network citochinico e allergie respiratorie sebastiano gangemi u.o.c. e scuola di specializzazione...
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NETWORK CITOCHINICO E ALLERGIE RESPIRATORIE
Sebastiano Gangemi
U.O.C. e Scuola di Specializzazione di Allergologia e Immunologia Clinica
Università degli Studi di Messina
A.O.U.”Gaetano Martino”
Treg
ATOPIA E INFIAMMAZIONE ALLERGICA
PATTERN GENETIC
O
AmbienteFattori MaterniInfezioni
LinfocitaTh2
LinfocitaTh1
ATOPIA
COINVOLGIMENTO DEL SISTEMA IMMUNE NELLA FLOGOSI
ALLERGICA
• Concentrazione sierica di anticorpi (IgE, IgG4, IgG1, IgA)
Cellule effettrici e regolatorie: - Eosinofili - Mastociti - Basofili - Linfociti T e B - C. Dendritiche
IgE
Immunoterapia specifica ed IgE• Inizio ITS: incremento IgE specifiche (effetto “booster”)
• Dopo 6 mesi: rinormalizzazione valori IgE specifiche
• Dopo periodo > 1 anno: calo (non sempre presente) delle IgE specificheQuesto meccanismo ha perso di considerazione negli ultimi anni perché la riduzione delle IgE è tardiva, contenuta e non sempre presente
Ovviamente l’incremento delle IgE è una caratteristica delle allergie respiratorie anche se spesso non vi e’ corrispondenza tra i livelli di IgE specifiche e totali e la gravita’ dei sintomi
IgG
L’incremento dei livelli sierici di IgG4 (“Ab bloccanti”) è correlato con il miglioramento clinico delle malattie allergiche
Wachholz PA, et al. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2004
L’incremento dei livelli sierici di IgG4 (“Ab bloccanti”) :
- è soprattutto IL-10-dipendente - blocca il rilascio di istamina allergene-dipendente ed IgE-indotto dai basofili - IgG4 per il veleno di imenotteri correla con la protezione da successive punture Nouri-Aria KT et al. J Immunol. 2004 Muller UR et al. Allergy 1989
IgA
• Nei soggetti sani la risposta immune a Der p1 provoca l’incremento dei livelli di IgA specifiche (insieme alle IgG4 e meno alle IgG1)
• Ciò non avviene nei soggetti allergici
• e’ il TGF-beta ad indurre la produzione di IgA (prodotto soprattutto dalle cosiddette cellule Th3)
Jutel M et al. Eur J Immunol
2003
Negli allergici avviene una migrazione transepiteliale delle mastcellule durante la rinite, la cui riduzione è proporzionale al miglioramento dei parametri cliniciIn modelli murini, l’iniezione sottocutanea di peptidi allergenici down-regola le risposte delle mast-cellule Bentley AM et al. JACI 1992
Treter S et al. Cell Immunol 2003
- dopo test di scatenamento nasale si ha incremento del numero di eosinofili nel liquido di lavaggio nasale- durante il picco pollinico nei pollinosici avviene un incremento della reattività bronchiale all’istamina e del numero di eosinofili ed ECP nel BAL-durante la stagione pollinica negli asmatici allergici avviene il priming della adesione eosinofila alla betulla Furin MJ et al. JACI 1991; Rak S et al. JACI 1988; Hakansson et al. JACI 1997
mastcellule, eosinofili
Uncommitted(naive) CD4+ T helper cells
Th1
Th2
Th17
Thnaive
IL-12TGF-
IL-4
TGF-
IL-6TGF-
TNF-IFN-
IL-4 IL-5IL-13
IL-17 IL-22IL-21
IL-10TGF-
TregCD4+CD2
5+
TregTr1 Th3
STAT-4
STAT-6
T-bet
GATA-3
Foxp3
RORt
Korn T et al. Nature 2007 Nurieva R et al. Nature 2007 Afzali B et al. Clin Exp Immunol 2007
cell-cell contact
T helper cell commitment towards specific lineages
IL-23
induction
induction
induction
induction
Proliferationcytokine production
IL-21 Th17 Autocrine regulation
SUBSETS CELLULE T EFFETTRICI
Th1
Th2
IL-2, IFN-gamma, TNF-beta
IL-4, IL-5, IL-9, IL-13
Recentemente è stato identificato un altro subset di T helper cells denominato Th17 (produce IL-17 e IL-22) fortemente implicato nei fenomeni autoimmuni (p.e. encefalomielite sperimentale autoimmune, artrite collageno-indotta, psoriasi) oltre che nella immunità innata contro le infezioni (specie verso batteri extracellulari)
Zheng Y et al. Nature Feb 2007 Furuzawa-Carballeda J et al. Autoimmun Rev Jan 2007
Th17
T naive
IL-6 IL-21
TGF-
TGF- IL-23
IL-23R
STAT3
RORt
Nucleo
IL-17,IL-17F,IL-6, IL-22,IL-21,TNF-
differenziazione
Fibroblasti, macrofagi, c.endoteliali/epiteliali
mediatori infiammatori rilascio di chemochine Neutrofi
li
Batteri Extracellulari
malattie Autoimmuni
Nucleo
Kaiko GE et al, Immunology 2007
Polarizzazione e funzioni delle
TH17
T-regulatory cells (Tregs)
La tolleranza periferica T-cellulare è un processo immunologico dimostrato nell’autoimmunità, nel cancro, nelle infezioni, nei trapianti e nelle allergie.E’ stata individuata una famiglia eterogenea di cellule T ad attività regolatoria (Treg) che giocano un ruolo chiave nella tolleranza periferica. Si tratta di popolazioni di cellule T sia naturali che inducibili diverse tra loro nello sviluppo, specificità, meccanismi d’azione.
Bluestone JA et al. Nat Rev Immunol 2003
T-regulatory (TReg) cells
Specific effector cells
Subsets of regulatory T cells: CD4+CD25+Treg, Tr1, Th3,
CD8+CD25+CD28-Treg, CD4-CD8-Treg, TCRgammadeltaTreg
Suppressive factors involved in pheripheral tolerance to allergensIL-10, TGF-beta, CTLA-4, GITR, PD-1, HR2
Jutel et al., Allergy 2006
Tr1 cellsSono coinvolte nella tolleranza periferica T-cellulare essendo capaci di re-direzionare una risposta immune inappropriata verso allergeni o autoantigeni. Possono essere indotte dalla presenza di IL-10 prodotta da cellule dendritiche immature ed utilizzano vari meccanismi soppressivi, primi tra tutti la produzione di IL-10 ed in minor misura di TGF-beta
Taylor A et al., Immunology 2006 Levings MK et al., Blood 2005
Sono caratterizzate da una prevalente produzione di TGF-beta e da una minore produzione di IL-10 dopo attivazione con determinati antigeniLa produzione di TGF-beta induce un incremento di IgA e dà una spiegazione del ruolo di queste cellule nel contesto dell’immunità periferica mucosale verso gli antigeni nei soggetti sani
Jutel et al. Eur J Immunol 2003
Th3 cells
CD4+CD25+Treg cells
Originano dal timo, esprimono FOXP3, GITR, CD103 e CD122 ed agiscono soprattutto mediante meccanismi da contatto che coinvolgono CTLA-4, TGF-beta di membrana e PD-1, anche se rilasciano citochine (IL-10 e TGF-beta)
Prevengono risposte patologiche verso antigeni self e not self ed i fenomeni autoimmuni; la loro deplezione porta allo sviluppo di malattie autoimmuni nei topi; nell’uomo la loro presenza è ridotta nelle malattie autoimmuni; sopprimono le risposte immuni ai tumori
Read S et al. J Immunol 2006 Shimizu J Nat Immunol 2002
Bluestone JA et al. Nat Rev Immunol 2003
B cell
APC
Th2-Th1
Mast cell
Eosinophil
IL-10
TReg cells
TReg cells
Inibizione
produzione
citochine/sopravviv
enza
Inibizione
produzione
citochine/attivazion
e
Inibizione capacità
presentazione antigenica
Switch isotipico rapporto IgG4/IgE
Soppress
ione
rispost
a
all’alle
rgene
(tramite
inib
izione
del CD28)
Induce la proliferazione delle Treg
(loop autocrino)
IL-10: azioni sulle cellule del S.I.
Basophils
Inibizione produzione citochine/attivazione
Cellule B
Th2-Th1 Th17
Langerhans
TGF-beta
TReg cells
Down-regolazione
espressione Fcepsilon
RIInduzione della
generazione di Th17
Soppressione IgE Induzione IgA
Soppress
ione
risposta
all’alle
rgene
TGF-beta: azioni sulle cellule del S.I.
TReg cells
Induce la proliferazione delle Treg
Activation signal 2
APC
T cell
MHC Class II Antigen B7 (CD80 or CD86)
CD4 TCR/CD3 complex CD28
Signal 2
Signal 1
CD80
CD86
CD40
APC T cellCTLA-4 (CD152)
CD28
CD40L (CD154)
CTLA-4• Ha il 30% di omologia con CD28 ed e’ indotto rapidamente dopo attivazione delle T
•Utilizza gli stessi ligandi del CD28 (CD80/CD86) con affinità > 10-20 volte
• E’ un potente segnale inibitorio per le T cells, riduce il segnale per CD28 e TCR, inibisce l’espressione di IL-2 e IL-2R e blocca le cellule T in fase G1
CD28•Costitutivamente espresso dalla maggioranza dei T CD4+ e dal 50% dei T CD8+ ed ha come ligandi CD80 e CD86•Promuove la differenziazione delle T cells in T helper• Può fare da signaling alle DCs mediante CD80 e CD86•Controlla sviluppo timico ed omeostasi periferica delle Tregs
T cell costimulatory pathwaysmodificato da Nat Reviews
CD80
CD86
CD40
APC T cellCTLA-4 (CD152)
CD28
CD40L (CD154)
Treg
Inhib
ition
Inhibition
Azioni favorevoli
Omeostasi comparto T cell
Prevenzione Autoimmunità
Tolleranza ai trapianti
Prevenzione GVHD
Prevenzione allergie
Azioni sfavorevoli
Down-regulation delle risposte immuni ai tumori
Down-regulation delle risposte immuni alle infezioni
modificato da Nat Reviews
Altre sottopopolazioni regolatorie
IL-10-producing regulatory B cells: sono cellule capaci di azione tollerogena mediante produzione di IL (come la IL-10) o l’interazione con T effettrici in modelli murini di artrite reumatoide, encefalomielite ecc. Mizoguchi A et al. J Immunol 2006
Dc-Regs: sono cellule dendritiche che agiscono come regolatori delle risposte immuni infiammatorie mediante la produzione di IL-10 (esistono subsets naturali: CD11 (lowCD45RB(high)DCs)
Fujita S et al. Blood 2006
Macrophage 2 (M2): “alternatively activated macrophages”, hanno funzioni immunoregolatorie e promuovono remodelling e riparazione tissutale Mantovani A et al. Blood 2006
Invariant NKT (iNKT): è un subset dei T linfociti che può sopprimere la immunosorveglianza delle CTL verso i tumori attraverso la produzione di citochine Terabe et al., J Exp Med, 2003
B1-Th1/Th17 B2-Treg NetworkLe B1 e B2 sono due distinte linee di cellule B che differiscono per
locazione, espressione genica, repertorio anticorpale, risposte proliferative e secrezione immunoglobulinica
In presenza di TGF-/ IL-2:
B1
B2
• B1 implicate nelle risposte a microrganismi e tumori ma anche in fenomeni autoimmuni
• B2 implicate soprattutto in fenomeni regolatori
Th1 (IFN-, IL-2, TNF-)
Th17 (IL-17, IL-21, IL-22)
Foxp3+CD4+ Treg cells
Zhong X et al. Eur J Immunol 2007
Sembra che in tali azioni, le B1 e B2 siano più incisive delle DC
Regulatory B cells
NKT cellsCD8+Treg
TGF-
Attivazione
EffectorT cells Th1/2
cells
IL-10
Apoptosi Regolazione bilancia citochine
T CD4+
Riduzione attivazione CD4 per via diretta o tramite Dc
Inibizione presentazione ag
e cascata infiammatoria
IgG/IgA
IL-10-producing regulatory B cells Neutralizzazio
ne di fattori solubili dannosi
Soppressione attivazione di Dc/macrofagiAumento clearance di cellule apoptotiche
(sorgenti di auto-Ag)
Mizoguchi A, et al. J Immunol 2006
CD1d
DC
M1/T1-M2/T2-M17/T17 Network
• M1(fenotipo IL-12high, IL-23high , IL-10low), indotti da IFN-gamma, LPS, TNF, GM-CSF, capaci di produrre citochine pro-infiammatorie (IL-1 beta, TNF, IL-6) e di indurre risposte polarizzate Th1
• M17 (“Macrophage producing Th17-polarising cytokines”), ad attività polarizzante i Th naive in Th17 in seguito a stimolo da batteri extracellulari
Boraschi et al. Eur Cytokine Netw 2006
I macrofagi vengono sottoposti a varie forme di polarizzazione in base alla tipologia degli stimoli ambientali cui vengono sottoposti:
M2 (fenotipo IL-12low, IL-23low , IL-10high), dotati di funzioni immuno-regolatorie ed in grado di promuovere remodelling e riparazione cellulare e di indurre prevalentemente risposte polarizzate Th2 Le cellule M2 sono state recentemente suddivise in 3 sottotipi in base agli specifici stimoli inducenti:
- M2a indotte da IL-4 ed IL-13 - M2b indotte da immunocomplessi ed agonisti di IL-1R e TLR - M2c indotte da IL-10 e glucocorticoidi Mosca et al. J Leukoc Biol, 2007 Mantovani et al. Immunity, 2005
M1/T1-M2/T2-M17/T17 Network
Dc Network
Dc1 cells Dc2 cells Dc reg cells
Th1 cells
Th2 cells
Treg cells
Dc17 cells?
LPS
Allergeni, elminti
ITS
Dc immatura
modificato da Till SJ, JACI 2004
SUBSET CITOCHINICO ATOPICI
Atopici: prevalenza subset
Th2(secrezione
prevalente di IL-4, IL-5, IL-9, IL-13)
Romagnani S. et al. JACI 2000
Negli ultimi anni è stato osservato che anche le cellule Th1 hanno un ruolo importante nel corso delle malattie atopiche, agendo insieme alle Th2 nel mantenimento della flogosi allergica cronica
Ngoc PL et al.Curr Opin Allergy Clin Immunol 2005
Norman PS, J Allergy Clin Immunol 2004
Th17
Th17 sono caratterizzate dall’espressione di: IL-17 (IL-17A), IL-17F, IL-6 TNF-, IL-22, IL-21
Le Th17 giocano un ruolo chiave nell’infiammazione e nell’autoimmunità: sono state associate all’asma, AR, LES, reazione di rigetto ai trapianti
Th17 nell’asma allergica
L’espressione di IL-17 aumenta dopo challenge allergenico
La sua concentrazione è elevata nel polmone e nel sangue dei pazienti allergici ed è legata alla severità dei sintomi
Le Th17 hanno azioni regolatorie ed inibitrici nell’asma conclamato inibendo IL-5, eotassina, reclutamento degli eosinofili nell’asma
TH17, caratteristiche e rapporti con le allergie
Minciullo P.L., Patafi M., Giannetto L., Merendino R. A., Di Pasquale G., Morabito F., Pacchiano E., Ferlazzo B., De Luca
G., Gangemi S.The CX3C-chemokine fractalkine (CX3CL1) is detectable in serum of
patients affected by allergic rhinitis and/or asthmaEuropean Journal of Inflammation 2005; 3: 149-152
Purello D'Ambrosio F., Gangemi S., Merendino R.A., Arena A., Lombardo G., Valenti A., Romano M.
Fluticasone propionate reduces serum interleukin-8 levels in asthmatic patients
Respiration, 2000; 67: 348
Gangemi S., Ruello A., Arena A., Minciullo P., Pirazzoli A., Di Blasi P., Purello-D'Ambrosio F., Merendino R.A.
In vitro effect of fluticasone propionate on interleukin-8 production by monocytes obtained from patients affected by moderate-severe allergic
asthmaPharmacology, 2002 Oct;66(2):57-60
CHEMOCHINE ED ALLERGIE RESPIRATORIE
IL-35
Treg Th17
IL-35
Tolleranza materna verso il feto
Trofoblasto
TOLLERANZA MATERNO/FETALE
I livelli di endotossine nella polvere domestica correlano inversamente con la sensibilizzazione allergenica Gereda JE et al. Lancet 2000
L’esposizione ad endotossine può esacerbare l’asma in soggetti con malattia già conclamata Braun-Farhlander C et al. NEJM 2002
In modelli murini è stato dimostrato che le endotossine sono protettive quando somministrate prima della sensibilizzazione allergica mentre esacerbano l’infiammazione bronchiale quando somministrate in animali sensibili
IPOTESI IGIENICA,ALLERGIE,AUTOIMMUNITA’
Hygiene Hypothesi
s
Ipotesi igienica (tradizionale)Le infezioni rafforzano la risposta Th1. Miglioramento delle condizioni igieniche, vaccinazioni e stile di vita “occidentale” hanno portato alla riduzione delle comuni infezioni, favorendo lo switch Th1>Th2. Le allergie, pertanto, sono aumentate
Malattie parassitarie inducenti risposte Th2 sono protettive quanto le endotossine batteriche Th1-inducenti Wills-Sharp M et al. Nat Rev Immunol 2001
IPOTESI IGIENICA,ALLERGIE,AUTOIMMUNITA’
Hygiene Hypothesis
E’ solo la promozione di
risposte Th1 da parte delle infezioni
a prevenire l’insorgenza di
allergie ?
ragazzi infettati da schistosoma sono protetti dalle allergie,ma perdono questa protezione dopo terapia anti-elmintica Van den Biggelaar AH et al Lancet 2000
L’ipotesi igienica si può applicare solo
alle allergie ?
Le infezioni riducono diabete giovanile,sclerosi multipla e M.di Crohn insieme alle allergie Bach JF NEJM 2002
Le infezioni attivano il network regolatorio cellulare –citochinico
Riduzione dei fenomeni
allergici ed autoimmuni
Vitamina D3
Risposta Immune
Allergie Risposta alle
terapie
VITAMINA D E SISTEMA IMMUNE
pre-trattate con Vit.D
ADIUVANTI STIMOLANTI IL-10 INCREMENTANO L’EFFICACIA DELLA SLIT
Van Overtvelt L. et al. Int Arch Allergy Immunol 2007
Vit.D3
Lactobac. plantarum
IL-10
DcDc pre-
trattate con L.plantarum
T CD4+ naive
T CD4+ naive
Dc
Dc Treg
Th1
Vit.D3
Dc Dc reg TregTnaive
efficacia SLIT
ITS+ Vit.D3 La Vit.D3 l’efficacia dell’ITS mediante IL-10 e
TGF-Questa azione viene abrogata dall’aggiunta di Ab anti-IL-10 e anti-TGF-
Taher YA et al. J Immunol 2008
Vit.D3
BALB/C mice OVA-sensibili
Koike et al. J Biol Chem 2003
I SUPERANTIGENI INFLUENZANO LA RISPOSTA AGLI IMMUNOSOPPRESSORI NELLE MALATTIE
AUTOIMMUNI
Araki K et al. Eur J Pharmacol 2007
Superantigeni
Attivavano MEK/ERK
Attivavano NFAT
L’attivazione di ERK è associata con la funzione di NFAT e la produzione di IL-2 nella fase ritardata dell’attivazione delle T
Li et al. JACI 2004Edmead et al. J Immunology 2004
SAg da Streptococco emolitico
Riduce l’azione soppressiva del betametasone verso la proliferazione in vitro dei PBMC dei pazienti affetti da psoriasi e la sua efficacia terapeuticaRiduce in vitro la produzione di IL-10 da PBMC dei pazienti psoriasici
Aiba S et al. Exp Dermatology 2002
La vitamina D3 è in grado di ripristinare l’efficacia terapeutica del betametasone nei pazienti psoriasici
Naive T cell
Th1
Th2
CD28
TCR
CD80/CD86
MHC -II
PAMP
Toll-like
PRR
Path.Ag..
da Medzhitov R, Nature Rev Immunol 1,135,2001
Alcune sequenze di DNA batterico (Immunostimulatory Oligodenucleotides
o ISS-ODN) riconosciute dal TLR sulle APC, inducono una risposta Th1
IL-12 IL-18
Dendritic cell
Ag
inflammation
Toll-like receptors e: infezioni, allergia, autoimmunità e
cancro
TLRs
Molecole associate a patogeni (PAMPs)
Molecole proprie
dell’organismo
batteri Gram+/-, miceti, virus RNA/DNA,
protozoi
Defensine, ROS, HMGB1, fibrinogeno, hsp, surfactante, EDN
danno tissutalemalattie
autoimmunim.neurodegenerati
vem.allergiche e
cancro
Chen K et al. Int Immunopharmacol, 2007
riconoscono
Possono essere coinvolti:
TLR signaling
VITAMINA D E TOLL-LIKE RECEPTOR
CYP27B1
25D3 1,25 D3
VDR
Cathelicidin
TLR2/1
MONOCITA
CYP27B1
25D3 1,25 D3
VDR
Cathelicidin
TLR2 CD14
TLR2/6 TGF-1
KERATINOCITA
Attività anti-microbica diretta
Induzione del rilascio di citochine e conseguente infiammazione
Loop autocrin
o
la carenza di Vit D è associata ad aumentata suscettibiltà alla TBC
La disfunzione della catelicidina è stata associata alla dermatite atopica e alla psoriasi
Schauber J et al. J Clin Invst 2007 Schauber J et al. JACI 2008
la catelicidina è in grado di bloccare la sensibilizzazione
in modelli murini di DAC
Di Nrado A et al. J Immunol 2007
CONCLUSIONI
• Conoscenze ancora incomplete sul network citochinico coinvolto nella flogosi allergica
• Coinvolgimento di tutte le cellule del Sistema Immune e contemporanea cooperazione di più meccanismi insieme
• Ruolo centrale delle alterazioni della tolleranza periferica nei soggetti atopici
• Maggiori conoscenze sulla flogosi allergica potranno fornire nuovi target e strategie terapeutiche per le patologie allergiche