GIMMOC Vol. IV No 3, 2000
Le citochine nella terapia delle infezioni fungine
Cytokine therapy in fungal infections
Giornale Italiano di
Microbiologia Medica
Odontoiatrica e Clinica
Vol. IV, No 3, 2000
p. 170 - 173
Organo ufficiale della
S.I.M.M.O.C.
Copyright © 2000
A. Mencacci1*,
E. Cenci1,
G. Del Sero1,
C. Fé d’Ostiani1,
C. Montagnoli1,
A. Bacci1,
L. Romani1,
F. Bistoni1
*Autore di riferimento:
A. Mencacci
LAVORI ORIGINALI/ORIGINAL ARTICLES
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Riassunto. Studi in modelli sperimentali murini hanno dimostrato che la protezione verso le infezioni da
Candida albicans correla con lo sviluppo di risposte T helper (Th)1, mentre la suscettibilità si associa a risposte Th2. Lo sviluppo e il controllo delle risposte Th antifungine sono regolati da molteplici fattori, tra i
quali le citochine hanno un ruolo essenziale. Nelle prime fasi dell’infezione, la neutralizzazione di citochine Th2 (IL-4 e IL-10) è in grado di curare l’infezione stessa e di indurre una risposta Th1, mentre la neutralizzazione di citochine Th1 (IL-12 e IFN-g) si associa allo sviluppo di una risposta Th2. E’ stato inoltre dimostrato che l’efficacia terapeutica di farmaci antifungini quali amphotericina B e fluconazolo può essere
sensibilmente aumentata mediante terapia combinata con citochine o loro antagonisti. Recentemente studi
condotti in topi citochino-deficienti hanno rivelato livelli di immunoregolazione più complessi: nelle fasi
precoci di infezione, la produzione di alcune citochine proinfiammatorie come TNF-a e IL-6 appare essenziale per lo sviluppo di una immunità protettiva Th1-dipendente e per il controllo ottimale dell’infezione
stessa; non solo la produzione di IL-12, ma anche la responsività a IL-12 è richiesta per lo sviluppo di cellule Th1, per il cui mantenimento sono necessari inoltre livelli “fisiologici” di IL-4 e IL-10. Quindi, nella candidiasi murina, più che la assenza o la presenza di specifiche citochine, il loro equilibrio finemente regolato appare necessario per lo sviluppo e il mantenimento di una risposta immune protettiva Th1. Sulla base
di tali risultati è verosimile supporre che la modulazione di risposte immuni Th può rappresentare un utile
bersaglio della terapia antifungina.
Summary. Studies in mice have demonstrated that in Candida albicans infections protection correlates
with the occurrence of Th1 responses, while Th2 responses are associated with disease exacerbation and
pathology. A variety of factors control CD4+ Th cell subset development and regulation in murine candidiasis. Among these, cytokines appear to play a major role. Early in infection, neutralization of Th1 cytokines
(IFN-g and IL-12) leads to the onset of Th2 rather than Th1 responses, while neutralization of Th2 cytokines
(IL-4 and IL-10) allows for the development of Th1 rather than Th2 cell responses. Moreover, it has been demonstrated that cytokines or cytokine-antagonists may potentiate the efficacy of amphotericin B or fluconazole through their ability to induce protective Th-1 responses. Studies performed in cytokine-deficient mice
have furthered our understanding on cytokine-mediated regulation of Th-cell development and effector
functions in candidiasis and have revealed complex levels of immunoregulation that were previously unappreciated. Early in infection, production of some proinflammatory cytokines (TNF-a and IL-6) appears to be
essential for the successful control of infection and the resulting protective Th1-dependent immunity. Both
IL-12 production and IL-12 responsiveness are required for the development of Th1 cells, whose activation
depends on the presence of “physiological” levels of IL-4 and IL-10. Thus, a finely regulated balance of directive cytokines, rather than the relative absence of opposing cytokines, appears to be required for optimal
development and maintenance of Th1 reactivity in mice with candidiasis.
INTRODUZIONE
Soggetti adulti immunocompetenti presentano comunemente immunità acquisita
verso il fungo Candida albicans, rilevabile
mediante specifiche reazioni di ipersensibilità ritardata e responsabile della prevenzione della disseminazione delle infezioni
1
superficiali da Candida (Romani, 1997;
Romani e Kaufmann, 1998; Lilic et al.,
1996, 1996a). Infatti, se da un lato la capacità di C. albicans a stabilire un’infezione
disseminata comprende la neutropenia come il principale fattore predisponente, dall’altro la sua persistenza nel tessuto infetto
può essere imputata soprattutto al venir
Sezione di Microbiologia, Dipartimento di Medicina Sperimentale e Scienze Biochimiche, Università degli
Studi di Perugia.
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pazienti con candidiasi orale ed esofagea
generalmente non sono particolarmente
suscettibili alla candidiasi vaginale.
Le citochine nella
terapia delle
infezioni fungine
Cytokine therapy in
fungal infections
REGOLAZIONE DELL’IMMUNITÀ
TH1- E TH2-DIPENDENTE
Il ruolo delle citochine
Le cellule T CD4+ Th1 e Th2 si sviluppano da una cellula T progenitrice comune e
diversi sono i fattori che controllano tale
processo. Fra tali fattori le citochine sembrano avere un ruolo primario, agendo
non solo come modulatori delle funzioni
effettrici antifungine, ma anche come regolatori chiave per lo sviluppo dei diversi
subsets Th da cellule Th progenitrici. Studi
in modelli sperimentali murini hanno dimostrato che le risposte protettive Th1
anti-Candida richiedono l’azione concertata di diverse citochine come IFN-g, TGF-b,
IL-6, TNF-a e IL-12, in relativa assenza di
citochine inibitorie Th2 come IL-4 e IL-10,
che inibiscono lo sviluppo di risposte Th1.
Nelle fasi precoci dell’infezione, la neutralizzazione di citochine Th1 (IFN-g e IL-12)
comporta il mancato sviluppo di risposte
protettive Th1, mentre la neutralizzazione
di citochine Th2 (IL-4 e IL-10) permette lo
sviluppo di risposte Th1 piuttosto che Th2.
Tuttavia alcuni risultati sperimentali sembrano contraddire il paradigma T helper:
in topi altamente suscettibili a C. albicans
la somministrazione di IL-12 non è in grado di migliorare il decorso e l’esito della
infezione sia disseminata che mucosale,
mentre in topi resistenti la somministrazione di IL-4 non converte una risposta Th1
già stabilita in una risposta Th2 e la neutralizzazione di IL-4 endogena nelle fasi
tardive dell’infezione esacerba l’infezione
stessa. Questi dati indicano l’esistenza di
complessi circuiti immunoregolatori alla
base dell’attività delle citochine nella candidiasi sperimentale (Romani et al., 1996,
Romani, 1997). Studi effettuati in topi geneticamente modificati, compresi animali
citochino-deficienti, hanno chiarito ulteriormente i meccanismi di regolazione dello sviluppo delle risposte T helper e delle
funzioni effettrici verso Candida albicans
mediati dalle citochine ed hanno rivelato
complessi livelli di immunoregolazione, fi-
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meno delle funzioni della immunità cellulomediata dell’ospite. Quindi, sia l’immunità naturale che acquisita cellulo-mediata
sono essenziali nel controllo delle infezioni da Candida. La resistenza e la suscettibilità all’infezione disseminata primaria e
secondaria, geneticamente determinate,
variano tra i differenti ceppi inbred di topo
e correlano rispettivamente con la prevalenza di risposte CD4+ T helper (Th) 1 e
Th2. La predominanza delle risposte cellulari Th1 è responsabile della resistenza e
dell’induzione di immunità protettiva specifica, mentre le risposte Th2 sono associate con l’esacerbazione dell’infezione e con
la patologia. Le citochine prodotte da cellule Th1 attivano i neutrofili ed i macrofagi
ad espletare le loro funzioni fungicide,
mentre le citochine Th2 esacerbano l’infezione inibendo tali meccanismi effettori.
Quindi, le cellule Th1 e Th2, producendo
mediatori chiave per la attivazione o l’inibizione delle funzioni effettrici antifungine, possono essere fondamentali nella mobilitazione e nel controllo di tali funzioni
nel sito dell’infezione. In particolare, la resistenza anti-Candida mediata dai fagociti
è essere regolata da gruppi di citochine ad
azione opposta, come IFN-g o IL-4 e IL-10
(Romani, 1997). Uno squilibrio delle funzioni T helper, testimoniato dal venir meno
della immunità acquisita specifica, da alti
livelli di anticorpi anti-Candida e dalla suscettibilità a certi tipi di infezioni batteriche, è osservabile in pazienti con candidiasi mucocutanea cronica o epatosplenica
(Odds, 1988; Roilides et al., 1998) e si può
facilmente inquadrare nel contesto del paradigma Th1/Th2.
Recenti studi sul controllo genetico della suscettibilità e/o resistenza dell’ospite
all’infezione da Candida suggeriscono
che i meccanismi effettori della resistenza
antifungina potrebbero essere sia geneticamente determinati (Ashman, 1998) che
sito-specifici (Fidel, 1999). Ciò sarebbe in
accordo con evidenze cliniche e sperimentali che indicano che l’induzione di
immunità cellulo-mediata antifungina è
altamente compartimentalizzata, tanto è
vero che la suscettibilità di differenti ceppi murini alla candidiasi sistemica non
correla con quella alla candidiasi mucosale, gastrointestinale o vaginale, e che le
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no ad ora sconosciuti (Mencacci et al.,
1998). La mancanza di TNF/LT-a e di IL-6
comporta una elevata suscettibilità all’infezione disseminata o mucosale da C. albicans; al contrario, la suscettibilità all’infezione primaria diminuisce in assenza di
IL-4 o IL-10. Tuttavia, la mancanza di IL-4,
come pure di IL-12 o di IFN-g rende i topi
altamente suscettibili alla infezione secondaria (Mencacci et al., 1998). Osservazioni
recenti indicano che la resistenza alla infezione secondaria è diminuita anche in topi
IL-18-deficienti ed è ripristinata in seguito a
somministrazione di IL-18 (osservazioni
non pubblicate). La resistenza o la suscettibilità all’infezione correlano con la colonizzazione degli organi bersaglio, come
pure con il tipo di produzione citochinica
T helper da parte dei linfociti T CD4+. Bassi livelli di IL-4 o IL-10 ed una aumentata
produzione di IFN-g e IL-2 si osservano in
topi che resistono sia all’infezione primaria
che secondaria come i topi IL-10-deficienti. Al contrario, elevati livelli di IL-4 e IL-10
e bassi livelli di citochine Th1 sono presenti in topi TNF/LT-a- e IL-6-deficienti,
che soccombono all’infezione primaria, e
in topi IL-12p40- o IFN-gR- o IL-4-deficienti che soccombono all’infezione secondaria. Complessivamente questi dati dimostrano che la suscettibilità all’infezione primaria e secondaria da Candida nei topi citochino-deficienti correlano con l’incapacità di sviluppare risposte protettive antiCandida Th1 e con la presenza di cellule
Th2 non protettive. Questi studi hanno
inoltre rivelato l’esistenza di una sorta di
gerarchia nella regolazione dello sviluppo
delle risposte T helper e delle funzioni effettrici antifungine mediate dalle citochine.
Nelle prime fasi dell’infezione la produzione di alcune citochine proinfiammatorie
(TNF-a e IL-6), più di altre (IL-1b), sembra
essere essenziale per il controllo successivo dell’infezione e la risultante immunità
protettiva Th1-dipendente. Sia la produzione di che la responsività a IL-12 sono richieste per lo sviluppo di risposte Th1, che
sono attivate in presenza di livelli “fisiologici “ di IL-4 e IL-10 e mantenute da IL-4 e,
forse, IL-18. Quindi un equilibrio finemente regolato di citochine direttive come IL-4,
IL-10 e IL-12, piuttosto che la relativa assenza o presenza di citochine opposte
sembra essere richiesto per lo sviluppo ottimale e il mantenimento della immunità a
C. albicans.
Il ruolo dell’immunità naturale
Il ruolo istruttivo dell’immunità naturale
su quella acquisita verso un agente patogeno può esplicarsi a differenti livelli. Nella candidiasi la regolazione del carico fungino precoce, la produzione citochinica e
l’espressione di molecole costimolatorie
rappresentano possibili meccanismi tramite i quali il sistema dell’immunità naturale
può controllare lo sviluppo dei linfociti
CD4+ Th. In particolare, il fatto che i neutrofili, più dei macrofagi, hanno la capacità
di produrre citochine direttive come IL-10
e IL-12 in risposta a Candida, sottolinea
l’importante ruolo di tali cellule nel controllo globale dell’infezione e della sua patologia (Romani et al., 1997). Pertanto, dato l’elevato numero dei neutrofili nel sangue o nei tessuti nel corso dell’infezione, è
verosimile che proprio la produzione di citochine da parte dei neutrofili stessi possa
influenzare lo sviluppo precoce delle risposte T helper a Candida albicans. Questa potrebbe essere una funzione condivisa con altre cellule del sistema immune naturale che, sebbene prive di recettori altamente specifici, ma rispondendo piuttosto
a molecole microbiche comuni a più microrganismi, possono in ultima analisi influenzare la differenziazione T cellulare.
CONCLUSIONI
Il paradigma Th1/Th2, sebbene in qualche modo semplicistico, si sta’ dimostrando essenziale per una migliore comprensione della immunoregolazione nella candidiasi e in altre infezioni fungine. Tuttavia
alcune osservazioni complicano la linearità
di tale paradigma: 1) Le singole citochine
possono produrre effetti opposti a seconda
della dose e del tempo della loro partecipazione alla risposta immune, 2) alcune citochine esercitano i loro effetti sia sull’immunità naturale che su quella acquisita e
3) ci sono meccanismi chiaramente ridondanti per l’induzione di una risposta Th1 o
Th2. La mole di dati sperimentali e di osservazioni cliniche che supportano il mo-
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Le citochine nella
terapia delle
infezioni fungine
Cytokine therapy in
fungal infections
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dello dell’immunità specifica a C. albicans
come altamente suscettibile all’influenza
delle citochine indica che la modulazione
dell’equilibrio T helper a mezzo delle citochine stesse potrebbe costituire un promettente strumento terapeutico nei confronti delle infezioni fungine. In tal senso,
controllando l’infettività fungina e/o opponendosi alla immunopatologia, la promozione di risposte specifiche antifungine
Th1 costituisce un obbiettivo realistico nello sviluppo di vaccini e di strategie terapeutiche verso le infezioni da C. albicans.
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