Prospettive attuali di controllo della mastite bovina: immunizzare o indurre tolleranza ai microrganismi patogeni?

Sintesi ragionata dell’articolo “Amadori  M. 2018. Control of  bovine mastitis in the 21st century: immunize or tolerize? Res. Vet. Sci.  Oct 2;121:1-3”

La mastite bovina è ancora alla base di enormi perdite economiche e rappresenta una delle principali cause di rimozione precoce dagli allevamenti delle vacche da latte. Esiste sicuramente una correlazione tra prevalenza di mastite e alta produzione di latte (Ingvartsen, 2003). È interessante notare che, mentre la conta delle cellule somatiche del latte è diminuita in modo sostanziale, questo non è vero per i casi di mastite clinica, che continuano a causare un uso elevato di farmaci in azienda (Ruegg, 2017).

La maggior parte dei casi di malattie da produzione, come le mastiti, si verifica nella fase iniziale della lattazione, nel quadro di evidenti risposte infiammatorie allo stress metabolico e a condizioni di immunosoppressione.

Le due strategie del sistema immunitario

L’ospite soppesa in continuo l’eliminazione di stressori microbici con la necessità di evitare danni ai tessuti e spreco di energia metabolica. Questo è il nodo cruciale che determina il tipo e l’esito finale della risposta immunitaria. Di conseguenza, il sistema immunitario può:

1. Sviluppare una risposta immunitaria protettiva, finalizzata all’eliminazione del patogeno microbico.
2. Sviluppare tolleranza, finalizzata ad evitare danni ai tessuti e spreco di energia alimentare, come ad esempio nel caso di C. albicans (Santamaria et al., 2011).

Tale concetto è di fondamentale importanza nel campo delle mastiti, in cui la malattia è in realtà l’espressione di una risposta infiammatoria grave del sistema immunitario innato. In questo scenario, l’ospite proverà a controllare i patogeni microbici nella ghiandola mammaria a tre distinti livelli:

1. L’impiego di numerosi fattori antimicrobici, umorali e cellulari, normalmente presenti nel latte.
2. Il contatto diretto dei batteri patogeni con cellule epiteliali della ghiandola mammaria, in grado di secernere ulteriormente peptidi antimicrobici (Addis et al., 2013).
3. L’afflusso di granulociti dal sangue in seguito a importanti stimoli chemiotattici per una risposta infiammatoria accentuata, spesso alla base dei casi di mastite clinica.

Esiste pertanto un ruolo primario dei meccanismi immunitari innati a sfondo non infiammatorio nel controllo delle infezioni batteriche nella ghiandola mammaria. Il ricorso ai granulociti neutrofili si realizza quando: (A) le altre azioni di controllo non riescono a bloccare le infezioni microbiche in corso e (B) l’ospite percepisce un “pericolo”, che giustifica una forte risposta su base infiammatoria.

Con alcuni potenziali patogeni microbici la risposta assomiglia a quella che viene definita “tolleranza”. Questo è probabilmente il caso di molti stafilococchi coagulasi-negativi e micrococchi, che potrebbero invece favorire un migliore controllo di altri patogeni conclamati a livello della ghiandola mammaria. 

Vaccini per la mastite bovina

I vaccini hanno portato a enormi progressi nella salute degli animali e sono ancora fortemente necessari per il controllo dei principali patogeni. Tuttavia, l’induzione di meccanismi efficaci di immunità specifica adattativa nella ghiandola mammaria è dubbia per le basse concentrazioni disponibili di frazione C’1q del complemento, alla base dell’attività batteriolitica dipendente da anticorpi (Rainard, 2003). Inoltre, le cellule batteriche coltivate in latte sono di gran lunga meno suscettibili alla fagocitosi mediata da anticorpi. Gli anticorpi diretti contro le tossine batteriche e/o prodotti di secrezione batterica (biofilm) dovrebbero invece funzionare. Tuttavia, tali anticorpi dovrebbero essere validati per l’attività nel latte e si dovrebbero dimostrare adeguati titoli protettivi nella ghiandola mammaria dopo la vaccinazione.

Tolleranza alle endotossine batteriche

La tolleranza ai lipopolisaccaridi batterici (LPS) può svolgere un ruolo importante con importanti ripercussioni cliniche. Questo è il caso della mastite bovina sostenuta da E. coli, che può essere efficacemente controllata per alcune settimane mediante inoculazione intramammaria di piccole dosi di LPS batterico (Petzl et al., 2018).

La “memoria” del sistema immunitario innato

L’ospite reagisce a stressori infettivi e non infettivi modificando l’accessibilità a diversi settori del proprio genoma (controllo epigenetico). Un controllo epigenetico delle risposte immunitarie innate è in linea con i modelli di “memoria” in vitro e in vivo. Distinti meccanismi epigenetici spiegano la “memoria” generata da una pregressa mastite sperimentale da E. coli, che determina metilazione del DNA epatico e la compattazione della cromatina in geni critici della risposta immunitaria innata (Chang et al., 2015). Pertanto, un nuovo scenario promettente per il futuro è la modifica intenzionale del sistema immunitario innato verso un profilo epigenetico conveniente di risposta a stressori microbici e non.

La biodiversità può insegnarci molto

Alcune razze bovine autoctone mostrano una prevalenza assai bassa di mastite clinica. Allevando questi animali con bovine frisone ad alta produzione, gli animali autoctoni possono essere discriminati per le risposte immunitarie innate nella ghiandola mammaria ed alcune caratteristiche metaboliche. Rispetto alle vacche frisone, gli aspetti principali osservati in queste condizioni nelle bovine autoctone possono essere riassunti come segue (Curone et al., 2018):

• Le cellule somatiche del latte consistono principalmente di cellule epiteliali distaccate, ma i leucociti prevalgono facilmente nei campioni sospetti d’infezione intramammaria (> 200.000 cellule/ml).
• L’espressione di alcuni geni delle citochine infiammatorie nelle cellule del latte è significativamente più alta, ma solo nel periodo colostrale.
• In termini di proteomica, sia le immunoglobuline che alcuni fattori di immunità innata sono molto più espressi, ma solo nel periodo colostrale.
• I risultati sopra riportati possono essere associati a maggiore stress metabolico nelle vacche frisone, principalmente nel periodo colostrale.
• Il complesso dei batteri presenti (microbiota) del latte è molto più omogeneo nelle bovine autoctone rispetto alle bovine frisone in termini sia di Phyla che di Genera.

Pertanto, è presumibile che un condizionamento cruciale per la funzionalità del sistema immunitario innato nella ghiandola mammaria avvenga nella fase colostrale. Questo fenomeno sarebbe inibito in diversa misura nelle bovine frisone ad alta produzione a causa del maggiore stress metabolico.

Prospettive future

I protocolli di vaccinazione per la mastite dovrebbero mirare a indurre anticorpi locali non infiammatori di tipo IgA, in grado di interferire con funzioni microbiche cruciali.

La tolleranza alle endotossine e la memoria immunitaria potrebbero essere indotte opportunamente mediante iniezioni intracanalicolari di antigeni batterici comuni al momento della messa in asciutta. Inoltre, l’immunità innata della mammella potrebbe essere opportunamente potenziata da inoculazioni locali dopo il parto di citochine come l’interleuchina-2 a dosaggi bassi, sicuramente non tossici (Zecconi et al., 2009).

Nel complesso, la risposta dell’ospite dovrebbe essere finemente regolata verso meccanismi immunitari innati non infiammatori, mediati in buona parte da cellule epiteliali della ghiandola mammaria. A questi potrebbero affiancarsi meccanismi immunitari adattativi, specifici per singoli patogeni della mammella, dimostratisi sicuri ed efficaci all’interno della ghiandola mammaria.

Ringraziamenti

Voglio ringraziare per il prezioso aiuto i membri del nostro informale “Consorzio per la biodiversità”, elencati come autori nel riferimento bibliografico “Curone et al., 2018”.

Bibliografia

• Addis M.F., Pisanu S., Marogna G., Cubeddu T., Pagnozzi D., Cacciotto C., Campesi F., Schianchi G., Rocca S., Uzzau S. 2013. Production and release of antimicrobial and immune defense proteins by mammary epithelial cells following Streptococcus uberis infection of sheep. Infect Immun. 2013 Sep; 81(9):3182-97.
• Chang G., Petzl W., Vanselow J., Günther J., Shen X., Seyfert H.M. 2015. Epigenetic mechanisms contribute to enhanced expression of immune response genes in the liver of cows after experimentally induced Escherichia coli mastitis. Vet J. 203(3):339-41. doi: 10.1016/j.tvjl.2014.12.023. Epub 2014 Dec 29.
• Curone G., Filipe J., Cremonesi P., Trevisi E., Amadori M., Pollera C., Castiglioni B., Turin L., Tedde V., Vigo D., Moroni P., Minuti A., Bronzo V., Addis M.F., Riva F. 2018. What we have lost: Mastitis resistance in Holstein Friesians and in a local cattle breed. Res Vet Sci. 116:88-98.
• Ingvartsen, K.L, Dewhurst, R.J., Friggens, N.C., 2003. On the relationship between lactational performance and health: is it yield or metabolic imbalance that cause production diseases in dairy cattle? A position paper. Livestock Production Science 83, 277–308.
• Petzl W., Zerbe H., Günther J., Seyfert H.M., Hussen J., Schuberth H.J. 2018. Pathogen-specific responses in the bovine udder. Models and immunoprophylactic concepts. Res Vet Sci. 116:55-61. doi: 10.1016/j.rvsc.2017.12.012. Epub 2017 Dec 19.
• Rainard P. 2003. The complement in milk and defense of the bovine mammary gland against infections. Vet. Res. 34 (5), 647-50.
• Ruegg P.L. 2017. A 100-Year Review: Mastitis detection, management, and prevention. J. Dairy Sci. 100:10381–10397
• Santamaria, R., Rizzetto, L., Bromley, M., Zelante, T., Lee, W., Cavalieri, D., Romani, L., Miller, B., Gut, I., Santos, M., Pierre, P., Bowyer, P., Kapushesky, M., 2011. Systems biology of infectious diseases: a focus on fungal infections. Immunobiology 216, 1212-1227.
• Zecconi A.,  Piccinini R., Fiorina S., Cabrini L., Daprà V., and Amadori M. 2009. Evaluation of interleukin-2 treatment for prevention of intramammary infections in cows after calving. Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis.  32,   439-451.