Fagociti e macrofagi

I fagociti sono importantissimi perché attraverso di loro si fermano gran parte dei processi infettivi, in particolare essi sono delle cellule dell’immunità innata capaci d’inglobare nel proprio citoplasma e di distruggere dei batteri e delle particelle estranee. Essi si possono trovare sia in circolo, che nei diversi tessuti anatomici, e possiamo suddividerli in:

 

  • Granulociti Polimorfonucleati (o PMN)

Sono specializzati nel killing dei microrganismi extracellulari, come i batteri piogeni, gli stafilococchi, gli streptococchi, ed altri microrganismi ancora (pertanto in tutti quei pazienti in cui c’è un calo del numero dei PMN, ad esempio per una granulocitopenia, i microrganismi a localizzazione extracellulare sono spesso una causa di malattia), ma ovviamente possono lavorare anche a livello intracellulare. Dobbiamo inoltre osservare che tali cellule, che sono i leucociti dominanti nel sangue (sono circa il 50 %), e che derivano dai precursori della serie granulocitaria (sono presenti nel midollo osseo come cellule staminali), si caratterizzano per il fatto che:

  • sono sprovvisti di mitocondri, quindi producono energia attraverso la glicolisi anaerobia, ecco perché sono efficienti nei focolai infiammatori in cui c’è una ridotta presenza di O2
  • hanno un citoplasma ricco di granuli (i lisosomi) contenenti delle sostanze tossiche (come le proteine cationiche, le proteine anioniche, le molecole reattive per l’ossigeno o l’ossido nitrico) ed enzimi in grado di uccidere i microrganismi fagocitati
  • sono delle cellule terminalmente differenziate, incapaci di dividersi
  • hanno una vita media molto breve (spesso minore di un giorno)
  • sono cellule molto veloci, infatti intervengono nelle prime ore di un processo infettivo
  • Macrofagi

Essi sono più efficienti contro quei batteri che sono internalizzati e che si moltiplicano all’interno della cellula ospite (come ad esempio le salmonelle, le listerie, le shigelle, i micoplasmi, le legionelle, i micobatteri ed altri ancora). In particolare tali cellule, che derivano dai monociti circolanti, che hanno origine dai pro-monociti (che sono originati dalle cellule staminali del midollo osseo), si caratterizzano per il fatto di essere provvisti di molti mitocondri e di fare parte del sistema reticolo-endoteliale, ovvero di un sistema funzionale dell’organismo, privo di una propria sede anatomica e che fa parte del sistema immunitario (questo è correlato con l’enorme quantità di sostanze che possono secernere), inoltre hanno un’emivita piuttosto lunga, di giorni, settimane, ma anche di mesi (i macrofagi cerebrali possono sopravvivere anche per periodi molto più lunghi), ecco perché il macrofago viene scelto dai microrganismi più “furbi”, ovvero dai parassiti intracellulari, come una nicchia ecologica in cui il microrganismo sopravvive e si nasconde per parecchio tempo. In questo caso il macrofago che fagocita, ma non sopprime il microrganismo, si può comportare da “cavallo di troia” nei confronti dell’ospite, andandolo cioè a diffondere nei vari organi e tessuti. Un altro aspetto molto importante da osservare è che i macrofagi sono largamente diffusi negli organi, difatti sono associati alle membrane basali dei piccoli vasi sanguigni e sono presenti in tutti i tessuti connettivi, tant’è che prendono nomi diversi a seconda della loro localizzazione: ci sono le cellule del Kupffer nel fegato, le cellule mesangiali intraglomerulari nel rene, i macrofagi alveolari nel polmone, gli istiociti nel tessuto connettivo, la microglia cerebrale, i macrofagi dei seni splenici ed i macrofagi dei seni linfonodali. Sono quindi posti in punti strategici, in quanto hanno una grossa capacità di gestire ed innescare una risposta antimicrobica, ad esempio la cellula del Kupffer sta al livello dell’incrocio fra i vari spazi sinusoidali, la cellula di microglia è a ridosso dei capillari, cioè in quella zona dove potenzialmente si ha l’accesso dei microrganismi dal sangue al cervello ed i macrofagi dei seni splenici sono affacciati all’interno del lume di questi stessi seni, possiamo pertanto dire che questi macrofagi sono in genere disposti in modo tale da fungere da sentinelle.

Vediamo ora le diverse funzioni dei fagociti, che ovviamente avvengono con una sequenza temporale ben specifica:

  • Fagocitosi e killing
  • Chemiotassi
  • Produzione di citochine
  • Presentazione dell’antigene

Dai dati sperimentali e clinici è stato però dimostrato che, alcuni patogeni sono in grado di boicottare tutti questi passaggi.

La fagocitosi ed il killing

Il processo attraverso il quale il non-self viene internalizzato e distrutto avviene in diverse fasi:

  1. riconoscimento ed internalizzazione del microrganismo, attraverso un vacuolo di fagocitosi
  2. formazione del fagolisosoma, in seguito alla fusione del fagosoma coi lisosomi
  3. distruzione dell’antigene (operazione di killing)
  4. rilascio di ciò che resta del corpuscolo che era stato fagocitato

Il fagocita si avvicina all’antigene, aderisce ad esso (in modo più o meno importante), modifica il citoscheletro ed in mezz’ora, massimo un ora, riesce a fagocitare l’antigene. Anche se può sembrare un operazione poco raffinata, il fagocita è tutt’altro che uno “spazzino”, infatti il suo compito è finemente regolato. Il suo richiamo avviene in seguito a dei fattori che inducono la chemiotassi (come il sistema del complemento), il suo legame è antigene-dipendente per mezzo di una serie di recettori, l’endocitosi può avvenire a mo’ di abbraccio o a spirale mentre l’esocitosi trattiene comunque sulla membrana del fagocita alcune molecole (stimolando l’immunità acquisita). I recettori, oltre ad essere sulla superficie del fagocita (come il PRR, l’Fcγ-R ed il TLR), sono localizzati anche all’interno del fagosoma (soprattutto il TLR e l’NRL), e l’insieme di tutti questi circuiti integrati daranno al microrganismo poche chance di sopravvivenza.

Dopo che viene riconosciuto ed internalizzato, il microrganismo viene degradato con 3 meccanismi:

  • esposizione all’anione superossido
  • attivazione di proteine cationiche (tra cui la lattoferrina e le defensine)
  • attivazione degli enzimi lisosomiali

Diversi microrganismi hanno però sviluppato delle peculiarità, ovvero dei fattori di virulenza fenotipici, per cui vengono evitate le fasi sopra descritte (ovvero il loro legame, l’internalizzazione, la fusione fagosoma-lisosoma ed il killing intracellulare), ad esempio alcuni batteri, come lo stafilococco, sono rivestiti da una capsula, e questa impedisce il legame con i recettori di superficie del fagocita, altri batteri producono invece delle tossine che uccidono o inattivano il fagocita, altri ancora come i micobatteri o la listeria impediscono la fusione del lisosoma al fagosoma, continuando a vivere ed a replicarsi nel fagosoma fino a distruggerlo. Tutto ciò è molto importante per capire la patogenesi di una malattia e per individuare quali farmaci possono consentire un approccio terapeutico efficace nei confronti di determinati microrganismi.

La chemiotassi

Essa rappresenta il reclutamento, in seguito ad esempio all’azione del complemento, dei monociti dal sangue verso il sito d’infezione. Nello specifico abbiamo che i fagociti, attaccandosi alla parete del vaso, grazie all’interazione tra le molecole della membrana cellulare e le molecole della parete vascolare, migrano, attraverso la parete vascolare, nel tessuto circostante, dove incontrano ed internalizzano i microrganismi. Tutto questo è possibile perché la permeabilità basale degli endoteli si è modificata. Ovviamente il reclutamento può riguardare anche i fagociti che si trovano già nel tessuto, ma in un punto diverso dal sito d’infezione.

La produzione di citochine

Queste citochine sono numerosissime, ed ovviamente hanno dei significati ed un impatto diverso a seconda di dove vengono prodotte ed a seconda della quantità in cui sono prodotte, ad esempio:

  • l’IL-6 induce la produzione delle proteine della fase acuta
  • l’IL-8 ed il NAP inducono l’attivazione della chemiotassi
  • l’IL-1 e il TNF-α inducono la produzione, da parte delle cellule circostanti (in particolare delle cellule endoteliali) di molecole di adesione, che facilitano il legame tra il monocita e la parete del vaso, e quindi il passaggio dei monociti dal circolo al sito in cui c’è l’infezione
  • la PGE2 (è una prostaglandina) e l’LTB4 aumentano la permeabilità vascolare

Possiamo quindi dire che il riconoscimento dell’antigene induce la produzione di citochine, che innescano il processo infiammatorio. Bisogna però osservare che le conseguenze di questa produzione possono essere sia estremamente efficaci e quindi estremamente benefiche, ma anche deleterie e distruttive, infatti finché la risposta infiammatoria è localizzata, abbiamo un effetto benefico, ma quando si ha un effetto sistemico del processo infiammatorio, dovuto ad esempio ad una disseminazione del microrganismo (quando l’ospite non è abbastanza rapido a sviluppare la risposta immunitaria o il fattore patogeno è particolarmente aggressivo, difatti continua a replicarsi nonostante la risposta infiammatoria), la risposta infiammatoria comporta delle conseguenze distruttive e deleterie. Pertanto se il processo infettivo, e quindi la risposta infiammatoria, sono localizzati, la situazione evolve verso la guarigione, se invece il problema diventa generalizzato le risposte infiammatorie diventano addirittura il motivo della morte, in quanto possono compromettere la funzionalità degli organi (abbiamo in questo caso infatti un danno epatico ed uno sbilanciamento renale), si ha cioè uno shock settico, dovuto al fatto che il nostro sistema immunitario continua a produrre IL-1, TNF-α, IL-6, IL-8, IL-12 e le varie citochine che avrebbero dovuto bloccare l’infezione, la risposta immunitaria può quindi diventare un cofattore patogenetico molto importante.

La presentazione dell’antigene

I fagociti hanno infine la funzione di presentare l’antigene alle cellule T, che sono le cellule dell’immunità specifica, cioè le cellule in grado di sviluppare una reazione immunitaria specifica (o acquisita) contro quell’antigene. In particolare tale processo, che viene svolto soprattutto dalle cellule dendritiche e dai macrofagi, avviene in due tappe:

  1. a) processazione intracitoplasmatica dell’antigene
  2. b) esposizione in superficie di alcune porzioni dell’antigene tramite un recettore MHC

Questo processo, che dura poche ore, consentirà al fagocita di poter comunicare con i linfociti (mediante un contatto tra i recettori MHC ed i recettori TCR), i quali potranno poi proliferare per arrestare la reinfezione.