Immunopatologia
1. Trapianti e rigetto
Trapianto: definizione (1)
Il trapianto è un intervento di chirurgia che
prevede la sostituzione di una componente di
un organismo vivente (tessuto, organo od
insiemi complessi), in quanto malfunzionante,
con l'omologa, funzionante, espiantata da altro
individuo.
Trapianto: definizione (2)
Si identificano quindi due fasi ed individui coinvolti:
1. il prelievo del tessuto/organo/sistema da un
soggetto detto donatore
2. il successivo trapianto della stessa parte su di un
soggetto detto ricevente
Tipi di trapianto
• Isotrapianto (detto anche autotrapianto): Trapianto
di tessuto da uno stesso individuo (es. cute da un
distretto all’altro dello stesso soggetto)
• Omotrapianto: trapianto di tessuto od organo fra 2
individui identici (gemelli monovulari)
• Allotrapianto: trapianto di tessuto od organo fra 2
individui della stessa specie ma non identici (90% dei
trapianti eseguiti in clinica)
• Xenotrapianto: trapianto di tessuto od organo tra 2
individui di specie diversa (es. maiale vs uomo).
Trapianti nella pratica clinica
•
•
•
•
•
•
•
•
Cornea
Rene
Cuore
Polmone o cuore/polmone
Fegato
Midollo osseo
Cute
Osso, cartilagini, vasi sanguigni, insiemi complessi
(arti).
Sistemi molecolari di riconoscimento
individuale e rigetto dei trapianti
•I meccanismi di identificazione, distinzione e reazione da parte di un
singolo organismo/individuo delle proprie cellule e tessuti rispetto a
quelli di altri, sia della stessa specie che di specie diverse, sono
largamente presenti sin dai phylum più bassi della scala evolutiva e
vanno comunemente sotto il nome di istocompatibilità.
•Alla loro base ci sono per lo più molecole espresse sulla superficie delle
cellule che permettono il riconoscimento reciproco alle cellule dello
stesso individuo senza reazioni avverse.
•Sono determinate geneticamente (geni di istocompatibilità, i sistemi di
istocompatibilità)
•Il mancato riconoscimento da parte di questi sistemi molecolari porta
all’attivazione di una serie di meccanismi che determinano la distruzione
della sostanza/cellula/tessuto
•Rappresentano quindi il limite da superare per l’attecchimento di
qualsiasi trapiato e la base molecolare del rigetto del trapianto stesso
Basi genetiche ed immunologiche del
rigetto dei trapianti
Studi nei modelli animali
Basi genetiche del rigetto dei trapianti (1)
Studi su topi inbred – Ogni individuo inbred ha lo stesso set di geni
Donatore: ceppo A
Ricevente: ceppo A
Trapianto
Accettato
La pelle di un topo inbred trapiantata in un altro topo
dello stesso ceppo non comporta rigetto
Donatore: ceppo B
Ricevente: ceppo A
Trapianto
Rigettato
La pelle di un topo inbred trapiantata in un altro topo
di ceppo diverso determina rigetto del trapianto
Basi genetiche del rigetto dei trapianti (2)
Studi su topi ibridi F1 – Ogni individuo F1 porta le variati geniche di entrambi gli inbred
Ceppi
parentali
X
A
Ibridi F1
(un set di alleli da
ciascun genitore)
B
Trapianto
accettato
AxB
AxB
Trapianto
rigettato
A
B
I topi del ceppo F1 (A x B) sono immunologicamente tolleranti sia
al trapianto da parte di A che di B
La pelle dei ceppi F1 (A x B) porta antigeni che sono riconosciuti come
estranei dai ceppi parentali
Basi Immunologiche del rigetto dei trapianti
Rigetto primario della cute
es. 10 giorni
Trasferimento dei linfociti
dal topo primed
Ly
6 mesi
Rigetto secondario della cute
es. 3 giorni
Topo naive
Rigetto primario della cute
es. 10 giorni
Il rigetto dei trapianti e’ dovuto ad una risposta immune
antigene-specifica con memoria immunologica
Sommario “ad interim”
Osservazioni dai modelli animali
Il trapianto di pelle tra diversi ceppi di topi mostra
che il rigetto o l’accettazione e’ dipendente dalla
genetica di ciascun ceppo:
L’autotrapianto o l’isotrapianto non viene mai rigettato
L’allotrapianto viene sempre rigettato
Il rigetto e’ una forma di immunita’ specifica con
memoria
Il rigetto dei trapianti nell’uomo
Genetica del rigetto del trapianto nell’uomo
(sistemi clinicamente rilevanti)
A. Sistema ABO
Genotipo
Fenotipo
Presenza anticorpi
naturali
OO
O
Anti-A, -B
AA o AO
A
Anti-B
BB o BO
B
Anti-A
AB
AB
Assenti
B. Sistema Maggiore di Istocompatibilità (Human Leukocyte Antigen – HLA)
Geni del HLA di classe I e II
Ereditarietà dei geni del HLA in una famiglia
Genetica del rigetto del trapianto nell’uomo
B. Sistema Maggiore di Istocompatibilità (Human Leukocyte Antigen – HLA)
•
Tre loci HLA classe I
– (HLA-A, HLA-B, e HLA-C),
– un individuo può esprimere fino a sei differenti molecole HLA class I
• (per ogni antigene ci saranno quelli derivati dalla madre e dal padre).
•
Tre loci HLA classe II
– HLA-DR, HLA-DP e HLA-DQ,
– un individuo può esprimere fino a sei differenti molecole HLA class II
• (per ogni antigene ci saranno quelli derivati dalla madre e dal padre).
•
In altre parole 12 possibili differenti loci.
•
Polimorfismo: più di 600 peossibili alleli per ogni antigene (626 per HLA-B, 470 per DRB e 349
per HLA-A).
Rilevanza dei sistemi ABO ed HLA nei diversi trapianti
ABO
HLA
Altro
Cornea
Non necessario
Non necessario
Rene
ABO compatibili
HLA matching;
mismatch di HLA classe II più
rilevante che di HLA classe I
Assenza di anticorpi
contro HLA classe I
Cuore
ABO compatibili
HLA matching non richiesto ma
studi retrospettivi indicano
importanza di HLA classe II
Preferenziale assenza
di anticorpi contro
HLA classe I
Polmone o
cuore/polmone
ABO compatibili
HLA matching non richiesto ma
studi retrospettivi indicano
importanza di HLA classe II
Preferenziale assenza
di anticorpi contro
HLA classe I
Fegato
ABO compatibili
HLA matching classe I
Midollo osseo
ABO compatibili
HLA matching (solo HLA identici Assenza di anticorpi
preferenzialmente od almeno
contro HLA classe I e
un HLA aploidentico)
II (solo per donatori
non familiari)
Indagini pre-trapianto per stabilire l’istocompatibilita’
donatore-ricevente
• Determinazione del gruppo sanguigno ABO
• Tipizzazione HLA-A, -B, -C, -DR (-DQ e –DP) ad alta risoluzione
(Identificazione in banca dati soggetti riceventi del/i soggetti compatibili
in caso di allotrapianto tra non familiari).
 Più alto è il numero delle non compatibilità (mismatched) più elevata la
probabilità di rigetto.
• Presenza nel ricevente di anticorpi contro il donatore
Influenza della tipizzazione MHC sulla
sopravvivenza del trapianto
Da RI Lechler “HLA and diseases”, 1998
Rigetto del trapianto
Si parla di rigetto quando il sistema immunitario
di un paziente che è stato sottoposto a
trapianto
attacca
il
nuovo
organo,
riconoscendolo come non-self.
Timing del rigetto di trapianto
Il rigetto puo’ avvenire in momenti diversi dopo il trapianto. In base al tempo in cui
avviene il rigetto, che puo’ orientare sul meccanismo di rigetto, possiamo
distingure:
• Rigetto iperacuto (da qualche minuto a poche ore)
• Rigetto acuto (da qualche giorno a poche settimane)
• Rigetto cronico (dopo alcuni mesi fino a diversi anni dopo)
Rigetto iperacuto
• Rapido
• Risulta dalla presenza di anticorpi circolanti preformati contro gli
antigeni dei gruppi sanguigni ABO od allo antigeni sulle cellule
endoteliali
• Determina attivazione del complemento  trombosi/danno
vascolare  ischemia  rigetto
• Irreversibile
• Molto raro se il test di cross-matching e’ negativo
Meccanismi immunologici del rigetto iperacuto
Nel trapianto iperacuto, anticorpi preformati reattivi contro
l’endotelio vascolare attivano il complemento e deterninano una
rapida trombosi intravascolare e necrosi della parete dei vasi
A. Rigetto iperacuto di un allo trapianto di rene con danno
endoteliale, sono visibili piastrine e trombi di trombina, e una iniziale
infiltrazione di neutrofili nel glomerulo
Rigetto acuto
• Da 3 giorni a sei mesi dopo il trapianto
• ~90% sono cellulo mediati e di piu’ semplice
trattamento
• 5-10% sono anticorpo mediati
• Rigetto Vascolare acuto: IgG per Allo-Ags sulle
cellule endotelialilisi direttanecrosi del vaso
• Ricetto Cellulare acuto: citotossicita’ mediata da
linfociti T/macrofagi necrosi del parenchima
• Sintomi spesso presenti e dovuti al rilascio di
citochine (TNF, IL-1 & 2, etc.)
Meccanismi immunologici del rigetto acuto
Nel rigetto acuto, linfociti CD8+ reattivi per alloantigeni sulle
cellule endoteliali e parenchimali mediano il danno verso
questo tipo di cellule. Inoltre anticorpi alloreattivi formati dopo
il trapianto possono contribuire al danno vascolare.
B Rigetto Acuto di un rene con cellule infiammatorie nel
tessuto connettivo intorno ai tubuli e tra le cellule epiteliali dei
tubuli.
C Rigetto Acuto di un rene con una reazione
infiammatoria distruttiva dell’endotelio di un arteria.
Rigetto Cronico
• Avviene gradualmente nell’arco di mesi od anni
• E’ caratterizzato da una fibrosi progressiva e perdita
della struttura e funzione dell’organo trapiantato
• L’eziologia e’ probabilmente multifattoriale:


meccanismi immuni (Ab e cellulo-mediata) & non-immuni,
tossicita’ ai farmaci, ischemia cronica, ripetuti attacchi di
rigetto acuto
Meccanismi immunologici del rigetto cronico
Nel rigetto cronico con l’aterosclerosi del trapianto, il danno alle pareti dei
comporta la proliferazione dell’intima dei muscoli lisci e la proliferazione
cellulare della lamina. Queste lesioni sono causate dalla reazione cronica
di tipo DTH verso alloantigeni delle pareti dei vasi.
D. Rigetto Cronico in un trapianto di rene con ateriosclerosi del
trapianto. Il lume del vaso e’ sostituto da un accumulo di cellule di
muscolo liscio e da tessuto connettivo dell’intima del vaso.
Meccanismi immunologici del rigetto di
trapianto
Riconoscimento diretto degli alloantigeni
Riconoscimento indiretto degli alloantigeni
Basi molecolari del riconoscimento diretto delle
molecole MHC allogeniche
(NORMALE)
Basi molecolari del riconoscimento diretto delle
molecole MHC allogeniche.
Le cellule T riconoscono con bassa affinità le
MHC allogeniche che sono numerose sulle
cellule del trapianto.
Basi molecolari del riconoscimento: le MHC
allogeniche possono presentare peptidi self
derivati dalla proteine dell’ospite ed il
complesso MHC-Allo Pept-Self attiva i linfociti T
Prevenzione e trattamento del
rigetto di trapianto
• Riduzione dell’immunogenicità del
trapianto
• Soppressione
della
risposta
immunitaria del ricevente
• Induzione di tolleranza nel ricevente
Terapia immunosoppressoria nel trapianto e
complicazioni
L’introduzione della terapia con immunosoppressori ha
largamente aumentato la sopravvivenza post trapianto
riducendo il rischio di rigetto.
Rimango
numerosi
complicazioni
all’uso
degli
immunosopressori, soprattutto per la conseguente
aumentata suscettibilita’ alle infezioni
Alloantigen
OKT3, Thymoglobulin
T Cell Receptor
cyclosporine, tacrolimus
Activated Calcineurin
Dephosphorylation of NFAT
Glucocorticoids
IL-2 Gene Promotion
IL-2
Zenapax, Simulect
IL-2 Receptor
Rapamune
Progression into Cell Cycle
Cellcept, azathioprine
Cellular Proliferation
Influenza della ciclosporina sulla sopravvivenza
del trapainto
CD4+CD25+ Foxp3+ Regulatory T cells
Attività regolatoria:
In vivo:
•Prevenzione di disordini autoimmuni
•Induzione della tolleranza ad allo-antigeni
•Inibizione del rigetto dei tumori
In vitro:
•Inibizione dell’attivazione delle cellule T
Self-response
Not-self response
IL-4
Th
IFNγ
DC
IL-2
Treg
Th
DC
IFN
TGF-β
IL-10
IL-4
IL-6
Treg
IL-2
Treg in trasplantation
Lo sviluppo di terapie basate sull’induzione della tolleranza che possano sostituire l’uso
di immunosoppressori (responsabili a lungo andare di tumori e infezioni) costituisce uno
dei principali obiettivi della ricerca sui trapianti.
Numerose evidenze dimostrano l’associazione tra la presenza di una cospicua popolazione
di cellule Treg e l’induzione della tolleranza al trapianto
Infectious tolerance : trasferimento della tolleranza da parte delle Treg di un ospite
tollerante alle cellule T di un altro ricevente ( le Treg conferiscono capacità soppresorie
alle CD25+Foxp3- convertendole in CD25+Foxp3+)
Deplezione CD25 post-trapianto
conversione tolleranza in rigetto cronico
e rigetto cronico in acuto.
Due tipi di presentazione nel trapianto
Pathway diretto: presentazione da parte delle cellule del trapianto.
Pathway indiretto: presentazione da parte delle cellule dell’ospite.
Studi in vivo dimostrano l’importanza della presentazione indiretta
nell’induzione della tolleranza.
Sakaguchi 2005 Traslantation Proceedings
Studio condotto su pazienti pediatrici LTX non trattati con immunosoppressori da almeno 6 mesi
(CTRL= age matched healty children e LTX trattati con immunosopp.)
CD4+CD25high in PBMC dei LTX senza immunosoppressori
CD4 ricevente poco responsive a Allo-Ags donatore comparate a 3rd
Treg ????
Deplezione Treg: CD4 proliferano di più ma sono sempre ipo-resp. a Allo-Ags donatore
Le Treg non sono responsabili dell’ipo-resp
Le Treg sopprimono la risposta in modo donor-specifico e quindi nel sito del trapianto
prevengono il rigetto in assenza di immunosoppressori
CD25+ e CD25- del ricevente
incubate per 7gg con PBMCs irradiati
del donatore
Il trapianto di midollo
e la graft versus host disease
Trapianto di midollo
A. Immunoricostituzione del paziente trapiantato di midollo
Graft Versus Host Disease (GVHD) (1)
La malattia del trapianto contro l’ospite (graft
versus host disease - GVHD) è la forma di rigetto nel
trapianto di midollo.
Per il tipo di trapianto, le cellule immunitarie derivate
dal midollo del donatore, forniscono una risposta
esagerata aggredendo il sistema immuntario della
persona, riconoscendolo come corpo estraneo.
Si manifesta più di frequente in trapianti di midollo
tra non familiari, ma è frequente anche in soggetti che
hanno ricevuto il midollo da consanguinei diversi solo
per antigeni minori di istocompatibilita’.
Graft Versus Host Disease (GVHD) (2)
Poiche’ nel trapianto di midollo vi è una fase di
immunoricostituzione che precede comunque sempre la GVHD
si osservano due forme:
La forma acuta della GVHD che si osserva nei primi 100
giorni del trapianto, si manifesta con morte delle cellule
epiteliali di cute, fegato e tratto gastrointestinale con
sintomi correlati come diarrea, emorragia, ittero ed eruzioni
cutanee. Se la morte cellulare è molto estesa, questa GVHD
può essere mortale per il paziente trapiantato
La forma cronica invece se decorre dopo tale periodo.
Essa è caratterizzata da fibrosi e atrofia degli stessi organi
colpiti anche dalla GHVD acuta, senza evidente morte
cellulare acuta. Può inoltre coinvolgere i polmoni causando
obliterazione delle vie aree e può essere fatale.
Meccanismi alla base della GVHD (1)
Si possono distinguere 5 fasi tra di loro sovrapposte nello
sviluppo della GVHD
1. Il trattamento radioterapico di condizionamento pretrapianto
di midollo puo’ determinare danno tissutale.
2. A questo segue una fase di attivazione della risposta contro le
proteine dei tessuti danneggiati da parte dei linfociti del
donatore.
¾. Ne consegue una proliferazione dei linfociti T e di richiamo di
altre cellule infiammatorie
5. I linfociti T citotossici attaccano le cellule dell’ospite causando
danno tissutale.
Meccanismi alla base della GVHD (2)