Microbiologia

L’immunità umorale si riferisce ai meccanismi delle difese immunitarie adattative che sono mediate dagli anticorpi secreti dai linfociti B, o cellule B. Questa sezione si concentrerà sulle cellule B e discuterà la loro produzione e maturazione, i recettori e i meccanismi di attivazione.

Produzione e maturazione delle cellule B

Come le cellule T, le cellule B si formano da cellule staminali ematopoietiche multipotenti (HSC) nel midollo osseo e seguono un percorso attraverso le cellule staminali linfoidi e il linfoblasto (vedi Figura 1 in Difese cellulari). A differenza delle cellule T, tuttavia, i linfoblasti destinati a diventare cellule B non lasciano il midollo osseo e viaggiano verso il timo per la maturazione. Piuttosto, le eventuali cellule B continuano a maturare nel midollo osseo.

Il primo passo della maturazione delle cellule B è una valutazione della funzionalità dei loro recettori leganti l’antigene. Questo avviene attraverso una selezione positiva per le cellule B con recettori funzionali normali. Un meccanismo di selezione negativa viene poi utilizzato per eliminare le cellule B auto-reagenti e minimizzare il rischio di autoimmunità. La selezione negativa delle cellule B autoreattive può comportare l’eliminazione per apoptosi, la modifica dei recettori in modo che non siano più autoreattive, o l’induzione di anergia nella cellula B. Le cellule B immature che superano la selezione nel midollo osseo viaggiano poi verso la milza per le loro fasi finali di maturazione. Lì diventano cellule B mature ingenue, cioè cellule B mature che non sono ancora state attivate.

Recettori delle cellule B

Figura 1. I recettori delle cellule B sono incorporati nelle membrane delle cellule B. Le regioni variabili di tutti i recettori di una singola cellula legano lo stesso antigene specifico.

Come le cellule T, le cellule B possiedono recettori antigene-specifici con diverse specificità. Anche se dipendono dalle cellule T per un funzionamento ottimale, le cellule B possono essere attivate senza l’aiuto delle cellule T. I recettori delle cellule B (BCR) per le cellule B mature naïve sono forme monomeriche legate alla membrana di IgD e IgM. Hanno due catene pesanti identiche e due catene leggere identiche collegate da legami disolfuro in una forma a “Y” di base (Figura 1). Il tronco della molecola a forma di Y, la regione costante delle due catene pesanti, attraversa la membrana delle cellule B. I due siti di legame dell’antigene esposti all’esterno della cellula B sono coinvolti nel legame di specifici epitopi patogeni per iniziare il processo di attivazione. Si stima che ogni cellula B matura naïve abbia più di 100.000 BCR sulla sua membrana, e ognuno di questi BCR ha una specificità identica di legame all’epitopo. Per essere preparati a reagire a una vasta gamma di epitopi microbici, le cellule B, come le cellule T, usano il riarrangiamento genetico di centinaia di segmenti genici per fornire la necessaria diversità di specificità del recettore. La regione variabile della catena pesante del BCR è composta da segmenti V, D e J, simili alla catena β del TCR. La regione variabile della catena leggera del BCR è composta da segmenti V e J, simili alla catena α del TCR. Il riarrangiamento genetico di tutte le possibili combinazioni di V-J-D (catena pesante) e V-J (catena leggera) fornisce milioni di siti unici di legame all’antigene per il BCR e per gli anticorpi secreti dopo l’attivazione.

Un’importante differenza tra BCR e TCR è il modo in cui possono interagire con epitopi antigenici. Mentre i TCR possono interagire solo con epitopi antigenici che sono presentati all’interno della fessura di legame dell’antigene di MHC I o MHC II, i BCR non richiedono la presentazione dell’antigene con MHC; possono interagire con epitopi su antigeni liberi o con epitopi visualizzati sulla superficie di patogeni intatti. Un’altra differenza importante è che i TCR riconoscono solo epitopi proteici, mentre i BCR possono riconoscere epitopi associati a diverse classi molecolari (ad esempio, proteine, polisaccaridi, lipopolisaccaridi).

L’attivazione delle cellule B avviene attraverso meccanismi diversi a seconda della classe molecolare dell’antigene. L’attivazione di una cellula B da parte di un antigene proteico richiede che la cellula B funzioni come APC, presentando gli epitopi proteici con MHC II alle cellule T helper. A causa della loro dipendenza dalle cellule T per l’attivazione delle cellule B, gli antigeni proteici sono classificati come antigeni T-dipendenti. Al contrario, i polisaccaridi, i lipopolisaccaridi e altri antigeni non proteici sono considerati antigeni T-indipendenti perché possono attivare le cellule B senza che l’antigene venga processato e presentato alle cellule T.

Attivazione delle cellule B indipendente dalle cellule T

L’attivazione delle cellule B senza la cooperazione delle cellule T helper è definita attivazione indipendente dalle cellule T e si verifica quando i BCR interagiscono con antigeni T-indipendenti. Gli antigeni indipendenti dal T (per esempio, capsule di polisaccaridi, lipopolisaccaridi) hanno unità epitopiche ripetitive nella loro struttura, e questa ripetizione permette il legame incrociato di più BCR, fornendo il primo segnale per l’attivazione (Figura 2). Poiché le cellule T non sono coinvolte, il secondo segnale deve provenire da altre fonti, come le interazioni dei recettori toll-like con i PAMP o le interazioni con i fattori del sistema del complemento.

Una volta che una cellula B è attivata, va incontro a proliferazione clonale e le cellule figlie si differenziano in plasmacellule. Le plasmacellule sono fabbriche di anticorpi che secernono grandi quantità di anticorpi. Dopo la differenziazione, i BCR di superficie scompaiono e le plasmacellule secernono molecole IgM pentameriche che hanno la stessa specificità antigenica dei BCR (Figura 2).

La risposta indipendente dalle cellule T è di breve durata e non porta alla produzione di cellule B di memoria. Quindi non risulterà in una risposta secondaria a successive esposizioni ad antigeni T-indipendenti.

Figura 2. Gli antigeni T-indipendenti hanno epitopi ripetuti che possono indurre il riconoscimento e l’attivazione delle cellule B senza il coinvolgimento delle cellule T. Un secondo segnale, come l’interazione dei TLR con i PAMP (non mostrato), è anche richiesto per l’attivazione della cellula B. Una volta attivata, la cellula B prolifera e si differenzia in plasmacellule che secernono anticorpi.

Attivazione dipendente dalle cellule T delle cellule B

Figura 3. Fare clic per ingrandire l’immagine. Nell’attivazione delle cellule B dipendente dalle cellule T, la cellula B riconosce e internalizza un antigene e lo presenta a una cellula T helper che è specifica per lo stesso antigene. La cellula T helper interagisce con l’antigene presentato dalla cellula B, che attiva la cellula T e stimola il rilascio di citochine che poi attivano la cellula B. L’attivazione della cellula B innesca la proliferazione e la differenziazione in cellule B e plasmacellule.

L’attivazione dipendente dalle cellule T delle cellule B è più complessa dell’attivazione indipendente dalle cellule T, ma la risposta immunitaria risultante è più forte e sviluppa memoria. L’attivazione dipendente dalle cellule T può avvenire sia in risposta ad antigeni proteici liberi che ad antigeni proteici associati ad un patogeno intatto. L’interazione tra i BCR di una cellula B matura naïve e un antigene proteico libero stimola l’internalizzazione dell’antigene, mentre l’interazione con antigeni associati a un patogeno intatto inizia l’estrazione dell’antigene dal patogeno prima dell’internalizzazione. Una volta internalizzato all’interno della cellula B, l’antigene proteico viene processato e presentato con MHC II. L’antigene presentato viene poi riconosciuto dalle cellule T helper specifiche per lo stesso antigene. Il TCR della cellula T helper riconosce l’antigene straniero, e la molecola CD4 della cellula T interagisce con l’MHC II sulla cellula B. La coordinazione tra le cellule B e le cellule T helper che sono specifiche per lo stesso antigene è chiamata riconoscimento collegato.

Una volta attivate dal riconoscimento collegato, le cellule TH2 producono e secernono citochine che attivano la cellula B e causano la proliferazione in cellule figlie clonali. Dopo diversi cicli di proliferazione, ulteriori citochine fornite dalle cellule TH2 stimolano la differenziazione dei cloni di cellule B attivate in cellule B di memoria, che rispondono rapidamente alle successive esposizioni allo stesso epitopo proteico, e in plasmacellule che perdono i loro BCR di membrana e inizialmente secernono IgM pentameriche (Figura 3).

Dopo la secrezione iniziale di IgM, le citochine secrete dalle cellule TH2 stimolano le plasmacellule a passare dalla produzione di IgM alla produzione di IgG, IgA o IgE. Questo processo, chiamato commutazione di classe o commutazione di isotipo, permette alle plasmacellule clonate dalla stessa cellula B attivata di produrre una varietà di classi di anticorpi con la stessa specificità di epitopo. La commutazione di classe si realizza tramite il riarrangiamento genetico dei segmenti di gene che codificano la regione costante, che determina la classe di un anticorpo. La regione variabile non viene cambiata, quindi la nuova classe di anticorpi mantiene la specificità dell’epitopo originale.

Risposte primarie e secondarie

L’attivazione delle cellule B dipendente dalle cellule T gioca un ruolo importante nelle risposte primarie e secondarie associate all’immunità adattativa. Con la prima esposizione a un antigene proteico, si verifica una risposta anticorpale primaria dipendente dalle cellule T. La fase iniziale della risposta primaria è un periodo di ritardo, o periodo latente, di circa 10 giorni, durante il quale nessun anticorpo può essere rilevato nel siero. Questo periodo di latenza è il tempo necessario per tutte le fasi della risposta primaria, compreso il legame delle cellule B mature ingenue dell’antigene con i BCR, l’elaborazione e la presentazione dell’antigene, l’attivazione delle cellule T helper, l’attivazione delle cellule B e la proliferazione clonale. La fine del periodo di ritardo è caratterizzata da un aumento dei livelli di IgM nel siero, poiché le cellule TH2 stimolano la differenziazione delle cellule B in plasmacellule. I livelli di IgM raggiungono il loro picco circa 14 giorni dopo l’esposizione all’antigene primario; all’incirca in questo stesso periodo, il TH2 stimola la commutazione della classe anticorpale e i livelli di IgM nel siero cominciano a diminuire. Nel frattempo, i livelli di IgG aumentano fino a raggiungere un picco circa tre settimane dopo la risposta primaria (Figura 4).

Durante la risposta primaria, alcune delle cellule B clonate si differenziano in cellule B di memoria programmate per rispondere alle esposizioni successive. Questa risposta secondaria si verifica più rapidamente e con più forza della risposta primaria. Il periodo di ritardo è ridotto a pochi giorni e la produzione di IgG è significativamente superiore a quella osservata per la risposta primaria (Figura 4). Inoltre, gli anticorpi prodotti durante la risposta secondaria sono più efficaci e si legano con maggiore affinità agli epitopi bersaglio. Le cellule del plasma prodotte durante le risposte secondarie vivono più a lungo di quelle prodotte durante la risposta primaria, quindi i livelli di anticorpo specifico rimangono elevati per un periodo di tempo più lungo.

Figura 4. Rispetto alla risposta primaria, la risposta anticorpale secondaria si verifica più rapidamente e produce livelli di anticorpi che sono più alti e più sostenuti. La risposta secondaria coinvolge soprattutto le IgG.