Fattori che contribuiscono allo sviluppo delle allergie Mentre i fattori ambientali contribuiscono allo sviluppo delle allergie, la tendenza di un individuo a sviluppare una allergia è legata alla suscettibilità genetica dell’individuo. In una famiglia in cui entrambi i genitori soffrono di una allergia, i figli avranno una possibilità pari al 50% di sviluppare una allergia rispetto ad una probabilità del 19% di figli di famiglie prive di precedenti storie di allergia. Alleli specifici di alcuni geni polimorfici sono stati associati allo sviluppo di atopia.
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Fattorichecontribuisconoallosviluppodelleallergie
Mentre i fattori ambientalicontribuiscono allo sviluppodelle allergie, la tendenza di unindividuo a sviluppare unaa l l e r g i a è l e g a t a a l l as u s c e t t i b i l i t à g e n e t i c adell’individuo.Inunafamiglia incuientrambi igenitorisoffronodiunaallergia,i figli avranno una possibilitàpari al 50% di sviluppare unaa l l e rg i a r i spe t to ad unaprobabilità del 19% di figli difamiglie prive di precedentistoriediallergia.Alleli specifici di alcuni genipolimorfici sono stati associatiallosviluppodiatopia.
L’introduzioneditecniche chepermettonodideterminarecentinaiadimigliaiadivariantigenetiche, tipicamente single nucleotide polymorphism (SNP) ha acceleratol’identificazionedilocidisuscettibilitàallemalattieallergiche.
Studi GWAS chehanno investigatolasensibilizzazionea l l ’ a l l e r g e n e(elevati livellli diIgE specifiche perl’allergene e opricktestpositivo)hanno permessod i i dent i f i ca realmeno 10 loci disuscettibilità.
I geni le cui variazioni sonostate associate all’asma oall’atopia possono esseredistintiingruppi:A) geni codificantimolecole
Studi genetici hanno dimostrato l’importanza dei difetti della barrieraepiteliale nello sviluppo della dermatite atopica e di altre malattieallergiche.Inparticolaremutazioniingenichecodificanoperimportanticomponentidella barriera epiteliale (filaggrin, serin peptidasi inhibitor Kazal-type 5 ecorneodesmosin)sonostateassociateallosviluppodidermatiteatopicaeamalattieallergicheinaltrisiti.Mutazionidella filaggrincausano l’ittiosivolgarecheèundisordinedellacheratinizzazione della pelle; mutazioni di SPINK5 e CDSN causanosindromidaesfoliazionedellapelle.
Caratteristicheclinichedell’ittiosivolgare
Lossof functionmutations inFLGcausanol’ittiosi volgare, un disturbo della pellecaratterizzato dalla presenza di squamesecchesullapelle.Questa patologia è il più frequentedisordine della cheratinizzazione con unaprevalenza di 1 caso su 250 persone ed ècaratterizzata dalla comparsa alla nascitadapelleseccaedesquamazione.I pazienti affetti da questa malattia nonpresentano f i laggr ina ne i granul icheratoialini dei cheratinociti dello stratogranuloso dell’epidermide. Le mutazionidelgenedellafilaggrina sonoassociateadunampiospettrodimalattieallergiche.
Organizzazionedelgeneeproteinafilaggrin
LaprofilaggrinaèunaproteinaconPM>400kDacostituitadaunaporzioneNH2terminaleingradodilegareilCa2+seguitada10,11o12filaggrinrepeatchesonoingradodilegarelacheratina. La profilaggrina è funzionalmente inattiva e viene tagliata in monomeri difilagggrina durante il differenziamento dei cheratinociti. Il gene codificante la filaggrina èlocalizzato in un gruppo di circa 60 geni coinvolti nel differenziamento dei cheratinociti ecomprende 3 esoni. Il primo esone non è codificante, il secondo codifica una parte deldominioS100mentreilterzocodificaquasil’interaproteina.
Funzionidellafilaggrina
La profillagrina rappresenta lamaggior componente dei granulicheratoialini delle cellule dellostrato granuloso dell’epidermide.Nella zona di transizione fra lostrato granuloso e lo strato corneole cellule dello strato granulosodaranno origine allo strato corneoche è costituito da cheratinocitianucleati, appiattiti e strettamenteimpilati (squame). Nella zona ditransizione la profilaggrina vienetrasformata,adoperadiproteasi,inmonomeridifilaggrinacheleganolacheratina organizzandola in fascicontribuendo alla integrità dellostrato corneo e favorendo ilcollasso e l’appiattimento dellecellulesquamose.
Lostratocorneorappresenta laprima lineadi difesa dell’organismo dall’ambienteesterno. Lo strato corneo rappresental ’ u l t imo s t a d i o d e l p r o c e s s o d idifferenziamentodeicheratinocitichedallostratogerminativoprogredisconoeformanolostratospinosoegranulosofinoaformaremultistrati di corneociti ricchi in lipidiintracellulari.La matrice dello strato corneo è costituitada proteine e lipidi organizzati in doppi-stratilamellari.
Nello strato più esterno lafilaggrina viene degradata inaminoacidi. Tali aminoacidifannopartedei fattori idratantinaturali/natural moisturizingfactors (NMF). Tali fattoric o n t r i b u i s c o n o a lmantenimento del pH acidodellapelleealsuoeffettoanti-microbico.
LossoffunctionmutationsinFLGcausanol’ittiosi volgare, un disturbo della pellecaratterizzato dalla presenza di squamesecchesullapelle.• Nel2006mutazioninelgeneFLGsono
state associate alla dermatite atopicain una popolazione irlandese. Questaassociazioneèstatapoiconfermata inaltri30studi.
• Molti pazienti affetti da ittiosisviluppano dermatite atopica e lapresenza dimutazioni loss of functionin una singola copia è stata associataad un aumento molto marcato delrischiodisviluppareeczemaatopico.
• Fra il 45% e il 56% dei pazienti con
moderata o grave dermatite allergicapresenta almeno 1 mutazione nellaFLG.
• Ladermatiteatopicaè lapiù frequentemalattia infiammatoriacronica della
prima infanzia e rappresenta spesso lo stadio iniziale di quella che vienedefinita”atopicmarch”chesimanifestacon ilsuccessivosviluppodiallergie,asma,efebbredafieno.
Malattieassociateamutazionidellafilaggrina
Le mutazioni “loss of function”de l la f i l aggr ina o l t re a l ladermatiteatopicaconferisconoilrischio di sviluppare nel tempoanchealtremalattieallergiche.Alcunistudihannoriportatounaforteassociazioneconlosviluppodiriniteallergica,conleallergiealimentari.
• Per spiegare tale aumento è stata proposta “l’ipotesi dell’igiene”. Tale teoria
suggerisce che l’esposizione precoce ad agenti infettivi o microbici svolga unruoloprotettivoneiconfrontidellosviluppodellemalattieallergiche.
• Nel 1989 uno studio aveva dimostrato una relazione inversa fra il numero difratellieiltassodimalattieallergicheinunindividuo.Proponendocheunridottonumerodifratelliealtistandardigienicideterminasserounariduzionedicross-infezioniconconseguenteaumentodellosviluppodimalattieallergiche.
• IdatiamaggiorsostegnodellaTeoriadell’Igienederivanodastudisuibambinicresciuti nelle fattorie chedimostrano come crescere in tali ambienti, doveèaumentatal’esposizioneaimicrorganismi,proteggedallosviluppodiasma.
I cambiamentidi stiledi vitahannoinfluenzato la composizione e ladiversitàdelle comunitàmicrobichesulla superficie delle mucose.Queste comunità si sono coevolutecon il corpo umano per milioni dia nn i c a l i b r ando i l s i s t emaimmun i t a r i o a t t r a v e r s o l amodu l a z i one de l l a r i s pos t aimmunitaria.E’ stato postulato che la ridottaespos iz ione a microrganismis i m b i o n t i è r e s p o n s a b i l edell’aumentato sviluppo dimalattieallergiche.
Lostiledivitamodernoèassociatoadisbiosi
and their ability to calibrate the threshold of activation of cellsand tissues promote responses to infection, vaccines, and tumorimmunotherapy.
Control of Epithelial Cells by the MicrobiotaA central strategy utilized by the host to maintain its homeostaticrelationship with the microbiota is to minimize contact betweenmicroorganismsand theepithelial cell surface, thereby limiting tis-sue inflammation and microbial translocation. In the gastrointes-tinal tract, home to the largest density of commensals, this segre-gation is accomplished by the combined action of epithelial cells,mucus, immunoglobulin A (IgA), antimicrobial peptides, andimmune cells. Intestinal mucus production provides a primaryshield, by limiting contact between themicrobiota and host tissueand preventing microbial translocation (McGuckin et al., 2011). Inaddition to the production of mucus by goblet cells, all intestinalepithelial cell lineages can produce antimicrobial peptides thatplayasignificant role in limitingexposure to thecommensalmicro-biota (Hooper and Macpherson, 2010). These proteins can exertantimicrobial functions including enzymatic attack of the bacterialcellwall ordisruptionof thebacterial innermembrane (HooperandMacpherson, 2010). Some of these molecules, such as a-defen-sins, are constitutively expressed by epithelial cells, while in othercases engagement of pattern-recognition receptors (PRRs) bycommensal-derived products is required for their production(Hooper and Macpherson, 2010). One of the best-characterizedmucosal antimicrobial peptides is RegIIIg, which is expressedsoon after birth or following colonization of germ-free mice(Cash et al., 2006). Production of this lectin is tightly controlledby theflora inaMyD88-dependentmannerandhasadirectmicro-bicidal effect on gram-positive bacteria (Brandl et al., 2007; Cashet al., 2006; Ismail et al., 2011;Mukherjee et al., 2009). Accumula-tion of antimicrobial peptides in the mucus contributes to themaintenance of the segregation between the microbiota and the
Immune systemdevelopment
Immune systemMicrobiota
Immune function Functional tuning
Autoimmunity
Metabolic syndrome
AllergyImmunotherapy Vaccination
Control of Infection
Figure 1. The Microbiota Plays aFundamental Role in the Induction,Education and Function of the MammalianImmune SystemEvolution of the mammalian immune system hascoincided with the acquisition of a complexmicrobiota, demonstrating a symbiotic relation-ship between the host immune system and itscommensal microbiota. A self-reinforcing, dy-namic dialogue ensures that commensal coloni-zation occurs as a state of mutualism, the break-down of which can result in chronic inflammatorydisorders, including autoimmunity, allergies, andmetabolic syndromes. Conversely, selectivemodulation of the microbiota presents immensetherapeutic potential for bolstering tumor immu-notherapy, vaccination, and resistance to anti-biotic-resistant microbes.
host, a separation referred to as the‘‘demilitarized zone’’ (Vaishnava et al.,2011). In part, these responses arecontrolled by direct sensing of microbesor microbe-derived products by epithelialcells that integrate multiple signals inorder to ensure barrier integrity and tissuehomeostasis, including those from Toll-
like receptors (Rakoff-Nahoum et al., 2004), Nod-like receptors(Elinav et al., 2011) and short-chain fatty-acid receptors (Maciaet al., 2015). Additionally, intestinal epithelial cells are also influ-enced indirectly by the microbiota via cytokine production byinnate and adaptive immune cells induced by microbial coloniza-tion (reviewed in Thaiss et al., 2016).
Tonic Control of Hematopoiesis and Innate Immunity bythe MicrobiotaDespite the anatomical separation of the microbiota and host im-mune system that limits systemic dispersion of commensal mi-crobes, bacterial metabolites are detectable in peripheral tissues,following commensal colonization (Balmer et al., 2014a; Clarkeet al., 2010). Whether active transport mechanisms or passivediffusion underlie the systemic penetrance of microbial metabo-lites remains unclear. However, commensal metabolites andproducts reaching circulation impact development and as furtherdiscussed, the functional tuning of the host immune system.Indeed, experimental evidence suggests that the tonic sensingof commensal products or metabolites present in the bloodstream can contribute to steady-state hematopoiesis (Maslowskiet al., 2009; Shi et al., 2011). Over 30 years ago, antibiotic treat-ment was shown to reduce the frequency of granulocyte-macro-phage colony formation and germ-free animals display a globaldefect in innate immune cells (Goris et al., 1985; Tada et al.,1996). The microbiota can impact both yolk sac- and stem-cell-derived myeloid cell development (Balmer et al., 2014a; Khosraviet al., 2014) and the size of the bone marrow myeloid cell poolcorrelateswith the complexity of the intestinalmicrobiota (Balmeret al., 2014b). Tonic sensing of minute concentrations of LPS, asetting that can reflect microbiota fluctuation, drives CCR2-dependent emigration of monocytes from the bone marrow (Shiand Pamer, 2011). Bone marrow mesenchymal stem cells(MSCs) and their progeny can rapidly express MCP1 in response
E’ stato dimostrato che la colonizzazionemicrobicadelpolmoneènecessariaper losviluppo di linfociti T regolatori chemedianolatolleranzaadallergeni.Nelmodellomurino l’induzionedi linfocitiTh2 specifici per l’allergene acaro dellapolvere è indotta da cellule dendriticheCD11b+ anche denominate cDC2. Semprenelmodellomurinoèstatodimostratocheglianimalicresciutiincondizionigerm-freeoneonatisonoincliniasvilupparerisposteTh2.La colonizzazione microbica nel polmonefavorisce l’up-regolazione di PD-L1 nelleCD11b+ del polmone che a loro voltafavoriscono l’espansione dei linfociti Tregchemedianolatolleranzaall’allergene.
AvCystatin was demonstrated to induce regulatorymacrophages that protected against experimental asthmaupon adoptive transfer [36 ]. Regulatory alveolar macro-phages from bone marrow origin were recently also impli-cated in long-lasting protection conferred by a latent
murine gammaherpesvirus infection, a model for Epstein-–Barr virus infection in mice [37 !]. The regulatory macro-phages induced by the infection replaced the long-livedand self-replenishing alveolar macrophages that are gen-erated shortly after birth, and became long-lived as well.
Microbial colonizationH. pylori L. lactisSCFAs Flagellin BAIP-2
Th1
Th0
IL-1R
IL-33
TLR4 TLR4rM
AvCystatinHerpes
Current Opinion in Immunology
Proposed model of airway tolerance. In the absence of immunoregulatory pathways, epithelial barrier cells readily respond to allergen binding ontheir pattern recognition receptors, among which TLR4, by the secretion of inflammatory mediators (IL-1a, IL-25, IL-33, GM-CSF, CCL20, andothers). These mediators license antigen-bearing IRF4+ CD11b+ conventional dendritic cells (cDC2s) to polarize naı̈ve T cells to T helper 2 (Th2)cells in the lung-draining lymph nodes. Neonatal and germ-free mice are especially prone to develop such Th2 responses. Respiratory syncytialvirus (RSV) infection and second hand cigarette smoke, two known asthma risk factors, increase IL-33 secretion and may thereby stimulate thispathway. Exposure to endotoxin, farm dust or microbial colonization blunts the epithelial response by increasing the expression of negativeregulators. Epithelial IL-33 release is also inhibited by helminth-derived excreted and secreted products (HES). DCs devoid of epithelial activationsignals do not induce T cell activation (Th0). Other protective factors impede T cell activity by influencing the maturation, antigen presentation, orphagocytic capacity of DCs. Some protective factors induce DCs that provoke regulatory T cell (Treg) activity or T helper 1 (Th1) activity.Regulatory macrophages (rM) can also induce Tregs, or block DC-mediated Th2-polarization. Abbreviations : HDM, house dust mite; TLR4, Toll likereceptor 4; IL-1R, IL-1 receptor; H. pylori, Helicobacter pylori; L. lactis , Lactococcus lactis ; SCFA, short chain fatty acids; AIP-2, anti-inflammatoryprotein 2.
Current Opinion in Immunology 2018, 54:102–108 www.sciencedirect.com
AvCystatin was demonstrated to induce regulatorymacrophages that protected against experimental asthmaupon adoptive transfer [36 ]. Regulatory alveolar macro-phages from bone marrow origin were recently also impli-cated in long-lasting protection conferred by a latent
murine gammaherpesvirus infection, a model for Epstein-–Barr virus infection in mice [37 !]. The regulatory macro-phages induced by the infection replaced the long-livedand self-replenishing alveolar macrophages that are gen-erated shortly after birth, and became long-lived as well.
Microbial colonizationH. pylori L. lactisSCFAs Flagellin BAIP-2
Th1
Th0
IL-1R
IL-33
TLR4 TLR4rM
AvCystatinHerpes
Current Opinion in Immunology
Proposed model of airway tolerance. In the absence of immunoregulatory pathways, epithelial barrier cells readily respond to allergen binding ontheir pattern recognition receptors, among which TLR4, by the secretion of inflammatory mediators (IL-1a, IL-25, IL-33, GM-CSF, CCL20, andothers). These mediators license antigen-bearing IRF4+ CD11b+ conventional dendritic cells (cDC2s) to polarize naı̈ve T cells to T helper 2 (Th2)cells in the lung-draining lymph nodes. Neonatal and germ-free mice are especially prone to develop such Th2 responses. Respiratory syncytialvirus (RSV) infection and second hand cigarette smoke, two known asthma risk factors, increase IL-33 secretion and may thereby stimulate thispathway. Exposure to endotoxin, farm dust or microbial colonization blunts the epithelial response by increasing the expression of negativeregulators. Epithelial IL-33 release is also inhibited by helminth-derived excreted and secreted products (HES). DCs devoid of epithelial activationsignals do not induce T cell activation (Th0). Other protective factors impede T cell activity by influencing the maturation, antigen presentation, orphagocytic capacity of DCs. Some protective factors induce DCs that provoke regulatory T cell (Treg) activity or T helper 1 (Th1) activity.Regulatory macrophages (rM) can also induce Tregs, or block DC-mediated Th2-polarization. Abbreviations : HDM, house dust mite; TLR4, Toll likereceptor 4; IL-1R, IL-1 receptor; H. pylori, Helicobacter pylori; L. lactis , Lactococcus lactis ; SCFA, short chain fatty acids; AIP-2, anti-inflammatoryprotein 2.
Current Opinion in Immunology 2018, 54:102–108 www.sciencedirect.com
Modelloditolleranzanellevieaeree
Le cellule epiteliali rispondono allegame con l’allergene attraverso ipatter recognition receptor (PRR)secernendo mediatori infiammatori(IL-1α, IL-33, IL-25 etc). Talimediatorip e rme t tono a l l e cDC11b+ d ipolarizzare i linfociti T naive (Th0) inTh2.L’esposizione invece delle celluleepitelialiaendotossine,colonizzazionemicrobica o l’ambiente rurale inibiscela risposta delle cellule epiteliali. LecDC in assenza della segnalazione daparte delle cellule epiteliali nonattivano i linfociti T. Alcuni fattoriprotettivi possono indurre le celluledendritiche a acquisire caratteristichechelerendonocompetentiadattivareleTreg.
Le reazioni di ipersensibilità di tipo II sonocaratterizzate da distruzione cellulare mediata daanticorpi.Esempi:1) reazioni trasfusionali in cui il ricevente possiedeanticorpi che reagiscono con gli eritrociti deldonatore.2)Malattiaemoliticadelneonato,incuilagestantesièsensibilizzataaglieritrocitidelfeto3)Anemiaemoliticadafarmaci
Il sistema del complemento ècostituito da diverse proteine( C 1 - C 9 ) c h e s i t r o v a n ofortemente concentrate nelp l a s m a . T a l i p r o t e i n einteragiscono reciprocamente ein modo controllato generandoproteine in grado di eliminare imicrorganismi.Laviaclassicadiattivazionedelcomplemento avviene in seguitoal legame fra il C1 con icomplessiantigene-anticorpo
Ilsistemadelcomplemento
LaviaclassicadiattivazionedelcomplementovieneavviatadallegamedellacomponenteC1alle IgG o alle IgM legate all’antigene. C1 ècomposto da C1q, r, s. C1q composta da seicatenelegaglianticorpimentreC1serhannoattivitàenzimatica.IL cambiamento conformazionale dovuto allegame C1q-Ig permette l’attivazione del C1rchescindeilC1sattivandolo.Il C1s scinde il C4 in C4a e C4b che si legacovalentementeall’antigeneoall’anticorpo.Il C2 si lega al C4b favorendo la scissione delprimoinC2aeC2b.IlcomplessoC4bC2bèlaC3convertasi.La C3 convertasi scinde il C3 dandoorigine aidue prodotti C3a e C3b. Quest’ultimo si legacovalentemente a l complesso C4b2agenerandolaC5convertasi.
LaC5convertasidai n i z i o a l l afo rmaz ione de lc o m p l e s s o d ia t t a c c o d e l l am e m b r a n adenominato MACcha causa lisi dellacellula
L’attivazionedellacascatadel complementoècontrollata da proteine regolatorie che nelimitano la durata. L’attività proteolitica deiC1reC1sèinibitadallaproteinaplasmaticaC1inhibitor (C1INH). Nel caso in cui si abbiaattivazionediC1qdapartedianticorpiinfasefluidaC1 INHdiviene il principale bersaglio diC1r2-C1s2. C1 INH scisso, si associa a C1r2-C1s2 dissociandoli da C1q e limitandonel’attivitàenzimatica.IldeficitdiC1 INHcausa lamalattiaereditariae d em a a n g i o n e u r o t i c o e r e d i t a r i ocaratterizzato da edema dellemucose e dellacute che a seconda del distretto corporeointeressato provocano vomito diarrea eostruzionedellevierespiratorie.
Proteineregolatricidelcomplemento
Proteineregolatricidelcomplemento
L ’ a s s o c i a z i o n e d e l l eproteineDAFeCR1alC4bimpedisce il legamecon lealtre proteine della C3c o n v e r t a s i ( C 2 a )i m p e d e n d o l aprosecuzione della cascatacomplementare.Le proteine DAF e CR1s ono e s p r e s s e s u l l asuperficie delle cellule dimammifero.
Sulla membrana dellacellula, C3b si associaa l le prote ine MCP(membrane cofactorprotein), al CR1 e alDAFrendendopossibileladegradazionedelC3bdapartedelfattoreI.I p r o d o t t i d e l l adegradazione del C3bsonoiC3b,C3d,C3dg.
Regolazionedelcomplemento
La formazione del MAC è controllatadalla molecola CD59 espressa sullasuperficiedimoltitipidicellule.Il CD59 si incorpora nel MAC dopol’inserimento in membrana di C5b-8.In talemodo inibisce l’associazione elapolimerizzazionedelC9.L’assenza di DAF e CD59 determinal’emoglobinuriaparossisticanotturnacaratterizzata da episodi di emolisiintravascolari dovuti al mancatocont ro l lo de l l ’ a t t i vaz ione de lcomplemento sulla superficie deglieritrociti.
