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Gli allergeni ed i meccanismi cellulari e molecolari delle reazioni allergiche o di ipersensibilità (2° parte)

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di Sergio Barocci

Immagini di particelle di polline al microscopio elettronico a scansione con applicazione di colorazione virtuale

Immagini di particelle di polline al microscopio elettronico a scansione con applicazione di colorazione virtuale

Gli allergeni sono proteine, glicoproteine o apteni coniugati a carrier, con peso molecolare tra 5 e 150 kDa, e punto isoelettrico compreso tra 2-10 . Ogni allergene proveniente ad esempio da acari, pollini, ecc. può presentare un elevato numero di determinanti antigenici o epitopi (multivalenza immunologica). Viene chiamata “epitopo” quella sequenza aminoacidica riconosciuta da uno specifico anticorpo (IgE, IgG, ecc.). Non esistono, come erroneamente spesso si è portati a dire, delle IgE specifiche per il latte (fonte allergenica) o per la caseina (proteina allergenica del latte), ma esistono IgE specifiche dirette verso i determinanti epitopici della caseina o di altre proteine allergeniche contenute nel latte.
Per fonte allergenica s’indica il contenitore materiale degli allergeni es.: il cane, l’uovo, il latte che sono considerate fonti allergeniche e non non allergeni, come spesso siamo soliti far riferimento.
Gli epitopi possono essere “lineari” (sequenza di aminoacidi contigui riconosciuti dalle IgE sulla struttura primaria dell’antigene) o “conformazionali” (sequenza di aminoacidi non contigui definiti dalla struttura tridimensionale della proteina) . Il numero e il tipo di epitopi conformazionali che caratterizzano ciascuna proteina allergenica è scarsamente conosciuto, mentre è assai più semplice comparare la sequenza primaria di un allergene mediante algoritmi di ricerca (www.allergome.org oppure www.uniprot.org).
I ripiegamenti strutturali di una molecola proteica sono di primaria importanza nel meccanismo della sensibilizzazione immunologica e nella relativa risposta anticorpale. Molte proteine allergeniche, se sottoposte al calore o all’azione di enzimi proteolitici, come avviene durante la preparazione dei cibi o durante il processo digestivo, subiscono modificazioni con conseguente perdita degli epitopi conformazionali e possibile smascheramento di epitopi lineari.
Seguendo queste premesse ad esempio, ad esempio gli allergeni alimentari sono stati suddivisi in due classi:

– Allergeni alimentari di classe 1, costituiti da proteine resistenti alla digestione e al calore, in grado di comportarsi da allergeni sensibilizzanti (“sensitizers”) a livello gastrointestinale.  In questa classe troviamo ad esempio le maggiori proteine allergeniche del latte, dell’uovo, del pesce, dei crostacei e di alcuni vegetali.

– Allergeni alimentari di classe 2, costituiti da proteine non resistenti al calore e alla digestione, generalmente incapaci di provocare sintomi sistemici. Sono presenti nei vegetali, ma anche in alimenti di derivazione animale (proteine termolabili del latte, della carne, dell’uovo) e causano sintomi per lo più localizzati al cavo orale (sindrome orale allergica) in quanto, successivamente degradati a livello gastrico, perdono il loro potere antigenico. I sintomi compaiono previa sensibilizzazione ad allergeni omologhi contenuti nei pollini, (“non-sensitizing elicitors”).

Skin prick allergy: test per il riconoscimento delle tipologie di sensibilità agli allergeni

Skin prick allergy: test per il riconoscimento delle tipologie di sensibilità agli allergeni

Questo fenomeno, definito “cross-reattività”, ma meglio identificato con il termine di co-riconoscimento spiega come mai alcuni pazienti possano presentare reazioni anche severe assumendo alimenti allergizzanti mai prima ingeriti.
I ripiegamenti strutturali di una molecola proteica sono di primaria importanza nel meccanismo della sensibilizzazione immunologica e nella relativa risposta anticorpale.

L’allergenicità di una singola proteina, pertanto, dipende:

1.  dai determinanti antigenici (epitopi) riconosciuti da anticorpi specifici tramite il loro sito combinatorio (paratopo). Il riconoscimento dell’epitopo da parte delle IgE avviene in ragione di almeno 6-8 aminoacidi posti in sequenza lineare e deve esistere almeno il 35% d’identità tra due proteine diverse affinché possano essere cross reattive;

2.  dalla conformazione spaziale dell’allergene al momento della sua esposizione a una cellula deputata a presentare l’antigene, quali il macrofago, le cellule dendritiche o i linfociti B;

3.  dall’avidità (grado di reazione) tra IgE ed epitopi che trae origine, a sua volta, dalla somma del numero degli epitopi allergenici presenti sulla molecola (valenza), dalle dimensioni e dalla conformazione della molecola;

4.  dalla “maturazione dell’affinità”. Nel corso della risposta immune umorale, infatti, si può assistere all’aumento dell’affinità degli anticorpi nei confronti dei determinanti epitopici.

Tutto questo, può comportare che un paziente che produce IgE verso componenti di una determinata fonte biologica, non necessariamente abbia sintomi nei confronti di allergeni potenzialmente cross reattivi, anche in presenza di test cutanei (SPT) o IgE specifiche positive per quegli allergeni
Gli estratti allergenici comunemente impiegati per la diagnostica di laboratorio in vivo (SPT) e in vitro (RAST, ELISA ecc.) provengono da fonti allergeniche definite (cane, acari, polline di graminacee, ecc.). La qualità di questi estratti è migliorata sempre più nel corso degli anni, presentando però svantaggi e limiti difficilmente eliminabili. In questi ultimi anni sono stati caratterizzati a livello molecolare più di 1500 allergeni. Il processo d’identificazione e caratterizzazione delle fonti allergeniche ha portato alla produzione e commercializzazione di allergeni naturali purificati o prodotti con tecnologia del DNA ricombinante. In tal modo la produzione dei reagenti, base della diagnostica allergologica, può essere standardizzata, quantificata (peso in grammi), può generare grandi quantità di allergeni, introdurre mutazioni sito specifiche per creare ipoallergeni, può clonare isoforme.

 

ANAFILASSI SISTEMICA

François Magendie (1783-1855) fisiologo francese, considerato un pioniere della fisiologia sperimentale

Fig. 5 – François Magendie (1783-1855) fisiologo francese, considerato un pioniere della fisiologia sperimentale


L’anafilassi sistemica è caratterizzata da una sintomatologia tipo shock, spesso fatale, che inizia nell’arco di pochi minuti come una classica reazione allergica di tipo I. Questo tipo di risposta fu descritto per la prima volta da F. Magendie ( Fig.5) nel 1839 il quale osservò come cani iniettati ripetutamente con ovoalbumina andassero incontro a morte.

Questi dati non furono considerati fino al 1902 quando il fisiologo P.J. Portier e dallo zoologo e biologo marino C.R. Richet (Fig. 6 ) osservarono un fenomeno simile nel corso di una crociera sullo yacht del Principe di Monaco. Ai due studiosi fu richiesto di produrre una antitossina in grado di proteggere i nuotatori dalle punture dolorose di una medusa (non – of – war portoghese o caravella portoghese) (Fig.7).
Quando ritornarono, non avendo meduse a disposizione per continuare le loro ricerche, decisero di utilizzare degli anemoni di mare, anch’essi in grado di causare punture dolorose. Nel tentativo di immunizzare dei cani con una dose subletale di estratto di tentacoli di anemome di mare, essi osservarono che una seconda esposizione dopo alcune settimane allo stesso estratto ( sempre in dosi subletali) induceva una rapida sequenza di sintomi quali vomito, diarrea, asfissia, perdita di conoscenza e morte.

Charles R. Richet (1850-1935, a sinistra) e Paul J. Portier (1866-1962, a destra).

Fig. 6 – Charles R. Richet (1850-1935, a sinistra) e Paul J. Portier (1866-1962, a destra). Dopo aver ricevuto il Nobel, C. Richet fece questa osservazione: “La scoperta dell’ anafilassi non è affatto il risultato di una profonda riflessione ma di una semplice osservazione, quasi casuale. Io non ho avuto altro merito che quello di vedere i fatti che si presentavano davanti a me, come un evidente riferimento”

Questo tipo di risposta fu denominata anafilassi dal greco ana = contro e phylaxis = protezione, per sottolineare che si trattava di una risposta inopportuna, opposta ai classici meccanismi di protezione dell’ospite. Per le sue ricerche sull’anafilassi a C. Richet fu assegnato il Premio Nobel per la Medicina nel 1913.

 

medusa denominata caravella portoghese

Fig. 7 – La Caravella portoghese

Figura 7.  La Caravella portoghese. In realtà non è solo una medusa ma si tratta di un sifonoforo, cioè una colonia di più organismi dipendenti l’uno dall’altro. Essa è composta da quattro diversi tipi di polipi.
Prende il suo nome dal polipo che sta più in alto, una sacca contenente gas, o pneumatoforo, che galleggia a fior d’acqua e può ricordare per la sua forma un’antica nave da guerra a vele spiegate. Le caravelle sono conosciute anche col nome di “bottiglie blu” per via del colore azzurro violaceo dei loro pneumatofori. I tentacoli sono il secondo organo delle caravelle portoghesi. Questi arti sottili e lunghissimi possono raggiungere una lunghezza di 50 metri sotto la superficie dell’acqua, sebbene la loro lunghezza media si aggiri intorno ai 10 metri. I tentacoli sono coperti di nematocisti piene di veleno, che servono a paralizzare e uccidere pesci e altre piccole creature. Per gli uomini la puntura della caravella portoghese è terribilmente dolorosa e urticante ma solo di rado mortale. Anche da morta, sulla riva, la caravella può procurare brutte punture. I muscoli dei tentacoli avvinghiano la preda e la fanno risalire fino al polipo provvisto di enzimi gastrozoidi, detto anche organismo digestivo. Il quarto polipo infine contiene gli organi riproduttivi. Le caravelle portoghesi, che si muovono in folti banchi di mille e più organismi, galleggiano nelle acque temperate di tutti gli oceani del globo. Non hanno mezzi di propulsione propri: per spostarsi seguono le correnti marine o sfruttano il vento con gli pneumatofori. Per evitare una minaccia in superficie sgonfiano la loro camera d’aria e si immergono velocemente.

L’anafilassi sistemica può essere indotta sperimentalmente negli animali e osservata occasionalmente nell’uomo. E’ importante sottolineare che diverse specie esibiscono differenti sintomi caratteristici dell’anafilassi che si riflettono in differenze sia nella distribuzione tissutale delle mastcellule o mastociti sia nei mediatori biologicamente attivi contenuti nei granuli delle mastcellule stesse. Uno dei modelli animali più utilizzati per studiare l’anafilassi sistemica è stato quello dell cavia in quanto tale fenomeno può essere indotto nella cavia facilmente, i cui sintomi sono molto simili a quelli dell’uomo. La sensibilizzazione della cavia può essere indotta da una singola iniezione di proteine estranee come l’ovoalbumina.
Dopo un periodo di incubazione di circa due settimane l’animale viene inoculato con lo stesso antigene per via endovenosa. Entro un minuto dalla iniezione, l’animale incomincia ad agitarsi , la respirazione si fa sempre più difficoltosa e la pressione sanguigna si abbassa. La cavia poi incomincia a defecare e ad urinare come conseguenza della contrazione della muscolatura liscia della parete intestinale e vescicale. Infine, a causa della costrizione a livello dei piccoli branchi, avviene la morte per asfissia che si verifica dopo appena 2’- 4’ dall’iniezione dell’antigene.
Tutti questi eventi sono la conseguenza della vasodilatazione sistemica e della contrazione della muscolatura liscia indotta da mediatori chimici rilasciati nel corso della reazione.

insetti le cui punture possono causare fenomeni allergici

Fig. 8 – Insetti le cui punture possono causare fenomeni allergici

L’esame autoptico dell’animale dimostra che il decesso è avvenuto principalmente all’edema, allo shock e alla costrizione bronchiolare. La sequenza di eventi è abbastanza simile a quella che si verifica nell’anafilassi sistemica dell’uomo.
Un ampio spettro di antigeni è in grado di indurre una reazione anafilattica in individui suscettibili. Tra questi occorre ricordare antigeni del veleno di api, vespe, calabroni, formiche (Fig. 8) e farmaci quali la penicillina, altri allergeni come i pollini, il pelo di gatto, la polvere di casa e infine alcuni alimenti quali i pesci, crostacei, noci, fragole, ecc. Le reazioni innescate possono essere anche fatali se non vengono trattare rapidamente.

ANAFILASSI LOCALIZZATA

Nella anafilassi localizzata la reazione è limitata ad un tessuto specifico che coinvolge spesso la superficie epiteliale a livello del sito di entrata dell’allergene. La tendenza a manifestare reazioni anafilattiche localizzate è ereditaria e spesso denominata atopia.
rinite allergica causata da polliniCondizioni patologiche molto comuni sono associate a reazioni anafilattiche localizzate. La più comune è chiamata rinite allergica o febbre da fieno.  La rinite allergica è dovuta ad allergeni presenti nell’aria che interagiscono con mastcellule sensibilizzate presenti a livello della mucosa nasale o congiuntivale. Questa porta alla liberazione di mediatori chimici farmacologicamente attivi da parte delle mastcellule che sono in grado di indurre vasodilatazione e aumento della permeabilità vasale, entrambe localizzate. I sintomi sono rappresentati da un essudato a livelo congiuntivale, della mucosa nasale e del tratto respiratorio superiore con starnuti e tosse. Anche l’asma che rappresenta un’altra manifestazione comune dell’anafilassi localizzata è indotta dalla degranulazione delle mastcellule e dal rilascio di mediatori a livello delle vie aeree più basse. La conseguente costrizione dei bronchioli ed ostruzione delle vie aeree causa difficoltà respiratorie caratterizzate da sibili. In certi casi, gli attacchi d’asma sono scatenati da allergeni esterni noti (pollini, acari, spore, polveri, batteri, muffe, fumo) e si parla di asma allergica o asma estrinseca. In altri casi , sono scatenati da allergeni esterni ignoti e si parla in questo caso di asma intrinseca.

Quindi, in definitiva, l’anafilassi corrisponde ad un meccanismo fisiopatologico indipendente da qualunque fattore ereditario (caso dello shock anafilattico causato dal veleno delle api) mentre con il termine atopia s’intende una attitudine genetica particolare a produrre un eccesso di IgE dirette contro diverse sostanze naturali dell’ambiente atmosferico quali ad esempio pollini e muffe, dell’ambiente domestico quali acari, blatte, mammiferi o dell’ambiente professionale e anche contro certe sostanze alimentari. L’atopia dà dome esito allergie di tipo respiratorio (asma, rinite), di tipo cutaneo (orticaria, eczema atopico) di tipo digestivo o oftalmico.
Anche allergeni presenti nei cibi sono spesso causa di reazioni anafilattiche localizzate. L’aggregazione da parte dell’allergene di IgE presenti sulle mastcellule localizzate nel tratto gastroenterico (sia superiore che inferiore) può indurre la contrazione della muscolatura liscia e l’aumento della permeabilità vasale localizzate , causando sintomi quali vomito o diarrea. La degranulazione delle mastcellule lungo il tratto gastroenterico può anche aumentare la permeabilità delle mucose in maniera da facilitare l’entrata dell’allergene nel circolo ematico. Si possono avere sintomi diversi a seconda di dove si deposita l’allergene.

Eczema facciale su bambino

Eczema facciale su bambino

Ad esempio, alcuni individui sviluppano attacchi asmatici in seguito all’ingestione di certi cibi a cui sono allergici. Altri invece sviluppano una orticaria atopica. Quando un allergene presente in un cibo viene a contatto con le mastcellule sensibilizzate della cute causando eruzioni edematose ed eritematose , questa reazione viene denominata “wheal and flare” o “ reazione di tipo ponfo- eritematosa “.
Nella dermatite atopica o eczema che si manifesta frequentemente nei bambini , le eruzioni cutanee eritematose possono contenere un essudato cellulare granulocitario, chiamato “pus “.

Dopo la fase precoce dell’ipersensibilità di tipo I, i mediatori rilasciati più tardivamente nel corso della reazione spesso inducono una reazione infiammatoria localizzata definita reazione ritardata. La reazione ritardata si manifesta 5 – 6 ore dopo l’inizio di una reazione di tipo I e persiste per circa 1 o 2 giorni. La reazione è caratterizzata da una infiltrazione di granulociti neutrofili, eosinofili e basofili e di linfociti e macrofagi. Il ruolo più importante viene giocato dai granulociti eosinofili che rappresentano circa il 30% delle cellule che si accumulano nel sito dove si sviluppa la reazione ritardata.

granulocita eosinofilo

Fig. 9 – granulocita eosinofilo

La degranulazione delle mastcellule viene caratterizzata dal rilascio di un fattore chemiotattico degli eosinofili (ECF) che attiva un grande numero di tali cellule. Inoltre, varie citochine vengono prodotte a livello del sito infiammatorio tra le quali IL-3, IL-5 e il GM-CSF che contribuiscono alla proliferazione e alla maturazione degli eosinofili (Fig. 9) . Queste cellule esprimono recettori per l’Fc delle IgG e delle IgE e sono quindi in grado di legarsi direttamente agli allergeni ricoperti di tali anticorpi. Una volta attivati i granulociti eosinofili vanno incontro a degranulazione e rilasciano mediatori dell’infiammazione quali ad esempio i leucotrieni e il PAF (fattore attivante le piastrine).
La liberazione di questi mediatori da parte degli eosinofili può giocare un ruolo protettivo nel corso di infezioni da parte di parassiti. Tuttavia, quando vengono rilasciati in seguito a contatto con gli allergeni, questi mediatori sono responsabili del danno tessutale che si verifica nel corso della reazione ritardata. Un’altra cellula coinvolta nelle reazioni ritardate è rappresentata dal granulocita neutrofilo. Tali cellule rappresentano circa il 30% delle cellule presenti nel sito infiammatorio. I neutrofili sono attratti nel sito della reazione di tipo I da un fattore chemiotattico specifico (NCF) presente nei granuli delle mastcellule.
Inoltre, queste cellule vengono attivate da varie citochine prodotte a livello del sito infiammatorio tra le quali l’IL-8. L’attivazione dei neutrofili è seguita dal rilascio del contenuto dei granuli, rappresentato da enzimi litici, PAF e leucotrieni.

ALLERGENI DELLE REAZIONI DI TIPO I

Nella specie umana, la maggior parte degli individui produce quantità significative di IgE in risposta ad infezioni da parassiti. In seguito all’esposizione ad un parassita, il livello degli anticorpi di classe IgE sieriche aumenta e rimane elevato fino a che il parassita non viene eliminato. Gli individui atopici hanno probabilmente un difetto genetico che interessa la regolazione della risposta IgE. Questo difetto di regolazione permette che antigeni di origine parassitaria possano produrre una stimolazione inappropriata della produzione di IgE che a sua volta produce il danno tissutale tipico delle reazioni di tipo I. Il termine allergeni in genere si riferisce specificamente ad antigeni non parassitari in grado di indurre in individui allergici , reazioni di ipersensibilità di tipo I.
La maggior parte delle risposte IgE avviene a livello delle superfici delle mucose in risposta ad allergeni che entrano nell’organismo umano o per via inalatoria o per via alimentare. Gli allergeni più comuni purificati e caratterizzati sono rappresentati in Tab.2.

Allergeni più comuni, associati alle reazioni di ipersensibilità di tipo I

Tab. 2 – Allergeni più comuni, associati alle reazioni di ipersensibilità di tipo I

Tra questi sono da ricordare gli allergeni del polline di loglio, del polline di ambrosia, gli allergeni del merluzzo, del polline di betulla, del polline di timo e del veleno delle api. Tutti questi allergeni sono in realtà una miscela di allergeni diversi. Le particelle di polline ( Fig. 10), una volta che sono state inalate, sono attaccate dagli enzimi presenti nelle secrezioni mucose. La parete esterna viene dissolta e le sostanze allergeniche rilasciate.

Frazionando chimicamente il polline d’ambrosia (Fig.11) si dimostra l’esistenza di numerose sostanze o frazioni alcune delle quali non posseggono proprietà allergeniche cioè in grado di indurre una risposta IgE ma solo un paio (frazioni E e K) e altre tre frazioni indicate come allergeni minori (amb 3, amb 4 e amb 5) possono evocare rispettivamente risposte IgE nel 95% e nel 25% degli individui allergici all’ambrosia.

Immagine di polline d’ambrosia

Fig. 11 – Immagine di polline d’ambrosia

Che cosa è che rende queste sostanze degli allergeni ? Perché alcuni pollini (es. ambrosia) sono fortemente allergenici e altri lo sono raramente o per niente allergenici ?
La risposta potrebbe essere la seguente : è probabile che gli allergeni nel loro insieme abbiano proprietà diverse. Alcuni allergeni quali l’albumina del siero (eterologo) e l’ovoalbumina sono antigeni potenti mentre altri allergeni quali il polline delle piante sono antigeni deboli.
Benchè la maggior parte degli allergeni sono di natura proteica o comunque sostanze legate alle proteinecon PM compreso tra i 15 e i 40 kDa non è stato possibile identificare proprietà chimiche comuni che potessero rendere ragione dell’attività di allergeni. L’attività allergenica potrebbe essere la conseguenza di una complessa rete di interazioni che coinvolgono non solo l’allergene di per sé ma anche la dose, la via di sensibilizzazione e talvolta la presenza di sostanze adiuvanti ma anche l’assetto genetico dell’individuo.

LA SCOPERTA DELLE IgE
Le prime indicazioni che alcuni componenti del siero erano responsabili di reazioni di ipersensibilità venne dall’osservazione di C.R. Raichert il quale scoprì che era possibile trasferire l’anafilassi sistemica da cani sensibilizzati a cani non sensibilizzati mediante iniezione di siero. Ma già nel 1921 K. Prausnitz e H. Kustner furono i primi a dimostrare l’esistenza di componenti del siero in grado di reagire con degli allergeni e la reazione localizzata ponfo – eritematosa indotta quando un allergene viene inoculato in un soggetto sensibilizzato fu definita reazione di Prausnitz – Kustner (reazione P-K) in nome dei due scienziati. Dal momento che le componenti del siero responsabili della reazione P-K erano specifiche per gli allergeni , si dedusse che si trattava di anticorpi. Tuttavia la natura di questi anticorpi P-K o anticorpi reaginici o ancora reagine non fu dimostrata sino alla metà deglia anni ’60. Infatti, furono K. Ishizaka (Fig. 12) e T. Ishizaka nel 1966 i primi a dimostrare che l’attività biologica delle reagine in una reazione del tipo P- K poteva essere neutralizzata da anticorpi di coniglio diretti contro il siero totale di individui atopici ma non da antisieri specifici contro le quattro classi anticorpali note (IgG, IgM, IgA e IgD). Essi, denominarono questa nuova classe anticorpale IgE in relazione all’antigene E dell’ambrosia che utilizzarono per la caratterizzazione degli anticorpi stessi. I livelli sierici delle IgE nei soggetti normali variano da 0,1 a 0,4 g/ml. Anche nei pazienti con allergia grave si hanno livelli di IgE difficilmente superiori a 1 g/ml. Queste concentrazioni hanno reso difficle la cartterizzazione chimico-fisica di questi anticorpi.
Solo nel 1967 furono individuate le caratteristiche chimico-fisiche delle IgE grazie agli studi di S.G.O. Johansson e H. Bennich in un mieloma IgE. Quindi, venne dimostrato che le IgE sono formate da due catene pesanti  e da due catene leggere. Il PM di 150 kDa è maggiore di quello delle IgG dovuto al fatto che questi anticorpi hanno un dominio immunoglobulinico in più nella regione costante ( Fig. 3).

Kimishige Ishizaka

Fig. 12 – Kimishige Ishizaka (1925 – ) scienziato giapponese scienziato scopritore della classe di anticorpi IgE nel 1966. Questa sua scoperta viene considerata come un importante passo avanti nella comprensione dei meccanismi allergici. Nel 1973 insignito del Premio Internazionale Fondazione Gairdner e del Premio Giappone e nel 1983 eletto membro dell’ ”United States National Academy of Sciences“

Figura 12. Kimishige Ishizaka (1925 – ) scienziato giapponese scienziato scopritore della classe di anticorpi IgE nel 1966. Questa sua scoperta viene considerata come un importante passo avanti nella comprensione dei meccanismi allergirci. Nel 1973 insignito del Premio Internazionale Fondazione Gairdner e del Premio Giappone e nel 1983 eletto membro dell’” United States National Academy of Sciences “
La presenza di questo dominio ( CH4) contribuisce a modificare la configurazione della porzione Fc della molecola in modo da renderne possibile il legame ai recettori glicoproteici presenti sulla superficie delle mastcellule e dei basofili. Benchè l’emivita di questo anticorpo sia di soli 2 – 3 giorni , una volta che si legano ai loro recettori espressi sulle mastcellule e sui basofili , diventano stabili (nella forma legata) per diverse settimane.

MASTOCITI E BASOFILI


Le cellule in grado di legare le IgE furono identificate incubando leucociti umani e cellule tissutali con IgE di mieloma marcate con 125I o con antisiero specifico per IgE anc’esso marcato con 125I. Con l’autoradiografia in entrambi i casi fu possibile dimostrare che le sonde marcate utilizzate si legavano ai basofili del sangue e alle mastcellule dei tessuti. I granulociti basofili (Fig. 4) nell’uomo rappresentano lo 0,5% – 1% dei leucociti circolanti. Il loro citoplasma ricco di granuli si colora con coloranti basici, da cui il nome di basofili. Al microscopio elettronico (M.E.) si denota la presenza di un nucleo plurilobato, pochi mitocondri, numerosi granuli di glicogeno e granuli elettrondensi legati alla membrana e distribuiti in tutto il citoplasma.
I mastociti o mastcellule furono invece descritte per la prima volta da P. Elrich nel 1877 (Fig. 13). Furono chiamate così in riferimento ai numerosi granuli ritenuti erroneamente ingeriti dalla cellula. I precursori delle mastcellule si formano nel midollo osseo durante l’emopoiesi e migrano poi in tutti i tessuti vascolarizzati periferici dove si differenziano in cellule mature. Sono presenti nel tessuto connettivo contiguo ai vasi sanguigni e linfatici. La cute e le superfici mucose del tratto respiratorio e gastroenterico presentano un elevato numero di mastcellule.

Paul Ehrlich

Fig. 13 – Paul Ehrlich

Figura 13.  Paul Ehrlich (1854 – 1915) microbiologo tedesco, fondatore della chemioterapia, cioè della terapia mediante particolari composti chimici ( chemioterapici) in grado di agire specificatamente contro agenti microbici portatori dimalattie infettive. Nel 1908 ha ricevette il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina per i suoi contributi alla immunologia. Al M.E. si evidenzia l’esistenza di numerosi granuli associati alla membranache contengono mediatori farmacologicamente attivi distribuiti in tutto il citoplasma. In seguito ad attivazione cellulare questi mediatori sono rilasciati dai granuli e sono responsabili delle tipiche manifestazioni cliniche delle reazioni di ipersensibilità di tipo I. Le popolazioni di mastcellule presenti nei diversi distretti anatomici sono significativamente diversi sia per il tipo e la quantità di mediatori contenuti nei granuli sia per la sensibilità a stimoli attivatori e a diverse citochine (IL-1, IL-3, IL-5, IL-6, TGF -, TNF-, GM-CSF ecc). Poiché queste citochine sono responsabili di diversi effeti biologici , le mastcellule sono coinvolte in un ampio spettro di processi biologici.

 

RECETTORI PER L’Fc DELLE IgE

L’attività reaginica delle IgE dipende dal fatto che tali anticorpi possono legarsi a recettori specifici espressi dalle mastcellule e dai basofili per il frammento Fc delle catene ε. Sono stati identificati due tipi di recettori FcεR : tipo I ( recettori ad alta affinità ) e tipo II (recettori a bassa affinità) (Fig. 14)

Struttura recettori FcεRI (a sinistra) e struttura recettori FcεRII (a destra)

Fig. 14 – Struttura recettori FcεRI (a sinistra) e struttura recettori FcεRII (a destra)

Figura 14. Struttura recettori FcεRI (a sinistra) e struttura recettori FcεRII (a destra)
Il tipo di ipersensibilità detta ritardata o tipo IV è rappresentato principalmente dall’allergia da contatto. Questa non risulta da una produzione normale di anticorpi ma da una iperattivazione di certe cellule del sistema immunitario. Clinicamente corrisponde all’eczema o alla dermatite da contatto . Infatti, ogni sostanza presente nella vita domestica come i detersivi e cosmetici o professionale come tinture e metalli, la cui applicazione sul derma venga ripetuta , diviene suscettibile di scatenare uno eczema da contatto.
La fase di sensibilizzazione dell’allergia da contatto comincia con l’applicazione sulla pelle di piccole moelcole o apteni. Dopo la penetrazione dell’aptene nell’epidermide, le cellule dendritiche ( cellule del Langherans epidermiche) catturano questa molecola e migrano verso i gangli linfatici. I cheratinociti iniziano a secernere IL-1, TNF, GM –CSF. L’attivazione delle cellule del Langherans è associata alla secrezione di IL-1, IL-6 , IL-12 che amplificano l’espressione delle molecole MHC di classe I e II, delle molecole di adesione. Si stabilisce allora un contatto tra le cellule del Langherans e linfociti T naive o inesperti: questi sono attivati cioè sensibilizzati , lasciano i gangli linfatici e circolano nei tessuti periferici. La prima tappa detta di sensibilizzazione è silente cioè non si ha manifestazione di segni clinici. Poi, in seguito a nuove applicazioni di apteni sulla pelle, la reazione infiammatoria genera un eczema. Le cellule del Langherans che presentano l’antigene entrano direttamente a contatto con i linfociti T specifici sensibilizzati. Citochine provenienti sia dai linfociti TH2 (IL -4 e IL-13) sia dai linfociti TH1 ( IL-12 e IFN) amplificano il meccanismo infiammatorio e provocano un afflusso di macrofagi, di linfociti, di monocitie anche di cellule polinucleate sul sito di applicazione dell’aptene, generando un eczema da contatto. Le sostanze responsabili di questa forma clinica di allergia sono varie: metalli, coloranti e tinture, cosmetici, lattice, plastiche, cementi, detersivi e detergenti, oli minerali, prodotti chimici, vegetali e ogni tipo di sostanza organicache si può incontrare nella vita professionale o domestica.

Particelle di polline viste al microscopio ottico con colorante chimico

Fig. 10 – Particelle di polline viste al microscopio ottico con colorante chimico

Una forma di allergia molto particolare si basa al tempo stesso sull’ipersensibilità di tipo immediato (produzione di IgE) e di tipo ritardato (afflusso di cellule pro-infiammatorie): è questa la dermatite atopica. Questo eczema è la principale manifestazione dell’atopia cutanea ed è anche la più precoce. Una simile manifestazione allergica può apparire in bambini i cui genitori o fratelli e sorelle abbiano allergie di tipo diverso ( asma, raffreddore da fieno, orticaria). In questi casi si constata simultaneamente una produzione eccessiva di IgE e un’attivazione di linfociti T per esposizione dell’antigene. L’eczema da contatto e la dermatite atopica differiscono sia per la natura dell’antigene sia per la presenza di IgE specifiche sulle cellule del Langherans. Nella dermatite atopica , gli allergeni responsabili della produzione di IgE specifiche sono sotanze comuni, mentre nell’eczema da contatto l’allergene è un aptene. Inoltre, la presenza di IgE specifiche sulle cellule del Langherans ha un ruolo significativo nell’induzione e nella persistenza delle lesioni eczematose.
In sintesi, una dermatite atopica è indotta dalla presenza di un allergene noto: questo è preso in carico dalle cellule del Langherans recanti un anticorpo specifico, che presentano l’aallergene ai linfociti T. La riattivazione dei linfociti T e B induce una sintesi eccessiva di IgE e un’attivazione di linfociti specifici per l’antigene. L’afflusso di eosinofili polinucleati , di macrofagi e di linfociti che liberano citochine proinfiammatorie sul sito dell’infiammazioneprolunga e amplifica i segni clinici come arrossamento e prurito.
Quindi, il punto in comune tra ipersensibilità immediata ( produzione di IgE) e ipersensibilità ritardata (iperattivazione cellulare) si trova nell’instaurazione di uno stato di ipersensibilità cioè nel momento in cui l’individuo allergico si trova esposto all’allergene, si verificano le manifestazioni allergiche con il relativo quadro clinico.

S. Gunnar O. Johansson

S. Gunnar O. Johansson

La prima fase, detta di sensibilizzazione per un allergene è silenziosa e non causa alcuna sintomatologia. E’ solo dopo la reintroduzione dell’allergene ma più spesso dopo stimolazioni ripetute che avviene la seconda fase di reazione. Un individuo può essere sensibilizzato ma restare a lungo asintomatico mentre un altro può diventare allergico dopo aver sviluppato una reazione infiammatoria in grado di generare i sintomi allergici. Il corredo genetico e l’ambiente sono entrambi in grado di condizionare il passaggio dallo stato di ipersensibilità alla patologia allergica.
Al contrario dei batteri o virus, gli allergeni sono sostanze inoffensive presenti nell’ambiente che si comportano come antigeni banali nelle persone non allergiche. Si distinguono allergeni inalati o pneumoallergeni che sensibilizzano l’organismo per via respiratoria e scatenano asma e riniti allergiche e gli allergeni ingeriti che generano reazioni generali o cutanee come l’orticaria.
Come tutti gli antigeni complessi, gli allergeni presentano siti antigenici o epitopi che si legano specificamente alle immunoglobuline IgE ma anche IgG, IgM e IgA. Così, in certe condizioni e in certi individui l’allergene è un antigene in grado di dar corso alla sintesi di IgE e di legarsi specificamente a questi anticorpi. In realtà è lo stesso antigene che si comporta come un immunogeno classico nel soggetto sano ( produzione di IgM, IgG, IgA ma anche IgE). I fattori che trasformano un antigene in un allergene dipendono dalle condizioni di immunizzazione e dal patrimonio genetico. In alcuni ceppi murini è stato constatato che l’introduzione di un antigene in concentrazioni minime favorisce lo sviluppo di una ipersensibilità immediata quando è associata a certe moelcole dette adiuvanti. : è quindi la presenza dell’adiuvante e di conseguenza la modificazione della presentazione dell’allergene al sistema immunitario che trasforma l’antigene banale in antigene nocivo.

 

SUSCETTIBILITA’ GENETICA

Il patrimonio genetico risulta un fattore di rischio notevole nella genesi delle malattie allergiche. Numerosi studi familiari hanno dimostrato che il rischio di sviluppare una allergia è più elevato se gli ascendenti diretti sono allergici. Il rischio sarebbe compreso tra il 5% e il 15% per un individuo senza precedenti familiari ma raggiungerebbe il 50% quando uno dei due genitori è allergico e supererebbe il 70% quando lo sono entrambi i genitori. A conferire la sensibilità familiare è la capacità genetica del sistema immunitario di scatenare la produzione di IgEspecifiche contro particolari allergeni presenti nell’ambiente. Alcuni studi indicano che certe regioni cromosomiche ( cromosomi 11, 12 e 13) contengono i geni che determinano la suscettibilità all’insorgenza dell’asma e/o dell’allergia atopica. Le fonti allergiche pe iù spesso chiamate in causa sono i pollini , gli acari, le proteine animali (di gatto, di cane, di cavallo), le blatte e in minor misura gli alimenti e il veleno degli imenotteri.
Una domanda che spesso ci poniamo è la seguente: perché una molecola banale diventa un allergene per una parte della popolazione?
Per poter rispondere a questa domanda è necessario studiare la struttura molecolare degli allergeni per cercare eventuali relazioni tra la struttura delle molecole e il loro potere allergizzante. Con le moderne tecnologie di biochimica e di biologia molecolari, oggi sono state individuate certe proprietà fisico-chimiche e biologiche su oltre 150 allergeni. una sessantina circa di questi presenta sia attività enzimatica sia strutture specifiche come la superfamiglia delle lipocaline a cui appartengono diverse proteine allergizzanti come la proteina salivare del cavallo, le proteine urinarie del ratto e del topo e una proteina della blatta.

 

ALLERGENI MOLECOLARI: LE LIPOCALINE

retinol-binding protein

retinol-binding protein

La famiglia proteica delle Lipocaline comprende un ampio e diversificato gruppo di oltre 50 proteine extracellulari che originano da una grande varietà di tessuti in animali, piante e batteri.
Una tipica lipocalina consiste di una catena peptidica di 160-180 aminoacidi, ripiegata in 8 filamenti antiparalleli che realizzano un ß-foglietto organizzato in una struttura conica chiamata ß-barile nella quale si situa la tasca idrofobica dove si possono legare diverse molecole idrofobiche. Esempi di lipocaline sono la retinol-binding protein , orosomucoide, α-1-micro-globulina, le nasal-odorant-binding proteins, le bilin-binding proteins, e altre.

I membri di questa famiglia sono caratterizzati da alcune comuni proprietà molecolari:
– la capacità di legare diverse piccole molecole idrofobiche
– la capacità di legarsi a specifici recettori della superficie cellulare
– la capacità di formare complessi con macromolecole solubili.

Pertanto essi sono implicati in un ampio contesto di fenomeni biologici quali l’escrezione di ferormoni, il trasporto di vitamine e di ormoni, nella pigmentazione di insetti e crostacei, in sintesi di prostaglandine, nella regolazione di risposte immuni e nella omeostasi cellulare.
Hanno inoltre una rilevanza allergologica.

Gli allergeni di questa famiglia sono rappresentati da:
– ß-lattoglobuline
– allergeni respiratori da mammiferi
– fatty acid binding proteins (FABP)

 

LE BETA-LATTOGLOBULINE

struttura della beta-lattoglobulina

La beta-lattoglobulina è la proteina più rappresentata nel siero del latte della mucca. E’ presente nel latte di diverse altre specie di mammiferi ma non è presente nel latte umano e nel latte dei Camelidi (cammella e dromedaria). E’ sintetizzata dalle ghiandole mammarie. La sua funzione è ancora sconosciuta, sebbene sia coinvolta nel trasporto del retinolo. La prevalenza di soggetti allergici a questa proteina è tra il 13 e il 76%.

Esiste una omologia di sequenza tra la beta-lattoglobulina bovina e quella di altre specie

 

ALLERGENI RESPIRATORI DA MAMMIFERI

Le lipocaline costituiscono la maggior parte degli allergeni dei peli dei mammiferi, in particolare quelli da compagnia (cani, cavallo, conigli, cavie: meno il gatto che ha un allergene principale di diversa natura) o da attività lavorative quali allevamento (bovini, conigli, cavallo), come pure quelli prevalentemente utilizzati a scopo di ricerca (cavie, topi, ratti).

 

PROTEINE CHE LEGANO GLI ACIDI GRASSI CITOPLASMATICI

Le Fatty acid-binding protein (FABP) sono proteine di trasporto di acidi grassi e di altre sostanze lipofiliche quali eicosanoidi e retinoidi. Hanno lo scopo di facilitare il trasferimento di acidi grassi tra le membrane extra ed intracellulari. Sono proteine identificate come allergeni minori negli acari e nei scarafaggi.

Fatty acid-binding protein (FABP)

Gli eventi biochimici che mediano la degranulazione delle mastcellule tissutali e dei basofili del sangue hanno molti aspetti in comune. In genere, la degranulazione delle mastcellule inizia in seguito al crosslegame delle IgE citofiliche indotto dall’allergene ma è possibile indurre lo stesso fenomeno mediante altri stimoli tra cui vanno ricordate le anafilotossine C3a e C5a. Inoltre, analogo effetto hanno alcuni farmaci come l’ACTH sintetico, la codeina e la morfina e composti quali gli ionofori ( molecole organiche che aumentano la permeabilità della membrana cellulare e/o della membrana mitocondriale ad alcuni ioni metallici, dissipando il loro gradiente attraverso la membrana.
Gli ionofori hanno spesso una struttura ciclica che verso l’interno porta diversi gruppi polari, capaci di legare cationi monovalenti quali Na+ e K+ e bivalenti quali Ca++ e Mg++) del calcio. La degranulazione IgE- mediata ha inizio quando un allergene avvicina molecole di IgE presenti sulla superficie di mastcellule o basofili. Il legame delle IgE ai recettori FcRI non ha di per sé alcun effetto sulla cellula bersaglio.
Solo dopo il cross – legame del complesso IgE- recettore mediato dall’allergene ha inizio una sequenza di eventi intracellulari come attivazione di protein tirosinochinasi, di adenilato ciclasi e di metil transferasi fosfolipidiche I e II. L’attivazione di questi enzimi scatena una serie di reazioni che portano al processo di degranulazione delle mastcellule con il rilascio di mediatori farmacologicamente attivi. I mediatori rappresentano le molecole effettrici di queste reazioni immunitarie ( Fig 15).

Processo di sensibilizzazione ad allergene

Fig. 15 – Processo di sensibilizzazione : i linfociti B si legano all’allergene tramite i recettori complementari; si moltiplicano per selezione clonale, producendo una grande quantita’ di anticorpi specifici e alcuni di questi anticorpi si attaccano alle proteine recettrici dei mastociti. Il 2° stadio di una risposta allergica e’ la conseguenza di una successiva esposizione all’allergene,il quale si lega agli anticorpi attaccati ai mastociti stimolandoli a liberare istamina (sostanza che innesca in sintomi dell’allergia). L’azione dell’istamina puo’ essere temporaneamente ridotta grazie a dei farmaci detti antistaminici. Più precisamente in caso di sensibilizzazione avviene un processo mediante il quale un individuo sensibilizzato sviluppa IgE specifiche per l’allergene che si fissano ai recettori per l’Fc sulle mastcellule o mastociti.

Segue l’innesco o triggering quando l’antigene forma legami crociati con le IgE di membrana delle mastcellule determinando una entrata di ioni Ca++ cui fa seguito la degranulazione e l’attivazione della fosfolipasi A2 ( enzima di membrana che libera acido arachidonico che rappresenta il substrato iniziale della via ciclossigenasica e della via lipossigenasica che portano rispettivamente alla produzione di prostaglandine e leucotrieni) . A questo punto, segue la degranulazione quando i granuli delle mastcellule si fondono con la membrana plasmatica liberando il loro contenuto all’esterno.
Le manifestazioni cliniche dei disordini di ipersensibilità di tipo I sono correlate con gli effetti biologici dei mediatori rilasciati durante la degranulazione di mastcellule e basofili. Questi mediatori chimici agiscono sia sui tessuti vicini sia su popolazioni cellulari effettrici secondarie quali eosinofili, neutrofili, linfociti T, monociti e piastrine.
Essi agiscono amplificando i meccanismi effettori in maniera identica all’effetto mediato dal sistema complementare nell’amplificazione e nella fase effettrice di una interazione antigene – anticorpo e quando vengono rilasciati in risposta ad una infezione da parassiti , iniziano un processo di difesa utile per l’ospite.
I principali effetti di questi mediatori sono la contrazione della muscolatura liscia, la conseguente vasodilatazione e l’aumento della permeabilità vascolare, effetti che sono responsabili di un aumentato afflusso plasmatico e di cellule infiammatorie per attaccare più efficacemente l’agente patogeno. I mediatori possono essere classificati come primari e secondari (Tab. 3).

principali mediatori chimici coinvolti nelle reazioni allergiche di tipo I

Tab. 3 – Principali mediatori chimici coinvolti nelle reazioni allergiche di tipo I

 

PROPRIETA’ DEI MEDIATORI CHIMICI

Possono essere di origine plasmatica o cellulare:

1. si legano a specifici recettori sulle cellule bersaglio,
2. possono stimolare il rilascio di mediatori secondari,
3. possono avere come bersaglio una, poche o molte cellule,
4. possono esercitare effetti diversi a seconda delle cellula o tessuto,
5. una volta attivati, hanno una emivita breve,
6. sono potenzialmente dannosi

Vittorio Erspamer

Fig. 18 – Vittorio Erspamer (1909-1999)

I mediatori chimici più significativi sono rappresentati dall’istamina, dalla serotonina, dalle proteasi, dal fattore chemiotattico per gli eosinofili e per quello dei neutrofili. I mediatori secondari possono essere sintetizzati dopo l’attivazione della mastcellula o del basofilo oppure derivano dalla digestione enzimatica dei fosfolipidi di membrana durante il processo di degranulazione. I mediatori secondari comprendono il PAF, i leucotrieni, le prostaglandine , la bradichinina e varie citochine. Le manifestazioni differenti dell’ipersensibilità di tipo I in specie o tessuti differenti riflettono in parte differenze nei mediatori chimici primari e secondari presenti.

 

 

ISTAMINA

L’istamina, rappresenta uno dei maggiori componenti dei granuli delle mastcellule. Poiché è contenuta preformata nei granuli , i suoi effetti biologici si osservano entro pochi minuti dalla’ttivazione delle mastcellule. Dale e Laidlaw già nel 1910 e poi Eppinger nel 1913 avanzarono l’ipotesi che l’istamina fosse responsabile delle manifestazioni allergiche. Ma in effetti fu Lewis nel 1927 ad indicare che l’istamina o sostanze istamino- simili si liberavano in seguito a reazioni antigene- anticorpo dai tessuti.

istamina

Fig. 16 – Istamina

Sebbene ancora oggi sia ritenuta una delle principali cause delle allergie cutanee e della rinite vasomotoria, le reazioni allergiche sono così varie e complesse, che l’intervento della sola istamina non è in grado di spiegarle.
Strutturalmente l’istamina o 2-(4-imidazolil) etilammina (Fig. 16) è un composto azotato e precisamente una ammina vasoattiva. Nel 1953 J. Riley e G. West scoprirono che le cellule che contenevano granuli di istamina erano le mastcellule scoperte da Erlich nel 1877 e dalle quali viene liberata per l’interazione dell’allergene con le stesse cellule.

serotonina

Fig. 17 – Serotonina

Una volta che l’istamina viene rilasciata dalle mastcellule, essa si lega a recettori specifici espressi da varie cellule bersaglio. Al momento, si conoscono quattro tipi di recettori, denominati da H1 a H4. Questi recettori hanno diversa distribuzione tissutale e mediano effetti differenti quando legano l’istamina.

SEROTONINA

La serotonina o 5 –idrossitriptamina(5-HT) (Fig. 17) ha effetti sui vasi simili a quelli dell’istamina. La serotonina è presente nei granuli delle piastrine, nella mucosa del sistema gastrointestinale e nel sistema nervoso. Il suo rilascio è stimolato dall’aggregazione piastrinica che segue al contatto con collagene, trombina, ADP e complessi antigene anticorpo. Il suo rilascio avviene anche in seguito a stimolazione con PAF rilasciato dai mastociti. La serotonina fu isolata dal farmacologo italiano V. Erspamer nel 1935 (Fig. 18). Inizialmente venne considerata un polifenolo ma due anni più tardi, in seguito a studi su ghiandole cutanee di Discoglosso e ghiandole salivari di polpi, fu rinominata enteramina, la quale fu definitivamente rinominata serotonina nel 1948.

Fattore chemiotattico per gli eosinofili e per i neutrofili
Sono dei mediatori chemiotattici che attirano queste figure cellulari in loco.

Enzimi
Nei granuli delle mastcellule, sono contenuti enzimi quali le triptasi rilasciati da queste cellule durante episodi allergici insieme ad altre sostanze come leucotrieni, prostaglandina e istamina. Esistono numerose isoforme dell’enzima triptasi (Fig.19) . Sinora sono state identificate le triptasi α, β, γ, δ.

struttura delle beta-triptasi

FATTORE ATTIVANTE LE PIASTRINE (PAF)

Il PAF (Fig. 20) deriva dai fosfolipidi di membrana dei neutrofili, delle piastrine, dei monociti, dei basofili, delle cellule endoteliali etc, per azione della fosfolipasi A2. Il PAF determina vasocostrizione,broncospasmo, vasodilatazione ed aumento della permeabilità vasale (100-1000 volte più potente dell’istamina). Inoltre, il PAF facilita l’adesione dei leucociti attraverso modificazioni conformazionali delle integrine, ha azione chemiotattica, induce la degranulazione leucocitaria e il burst ossidativo.  Il PAF agisce sulle cellule bersaglio interagendo con recettori specifici e stimola la produzione di ulteriori mediatori (es. prostaglandine).

Fattore attivante le piastrine o PAF (platelet activating factor)

Fig. 20 – Fattore attivante le piastrine o PAF (platelet activating factor)

 

 

METABOLITI DELL’ACIDO ARACHIDONICO

L’acido arachidonico è un acido grasso a 20 atomi di carbonio con 4 doppi legami (Fig. 21) . Non esiste libero nelle cellule ed è normalmente esterificato nei fosfolipidi di membrana come fosfatidilinositolo, fosfatidilcolina, ecc.

Struttura dell’ acido arachidonico o acido 5-8-11-14 eicosatetraenoico , un acido grasso polinsaturo a 20 atomi di carbonio [20:4(ω-6)]

Fig. 21 – Struttura dell’ acido arachidonico o acido 5-8-11-14 eicosatetraenoico , un acido grasso polinsaturo a 20 atomi

L’acido arachidonico ,e’ un acido grasso essenziale: non è prodotto dall’organismo, deriva dalla conversione dell’acido linoleico, il quale deve essere introdotto con la dieta. E’ rilasciato dai fosfolipidi di membrana mediate l’attivazione di due fosfolipasi cellulari che sono:
1.   Fosfolipasi A2
2.   Fosfolipasi C
Una volta avvenuta la sua attivazione (cioè la dissociazione dai fosfolipidi) si assiste alla biosintesi dei suoi metaboliti, detti eicosanoidi (Fig. 22). Gli eicosanoidi possono intervenire in ogni tappa del processo infiammatorio, sono presenti nell’essudato infiammatorio e la loro sintesi aumenta nelle sedi di infiammazione.
Gl  i eicosanoidi sono sintetizzati attraverso due vie enzimatiche:
1. via ciclossigenasica (si attiva principalmente nelle cellule endoteliali e nelle piastrine) e che genera le prostaglandine e i trombossani,
2. via lipossogenasica (si attiva principalmente nei leucociti) e che che produce i leucotrieni.

 

PRODOTTI DELLA VIA CICLOSSIGENASICA

 

3.   Questa via è mediata da due differenti enzimi: COX1 e COX2.
4.   I prodotti derivanti sono le prostaglandine, acidi ciclopentanoici derivati dall’acido arachidonico che partecipano attivamente a molti dei sintomi fondamentali dell’infiammazione. Esse si differenziano in prostaglandine della serie E, della serie I, della serie D e della serie F.: PGE, PGI, PGD seguite dal numero che indica i doppi legami, es. PGD1-PGD2 etc etc.

Sintesi degli eicosanoidi

Fig. 22 – Sintesi degli eicosanoidi

Le prostaglandine più importanti sono rappresentate da : PGE2, PGD2, PGF2α mentre
PGI2 fa parte delle prostacicline (Fig. 23) e TXA2 dei trombossani (Fig.24).
Le prostaglandine sono coinvolte nel dolore e febbre

prostaciclina

Fig. 23 – Prostaciclina

Le prostacicline (PGI2) sono lipidi facenti parte della categoria degli eicosanoidi, in particolare della classe delle prostaglandine, che si trovano prevalentemente nella parete dei vasi. Hanno effetti opposti a quelli dei trombossani A2, e inibiscono l’aggregazione piastrinica agendo da vasodilatatori.

I trombossani sono composti chimici di natura lipidica della classe delle prostaglandine , derivati dell’acido arachidonico (o acido 5,8,11,14 eicosatetraenoico) nella via delle cicloossigenasi. Nella forma attiva, sono caratterizzati da un endoperossido nell’anello penta-atomico tipico delle prostaglandine, modificato.

trombossano TXA2

Fig. 23 – Trombossano TXA2

Sono degli eteri ciclici con un gruppo ossidrile (OH) legato al C15. Fanno parte anch’essi della famiglia degli eicosanoidi. Sono presenti nelle piastrine ematiche. Hanno effetti vasocostrittori, favoriscono l’aggregazione delle piastrine, facilitano il broncospasmo.
Il principale trombossano è rappresentato dal TXA2, dotato di spiccata attività aggregante piastrinica e vaso costrittiva e gli antagonisti recettoriali ed inibitori della sintesi del trombossano trovano indicazione specialmente nel trattamento delle malattie cardiovascolari.

 

 PRODOTTI DELLA VIA LIPOSSIGENASICA

Il principale prodotto che deriva da questa via è il 5-HETE (acido idrossieicosatetraenoico), che ha azione chemiotattica per i neutrofili e che viene convertito in una serie di prodotti chiamati leucotrieni. I leucotrieni sono molecole lipidiche che contribuiscono ai processi infiammatori e/o ai meccanismi dell’immunità, in particolare nell’asma e nella bronchite. La loro produzione è solitamente accompagnata dalla liberazione dell’istamina, anch’essa grandemente implicata nei casi di infiammazione e di asma. I leucotrieni sono mediatori lipidici aventi azione autocrina (quindi di segnalazione alla stessa cellula che li ha prodotti) e paracrina (di segnalazione a un numero esiguo di cellule adiacenti). Esempi di leucotrieni sono LTA4, LTB4, LTC4, LTD4, LTE4 ( Fig. 25).

LTC4, LTD4 e LTE4 sono anche chiamati leucotrieni cisteinici per la presenza dell’aminoacido cisteina nella loro struttura. Combinati assieme, per le loro proprietà chimiche, vanno a costituire la SRS-A (slow-reacting substance of anaphylaxis), un composto secreto dai mastociti (e in concentrazioni minori anche dai basofili), durante le reazioni di anafilassi, che è in grado di indurre una lenta contrazione della muscolatura liscia con effetto broncocostrittore. Il nome leucotriene fu introdotto nel 1979, dal biochimico svedese B. Samuelsson, Premio Nobel nel 1982 con S. K. Bergström e J. R. Vane per la medicina , per le scoperte riguardanti le prostaglandine e sostanze correlate.

leucotriene LTA4

leucotriene LTA4

Questo termine deriva dall’unione del termine leuco- (atto a indicare una molecola o una cellula appartenente al sistema immunitario) e da -triene, terminologia tipica della nomenclatura del carbonio atta a indicare la presenza di tre doppi legami (in questo caso coniugati). Le prime molecole di questa famiglia a essere descritte tra il 1938 e il 1940 furono isolate da tessuto polmonare in seguito a una prolungata esposizione a istamina e un veleno di serpente.
LTA4 presenta quattro doppi legami, di cui tre coniugati. Questa è una proprietà comune di A4, B4, C4, D4 ed E4.
LTC4 è un leucotriene cisteinico, così come D4 e E4. LTD4

struttura di alcuni leucotrieni

Fig. 25 – Struttura di alcuni leucotrieni

 

LE FUNZIONI DI ALCUNI LEUCOTRIENI

1.   LTB4: potente chemiotattico, stimola adesione e aggregazione dei leucociti all’endotelio, generazione di radicali liberi, rilascio di enzimi lisosomiali

2.   LTC4, LTD4, LTE4: intensa vasocostrizione, broncospasmo e aumento dellapermeabilità vascolare delle venule

3.   Lipossine LXA4, LXB4: biosintesi trans-cellulare ( due popolazioni cellulari). Inibiscono la chemiotassi e l’adesione dei neutrofili all’endotelio.

Ricercatori di spicco sul tema dei leucotrieni cisteinici

Ricercatori di spicco sul tema dei leucotrieni cisteinici

 

CITOCHINE

Sono messaggeri polipeptidici che vengono prodotti da molti tipi cellulari, principalmente linfociti (linfochine) e macrofagi attivati (monochine), ma anche cellule endoteliali, cellule epiteliali e cellule del tessuto connettivo. Si legano a recettori specifici sulle cellule bersaglio (agiscono a livello autocrino, paracrino e endocrino). Implicate nelle risposte immunitarie, nell’infiammazione acuta e cronica. Hanno effetti spesso ridondanti e possono influenzare la sintesi o l’azione di altre citochine.

IL SISTEMA DELLE CHININE

Molecola della bradichinina ormone peptidico prodotto localmente nei tessuti dell’organismo, molto spesso come reazione in seguito a un trauma fisico. Essa aumenta la permeabilità dei vasi e rilassa le cellule muscolari dei vasi dando vasodilatazione in quel distretto. Tale ormone svolge un ruolo importante nella trasmissione del dolore. è un nonapeptide. La sua sequenza aminoacidica è la seguente : Arg - Pro - Pro - Gly - Phe - Ser - Pro - Phe - Arg.

Fig.. 26 – Molecola della bradichinina ormone peptidico prodotto localmente nei tessuti dell’organismo, molto spesso come reazione in seguito a un trauma fisico. Essa aumenta la permeabilità dei vasi e rilassa le cellule muscolari dei vasi dando vasodilatazione in quel distretto. Tale ormone svolge un ruolo importante nella trasmissione del dolore. è un nonapeptide. La sua sequenza aminoacidica è la seguente : Arg – Pro – Pro – Gly – Phe – Ser – Pro – Phe – Arg.

Il sistema delle chinine è costituito da potenti peptidi vasoattivi presenti nel plasma in forma inattiva (chininogeni). Le chinine si formano dai chininogeni per effetto di enzimi proteolitici, come le callicreine plasmatica e tessutale.  La bradichinina (Fig. 26) è il prototipo di questi mediatori chimici e possiede alcune proprietà simili a quelle dell’istamina. Questo mediatore è più potente dell’istamina nell’indurre il dolore, che è uno degli elementi fondamentali dell’infiammazione. Il sistema della coagulazione è responsabile della conversione del fibrinogeno solubile in fibrina, una delle componenti più importanti dell’essudato infiammatorio.  Strutturalmente la bradichinina è un nona peptide la cui sequenza aminoacidica è la seguente: Arg – Pro – Pro – Gly – Phe – Ser – Pro – Phe – Arg. La sua formula bruta è C50H73N15O11.
Durante l’aggregazione del fibrinogeno in fibrina si attiva anche il sistema fibrinolitico che opera la lisi di fibrina in prodotti di degradazione mediata dalla plasmina, un enzima proteolitico, con effetti locali sulla permeabilità vasale.

Diagnosi e cura:
a) i test di laboratorio;
b) immunoterapia.

Test di laboratorio
Un’attenta analisi delle abitudini e degli stili di vita del paziente indirizza la ricerca sui possibili allergeni. Per l’identificazione dell’allergene in causa , è possibile effettuare diversi tipi di test.
1.   “ Prick Test” : test cutanei eseguiti mettendo a contatto della cute estratti di diversi tipi di allergeni, con successiva verifica visiva della risposta allergica infiammatoria.
2.   Prove allergologiche cutanee.
3.   Ricerca delle IgE totali e specifiche nel sangue (“RAST” Radio Allergo Immuno Sorbent Test”-).

Immunoterapia
L’immunoterapia allergene-specifica, detta “vaccino”, consiste nella somministrazione al soggetto allergico di dosi crescenti di allergene (pollini, acari, muffe…), fino a raggiungere una dose tale da ridurre i sintomi dovuti all’allergene causale ma la migliore lotta contro le malattie allergiche inizia quando si attuano misure idonee per evitare il contatto o l’esposizione alla sostanza allergica e si diversificano in base al tipo di allergene (stagionale o perenne)

 

BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE

Ishizaka K. 1988 . IgE –binding factors and regulation of the IgE antibody response. Annu. Rev. Immunol 6, 513.
Lieberman Phil-Anderson John A., Malattie allergiche. Diagnosi e terapia; Masson 2001
Abul K. Abbas; Andrew W. Lichtman; Jordan S. Pober, Ipersensibilità Immediata in Immunologia cellulare e molecolare, 4a ed., Padova, Piccin, 2002.
Scott T. Weiss, M.D. “Eat Dirt — The Hygiene Hypothesis and Allergic Diseases” N Engl J Med 2002; 347:930-931 September 19, 2002

 

 

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