IMMUNOTOSSICOLOGIA

IMMUNOTOSSICOLOGIA

Studia gli effetti avversi degli xenobiotici sul sistema immunitario.Sostanza Immunotossica: sostanza in grado di alterare una o più funzioni immunitarie, provocando un effetto indesiderato.

Il sistema immunitario risulta particolarmente sensibile agli effetti indotti da agenti chimici o da insulti fisici:• Il sistema immunitario, benché funzioni sin dalla nascita, subisce

un notevole sviluppo postnatale (es. timo fino alla pubertà);• I componenti del sistema immunitario vengono continuamente

rinnovati;• Ogni risposta richiede un delicato controllo dell’equilibrio tra

attivazione, silenziamento e regolazione dell’attività immunitaria.

IMMUNOTOSSICOLOGIA

Effetti tossici sul sistema immunitario possono includere:

• Aumento della suscettibilità alle infezioni• Sviluppo di forme tumorali• Fenomeni di ipersensibilità• Fenomeni di autoimmunità

IMMUNOTOSSICOLOGIA

L’eventuale interazione con il sistema immunitario di sostanze presenti nell’ambiente, di farmaci o di fattori fisici (es. radiazioni ionizzanti) può tradursi in una alterazione del suo equilibrio, con i seguenti effetti:• Immunosoppressione• Incontrollata proliferazione (es. leucemia, linfoma)• Alterazioni del meccanismo di difesa• Allergia e autoimmunità

Effetti immunotossici• La sensibilità ad un effetto immunotossico dipende da molteplici

fattori legati sia alla sostanza in esame che all’individuo esposto.• In quest’ultimo caso ricordiamo il corredo genetico, l’età, il sesso,

lo stato di nutrizione e di salute, oltre allo stato neuroendocrino. Tutti questi fattori influiscono principalmente sulla dose, cui siosservano gli effetti tossici.• Cosi, ad es., è importante ricordare che il Sistema immunitario

(es. complesso maggiore di istocompatibilità, promotori di citochine e del loro recettori), così come quello deputato alladetossificazione (es. CYP-450) sono caratterizzati da polimorfismi allelici, che influenzano sia la capacità dell’organismodi distruggere gli agenti patogeni e di metabolizzare le sostanzetossiche, sia la predisposizione a fenomeni allergici edautoimmunitari.

Effetti immunotossici• Bambini ed anziani, vengono generalmente considerati come

sottopopolazioni più sensibili agli effetti immunotossici,rispetto agli individui adulti. • Infine le malattie autoimmunitarie sono più frequenti nelle

donne, indicando un ruolo predisponente negli estrogeni.• Stato nutrizionale ed equilibrio neuroendocrino sono anche

importanti nel determinare la suscettibilità agli effettiimmunotossici:• La malnutrizione è infatti la principale causa di immunosoppressione nel mondo;• Gli stati di stress, associati ad aumentati livelli di corticosteroidi,

possono sopprimere la funzionalità immunitaria e la capacità di guarire dalle infezioni.

IMMUNOTOSSICOLOGIALa sensibilità ad un effetto immunotossico dipende da molti fattori legati sia alla sostanza in esame che all’individuo esposto

IMMUNOSOPPRESSIONE

IMMUNOSOPPRESSIONEMolti sono gli xenobiotici che possono provocare delle disfunzioni del sistema immunitario:

• alterando la resistenza ai vari agenti infettivi• aumentando l’insorgenza ai tumori spontanei

Ad esempio si è riscontrata una correlazione tra l’uso terapeutico di farmaci antitumorali e aumento dell’incidenza di malattie infettive e tumori.

IMMUNOSOPPRESSIONE

Alterazioni di qualsiasi componente del sistema immunitario che provocano riduzione della funzione immunitaria.

Conseguenze possono essere:- ridotta resistenza alle infezioni,- > incidenza di alcune forme tumorali (es. linfoma cellule B, sarcoma di Kaposi, carcinoma alla cervice, ecc.)

IMMUNOSOPPRESSIONE

Si distinguono 2 tipi di immunodeficienze:

1. Immunosoppressione primaria: genetica o congenita, può colpire componenti specifici o non specifici del sistema immunitario. Caratterizzata da un’alterazione nella resistenza ai vari agenti infettivi.

2. Immunosoppressione secondaria: dovuta a possibili cause (cancro, alcune infezioni virali, malnutrizione, malattie renali, invecchiamento, farmaci e xenobiotici). Di questo si occupa l’immunotossicologia

IMMUNOSOPPRESSIONE

L’immunosoppressione è alla base dell’effetto farmacologicodi farmaci immunosoppressori (es. ciclosporina, ciclofosfamide, ecc.) usati per prevenire il rigetto dei trapianti o nei casi di gravi patologie autoimmuni o allergiche.

Tra gli xenobiotici immunosoppressivi più potenti: • Idrocarburi policiclici aromatici – IPA (es. dimetilbenz(a)-

antracene, benzo(a)pirene, diossina)• Droghe d’abuso • Farmaci citotossici

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVE

BENZENE: esposizione occupazione comporta ridotti livelli di IgG, di IgA e di complemento, con invariati livelli di IgM. Altera sia le risposte umorali che cellulo-mediate.Sintomi: leucopenia, anemia, ipoplasia del midollo osseo, linfocitopenia, granulocitopenia e trombocitopenia. La mielotossicità iniziale porta a leucemie mieloidi acute e linfomi.Principale vie di esposizione occupazionale e non- : inalatoria (benzine).Trasformato a livello epatico, da ossidasi microsomiali, nel suo epossido che può dare fenolo, trasformato poi in catecolo, idrochinone. Può reagire con il glutatione e dare acido fenilmercapturico.I suoi metaboliti sono ritenuti responsabili della sua immunotossicità.I chinoni, accettori di Michael, possono alchilare proteine cellulari e/o il DNA. I chinoni, molecole molto reattive, possono portare alla formazione di ROS, che possono causare stress ossidativo nelle cellule attraverso l’ossidazione di lipidi, proteine e DNA.

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVEIDROCARBURI AROMATICI ALOGENATI:Alcuni composti sono risultati immunotossici nell’uomo e nei roditori.Bifenilipoliclorurati (PCB), utilizzati nell’industria della plastica, possono provocare una riduzione delle difese agli agenti infettivi.Bifenilpolibromurati (PBB) provocano nell’uomo una riduzione dei linfociti T periferici, un aumento dei linfociti senza indicatori di superficie, di IgG ed iperreattività nei saggi cutanei. Influenzano soprattutto la risposta umorale, ma a dosi elevate si ha riduzione dell’immunità cellulo-mediata.Idrocarburi aromatici policiclici che si formano durante i processi di combustione sono ad es. 3-metilcolantrene, 1,2-benz(a)antracene, 1,2,5,6-dibenzo(a)antracene e benzo(a)pirene. Sperimentalmente si è osservato che questi composti inducono riduzione della risposta anticorpale.

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVEIDROCARBURI AROMATICI ALOGENATIIdrocarburi aromatici policicliciLa diossina provoca nei roditori una grave atrofia chimica simile a quella indotta dai cortisonici. Deprime tutta la risposta immunitaria sia umorale che cellulo-mediata.

Azione immunotossica degli IPA è mediata dall’interazione tra il recettore citoplasmatico per gli idrocarburi aromatici Ah-R e il recettore aromatico per il trasporto nucleare (ARNT), che va a modulare l’espressione genica. L’affinità per il recettore Ah determina la suscettibilità dell’effetto immunotossico.

Si ipotizza che la diossina provochi un’inappropriata attivazione cellulare, con conseguente morte cellulare e terminazione prematura della risposta immunitaria. La TCDD è la sostanza immunosoppressiva più potente nei roditori (LOEL = 10-73 ng/kg)

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVE

PESTICIDI:Molte evidenze sperimentali di alterazione della funzionalità immunitaria, ma i dati sull’uomo sono limitati e inconclusivi.Organofosforici risultano immunosoppressori in alcune specie animali. Esposizioni occupazionali nell’uomo possono portare ad una riduzione della chemiotassi dei neutrofili e > incidenza di infezioni delle vie respiratorie.Composti organoclorurati (es. DDT, clordano) sembrano alterare la risposta sia umorale che cellulo-mediata.

Complessivamente i dati esistenti suggeriscono che i pesticidi possono modulare alcune funzioni immunitarie, ma il significato delle variazioni molto lievi osservate non è ancora chiaro.

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVEMETALLI:Alterano sia la risposta cellulo-mediata che umorale. Es. Pb, avendo alta affinità con i gruppi sulfidrilici, si combina con i tioli cellulari, che sono importanti nell’attivazione dei linfociti, nella proliferazione e nella differenziazione.

Altri metalli provocano disfunzioni della risposta immunitaria (Cd, Hg, As, Ni e Zn).Ad alte concentrazioni danno immunosoppressione, a basse dosi immunostimolazione.

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVEFARMACI:Molti farmaci immunosoppressori erano in origine degli antitumorali. Tra questi gli agenti alchilanti (es. ciclofosfamide) che grazie a legami covalenti con il DNA, ne impediscono la replicazione, risultano molto tossici per i tessuti a rapida crescita, come il midollo osseo, la mucosa intestinale e le cellule tumorali.I Corticosteroidi, usati come antiinfiammatori e immunosoppressori, alterano la fagocitosi, deprimono le funzioni dei leucociti B e T, causano linfopenia.Altri farmaci immunomodulatori sono la ciclosporina e il tacrolimus. La loro azione è dovuta > all’inibizione della proliferazione dei linfociti T attraverso un blocco della via Ca2+ dipendente della regolazione della trascrizione di IL-2.

SOSTANZE IMMUNOSOPPRESSIVE

L’ABUSO di Alcool e di droghe, come cannabinoidi, cocaina,oppioidi, è in grado di ridurre la risposta immunitaria.In particolare l’azione dei cannabinoidi è mediata dai recettori per i cannabinoidi (il cui ligando endogeno è l’anantamide). L’attivazione di questo recettore inibisce le prime fasi della risposta linfocitaria, con un aumento della produzione di IgE e diminuzione della resistenza a infezioni virali e da patogeni intracellulari.Negli etilisti cronici si ha > incidenza di infezioni polmonari

IPERSENSIBILITA’

IPERSENSIBILITA’Fenomeni di ipersensibilità sono tra i più frequenti effetti tossici del sistema immunitario nei Paesi industrializzati.Sono stati divisi in 4 gruppi da Coombs e Gell sulla base del meccanismo immunologico principalmente coinvolto:• Tipo I o reazioni anafilattiche: mediate da IgE, si manifestano nell’arco

di 15 min. con asma, orticaria, shock anafilattico, ecc. (anidride ftalica, Nichel, Platino, Penicilline e cefalosporine)

• Tipo II o reazioni citolitiche: mediate da IgG e IgM, con manifestazioni come anemia emolitica, miastenia grave ecc. (idralazina, metildopa, procainamide)

• Tipo III o reazioni di Arthus: mediate da IgG, con manifestazioni come lupus eritematoso sistemico, glomerulonefriti e artrite reumatoide (penicillina, sulfonammidi, tiouracile)

• Tipo IV o ipersensibilità ritardata: mediate da macrofagi e linfociti T, come la reazione alla tubercolina e le dermatiti da contatto (neomicina, penicillina, benzocaina, nichel, cromo, 2,4-dinitroclorobenzene).

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIAEsposizione quotidiana a sostanze che possono indurre fenomeni allergici, con sintomatologie molto diverse tra loro (asma, dermatiti, ecc.).Il 2% dei casi di asma sono di origine occupazionale. In Giappone questa percentuale sale al 15 %Le dermatiti da contatto sono mediate dai linfociti T e sono dovute a molti xenobiotici (farmaci, cosmetici e alcuni metalli).I sintomi compaiono circa 7/10 gg dopo la prima esposizione all’allergene o dopo anni se l’esposizione è a basse dosi. Dopo la sensibilizzazione, il contatto con l’antigene provoca una risposta entro 24-48 h.

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIAPerché una sostanza chimica possa indurre sensibilizzazione cutanea, dopo l’assorbimento attraverso lo strato corneo deve arrivare all’epidermide vitale (generalmente gli allergeni chimici hanno basso pm- < 1000 - e discreta lipofilia).Essendo troppo piccoli per una reazione immunogenica, devono legarsi alle proteine extracellulari o presenti sulle cellule per formare un antigene completo.Sviluppo della dermatite allergica richiede l’attivazione di cellule dell’immunità innata inclusi i cheratinociti, necessari per la maturazione e migrazione delle cellule dendritiche;le cellule dendritiche (es. cellule di Langerhans) sono necessarie per l’attivazione delle cellule T.Il microambiente della pelle fornisce i segnali di pericolo o DAMP (damage associated molecular patterns), tra cui specie reattive dell’ossigeno, acido urico, frammenti di acido ialuronico e ATP, necessari per il pattern recognition receptor (PRR) e la piena attivazione delle cellule dendritiche, con l’up-regulation delle molecole co-stimolatorie (CD40, CD80 e CD86).

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIAL’attivazione della risposta immunitaria specifica avviene a livello dei linfonodi di drenaggio, dove le cellule dendritiche migrano dalla cute attraverso i vasi linfatici afferenti e stimolano l’attivazione aptene-specifica dei linfociti T e la generazione di cellule effettrici.

Ad un successivo contatto con lo stesso xenobiotico, le cellule T della memoria presenti nel sito di contatto, verranno attivate direttamente in sede cutanea dalle cellule presentanti l’antigene, scatenando così la reazione infiammatoria (fase di elicitazione).

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIA

Uno dei principali eventi molecolari nella sensibilizzazione cutanea indotta da xenobiotici è l’aptenizzazione, cioè il legame dello xenobiotico con le proteine per formare l’Ag completo, in grado di attivare una risposta immunitaria specifica delle cellule T.Molti composti non sono allergenici di per sé, ma vengono attivati per formare sensibilizzanti cutanei:- prima del contatto con la pelle (pre-apteni), ad esempio tramite

ossidazione con l’aria, - nella pelle, mediante attivazione metabolica (pro-apteni).

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIA

La pelle può essere vista come un ambiente nucleofilo, ricco di acqua e di gruppi nucleofili funzionali presenti nelle proteine, come gli amminoacidi tirosina, triptofano, istidina, lisina, metionina e cisteina.La > parte degli allergeni da contatto sono molecole elettrofile. Sono stati evidenziati 5 tipi di reazioni, tra cui la formazione di Basi di Schiff, addizioni di Michael, reazioni di acilazione.Per alcuni composti terpenici è stato evidenziato un meccanismo radicalico coinvolto nella formazione dell’Ag.I metalli come Ni, Cr e Co formano complessi stabili di coordinazione con le proteine.

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIAAlcuni agenti provocano dermatiti da contatto solo dopo aver interagito con la luce (fotosensibilizzazione).

Circa il 20 % di tutte le dermatiti da contatto sono di tipo allergico. Tra le più di 3000 sostanze chimiche descritte come potenziali allergeni, troviamo:- Toluene diisocianato, usato per la produzione di resine e materie

plastiche, che reagisce con i gruppi amminici (asma e dermatiti).- Formaldeide che reagisce con le proteine (dermatiti).- Cosmetici, in particolare gli antimicrobici (metilcloroisotiazolone,

Sali d’ammonio quaternario, sostanze che rilasciano formaldeide come l’imidazolidin urea) e i profumi (dermatiti)

- Metalli come nichel, platino, berillio, cromo e oro (dermatiti)

SOSTANZE CHE INDUCONO ALLERGIA

- Penicillina: reazione anafilattica dovuta ad un suo prodotto di biotrasformazione che si combina con le proteine endogene o con sostanze ad alto peso molecolare presenti nel prodotto commerciale, che fungono da carrier. La via di somministrazione influenza l’insorgenza all’allergia (più frequente dopo i.m.) L’ipersensibilità da penicillina o da altri beta lattamici può essere di tipo immediato o ritardato.

- Metildopa, usata nell’ipertensione. Non sembra fungere da aptene, ma piuttosto sembra modificare gli Ag di superficie degli eritrociti. Bassa % di pazienti (1 %) ha questi Ag.

- Altri farmaci possono provocare dermatiti da contatto (benzocaina, fluorouracile, corticosteroidi, alcuni antibiotici, come neomicina, polimixina, bacitracina, amminoglicosidici).

AUTOIMMUNITA’

AUTOIMMUNITA’

• Si ha autoimmunità ogni volta che il sistema immunitario riconosce come estranee proteine proprie dell’organismo.• Si manifesta con la produzione di Ab contro proteine “self” e con la

distruzione del tessuto ad opera dei linfociti T citotossici e dei macrofagi.• Nell’uomo sono note più di 60 malattie autoimmunitarie,

• Organo-specifiche (tiroidite di Hashimoto) • Organo-aspecifiche (lupus eritematoso sistemico)

• I fenomeni di ipersensibilità di tipo II e III sono spesso indistinguibili dalle reazioni autoimmunitarie.

AUTOIMMUNITA’

Varie sono le ipotesi sull’origine delle malattie autoimmuni:1. Eposizione ad Ag sequestrati anatomicamente (es. occhio, pancreas, gonadi, ecc)

normalmente non visti dal sistema immunitario.2. Alterazione nel processamento delle proteine endogene con esposizione ad Ag self

“criptici”, non visti durante la normale “selezione negativa” timica.3. Modificazione di proteine self: es. Ab verso proteine self modificate (es. penicillina,

alotano), ecc..4. Alterazioni nell’immunoregolazione con mancata eliminazione centrale a livello

timico dei cloni autoreattivi o con perdita della tolleranza periferica (es. cellule T regolatrici).

5. Mimesi molecolare tra Ag esogeni (microorganismi patogeni) e proteine endogene.

SOSTANZE CHE INDUCONO AUTOIMMUNITA’L’aptenizzazione delle proteine può portare ad allergie o a reazioni autoimmuni.Alla base dei 2 possibili effetti c’è la diversa via di esposizione:- Esposizione cutanea o inalatoria può indurre asma o dermatiti, - Esposizione orale può più facilmente indurre autoimmunità

Patologie di tipo autoimmunitario possono essere dovute a:Dieldrin, oro, mercurio inorganico, silica, alcuni farmaci (penicillamina, alotano, procainamide, isoniazide, fenitoina, bleomicine, metildopa)Idralazina, procainamide, metildopa, penicillamina LupusBleomicine, cocaina, 5-idrossitriptofano sclerodermaMetildopa, penicillamina anemia emolitica

AUTOIMMUNITA’ E ALLERGIEDifficile distinguere se una reazione collaterale dei farmaci è di tipo immunologico o meno. La reazione immunologica dovrebbe:• Essere diversa da quella farmacologica• Evidenziarsi anche a basse dosi• Apparire solo dopo un periodo di induzione• Avere i classici sintomi di una reazione allergica (anafilassi,

orticaria, asma, ecc.)• Riapparire dopo una somministrazione a basse dosi.