I granulociti includono basofili, eosinofili e neutrofili. I basofili e gli eosinofili sono importanti per la difesa dell’ospite contro i parassiti. Sono anche coinvolti nelle reazioni allergiche. I neutrofili, la cellula immunitaria innata più numerosa, pattugliano i problemi circolando nel sangue. Possono fagocitare, o ingerire, i batteri, degradandoli all’interno di compartimenti speciali chiamati vescicole.
Anche i mastociti sono importanti per la difesa contro i parassiti. I mastociti si trovano nei tessuti e possono mediare le reazioni allergiche rilasciando sostanze chimiche infiammatorie come l’istamina.
Anche i gonociti, che si sviluppano in macrofagi, pattugliano e rispondono ai problemi. Si trovano nel flusso sanguigno e nei tessuti. I macrofagi, “grande mangiatore” in greco, sono chiamati così per la loro capacità di ingerire e degradare i batteri. All’attivazione, i monociti e i macrofagi coordinano una risposta immunitaria notificando il problema ad altre cellule immunitarie. I macrofagi hanno anche importanti funzioni non immunitarie, come il riciclaggio delle cellule morte, come i globuli rossi, e la pulizia dei detriti cellulari. Queste funzioni di “gestione della casa” si verificano senza l’attivazione di una risposta immunitaria.
I neutrofili (in rosso) si accumulano in pochi minuti nei siti di lesione del tessuto locale (centro). Poi comunicano tra loro usando lipidi e altri mediatori secreti per formare “sciami” cellulari. Il loro movimento coordinato e lo scambio di segnali istruisce poi altre cellule immunitarie innate chiamate macrofagi e monociti (in verde) per circondare l’ammasso di neutrofili e formare uno stretto sigillo della ferita. Questo video di 24 secondi rappresenta una registrazione di due ore.
Le cellule dendritiche (DC) sono un’importante cellula presentatrice di antigeni (APC), e possono anche svilupparsi dai monociti. Gli antigeni sono molecole di agenti patogeni, cellule ospiti e allergeni che possono essere riconosciuti dalle cellule immunitarie adattative. Le APC come le DC sono responsabili dell’elaborazione di grandi molecole in frammenti “leggibili” (antigeni) riconosciuti dalle cellule B o T adattative. Tuttavia, gli antigeni da soli non possono attivare le cellule T. Devono essere presentati con l’appropriato complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) espresso sull’APC. L’MHC fornisce un checkpoint e aiuta le cellule immunitarie a distinguere tra cellule ospiti e cellule estranee.
Leggi di più su MHC in Comunicazione e Tolleranza Immunitaria.
Le cellule natural killer (NK) hanno caratteristiche di immunità sia innata che adattativa. Sono importanti per riconoscere e uccidere le cellule infettate dai virus o le cellule tumorali. Contengono compartimenti intracellulari chiamati granuli, che sono pieni di proteine che possono formare buchi nella cellula bersaglio e anche causare apoptosi, il processo di morte cellulare programmata. È importante distinguere tra l’apoptosi e altre forme di morte cellulare come la necrosi. L’apoptosi, a differenza della necrosi, non rilascia segnali di pericolo che possono portare a una maggiore attivazione immunitaria e infiammazione. Attraverso l’apoptosi, le cellule immunitarie possono rimuovere discretamente le cellule infette e limitare i danni collaterali. Recentemente, i ricercatori hanno dimostrato in modelli murini che le cellule NK, come le cellule adattative, possono essere conservate come cellule di memoria e rispondere a successive infezioni dello stesso patogeno.
Cellule adattative
Le cellule B hanno due funzioni principali: Presentano gli antigeni alle cellule T e, cosa più importante, producono anticorpi per neutralizzare i microbi infettivi. Gli anticorpi rivestono la superficie di un agente patogeno e servono tre ruoli principali: neutralizzazione, opsonizzazione e attivazione del complemento.
La neutralizzazione avviene quando l’agente patogeno, poiché è coperto di anticorpi, non è in grado di legarsi e infettare le cellule dell’ospite. Nell’opsonizzazione, un patogeno legato da anticorpi serve come una bandiera rossa per avvisare le cellule immunitarie come neutrofili e macrofagi, per inghiottire e digerire il patogeno. Il complemento è un processo per distruggere direttamente, o lisciare, i batteri.
Leggi di più sul complemento nella sezione Comunicazione.
Gli anticorpi sono espressi in due modi. Il recettore delle cellule B (BCR), che si trova sulla superficie di una cellula B, è in realtà un anticorpo. Le cellule B secernono anche anticorpi per diffondere e legarsi agli agenti patogeni. Questa doppia espressione è importante perché il problema iniziale, per esempio un batterio, è riconosciuto da un unico BCR e attiva la cellula B. La cellula B attivata risponde secernendo anticorpi, essenzialmente il BCR ma in forma solubile. Questo assicura che la risposta sia specifica contro il batterio che ha iniziato l’intero processo.
Ogni anticorpo è unico, ma rientrano in categorie generali: IgM, IgD, IgG, IgA e IgE. (Mentre hanno ruoli sovrapposti, le IgM sono generalmente importanti per l’attivazione del complemento; le IgD sono coinvolte nell’attivazione dei basofili; le IgG sono importanti per la neutralizzazione, l’opsonizzazione e l’attivazione del complemento; le IgA sono essenziali per la neutralizzazione nel tratto gastrointestinale e le IgE sono necessarie per attivare i mastociti nelle risposte parassitarie e allergiche.
Le cellule T hanno una varietà di ruoli e sono classificate per sottoinsiemi. Le cellule T sono divise in due grandi categorie: cellule T CD8+ o cellule T CD4+, in base a quale proteina è presente sulla superficie della cellula. Le cellule T svolgono molteplici funzioni, tra cui uccidere le cellule infette e attivare o reclutare altre cellule immunitarie.
Le cellule T CD8+ sono anche chiamate cellule T citotossiche o linfociti citotossici (CTL). Sono cruciali per riconoscere e rimuovere le cellule infettate dai virus e le cellule tumorali. I CTL hanno compartimenti specializzati, o granuli, contenenti citotossine che causano l’apoptosi, cioè la morte cellulare programmata. A causa della sua potenza, il rilascio dei granuli è strettamente regolato dal sistema immunitario.
I quattro principali sottoinsiemi di cellule T CD4+ sono TH1, TH2, TH17 e Treg, dove “TH” si riferisce a “cellula T helper”. Le cellule TH1 sono fondamentali per coordinare le risposte immunitarie contro i microbi intracellulari, specialmente i batteri. Producono e secernono molecole che avvisano e attivano altre cellule immunitarie, come i macrofagi che mangiano i batteri. Le cellule TH2 sono importanti per coordinare le risposte immunitarie contro gli agenti patogeni extracellulari, come gli elminti (vermi parassiti), allertando le cellule B, i granulociti e i mastociti. Le cellule TH17 sono chiamate così per la loro capacità di produrre interleuchina 17 (IL-17), una molecola di segnalazione che attiva le cellule immunitarie e non immunitarie. Le cellule TH17 sono importanti per il reclutamento dei neutrofili.
Le cellule T regolatorie (Tregs), come suggerisce il nome, controllano e inibiscono l’attività delle altre cellule T. Prevengono l’attivazione immunitaria avversa e mantengono la tolleranza, o la prevenzione delle risposte immunitarie contro le cellule e gli antigeni dell’organismo.
Leggi di più sulla tolleranza in Tolleranza immunitaria.
Comunicazione
Le cellule immunitarie comunicano in diversi modi, sia attraverso il contatto tra cellule che attraverso molecole di segnalazione secrete. I recettori e i ligandi sono fondamentali per la comunicazione cellulare. I recettori sono strutture proteiche che possono essere espresse sulla superficie di una cellula o in compartimenti intracellulari. Le molecole che attivano i recettori sono chiamate ligandi, che possono essere liberi o legati alla membrana.
L’interazione ligando-recettore porta a una serie di eventi all’interno della cellula che coinvolgono reti di molecole intracellulari che trasmettono il messaggio. Alterando l’espressione e la densità di vari recettori e ligandi, le cellule immunitarie possono inviare istruzioni specifiche su misura per la situazione in questione.
Le citochine sono piccole proteine con diverse funzioni. Nell’immunità, ci sono diverse categorie di citochine importanti per la crescita, l’attivazione e la funzione delle cellule immunitarie.
- I fattori stimolanti le colonie sono essenziali per lo sviluppo e la differenziazione delle cellule.
- Gli interferoni sono necessari per l’attivazione delle cellule immunitarie. Gli interferoni di tipo I mediano le risposte immunitarie antivirali, e l’interferone di tipo II è importante per le risposte antibatteriche.
- Le interleuchine, che esistono in oltre 30 varietà, forniscono istruzioni specifiche al contesto, con risposte attivanti o inibitorie.
- Le chemochine sono prodotte in luoghi specifici del corpo o in un sito di infezione per attrarre le cellule immunitarie. Diverse chemochine reclutano diverse cellule immunitarie nel sito necessario.
- La famiglia di citochine del fattore di necrosi tumorale (TNF) stimola la proliferazione e l’attivazione delle cellule immunitarie. Sono fondamentali per l’attivazione delle risposte infiammatorie, e come tali, i bloccanti del TNF sono usati per trattare una varietà di disturbi, comprese alcune malattie autoimmuni.
I recettori simil-Toll (TLR) sono espressi sulle cellule immunitarie innate, come macrofagi e cellule dendritiche. Si trovano sulla superficie cellulare o in compartimenti intracellulari perché i microbi possono trovarsi nel corpo o all’interno di cellule infette. I TLR riconoscono modelli microbici generali e sono essenziali per l’attivazione delle cellule immunitarie innate e le risposte infiammatorie.
I recettori delle cellule B (BCR) e i recettori delle cellule T (TCR) sono espressi sulle cellule immunitarie adattative. Si trovano entrambi sulla superficie cellulare, ma i BCR sono anche secreti come anticorpi per neutralizzare gli agenti patogeni. I geni per i BCR e i TCR sono riarrangiati in modo casuale in specifici stadi di maturazione cellulare, risultando in recettori unici che possono potenzialmente riconoscere qualsiasi cosa. La generazione casuale di recettori permette al sistema immunitario di rispondere a problemi imprevisti. Spiegano anche perché le cellule B o T della memoria sono altamente specifiche e, quando incontrano nuovamente il loro specifico patogeno, possono immediatamente indurre una risposta immunitaria neutralizzante.
Le proteine del complesso di istocompatibilità maggiore (MHC), o antigene leucocitario umano (HLA), svolgono due ruoli generali.
Le proteine MHC funzionano come vettori per presentare antigeni sulla superficie cellulare. Le proteine MHC di classe I sono essenziali per presentare gli antigeni virali e sono espresse da quasi tutti i tipi di cellule, tranne i globuli rossi. Qualsiasi cellula infettata da un virus ha la capacità di segnalare il problema attraverso le proteine MHC di classe I. In risposta, le cellule T CD8+ (chiamate anche CTL) riconosceranno e uccideranno le cellule infette. Le proteine MHC di classe II sono generalmente espresse solo da cellule presentanti l’antigene come le cellule dendritiche e i macrofagi. Le proteine MHC di classe II sono importanti per presentare gli antigeni alle cellule T CD4+. Gli antigeni MHC di classe II sono vari e includono sia molecole derivate da patogeni che da ospiti.
Le proteine MHC segnalano anche se una cellula è una cellula ospite o una cellula estranea. Sono molto diverse, e ogni persona ha una serie unica di proteine MHC ereditate dai suoi genitori. Come tale, ci sono somiglianze nelle proteine MHC tra i membri della famiglia. Le cellule immunitarie usano gli MHC per determinare se una cellula è amica o meno. Nel trapianto di organi, le proteine MHC o HLA dei donatori e dei riceventi sono abbinate per ridurre il rischio di rigetto del trapianto, che si verifica quando il sistema immunitario del ricevente attacca il tessuto o l’organo del donatore. Nel trapianto di cellule staminali o di midollo osseo, un’inadeguata corrispondenza MHC o HLA può provocare la malattia del trapianto contro l’ospite, che si verifica quando le cellule del donatore attaccano il corpo del ricevente.
Il complemento si riferisce a un processo unico che elimina gli agenti patogeni o le cellule morenti e attiva anche le cellule immunitarie. Il complemento consiste in una serie di proteine che si trovano nel sangue e che formano un complesso di attacco alla membrana. Le proteine del complemento sono attivate dagli enzimi solo quando si verifica un problema, come un’infezione. Le proteine del complemento attivate si attaccano a un patogeno, reclutando e attivando altre proteine del complemento, che si assemblano in un ordine specifico per formare un poro rotondo o un foro. Il complemento fa letteralmente dei piccoli fori nell’agente patogeno, creando delle perdite che portano alla morte cellulare. Le proteine del complemento servono anche come molecole di segnalazione che avvisano le cellule immunitarie e le reclutano nell’area del problema.