHC può presentare sia l’antigene

microbico che l’autoantigene Il linfocita T è attivato

dall’antigene microbico Il linfocita T attivato e’ capace di riconoscere anche l’autoantigene

Virus e batteri posseggono determinanti antigenici che possono essere simili o identici a componenti cellulari

Mimica molecolare – Antigeni cross-reattivi

Eziopatologia del Malattie autoimmuni

 Le malattie autoimmuni sono patologie in cui si riconosce una eziopatogenesi multifattoriale  In un background di predisposizione genetica vi e’ un evento scatenante che abbatte la tollerenza periferica  Quindi si riconoscono contemporaneamente la presenza di geni di suscettibilita’ che influenzano il mantenimento della tolleranza, e fattori ambientali scatenanti (infezioni, ormoni, agenti fisici etc) che promuovono l’attivazione di linfociti auto-reattivi.

Eziopatogenesi delle malattie autoimmuni

geni di suscettibilità •  geni MHC •  geni non-MHC

 AIRE (autoimmune regulator) APECED  CTLA-4  FOXP3 (IPEX)  Fas (ALPS)  FasL (ALPS)  IL-2  FcγR  Complemento

fattori ambientali •  infezioni • ormoni • farmaci •  esposizione ad agenti fisici

Associazioni genetiche nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni

Proteine del maggior complesso di istocompatibilita’

Malattia autoimmune HLA associato Rischio Relativo1

Malattia di Addison DR3/DQ >6

Spondilite Anchilosante B27 >85

Diabete Mellito di tipo 1° DR3/DR4 – DQ2/DQ8 >6

Miastenia Grave DR3 >3

Artrite Reumatoide DR4 >4

Lupus Eritematoso Sistemico DR3 >6

1. Rischio relativo: incremento della frequenza di malattia in individui con determinato allele rispetto a quelli senza l’allele. Rischio relativo via via maggiore di 1 indica associazione sempre piu’ forte tra malattia e allele in questione.

Il possedere alleli del HLA con la capacita’ di legare efficacemente peptidi self di autoantigeni e’ alla base del riconoscimento delle proteine self

Associazione funzionale della posizione β57 del HLA-DQ con la capacita’ di presentazione del pocket 9 del HLA-DQ2/8 del

peptide 9-23 dell’insulina nel diabete di tipo 1A  Tutti i ceppi murini NOD che sviluppano diabete di tipo 1 condividono un MHC di classe II di tipo I-Ag7  L’equivalente nell’uomo del I-A e’ HLA-DQ.  Gli HLA-DQ2 ed –DQ8 associati con la suscettibilita’ al DM1, cosi’ come I-Ag7, condividono un atipico pocket 9 nel “peptide binding groove” che manca di un acido aspartico in posizione β57. Questo pocket favorisce il legame con peptidi che presentano carichi negativamente, come il peptide 9-23 dell’insulina e GAD, favorendo quindi la presentazione di peptidi antoantigenici.

Lee Nat Immunol 2001

AIRE. E’ una proteine espressa in particolare dalle cellule epiteliali midollari del timo, e regolara l'espressione ectopica proteine tessuto-specifiche, come l'insulina e la tireoglobulina. L'espressione di queste proteine permette di selezione negativa di cellule T autoreattive durante il loro sviluppo. L'assenza di questa proteina determina l’alterazione della tolleranza centrale e lo sviluppo della APECED (sindrome da poliendocrinopatia autoimmune – candidiasi - distrofia ectodermica). I pazienti con APECED di solito hanno candidosi mucocutanea cronica, nonché manifestazioni autoimmuni che più comunemente riguardano le ghiandole paratiroidi o surrenali e, in misura minore, la tiroide, il fegato e la pelle.

CTLA-4. E’ una proteina costimolatoria antagonista che spenge la risposta immunitaria. La variante con SNiP CT60 della zona non codificante nella regione 3’ del gene di CTLA-4 è responsabile di una ridotta espressione del RNA messaggero e di isoforme solubili di CTLA-4 cui si associano diverse malattie autoimmunitarie.

Associazioni genetiche nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni

Altri geni coinvolti nel controllo della tolleranza e della risposta immunitaria

Ruolo dei altri fattori nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni

 L’innesco della reazione autoimmunitaria e lo sviluppo della malattia autoimmune nascono dalla interazione tra fattori genetici ed ambientali. Sul background genetico del soggetto altri fattori (inclusi fattori ambientali) giocano un ruolo  Studi epidemiologici evidenziano che il rapporto tra uomini e donne che sviluppano malattie autoimmunitarie e’ di circa 5:1. Non e’ una osservazione assoluta ma presente in molte malattie autoimmuni. Questo suggerisce un ruolo degli estrogeni nella eziopatogenesi di diverse patologie autoimmuni. Ad esempio, la prolattina ha un effetto immunostimilatorio, in particolare sui linfociti T  Infezioni possono funzionare da innesco dell’autoimmunita’ per i meccanismi di mimica molecolare e/o infiammazione locale con abbattimento della tolleranza periferica a diversi antigeni tissutali.

Ruolo delle infezioni nell’innesco delle malattie autoimmuni

Ruolo delle infezioni nell’innesco delle malattie autoimmuni

Ruolo dei altri fattori nella eziopatogenesi delle malattie autoimmuni

 L’innesco della reazione autoimmunitaria e lo sviluppo della malattia autoimmune nascono dalla interazione tra fattori genetici ed ambientali. Sul background genetico del soggetto altri fattori (inclusi fattori ambientali) giocano un ruolo  Studi epidemiologici evidenziano che il rapporto tra uomini e donne che sviluppano malattie autoimmunitarie e’ di circa 5:1. Non e’ una osservazione assoluta ma presente in molte malattie autoimmuni. Questo suggerisce un ruolo degli estrogeni nella eziopatogenesi di diverse patologie autoimmuni. Ad esempio, la prolattina ha un effetto immunostimilatorio, in particolare sui linfociti T  Infezioni possono funzionare da innesco dell’autoimmunita’ per i meccanismi di mimica molecolare e/o infiammazione locale con abbattimento della tolleranza periferica a diversi antigeni tissutali.  Alcuni farmaci possono indurre malattia autoimmuni (da non confondersi con le reazioni avverse e la ipersensibilita’ al farmaco) come ad esempio la miastenia grave, il pemfigo, la glomerulonefrite e lo SLE successiva all’uso di D-penicellamine  L’esposizione a radiazioni ultraviolette (tipicamente nella forma di esposizione solare) che inducono infiammazione e danno tissutale a livello cutaneo, possono agire da effetto scatenante, piu’ che il meccanismo alla base dello sviluppo della risposta autoimmune, nello SLE.

Meccanismi immuno-patogenetici nelle malattie autoimmuni

Meccanismi immuno-patogenetici nelle malattie autoimmuni

Una vol ta innesca to i l processo autoimmune con rot tura del la to l leranza immunologica, i meccanismi che determinano il danno tissutale e/o funzionale nelle malttie autoimmuni sono riconducibili ai meccanismi di reazioni di ipersensibilita’ di tipo II, III e IV. Alcune malattie presentano piu’ di uno di questi meccanismi.

Autoanticorpi possono legarsi specificamente ad antigeni nel tessuto (A), o ci puo’ essere la deposizione di immunocomplessi nel circonocirculation (B). In entrambi i

casi, gli anticorpi depositati inducono infiammazione e danno tissutale,

Meccanismi immuno-patogenetici mediati da anticorpi nelle malattie autoimmuni

A.  Anticorpi possono opsonizzare cellule ed attivare il complemento generando altre opsonine derivate dai fattori compolementari, determinando la fagocitosi delle cellule mediata da recettori Fc o del C3.

B.  Anticorpi richiamano polimorfonucleati e tramite attivazione del complemento ed il r i l a s c i o d i f a t t o r i d a p a r t e d e i polimorfonucleati inducono danno tissutale

C.  Autoanticorpi specifici per recettori cellulari per ormoni o neurotrasmettitori possono stimolare l’attivita’ del recettore in assenza dell’ormone, o possono inibire il legame dell’ormone o del neurotrasmettitore al recettore determinando l’alterazione delle funzioni

Meccanismi immuno-patogenetici mediati da anticorpi nelle malattie autoimmuni

Nei meccanismi di di danno autoimmunitario mediato da linfociti T (sul modello della ipersensibilita’ di tipo IV) linfociti T CD4+ e/o CD8+ rispondono ad antigeni tissutali con la secrezione di citochine che stimolano il processo

infiammatorio ed attivano la fagocitosi (A), o rispondono ad antigeni di superficie (B). In entrambi I casi si ha induzione di danno tissutale

Meccanismi immuno-patogenetici mediati da linfociti T nelle malattie autoimmuni

Approcci terapeutici nelle malattie autoimmuni

Sommario delle strategie terapeutiche delle malattie autoimmuni

Ristabilimento della tolleranza periferica antigene -specifica

Re-induzione dell’anergia (es.: terapie peptidiche, es Copaxone)

Rimozione della costimolazione (es.: anticorpi anti-CD28)

Induzione di linfociti T inibitorie (es.: somministrazione

orale dell’antigene, es. insulina)

Uso di anti-infiammatori (es.: corticosteroidi)

Terapia sostitutiva (es.: tiroxina, insulina, ect)

Danno tissutale

Disfunzione dell’organo

Inibizione non specifica delle funzioni del linfocita T

(es.: farmaci citotossici Ciclosporina

corticosteroidi)

Sommario delle strategie terapeutiche delle malattie autoimmuni

1.Terapie standard •  Terapie sintomatiche: uso dell’insulina; ormoni tiroidei •  Terapie immunosoppressive: corticosteroidi, ciclofosfammide,

methotrexate (blocco proliferazione); ciclosporina, FK506 (trascrizione IL-2)

•  Terapie con citochine ed inibitori di citochine: IL-4>IFN-γ; uso di MoAbs chimerici anti TNF-α (infliximab) per RA; recettori solubili; blocco TNF/TNF-r (etanercept, TNFαr-IgG1).

2. Terapie con approcci sperimentali •  MoAbs e proteine di fusione per bloccare molecole accessorie: (MoAbs

anti CD-40 e anti CD40L; proteina CTLA-4-Ig) •  Ligandi peptidici alterati: cambiamenti dei peptidi (immunogenico/

tollerogenico) riconosciuti da TCR/MHC: •  Induzione della tolleranza (orale); es. EAE ed insulina (gia’ in uso

clinico od in fase avanzata di valutazione dei trials clinici) •  Trapianto di midollo osseo: per produrre cellule non aberranti •  Trapianti di sostituzione (DM1A): cellule beta “nascoste”

Modello di strategia terapeutica basata sulla induzione della tolleranza tramite somministrazione orale dell’antigene

Il trattamento orale con insulina al fine di indurre tolleranza mucosale in familiari di soggetti con DM1 che presentano autoanticorpi contro le isole pancreatiche determina un ritardo (in proiezione fino a 10 anni) della progressione a DM 1

Prevenzione del DM 1 basata sulla induzione della tolleranza tramite somministrazione orale dell’insulina

Eisenbarth GS. Ann NY Acad Sci 2008

Figure 20.25 Current treatments for arresting the pathological developments in autoimmune disease are given in blue boxes, and those that may become practicable in green boxes. Anti-

mitotic drugs are given in severe cases of SLE or chronic active hepatitis, and anti-inflammatory drugs are widely prescribed in rheumatoid arthritis. Organ-specific disorders (e.g. primary

myxedema) can be treated by supplying the defective component (e.g. thyroid hormone). When a live graft is necessary, immunosuppressive therapy can protect the tissue from damage.