immunità innata e immunità acquisita
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Sistema immunitario
Immunità innata e immunità
acquisita
Interazione tra sistemi di difesa immunità
innata immunità adattativa
Cellule implicate nella risposta immunitaria
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Schema generale della risposta
immunitaria
I patogeni sono distrutti attraverso tre meccanismi: 1) immunità non
specifica o innata 2) immunità anticorpo-mediata 3) immunità cellulo-
mediata.
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Immunità innata
• Meccanismi di difesa antigene-non specifici che l’ospite utilizza immediatamente o entro poche ore dopo l’esposizione di qualsiasi antigene e rappresenta la risposta iniziale dell’organismo per eliminare microbi e prevenire l’infezione e coinvolge:
1. Cellule fagocitiche (neutrofili, monociti e macrofagi)
2. Cellule che rilasciano mediatori dell’infiammazione (basofili, mast cells, eosinofili)
3. Cellule natural killer (NK cells)
4. Proteine del complemento, proteine della fase acuta e citochine
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Immunità acquisita
• Meccanismi di difesa antigene–specifici che iniziano a proteggere dopo diversi giorni e reagiscono con uno specifico antigene e coinvolge:
1. Cellule presentanti l’antigene (APC) come macrofagi e cellule dendritiche
2. L’attivazione e la proliferazione di linfociti-B antigeni specifici
3. L’attivazione e la proliferazione di linfociti-T antigeni specifici
4. La produzione di molecole anticorpali (immunità anticorpo specifica), linfociti-Tcitotossici (CTLs) (immunità cellulo mediata) e citochine
Immunità innata
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Barriere anatomiche
• La pelle è secca, acida
ed ha una temperatura
al di sotto dei 37 °C
non consente la
crescita batterica.
• Le mucose sono una
barriera fisica e
contengono diversi
enzimi come il lisozima,
la lactoferrina e le
lattoperossidasi
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La rimozione meccanica
• Processo che serve per
l’eliminazione dei microbi
dal corpo e include
• Muco e ciglia
• Tosse e starnuti
• Vomito e diarrea
• Fluidi biologici
Flora microbica residente
Circa 3x1014 batteri e altri microrganismi
Inibisce la colonizzazione
dei patogeni con:
1) La produzione di
metaboliti che inibiscono la
crescita di molti patogeni
2) Aderiscono alle cellule
dell’ospite prevenendo la
colonizzazione di
microrganismi patogeni
3) Utilizzano nutrienti
essenziali per la crescita
dei patogeni
4) Stimolano in modo non
specifico il sistema
immunitario
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Produzione di molecole
antimicrobiche
• Acido idrocloridico
• Lisozima
• Beta difensine umane piccoli peptidi
presenti nel plasma e nelle mucose
• Acidi grassi e acido lattico
• Lattoferrina e tranferrina
• Citochine
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Citochine
• Proteine solubili a basso peso molecolare sono prodotte in risposta ad un antigene e funzionano come messaggeri chimici per la regolazione della risposta naturale e acquisita. Ci sono tre categorie di citochine:
1. Regolano la risposta immune innata
2. Regolano la risposta immune acquisita
3. Citochine che stimolano l’ematopoiesi
• Promuovono e controllano principalmente la risposta infiammatoria
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Tipi di citochine
• Tumor necrosis factor-alpha (TNFα) interviene nell’infiammazione, in eccesso è la principale causa di complicazioni sistemiche
• Interleuchina 1 (IL-1) funzione simile al TNFα
• Chemochine permettono la migrazione dei leucociti dal sangue al sito d’infezione
• Interleuchina 12 (IL-12) è il primo mediatore della risposta immune innata ed induttore della risposta cellulo-mediata
• Interferon (α,β,γ) prodotto dalle cellule infettate dai virus, blocca la replicazione virale ed attiva la risposta immunitaria.
• Interleuchina -6 (IL-6) stimola il fegato a produrre particolari proteine che stimolano la proliferazione dei linfociti B e aumenta la stimolazione dei neutrofili
• Interleuchina 10 (IL10) inibisce la produzione di IL12 ed è prodotta dai macrofagi
• Interleuchina 15 (IL15) stimola le cellule NK a proliferare
• Interleuchina 18 (IL18) stimola la proliferazione di interferon
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Il sistema del complemento
Nove proteine presenti nel sangue
componente solubile dell’immunità
innata
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Complemento
• Vari modi di attivazione del complemento
1. Via classica è attivata dal complesso antigene- anticorpo
2. Via delle lectine attivata dall’interazione con i carboidrati microbici con proteine che legano il mannosio
3. Via alternativa è attivata dal legame C3 alle superficie microbica e le molecole anticorpali
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Attivazione del complemento per
via classica
Complesso antigene- anticorpo
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Assemblaggio di C1
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Formazione di C3 convertasi
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Clivaggio di C3 e formazione di C5
convertasi
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Complesso del MAC
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Attivazione della via delle lectine
Interazione dei carboidrati microbici con proteine MBP
(Mannan binding protein) equivalente a C1q. Primi enzimi della
via delle lectine MASP1 MASP2.
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Attivazione della via alternativa del
complemento
Legame di C3b alla superficie microbica o alle IgG. Una proteina fattore B silega al complesso C3b. Un fattore D divide il fattore B in due porzioni Bb eBa. Una proteina serica la properdina si lega alla porzione Bb e funzionacome una C3 convertasi in grado di dividere enzimaticamente centinaia dimolecole C3 in C3a e C3b
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Azione antivirale dell’interferon
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Interferon
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Cellule di difesa presenti nei tessuti
• Macrofagi (APC) derivano dai monociti e svolgono molte funzioni nel difendere l’organismo
1. Uccidono i microbi, le cellule infette e le cellule tumorali con la fagocitosi
2. Processano l’antigene per essere riconosciuto dai linfociti T durante la risposta immune acquisita
3. Rilasciano proteine chiamate citochine
Attivazione dei macrofagi
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Cellule dendritiche (APC)
• Derivano dai monociti,
localizzate sull’epitelio della
pelle, del tratto respiratorio e
dell’intestino. Dopo aver preso
l’antigene per pinocitosi o
fagocitosi(cellule dendritiche
immature) si attivano e
rilasciano citochine processano
l’antigene e lo espongono sulla
superficie diventando cellule
presentanti l’antigene.
Natural killer NK
• Sono un gruppo di linfociti distinti dai
linfociti B e T, sono linfociti che hanno
perso i recettori B e T e servono ad
uccidere cellule mutanti e cellule
infettate dai virus, non producono IL2,
non hanno memoria.
• Sono attivati da IFN-α, TNF-α, IL-2,
IL5.
• Contengono perforine e granzimi
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Riconoscimento mediante
PAMP dei recettori• L’organismo riconosce alcune molecole dei microrganismi (PAMP) che non
sono associate con le cellule umane circa 1000 e includono:
1. Lipopolisaccaride (Gram-)
2. Peptidoglicano (Gram +)
3. Acido lipoteicoico
4. Glicani ricchi di mannosio
5. Flagellina
6. Pilina
7. Acidi nucleici batterici e virali
8. N-formilmetionina
9. Doppio filamento di RNA
10. Acidi lipoteicoici, glicolipidi e zimosan
11. Fosforilcoline e altri lipidi
• Per riconoscere queste molecole microbiche le cellule fagocitiche hanno sulla loro superficie molti recettori capaci di legarsi specificamente a queste molecole (Toll like receptor)
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Toll-like receptor
Lipopeptidi
batterici
Acido lipoteicoico
zimosan
LPS
flagellina
dRNA
usRNA
CGDNA
sRNA
Riconoscimento dei profili molecolari
associati ai patogeni
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Vari tipi di recettori
• Esistono due classi di recettori che si
legano alle molecole dei microrganismi
patogeni
1. Recettori che regolano il rilascio di
citochine
2. Recettori endocitici che stimolano la
fagocitosi
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Recettori superficiali che regolano il
rilascio di citochine (TLRs)
Induzione della risposta infiammatoria
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I recettori per i profili molecolari associati ai patogeni ed i segnali di
pericolo attivano la risposta infiammatoria con la produzione di
citochine stimolando la risposta innata e la risposta adattativa.
Diapedesi in risposta ai segnali
infiammatori
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TNFα e chemochine attivano adesione sulla superficie cellulare
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Prima dell’infezione
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Durante l’infezione
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Recettori endocitici che stimolano
la fagocitosi
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Fagocitosi
• L’infezione stimola le mast
cells e i basofili a rilasciare
sostanze vasodilatatrici per
iniziare la risposta
infiammatoria. Un risultato
della vasodilatazione e
l’aumento della permeabilità
capillare permette alle cellule
fagocitiche di raggiungere il
sito d’infezione.
Fagocitosi
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Sostanze antibatteriche
contenute nei fagolisosomi.
Composti ossidativi,
composti non ossidativi e
proteasi.
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La risposta infiammatoria costituisce il nostro principale
sistema di difesa innato ed è innescata da qualsiasi danno
ai tessuti
Attivazione da parte dei batteri
dell’infiammazione
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Le cellule dendritiche attivano la risposta
immunitaria
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Le CD immature
internalizzano antigeni
mediante TLR,
diventando mature
rilasciano citochine si
spostano verso i
linfonodi ed up-
regolano il MHC ed
attivano la risposta
immunitaria specifica
Immunità acquisita
Immunità umorale
Immunità cellulo-mediata
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Antigene
• Antigene è definito come una sostanza in grado di reagire con le molecole anticorpali e con i recettori presenti sui linfociti.
• Un immunogeno è un antigene che viene riconosciuto dall’organismo come nonself e stimola una risposta immunitaria
• Per essere immunogeno un antigene deve possedere tre caratteristiche
1 avere un alto peso molecolare
2 avere una complessa struttura chimica
3 essere riconosciuto come estraneo dall’organismo
Epitopi di un antigene
Porzione di antigene che reagisce con i recettori presenti sui
linfociti o con gli anticorpi.
Molti epitopi ma poco specifici
Molti epitopi con differente specificità
Cellule coinvolte nell’immunità
acquisita
• Macrofagi
• Cellule dendritiche
• Linfociti B
• Linfociti T
• Cellule NK
Linfociti B
• Ogni linfocita B diventa geneticamente programmato a produrre molecole anticorpali specifiche
• nell’organismo ci sono circa 107-109 cloni diversi di linfociti B, ognuno con un unico recettore
• Molecole identiche agli anticorpi sono presenti sulla superficie dei linfociti B che possono funzionare come recettori in grado di legare specifici epitopi.
• Questi recettori prendono il nome di immunoglobuline di superficie (sIg)
Recettori Linfociti B
Quando sono attivati producono anticorpi o immunoglobuline, la porzione Fab è
specifica e si lega all’epitopo presente sull’antigene mentre la porzione Fc è
costante e determina l’attività biologica dell’anticorpo e si lega alla membrana
citoplasmatica del linfocita B
Linfociti T
• Sono prodotti nel midollo osseo e richiedono
l’interazione con il Timo per la loro maturazione
• Ogni linfociti T diventa geneticamente
programmato a produrre recettori TCR specifici
• Nell’organismo ci sono circa 107 -109 differenti
cloni di linfociti T
• Possono presentare sulla loro superficie sia
recettori TCR che corecettori CD4 e CD8 che
incrementano l’attivazione delle cellule T.
Linfocita T
Svolgono due funzioni principali:
1. Controllano, attivano e sopprimono la
risposta immunitaria e infiammatoria mediante
interazioni cellula-cellula e rilascio di citochine.
2. Uccidono direttamente cellule infettate da virus,
cellule estranee e cellule tumorali.
Esprimono sulla superficie un recettore per
l’antigene (TCR) e se ne distinguono 3 tipi .
Linfociti T con recettore CD4, CD8 e TCR α/β
Recettori linfociti T (TCRs)
Possono solo riconoscere epitopi peptidici presentati da
speciali molecole chiamate MHC
Recettori B e T
Linfociti T4 e T8
Recettori presenti sui linfociti T
e B
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Produzione di molecole co-stimolatorie
per attivare i linfociti T
L’attivazione dei linfociti T richiede molecole costimolatorie come CD40 e B7
che sono sintetizzate solo quando sul TLR si lega il patogeno.
Attivazione delle risposte T cellulari
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Molecole MHC (Maggiore complesso di
istocompatibilità)
• Esistono 2 molecole MHC-I e MHC-II
• MHC-I è presente su tutte le cellule nucleate dell’organismo e lega epitopi di antigeni endogeni. Antigeni endogeni sono proteine trovate nel citoplasma delle cellule umane ed includono:
1. Proteine virali prodotte durante la replicazione
2. Proteine prodotte da batteri intracellulari durante la loro replicazione
3. Antigeni tumorali prodotti da cellule tumorali.
Riconosce essenzialmente linfociti T con recettore CD8
Recettore MHC-I
Legame antigene endogeno e
MHC-I
MHC-I
Riconoscimento da parte del recettore
complementare TCR CD8 dei linfociti T8 del
complesso MHCI/peptide
Attivazione dell’immunità cellulo-mediata
Il recettore TCR
riconosce l’antigene
peptidico mentre il
corecettore CD8
riconosce la molecola
del complesso MHCI
Molecole MHC-II
• Sono presenti principalmente sulle cellule
APC inclusi macrofagi, cellule dendritiche
e linfociti B.
• Si lega agli epitopi proteici delle antigeni
esogeni, antigeni che entrano dall’esterno
nell’organismo come batteri, funghi
protozoi e virus
Recettore MHC-II
Legame antigene esogeno con
MHCII
Legame dell’antigene esogeno con
MHCII1. Antigeni esogeni sono inglobati nel fagosoma
2. Il lisosoma si fonde con il fagosoma con la formazione del fagolisosoma
3. Le proteine dell’antigene sono degradate in peptidi
4. Le molecole MHCII sono sintetizzate nel reticolo endoplasmico e trasportate nel complesso del Golgi, nel reticolo endoplasmico una proteina invariante (Ii) si attacca alla molecole MHCII e lo differenzia da MHCI
5. La vescicola contenente MHCII si fonde con il fagolisosoma, la proteina Ii è rimossa e il peptide si lega al complesso MHCII
6. Il complesso MHCII/peptide è trasportato ed ancorato sulla membrana citoplasmatica, qui è riconosciuto dai linfociti T con recettore CD4 aventi una forma complementare
Riconoscimento dai linfociti T4
Il recettore TCR
riconosce l’antigene
peptidico mentre il
corecettore CD4
riconosce la molecola del
complesso MHCII
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TLRs
• I TLRs partecipano anche nell’immunità
acquisita stimolando vari segnali
secondari necessari per la risposta
umorale e l’immunità cellulo-mediata.
Attivazione delle risposte T cellulari
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Th1 e Th2
• L’interazione tra le cellule APC, MHC II sui linfociti Tcd 4 producono dei segnali che attivano la produzione di citochine e il differenziamento dei linfociti T4 in cellule effettrici.
• Esistono due tipi principali di effettori Th1 e Th2
• Th1 riconosce l’antigene presente sui macrofagi e funziona attivando principalmente l’immunità cellulomediata producendo citochine come Il2 ed interferon distruggendo il patogeno
• Th2 riconosce l’antigene presente sulle cellule B
• Produce citochine e promuove la produzione di anticorpi
Attivazione delle cellule B
1. Una cellula presentante l’antigene (APC), dopo il processamento, l’antigene viene presentato al linfocita Th2 tramite una molecola di MHC di classe II.
2. La cellula TH2 stimola la cellula B a proliferare e formare plasmacellule (cellule produttrici di anticorpi) o cellule della memoria.
3. In una successiva esposizione allo stesso antigene, le cellule della memoria velocemente si convertono in plasmacellule.
Linfociti Th1
Le cellule T infiammatorie
o TH1, sono attivate da
antigeni presentati sulla
superficie dei macrofagi
nel contesto di proteine
MHC di classe II. Le
cellule TH1 rispondono
producendo citochine che
stimolano i macrofagi a
incrementare l’attività
fagocitaria e provocano
infiammazione.
Linfociti Th2
Produzione di anticorpi
Differenziazione cellule B
Antigeni e determinanti antigenici
per gli anticorpi
Classi di immunoglobuline
Tutte le classi di
immunoglobuline hanno
domini VH e VL(in rosso)
che legano l’antigene (in
marrone). a) Le IgG, le
IgA e le IgD hanno tre
domini costanti (in blu).
b) e IgM e le IgE hanno
un quarto dominio
costante.
Immunoglobulina M
La immunoglobulina M
si trova nel siero sotto
forma di una proteina
pentamerica formata
da cinque molecole
IgM legate tra loro
covalentemente da
legami disolfuro e
catene proteiche J.
Una IgM può legare
fino a 10 antigeni.
Immunoglobulina A
Nelle secrezioni l’immunoglobulina A (IgA) è spesso trovata
sotto forma di un dimero costituito da due proteine IgA
covalentemente legate da catene proteiche J.
Attivazione delle risposte T cellulari
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Linfociti T8
• Una volta attivati dal legame con la cellula
APC il linfocita T8 si differenzia in linfocita
T citotossici (CTL)
• Mentre l’interleuchina 2 rilasciata dai
linfociti T4 attiva il linfocita T8 a proliferare
Proliferazione dei linfociti T8
Linfociti T8 citotossici
•I linfociti con corecettore CD8 sono linfociti Tc (T citotossici) contenenti granuli che inducono la morte della cellula bersaglio
Cellule T citotossici
Le cellule T citotossiche o
cellule TC sono attivate da
antigeni presentati alla
superficie di ogni cellula nel
contesto di Proteine MHCI.
Le cellule TC rispondono
rilasciando granuli che
contengono perforine e
granzimi, citochine
rispettivamente capaci di
perforare la cellula bersaglio
e di indurre apoptosi.
Apoptosi
Risposte antibatteriche
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Risposte antivirali
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Risposte antiparassitarie
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Ipersensibilità
Quando il sistema immune causa
un danno all’organismo ospite
Diversi tipi di ipersensibilità
1. Ipersensibilità immediata e coinvolge
l’immunità umorale (reazione
antigene/anticorpo)
2. Ipersensibilità ritardata e coinvolge
l’immunità cellulo-mediata (linfociti T
citotossici, macrofagi, citochine)
Diversi tipi di ipersensibilità
immediata
• Tipo I :la più comune, sono prodotte un
gran numero di IgE che si legano sulla
superficie delle mast cells con la porzione
Fc. Quando l’allergene si lega alla
porzione FAb inizia il rilascio di istamina e
la sintesi di altri mediatori infiammatori.
Questi agenti causano la prima fase delle
reazioni allergiche
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Mast cells o mastociti
• Si trovano nel
tessuto connettivo
della pelle e delle
mucose, rilasciano
istamina,
prostglandine e
promuovono
l’infiammazione
Ipersensibilità immediata di tipo I
Ipersensibilità immediata di tipo II
(citotossicità anticorpo dipendente)
Opsonizzazione:
Coinvolge gli anticorpi prodotti contro antigeni esterni che si legano sui recettori di superficie della cellula ospite con le porzioni Fab mentre si legano al linfocita con la porzione Fc, rilasciando sostanze in grado di causare la lisi cellulare.
MAC:
Attivazione della via classica del complemento causando la lisi delle cellule.
NK:distruzione della cellula ospite.
Ipersensibilità di tipo II
Ipersensibilità di tipo II
NK
MAC -Ipersensibilità di tipo II
Ipersensibilità di tipo II
• Anticorpi in grado di indurre tale risposta sono:
✓Reazioni dei gruppi sanguigni AB e Rh
• Malattie autoimmuni come:
✓Febbre reumatica: gli anticorpi si legano alle
valvole cardiache
✓Trombocitopenia: gli anticorpi si legano alle
piastrine
✓Miastenia grave: gli anticorpi si legano ai
recettori dell’acetilcolina delle fibre muscolari
Ipersensibilità di tipoIII
• Questo tipo di ipersensibilità è mediata dal complesso solubile antigene-anticorpo che si forma in grande quantità.
• Questi piccoli complessi si trovano nei capillari , passano attraverso le cellule endoteliali dei vasi sanguigni e rimango intrappolati intorno alle membrane basali attivando la via classica del complemento causando: massima infiammazione , aumento dei neutrofili, lisi delle membrane e aggregazione delle piastrine.
• Questo può portare alla morte dei tessuti ed emorragie.
Infiammazione dei tessuti-
ipersensibilità di tipo III
Malattie coinvolte
• Glomerulonefrite acuta autoimmune
• Artrite reumautoide
• Lupus sistemico eritematoso
• Alcune epatiti virali croniche
Ipersensibiltà ritardata di tipo IV
• Questo tipo di ipersensibilità è cellulo-
mediata, linfociti T8 diventano sensibili agli
antigeni e si differenziano in linfociti T
citotossici. La massiccia produzione di
citochine può diventare dannosa.
• Si manifesta dopo 24/ 48 ore
I superantigeni batterici
Sono tossine batteriche che interagiscono con un gran numero di
linfociti T4, legandosi direttamente all’esterno della molecola MHCII
Superantigeni
Agiscono legandosi sia alla proteina MHC sia al TCR in posizioni esterne al normale sito di legame. Poiché i siti di legame per il superantigene si trovano in regioni conservate delle proteine MHC e TCR, il superantigene può interagire con un grande numero di cellule, stimolando una massiva attivazione di cellule T, il rilascio di citochine IL2, nonché un’infiammazione sistemica.
Superantigeni esempi
• Tossina-1 da sindrome da shock tossico (TSST-1)prodotta da Staphylococcus aureus. L’esotossina provoca la sindrome da shock tossico (TSS).
• Esotossina streptococcica pirogena (Spe)prodotta da Streptococcus pyogenes (gruppo A). Questa tossina causa una sindrome simile a quella da shock tossico (TSLS).
• Enterotossina stafilococcica (SE) prodotta daStaphylococcus aureus. Questo esotossina provoca l'avvelenamento dei cibi. Eccessiva produzione di IL2 provoca nausea, vomito, diarrea.
• Tossina stabile al calore prodotta da Escherichia coli (ETEC) enterotossico, si lega alle cellule epiteliali dell’intestino stimolando una superproduzione cAMP.
Malattie coinvolte
• Glomerulonefrite acuta autoimmune
• Artrite reumautoide
• Lupus sistemico eritematoso
• Alcune epatiti virali croniche