L’IMMUNOTERAPIA SPECIFICA: NUOVE ACQUISIZIONI

Sebastiano Gangemi

U.O.C. e Scuola di Specializzazione in Allergologia e Immunologia Clinica

Università degli Studi di Messina

A.O.U.”Gaetano Martino”

PATTERN GENETICO

MALATTIE ATOPICHE

FATTORI MATERNI

IMPATTO AMBIENTALE

GENESI DELLE MALATTIE ATOPICHE

LinfocitaTh1

LinfocitaTh17

LinfocitaTh9

LinfocitaTh22

LinfocitaTh2

LinfocitaTregs

­ IL-35

­ Treg ¯ Th17

­ IL-35

Tolleranza materna verso il feto

Trofoblasto

TOLLERANZA MATERNO/FETALE

Apparato gastrointestinale – sistema immune

Lee YK, et al, Science 2010

I livelli di endotossine nella polvere domestica correlano inversamente con la sensibilizzazione allergenica Gereda JE et al. Lancet 2000

L’esposizione ad endotossine può esacerbare l’asma in soggetti con malattia già conclamata Braun-Farhlander C et al. NEJM 2002

In modelli murini è stato dimostrato che le endotossine sono protettive quando somministrate prima della sensibilizzazione allergica mentre esacerbano l’infiammazione bronchiale quando somministrate in animali sensibili

IPOTESI IGIENICA

Hygiene Hypothesi

s

Ipotesi igienica (tradizionale)Le infezioni rafforzano la risposta Th1. Miglioramento delle condizioni igieniche, vaccinazioni e stile di vita “occidentale” hanno portato alla riduzione delle comuni infezioni, favorendo lo switch Th1>Th2. Le allergie, pertanto, sono aumentate

EFFICACIA ITS metanalisiNel periodo di trattamento con ITS:

- riduzione dello score sintomatologico - riduzione dell’uso di farmaci sintomatici - riduzione della reattività specifica d’organoa partire da: Abramson MJ et al. Cochrane Database Syst Rev 2003

ALTRE AZIONI DELL’ITS

PREVENTION OF NEW SENSITIZATION IN MONOSENSITIZED SUBJECTS SUBMITTED TO SPECIFIC IMMUNOTHERAPY OR NOT

A RETROSPECTIVE STUDYF.Purello D’Ambrosio, S. Gangemi, R.A. Merendino et al.

Clin. Exp. Allergy 2001 Aug; 31(8): 1295-1302

• efficacia a lungo termine che persiste per anni dopo la sospensione del vaccino Durham SR et al. N Engl J Med. 1999

• prevenzione dell’insorgenza di asma Moller C et al. JACI 2002

AZIONI DELL’ITS SULLA FLOGOSI ALLERGICA

• Concentrazione sierica di anticorpi di varie classi e sottoclassi (IgE, IgG4, IgG1, IgA)

Cellule effettrici e regolatorie: - Eosinofili - Mastociti - Basofili - Linfociti T e B - C. Dendritiche

MODIFICAZIONI IgE

• Inizio ITS: incremento IgE specifiche (effetto “booster”)

• Dopo 6 mesi: rinormalizzazione valori IgE specifiche

• Dopo periodo > 1 anno: calo (non sempre presente) delle IgE specifiche

Questo meccanismo ha perso di considerazione negli ultimi anni perché la riduzione delle IgE è tardiva, contenuta e non sempre presente

MODIFICAZIONI IgG

• I fase: incremento dei livelli di tutte le sottoclassi• II fase: riduzione delle IgG2, IgG3 ed aumento dei

livelli delle IgG4 specifiche ed in parte delle IgG1

L’incremento dei livelli sierici di IgG4 (“Ab bloccanti”) è correlato con il miglioramento clinico

Wachholz PA, et al. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2004

L’incremento dei livelli sierici di IgG4 (“Ab bloccanti”) :

- è soprattutto IL-10-dipendente - blocca il rilascio di istamina allergene-dipendente ed IgE-indotto dai basofili - ­IgG4 per il veleno di imenotteri correla con la protezione da successive punture Nouri-Aria KT et al. J Immunol. 2004 Muller UR et al. Allergy 1989

MODIFICAZIONI IgA

• Nei soggetti sani la risposta immune a Der p1 provoca l’incremento dei livelli di IgA specifiche (insieme alle IgG4 e meno alle IgG1)

• dopo ITS con acari della polvere si osserva un aumento dei livelli di IgA specifiche (con IgG4 e IgG1)

• e’ il TGF-beta ad indurre la produzione di IgA (prodotto soprattutto dalle cosiddette cellule Th3)

Jutel M et al. Eur J Immunol 2003

Grass pollen immunotherapy inhibits seasonal increases in basophils in the nasal epithelium Wilson et al.Clin Exp All 2001

Dopo ITS: decremento della migrazione transepiteliale delle mastcellule durante la rinite solo nei pazienti responders al trattamento-la loro riduzione è proporzionale al miglioramento dei parametri cliniciIn modelli murini, l’iniezione sottocutanea di peptidi allergenici down-regola le risposte delle mast-cellule Bentley AM et al. J ACI 1992; Treter S et al. Cell Immunol 2003Dopo ITS: minore incremento del numero di eosinofili nel liquido di lavaggio nasale dopo test di scatenamento nasale e la riduzione del numero di eosinofili proporzionale alla dose di mantenimento raggiunta

- minore incremento della reattività bronchiale all’istamina e del numero di eosinofili ed ECP nel BAL durante il picco pollinico nei pollinosici L’ITS previene il priming della adesione eosinofila durante la stagione pollinica negli asmatici allergici alla betulla Furin MJ et al. JACI 1991; Rak S et al. JACI 1988; Hakansson et al. JACI 1997

Basofili, mastcellule, eosinofili

Uncommitted(naive) CD4+ T helper cells

Th1

Th2

Th17

Thnaive

IL-12TGF-g

IL-4

TGF-b

IL-6TGF-b

TNF-aIFN-g

IL-4 IL-5IL-13

IL-17 IL-22IL-21

IL-10TGF-b

TregCD4+CD2

5+

TregTr1 Th3

STAT-4

STAT-6

T-bet

GATA-3

Foxp3

RORgt

Korn T et al. Nature 2007 Nurieva R et al. Nature 2007 Afzali B et al. Clin Exp Immunol 2007

cell-cell contact

T helper cell commitment towards specific lineages

IL-23

induction

induction

induction

induction

Proliferationcytokine production

IL-21 Th17 Autocrine regulation

Th17

T naive

IL-6 IL-21

TGF-b

TGF-bIL-23

IL-23R

STAT3

RORgt

Nucleo

IL-17,IL-17F,IL-6, IL-22,IL-21,TNF-a

differenziazione

Fibroblasti, macrofagi, c.endoteliali/epiteliali

mediatori infiammatori rilascio di chemochine Neutrofi

li

Batteri Extracellulari

malattie Autoimmuni

Nucleo

Kaiko GE et al, Immunology 2007

Polarizzazione e funzioni delle

TH17

Th17

Th17 sono caratterizzate dall’espressione di: IL-17 (IL-17A), IL-17F, IL-6 TNF-a, IL-22, IL-21

Le Th17 giocano un ruolo chiave nell’infiammazione e nell’autoimmunità: sono state associate all’asma, AR, LES, reazione di rigetto ai trapianti

Th17 nell’asma allergica

L’espressione di IL-17 aumenta dopo challenge allergenico La sua concentrazione è elevata nel polmone e nel sangue dei pazienti allergici ed è legata alla severità dei sintomi

Le Th17 hanno azioni regolatorie ed inibitrici nell’asma conclamato inibendo TARC su DCs, (che ha un ruolo nelle risposte Th2), IL-5, eotassina, reclutamento degli eosinofili nell’asma

TH17, caratteristiche e rapporti con le allergie

Th22

T naive

IL-6 TNF-a

FGF-R

BNC2/FOXO4

Nucleo

differenziazione

Nucleo

Eyerich S et al, J Clin Invest Dec 2009

Polarizzazione delle

TH22

PDGF-R

CCL7FGF5

FGF1

CCL15

IL-22 TNF-a IL-10

Th9

T naive

IL-4 TGF-b

Nucleo

differenziazione

Nucleo

Soroosh P et al, Immunology 2009

Polarizzazione delle

TH9

IL-9 IL-10

IFN-g

inibizione

GATA?

SUBSET CITOCHINICO ATOPICI

Atopici: prevalenza subset Th2(secrezione

prevalente di IL-4, IL-5, IL-9, IL-13)

Romagnani S. et al. JACI 2000

Negli ultimi anni è stato osservato che anche le cellule Th1 hanno un ruolo importante nel corso delle malattie atopiche, agendo insieme alle Th2 nel mantenimento della flogosi allergica cronica

Ngoc PL et al.Curr Opin Allergy Clin Immunol 2005

Norman PS, J Allergy Clin Immunol 2004

ITS: DEVIAZIONE IMMUNE Th2 Th1

Dopo challenge allergenico nasale, i pazienti trattati con ITS mostrano un incremento nelle cellule esprimenti mRNA per IFN-gamma Durham SR et al., JACI 1996

Studi su pazienti trattati con ITS per Graminacee hanno mostrato che dopo test di scatenamento incrementano le cellule IL-12 mRNA+ Hamid Q et al., JACI 1997

Allergy Asthma Proc 2003 May-June; 24 (3): 179-183

Pazienti: 16 pz. affetti da rinite allergica valutati prima e dopo 4 anni di ITS - 16 HD; Metodi Dosaggio in ELISA di IL-18 e CD30 sieriche; Risultati IL-18: rinitici (pre-ITS) < HD; CD30: rinitici (pre-ITS) > HD Effetto ITS sui rinitici:­ IL-18; ¯ CD30

Specific Immunotherapy effect on interleukin-18 and CD30 serum levels in monosensitized patients with rhinitisAriano R., Merendino R.A., Minciullo P.L., Salpietro C.D. and Gangemi S.

ITS ED ANERGIA Th2• L’ITS per Graminacee induce una riduzione della risposta

proliferativa dei cloni Th-specifici verso una specifico allergene (Rye-1 o Phl-p1) Ebner C et al., Clin Exp Allergy 1997

• L’ITS per veleno d’ape induce in 2 mesi anergia dei cloni Th verso la fosfolipasi A2 con soppressione del rilascio citochinico e dell’attività proliferativa

• Contemporaneamente all’incremento dell’anergia si osserva aumento dei livelli di IL-10. L’aggiunta di Ab-anti-IL-10 ripristina le risposte Th2 specifiche

• IL-10 inibisce il segnale costimolatorio CD28, sopprime la sintesi di IgE e stimola quella di IgG4

Akdis CA et al., Allergy 1999

Akdis CA et al., Clin Exp All Rev 2004

T-regulatory cells (Tregs)La tolleranza periferica T-cellulare è un processo immunologico dimostrato nell’autoimmunità, nel cancro, nelle infezioni, nei trapianti e nelle allergie.E’ stata individuata una famiglia eterogenea di cellule T ad attività regolatoria (Treg) che giocano un ruolo chiave nella tolleranza periferica. Si tratta di popolazioni di cellule T sia naturali che inducibili diverse tra loro nello sviluppo, specificità, meccanismi d’azione. Bluestone JA et al. Nat Rev Immunol 2003Subsets of regulatory T cells: CD4+CD25+Treg, Tr1, Th3,

CD8+CD25+CD28-Treg, CD4-CD8-Treg, TCR­gammadeltaTreg

Suppressive factors involved in pheripheral tolerance to allergensIL-10, TGF-beta, CTLA-4, GITR, PD-1, HR2

Jutel et al., Allergy 2006

CD4+CD25+Treg cellsOriginano dal timo, esprimono FOXP3, GITR, CD103 e CD122 ed agiscono mediante meccanismi da contatto che coinvolgono CTLA-4, TGF-beta di membrana e PD-1, anche se rilasciano citochine (IL-10 e TGF-b) Prevengono risposte patologiche verso antigeni self e not self ed i fenomeni autoimmuni; la loro deplezione porta allo sviluppo di malattie autoimmuni nei topi; nell’uomo la loro presenza è ridotta nelle malattie autoimmuni; sopprimono le risposte immuni ai tumori Read S et al. J Immunol 2006 Shimizu J Nat Immunol 2002 Bluestone JA et al. Nat Rev Immunol 2003Peptidi sintetici di Bet v1 stimolano “in vitro” diversi cloni di T CD4+ Bet v1-specifici. Tra questi alcuni hanno una chiara azione Treg (esprimono FOXP3, GITR, CD25) Tale soppressione richiede il contatto cellula-cellula mentre non è necessaria la mediazione di IL-10 e TGF-beta

Recenti studi mostrano che dopo ITS è presente un incremento di queste cellule in una parte dei pazienti trattati

Nagato T et al. J Immunol 2007

Mamessier E et al. Clin Exp Allergy 2006

Tr1 cellsSono coinvolte nella tolleranza periferica T-cellulare essendo capaci di re-direzionare una risposta immune inappropriata verso allergeni o autoantigeni. Possono essere indotte dalla presenza di IL-10 prodotta da cellule dendritiche immature ed utilizzano vari meccanismi soppressivi, primi tra tutti la produzione di IL-10 ed in minor misura di TGF-beta Taylor A et al., Immunology 2006; Levings MK et al., Blood 2005

Dati recenti mostrano che la soppressione T periferica può essere indotta durante l’ITS e nel corso di una normale risposta immune verso allergeni mucosali dalla produzione di IL-10 Jutel et al. Eur J Immunol 2003

Sono caratterizzate da una prevalente produzione di TGF-beta e da una minore produzione di IL-10 dopo attivazione con determinati allergeniLa produzione di TGF-beta induce un incremento di IgA e dà una spiegazione del ruolo di queste cellule nel contesto dell’immunità periferica mucosale verso gli allergeni nei soggetti sani e di uno dei probabili meccanismi dell’ITS a livello mucosale Jutel et al. Eur J Immunol 2003

Sonoda E et al., J Exp Med 1989

Th3 cells

CD80

CD86

CD40

APC T cellCTLA-4 (CD152)

CD28

CD40L (CD154)

Treg

Inhibition

Inhibition

Azioni favorevoli

Omeostasi comparto T cell

Prevenzione Autoimmunità

Tolleranza ai trapianti

Prevenzione GVHD

Prevenzione allergie

Azioni sfavorevoli

Down-regulation delle risposte immuni ai tumori

Down-regulation delle risposte immuni alle infezioni

modificato da Nat Reviews

Regulatory B cells

NKT cellsCD8+Treg

TGF-b

Attivazione

EffectorT cells Th1/2

cells

IL-10

Apoptosi Regolazione bilancia citochine

T CD4+

Riduzione attivazione CD4 per via diretta o tramite Dc

Inibizione presentazione ag

e cascata infiammatoria

IgG/IgA

IL-10-producing regulatory B cells Neutralizzazio

ne di fattori solubili dannosi

Soppressione attivazione di Dc/macrofagi

Aumento clearance di cellule

apoptotiche (sorgenti di auto-

Ag)

Mizoguchi A, et al. J Immunol 2006

CD1d

DC

LE LIPOXINE (LX)• Eicosanoidi derivati dalla lipossigenasi dotati di potente attività

antiinfiammatoria ed azione vasodilatatoria che si generano a seguito della cooperazione tra la 5-lipossigenasi ed una tra la 12- e la 15-LO

• Si formano in vitro ed in vivo a seguito del verificarsi di numerose condizioni e contribuiscono alla risoluzione dell’infiammazione anche stimolando la fagocitosi dei neutrofili apoptosici

• LXA4 è fisiologicamente escreta con le urine ed è possibile dosarla dopo metodiche di purificazione

• Sono implicate in molti processi fisiopatologici (per esempio: esercizio fisico, invecchiamento)

Gangemi S., Luciotti G., D'Urbano E., Mallamace A., Santoro D., Bellinghieri G., Davì G., Romano R.Physical exercise increases urinary excretion of lipoxin A4 and related compounds.J Appl Physiol. 2003 Jun; 94(6): 2237-2240

Romano M, Luciotti G, Gangemi S., Marinucci F., Prontera M, D' Urbano E, Davì GUrinary excretion of LXA4 and related compounds: development of new extraction techniques for lipoxinsLab Invest, 2002;82:1253-1254

Gangemi S., Pescara L., D’urbano E., Basile G., Nicita-mauro V., Davì G., Romano M.Aging is characterized by a profound reduction in anti-inflammatory lipoxin A4 levels Exp Gerontol, 2005; 40(7):612-614

Urinary iLXA4 levels in 13 patients subjected to ultrarush VIT. Urinary samples were collected at baseline and at the end of the ultrarush protocol.

Gangemi S., Patella V., Cianci E., Saitta S., Lattanzio S., Florio G., Romano M Ultrarush venom immunotherapy triggers the lipoxin A4 inflammation resolution pathway. Ann Allergy Asthma Immunol. 2012 Sep;109(3):226-7

Baseline iLXA4 levels in patients with sIgE/tIgE ratio < 0.05 (group A) and > 0.05 (group B).

Gangemi S., Patella V., Cianci E., Saitta S., Lattanzio S., Florio G., Romano M Ultrarush venom immunotherapy triggers the lipoxin A4 inflammation resolution pathway. Ann Allergy Asthma Immunol. 2012 Sep;109(3):226-7

Correlation between basal iLXA4 levels and sIgE/tIgE ratio in all patients(rho = -0.60; P= 0.028, Spearman rank correlation test).

Gangemi S., Patella V., Cianci E., Saitta S., Lattanzio S., Florio G., Romano M Ultrarush venom immunotherapy triggers the lipoxin A4 inflammation resolution pathway. Ann Allergy Asthma Immunol. 2012 Sep;109(3):226-7

Correlation between basal iLXA4 levels and SAR in patients from group B(rho = -0.83; P = 0.039, Spearman rank correlation test).

Gangemi S., Patella V., Cianci E., Saitta S., Lattanzio S., Florio G., Romano M Ultrarush venom immunotherapy triggers the lipoxin A4 inflammation resolution pathway. Ann Allergy Asthma Immunol. 2012 Sep;109(3):226-7

Allergen immunotherapy decreases LPS-induced NF-κB activation in neutrophils from allergic patients

Le ultime evidenze mostrano, soprattutto in alcune popolazioni di pollinosici, un importante coinvolgimento dei neutrofili

Metodi: Venivano confrontati i neutrofili di pollinosici trattati con ITS, pollinosici non trattati e soggetti sani dopo stimolazione con LPS attraverso l’attivazione di NF-kB ed il rilascio di IL-8 e TXA2

Risultati: 1) c’era una correlazione positiva tra i sintomi e l’attivazione di NF-kB sui neutrofili; 2) l’ITS riduceva l’attivazione di NF-kB rispetto ai non trattati; 3) il rilascio di IL-8 e TXA2 era significativamente minore nei neutrofili dei pazienti tratti con ITS rispetto ai non trattati

Ventura I et al. Pediatr Allergy Immunol 2013 Oct 7

ITS: RIDUZIONE DELL’ESPRESSIONE DI RECETTORI CHEMOCHINICI SUI LINFOCITI T CD4+ CIRCOLANTI

Le T helper sono soggette a reclutamento selettivo a causa della presenza di recettori per determinate chemochine sulla loro superficie, specie in presenza di infiammazione allergica.

Alcuni di questi recettori (es. CXCR1) sono molto meno espressi sulle cellule T CD4+ circolanti di pazienti sottoposti ad ITS rispetto a quelli di pazienti non trattati con la stessa terapia Francis JN et al. J Immunology 2004I pazienti atopici hanno un incremento significativo di cellule T CD4+ circolanti esprimenti CCR3 (rec. per chemochine tipico delle Th2) rispetto ai controlli sani. L’ITS riduce molto l’espressione di questo recettore a valori comparabili ai soggetti sani Francis JN et al. Allergy 2007Minciullo P.L., Patafi M., Giannetto L., Merendino R. A., Di Pasquale G., Morabito F., Pacchiano E., Ferlazzo B., De Luca

G., Gangemi S.The CX3C-chemokine fractalkine (CX3CL1) is detectable in serum of

patients affected by allergic rhinitis and/or asthmaEuropean Journal of Inflammation 2005; 3: 149-152

MECCANISMI ITS PER VIA MUCOSALEGli studi di farmacocinetica effettuati sugli allergeni somministrati per queste vie hanno mostrato:

Lunga persistenza dell’allergene a livello mucosale

ImmunoterapiaLocale (mucosale)

Durante la permanenza degli Ag nella mucosa:

L’allergene viene catturato nella mucosa orale dalle Cellule Dendridiche che esprimono recettori per le IgE ad alta affinità e producono IL-10 e TGF-beta. Queste cellule possono indurre uno stato di tolleranza, attraverso il rilascio di tali citochine, influenzando il “priming” dei linfociti “naive” Moingeon et al. Allergy 2006

Ricircolazione linfocitaria

Adsorbimento allergeni

ImmunoterapiaSistemica

4 sett.

52 sett.

­ mRNA Treg

¯ mRNA Th1 (IFN-gamma) - Th2 (IL-4)

(Tolleranza allergene-specifica T-cellulare)

SLIT Betulla

LA SLIT MODULA LA RISPOSTA T ALLERGENE-SPECIFICA MEDIANTE

MECCANISMI DIVERSI A SECONDA DELLA FASE DEL TRATTAMENTO

Bohle B. et al. JACI 2007

­ FoxP3

­ IL-10

­ mRNA Th1 (IFN-gamma)

¯ mRNA Th2 (IL-4)-Treg (FoxP3-IL-10)

(Deviazione immune Th2 Th1)

PROSPETTIVE FUTURE

• Liposomi

• Peptidi della molecola allergenica

• Allergeni ricombinanti

• ITS potenziata con sequenze di DNA• Adiuvanti• Nuove vie di somministrazione

Nuove forme di ITS sono in fase di studio o di iniziale impiego clinico, tese a migliorare l’efficacia e la sicurezza d’i impiego

Naive T cell

Th1

Th2

CD28

TCR

CD80/CD86

MHC -II

PAMP

Toll

PRR

Ag. patogeno

da Medzhitov R, Nature Rev Immunol 1,135,2001

ITS POTENZIATA CON SEQUENZE DI DNAAlcune sequenze di DNA batterico (Immunostimulatory

Oligodenucleotides o ISS-ODN) riconosciute dal TLR 9 sulle APC, inducono una risposta Th1

IL-12

Dendritic cell Ag

Quando impiegate come adiuvanti insieme alle molecole allergeniche, possono potenziare l’efficacia dell’ITS favorendo una risposta Th1 e sembrerebbero avere maggiore efficacia clinica a lungo termine

Creticos PS et al. N Engl J Med. 2006 OctHemmi A et al. Nature, 2000Simons FE et al. JACI, 2004

Amb a 1

ISS

ISS

ISS

ISS

ITS POTENZIATA CON SEQUENZE DI DNA

pre-trattate con Vit.D

ADIUVANTI INCREMENTANO L’EFFICACIA DELLA SLIT CON MECCANISMI DIVERSI

Van Overtvelt L. et al. Int Arch Allergy Immunol 2008

Vit.D3

Lactobac. plantarum

Dc

Dc pre-trattate con L.plantarum

T CD4+ naive

T CD4+ naive

Dc

Dc Treg

Th1

Vit.D3

Dc Dc reg TregTnaive

­­efficacia SLIT

BALB/C mice OVA-sensibili

ITS+ Vit.D3

La Vit.D3 ­ l’efficacia dell’ITS mediante IL-10 e TGF-bQuesta azione viene abrogata dall’aggiunta di Ab anti-IL-10 e anti-TGF-b

Taher YA et al. J Immunol 2008

Nuove vie di somministrazione

• L’epidermide è un tessuto non vascolarizzato a più strati

• L’epidermide contiene un elevato numero di cellule di Langerhans presentanti l’antigene

Senti G et al. Allegy 2011

Via Intralinfatica (ILIT)

• Questa via porta ad una rapida traslocazione intracellulare dell’allergene che riduce il cross-linking di IgE sui mastociti

• Induce rapide risposte T-regolatorie che correlano con l’incremento delle IgG4 specifiche e quello di IL-10

Hilander T et al. JACI 2013 Senti G et al. JACI 2012

Via Epicutanea (EPIT)

CONCLUSIONI

• La patogenesi delle allergie coinvolge tutte le cellule del Sistema Immune con la contemporanea cooperazione di più meccanismi

• Ruolo centrale delle alterazioni della tolleranza periferica nei soggetti atopici

• L’ITS agisce attraverso un network di modificazioni delle risposte immunologiche cellulari e umorali

• Maggiori conoscenze sulla flogosi allergica potranno fornire nuovi target e strategie terapeutiche per la cura delle patologie allergiche