Nel precedente articolo abbiamo iniziato ad approfondire la relazione tra i lipopolisaccaridi e l’organismo bovino, descrivendo le caratteristiche principali di queste molecole, gli apparati in cui hanno maggiore probabilità di essere prodotti ed i meccanismi con cui attraversano l’epitelio. Con questo articolo affronteremo il destino dei LPS in circolo, le modalità di rimozione ed i meccanismi con cui interagiscono con l’organismo.
Destino dei LPS nel circolo ematico e linfatico
I lipopolisaccaridi di provenienza intestinale, mammaria e uterina, dopo aver guadagnato il versante basale dello strato epiteliale, attraverso la linfa raggiungono i linfonodi regionali. In questi distretti anatomici stimolano i leucociti, principalmente i macrofagi, a produrre citochine pro-infiammatorie. Nell’intestino i LPS, attraverso il circolo ematico portale, arrivano al fegato dove una quota importante viene captata ed inattivata dagli epatociti e dalle cellule di Kupffer (che sono dei macrofagi specializzati); la restante parte guadagna la circolazione sistemica. I LPS di provenienza mammaria ed uterina, attraverso la vena cava caudale, passano direttamente nel circolo sistemico. Nel sangue i LPS formano spontaneamente degli aggregati che si legano saldamente alle lipoproteine a bassa densità (LDL) ed alta densità (HDL), ed in questo stato sono veicolati nel plasma. La circolazione sistemica permette ai LPS di raggiungere numerosi organi e tessuti dove possono essere immagazzinati ed inattivati.
Meccanismi di rimozione dei LPS
I meccanismi principali di rimozione dei LPS dall’organismo sono principalmente due:
- Via dei macrofagi
- Via delle lipoproteine
I macrofagi sono le principali cellule deputate all’inattivazione e smaltimento dei LPS. In particolare, i LPS vengono captati dai recettori di membrana ed internalizzati dai macrofagi ed in misura minore dai monociti e dai neutrofili. Purtroppo, questo processo non è innocuo poiché stimola la produzione di citochine pro-infiammatorie quali il fattore di necrosi tumorale α (TNF – α), l’interleuchina – 6 (IL – 6), l’ossido nitrico (NO), gli anioni superossido e le prostaglandine sia di tipo E₂ che F₂α. Tutte queste sostanze, alla base dei processi dell’immunità innata, hanno effetti molto potenti sull’organismo, esitando talvolta in episodi di shock potenzialmente fatali. I principali tessuti che si fanno carico dell’eliminazione dei LPS circolanti sono il fegato ed il tessuto adiposo bianco, in particolare attraverso i macrofagi in essi contenuti.
Le lipoproteine ad alta densità (HDL) sono particolarmente abbondanti nel plasma bovino e si è visto che il legame tra LPS e HDL (e altre lipoproteine) annulla l’attività di stimolo alla produzione di citochine pro-infiammatorie da parte delle cellule immunitarie. In altre parole, ci sono importanti evidenze che il legame tra le lipoproteine ed i LPS possano neutralizzarne l’effetto nocivo. Durante la fase acuta la composizione chimica delle HDL si modifica significativamente, e questo comporta la formazione di HDL che vengono sottratte con maggiore velocità dal circolo ematico e captate con maggiore probabilità dai macrofagi che si interessano dell’eliminazione. Infine, una quota apprezzabile di complessi tra lipoproteine e LPS viene captata dal fegato ed eliminata nelle feci attraverso l’escrezione biliare.
Interazione tra i lipopolisaccaridi e l’organismo
Gli effetti negativi dei lipopolisaccaridi sono dovuti principalmente ai meccanismi messi in atto per eliminarli dai tessuti ed alla potente, e spesso sproporzionata, risposta immunitaria che essi scatenano. La prima interazione tra LPS e l’organismo avviene a livello cellulare con il riconoscimento del segnale di pericolo da parte dei recettori di riconoscimento del pattern. I LPS stimolano l’immunità innata interagendo con i recettori Toll-like 4 (TLR-4) presenti sulla membrana cellulare dei macrofagi e linfociti B, in associazione ai recettori MD2, CD14 e le lipopolysaccaride-binding proteins (LBP). I lipopolisaccaridi, che tendono ad aggregarsi, vengono separati in monomeri dalle LBP ed il complesso LBP/LPS viene presentato a CD14 che ha il compito di caricare il LPS sul recettore composto da TLR4 e MD2. A questo punto il TLR-4 dimerizza (si lega ad un altro TLR-4) e permette l’attivazione dei segnali intracellulari che possiamo riconoscere in due modalità: MyD88-dipendente e MyD88-indipendente. La via MyD88-dipendente, che non richiede la partecipazione di CD14, porta al trasferimento nel nucleo del fattore di trascrizione kappa-light-chain-enhancer (NF–kB) che attiva i geni responsabili della sintesi di citochine pro-infiammatorie (IL – 1, IL – 6, IL – 8 e TNF), alcune chemochine e l’enzima inducibile ossido nitrico sintetasi (iNOS). La via MyD88-indipendente, che necessita dell’intervento di CD14, induce la fosforilazione e la dimerizzazione del fattore 3 di regolazione dell’interferone e porta alla produzione di interferone α e β.
La stimolazione del TLR-4 contribuisce inoltre all’attivazione degli inflammosomi, che sono complessi multiproteici citosolici del sistema immunitario innato coinvolti nella risposta infiammatoria ai patogeni. L’attivazione dell’inflammosoma in risposta ai LPS avviene attraverso una specifica classe di recettori della famiglia NLR (Nod-like receptors) che contengono un dominio pirinico definita NLRP3. In particolare, NLRP3 richiede un innesco iniziale ed un’attivazione successiva, entrambi come risposta alla presenza di LPS. L’innesco prevede l’attivazione del TLR4 seguita dal trasferimento di NF- B nel nucleo dove promuove l’espressione sia di NLRP3 sia di pro-Interleuchina-1β. Questo primo step è tuttavia insufficiente e deve essere completato dall’intervento di diversi fattori che attivano NLRP3 che diventa così capace di convertire la pro-caspasi 1 nella forma attiva caspasi-1. Caspasi-1 promuove la conversione di pro-Interleuchina-1β e pro-Interleuchina-18 nelle citochine attive Interleuchina-1β (IL-1 β) e Interleuchina-18 (IL- 18). Gli effetti di IL-1β prevedono l’aumento della temperatura (febbre), l’attivazione dei linfociti e delle cellule epiteliali e la mediazione di alcuni aspetti del processo infiammatorio. IL-18 attiva i linfociti natural killer e stimola un’intensa produzione di interferone-γ (IFN-γ).
I recettori di riconoscimento del pattern
A questo punto è doverosa una puntualizzazione sui recettori di riconoscimento del pattern dal momento che rappresentano un punto focale di interazione tra i lipopolisaccaridi e le cellule eucariote. I recettori di riconoscimento del pattern sono dei recettori dell’immunità innata non troppo specifici (a differenza dei recettori dell’immunità acquisita, che invece sono dei recettori ultra-specifici), in grado di riconoscere molecole che non sono indicative di una situazione ben definita, ma possono essere ritrovate in differenti condizioni di danno. In base alla loro posizione si dividono in: recettori di membrana (come il Toll – like 4), recettori citoplasmatici (recettori della famiglia NLR) e recettori solubili (in circolo o negli spazi extracellulari). Con il termine pattern, infatti, si indica un “motivo”, un'”istanza” piuttosto generica ma comunque indicativa della presenza, da qualche parte nell’organismo, di microrganismi o sostanze potenzialmente dannosi. I pattern si dividono in due gruppi indicati con l’acronimo di DAMPs (Damage Associate Molecular Patterns), indicativi di un danno ai tessuti, e PAMPs (Pathogen Associated Molecular Patterns), che denunciano la presenza di microrganismi potenzialmente patogeni. Nel caso dei lipopolisaccaridi (che sono PAMPs), il recettore coinvolto è principalmente il Toll-like 4 (TLR-4), un recettore di membrana che ha la funzione di informare la cellula che esso ha interagito con i lipopolisaccaridi. Il bovino ha 10 Toll-like receptors, quattro di essi intracellulari (3, 7, 8 e 9) ed i restanti sei extracitoplasmatici (tra cui il recettore di membrana Toll – like 4). I LPS sono sostanze raramente presenti negli organismi superiori per cui la loro presenza è dovuta, con un buon margine di attendibilità, quasi certamente alla presenza di batteri Gram negativi. Questa condizione non offre nessun’altra informazione alla cellula che rimane all’oscuro di numerose informazioni: di che batterio si tratta? Dove si trovano i batteri? Da quanto tempo? I recettori del pattern hanno solo il compito di informare la cellula, nel minor tempo possibile, della presenza di sostanze potenzialmente dannose. Sebbene molto poco specifica, questa condizione è di un’importanza strategica straordinaria per mettere in moto in pochissimo tempo i meccanismi che sono alla base dell’infiammazione e dell’immunità innata. Qualsiasi indugio in questa fase, con l’intento di “capirne di più”, potrebbe avere delle conseguenze catastrofiche e potenzialmente fatali per l’organismo. Sarà compito del sistema immunitario in una fase immediatamente successiva “aggiustare il tiro” e mettere in atto, caso per caso, le procedure più opportune.
Conclusioni
I lipopolisaccaridi sono delle sostanze estranee all’organismo, ma con cui il sistema immunitario interagisce da milioni di anni. Questa lunga storia ha portato le cellule a riconoscere il pericolo in brevissimo tempo attraverso i cosiddetti recettori di riconoscimento del pattern, addirittura dedicando un recettore specifico per essi (Il Toll – like 4). Tuttavia, gli effetti di questa interazione sono spesso esagerati e talvolta sproporzionati, quasi come se la morte dei batteri fosse più dannosa del loro rimanere in vita. C’è ancora tanto da capire su questo argomento, ma è anche vero che si è fatta luce su una serie numerosa di aspetti patogenetici. Consapevole della complessità della materia, mi auguro che questi due articoli abbiano potuto offrire al lettore alcuni elementi per conoscere meglio i lipopolisaccaridi, ed in particolare la relazione che l’organismo animale instaura con essi.
Leggi anche, “Lipopolisaccaridi e riproduzione nella specie bovina“.
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