Patogenesi della tubercolosi

Lo sviluppo dell'infiammazione tubercolare dipende dalla reattività dell'organismo e dallo stato delle sue difese, dalla virulenza dei micobatteri tubercolari e dalla durata della loro persistenza nei polmoni. L'azione di vari fattori del processo infettivo può spiegare la grande diversità delle reazioni tissutali e cellulari del sistema respiratorio, dove alterazioni specifiche si combinano con alterazioni aspecifiche, influenzando in un modo o nell'altro la manifestazione e l'esito del processo principale.

Ogni fase rappresenta un insieme complesso di cambiamenti strutturali in vari apparati corporei e organi respiratori, accompagnati da profondi cambiamenti nei processi metabolici e nell'intensità delle reazioni metaboliche del sistema respiratorio, e si riflette nello stato morfofunzionale dei suoi elementi cellulari e non cellulari. Di grande importanza è lo studio dei meccanismi precoci di sviluppo dell'infiammazione tubercolare, accertato negli ultimi anni.

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Disturbi del microcircolo e stato della barriera aeroematica

Entro 24 ore dalla somministrazione endovenosa di Mycobacterium tuberculosis nei polmoni di topi, si verificano alterazioni caratteristiche del letto microcircolatorio: si osservano espansione dei profili della rete capillare vascolare, formazione di poltiglia di eritrociti con disposizione parietale dei leucociti polimorfonucleati. L'analisi al microscopio elettronico del rivestimento endoteliale dei capillari polmonari rivela l'attivazione della superficie luminale delle cellule, segni di sviluppo di edema intracellulare con disorganizzazione delle vescicole micropinocitotiche e loro fusione in grandi vacuoli. Aree di citoplasma endoteliocitario edematoso e denaturato formano localmente protrusioni a forma di vela, che variano per quantità e dimensioni nei diversi microvasi. In alcuni casi, si osserva un'esfoliazione locale dei loro processi citoplasmatici dallo strato basale sottostante, con distacco e ispessimento di quest'ultimo.

Indipendentemente dal metodo di introduzione del micobatterio tubercolare, in tutti gli esperimenti modello nei primi 3-5 giorni si osserva un aumento della permeabilità della barriera aeroematica, come evidenziato dall'accumulo di fluido nell'interstizio e dallo sviluppo di edema intracellulare non solo degli endoteliociti, ma anche degli alveolociti di I tipo (A1). Le alterazioni interessano i loro processi citoplasmatici, in cui compaiono aree di citoplasma chiaro ed edematoso, in grado di protrudere nello spazio intraalveolare.

Nelle aree di generalizzazione del Mycobacterium tuberculosis e sviluppo di focolai polmonari, formazione di accumuli granulomatosi primari di cellule mononucleate e leucociti polimorfonucleati, si riscontra A1 con processi citoplasmatici fortemente ispessiti, localmente distrutti, e aree di membrana basale esposta. In molti alveolociti di 2° tipo (A2), si verifica rigonfiamento dei microvilli apicali, espansione irregolare dei profili mitocondriali e del reticolo citoplasmatico. L'iperidratazione dell'epitelio alveolare è accompagnata localmente dal rilascio di fluido, proteine plasmatiche ed elementi cellulari dell'infiammazione nello spazio intra-alveolare.

Studi moderni sulla microcircolazione hanno stabilito il ruolo fondamentale del sistema vascolare nello sviluppo delle fasi iniziali dell'infiammazione. Stimolato dalle citochine, l'endotelio secerne sostanze biologicamente attive: molecole adesive (selectine, integrine), vari mediatori (metaboliti dell'acido arachidonico) e fattori di crescita, radicali dell'ossigeno, ossido nitrico, ecc., che favoriscono l'interazione tra l'endotelio e i leucociti polimorfonucleati, nonché tra altri elementi cellulari coinvolti nell'infiammazione. È stato dimostrato che la L-selectina media il cosiddetto effetto "rolling neutrophil", che rappresenta la fase iniziale di adesione di queste cellule all'endotelio. Un altro tipo di selectina, la P-selectina, in seguito all'azione dell'istamina o dei metaboliti dell'ossigeno sulle cellule endoteliali, viene traslocata sulla loro superficie, facilitando l'adesione dei neutrofili. Anche la E-selectina viene rilevata sulla superficie delle cellule endoteliali attivate dalle citochine; È coinvolto nel processo di interazione tra l'endotelio delle venule postcapillari e i linfociti T.

Le citochine secrete dalle cellule mono e polinucleate causano un riarrangiamento strutturale del citoscheletro delle cellule endoteliali, che ne determina la contrazione e l'aumento della permeabilità capillare. A sua volta, il passaggio dei leucociti polimorfonucleati attraverso la parete dei vasi sanguigni può essere accompagnato da un danno a quest'ultima e da un aumento della permeabilità per le proteine plasmatiche e dei fluidi, mentre un cambiamento nella composizione o nell'attività delle molecole adesive porta a una maggiore migrazione di monociti e linfociti, garantendo l'ulteriore sviluppo della reazione infiammatoria. Originato negli organi respiratori in risposta all'introduzione di Mycobacterium tuberculosis, colpisce tutte le strutture del tratto respiratorio.

Durante la formazione e la maturazione dei granulomi tubercolari, ovvero nella seconda fase di sviluppo del processo specifico, aumentano le alterazioni nella struttura dei setti interalveolari. L'edema, la proliferazione cellulare e la fibrillogenesi nell'interstizio modificano significativamente lo stato morfofunzionale dell'epitelio respiratorio, soprattutto in prossimità dei focolai della reazione infiammatoria. Le alterazioni delle condizioni del microambiente e dell'attività vitale degli alveolociti influiscono negativamente sullo stato funzionale della barriera aeroematica e sullo scambio gassoso nei polmoni.

Oltre alle alterazioni già osservate nei setti interalveolari nella zona edematosa, attirano l'attenzione anche marcate alterazioni distruttive dell'epitelio alveolare, che si possono osservare su una porzione significativa di esso. Queste alterazioni interessano entrambi i tipi di alveolociti e hanno un'unica direzione: il rigonfiamento edematoso degli organelli intracellulari, che porta alla disfunzione e quindi alla morte cellulare. Frammenti di alveolociti distrutti, tra cui A2, possono essere rilevati nel contenuto intraalveolare. Sono presenti anche elementi macrofagici, leucociti polimorfonucleati, nonché un numero significativo di eritrociti ed eosinofili, a dimostrazione dell'elevata permeabilità della rete capillare. Tra le cellule distrutte si riscontrano filamenti di fibrina e i loro conglomerati.

Negli alveoli che trattengono l'aria si possono osservare anche segni di edema del tessuto e delle strutture cellulari dei setti interalveolari. Inoltre, sulla superficie dell'epitelio alveolare si verificano processi di formazione di bolle, che riflettono le fasi iniziali di distruzione della barriera aeroematica e di "allagamento" degli alveoli. Nella fase finale dello sviluppo dell'infiammazione tubercolare, si osserva un progressivo aumento delle alterazioni distrofiche e distruttive nei componenti strutturali delle porzioni terminali del polmone, soprattutto nelle aree del parenchima polmonare confinanti con focolai caseoso-necrotici o focolai di polmonite tubercolare. I disturbi microcircolatori sono diffusi.

Il passaggio transcapillare delle proteine plasmatiche del sangue favorisce l'ingresso di immunocomplessi circolanti (CIC) nell'interstizio polmonare, favorendo lo sviluppo di reazioni immunologiche e immunopatologiche secondarie. Il ruolo di questi ultimi nella patogenesi della tubercolosi è stato dimostrato ed è causato dalla deposizione intrapolmonare di CIC, da un difetto del sistema fagocitario e da uno squilibrio nella produzione di citochine che regolano le interazioni intercellulari.

L'area del parenchima polmonare aereo è ridotta al 30% dell'area di sezione, le sue aree si alternano ad aree di pronunciato edema intraalveolare, distelettasia e atelettasia, espansione enfisematosa degli alveoli. Nonostante la natura progressiva dello sviluppo dell'infiammazione tubercolare non trattata, processi compensatori e riparativi si verificano nel parenchima polmonare privo di focolai. Come hanno dimostrato i nostri studi, nella zona perifocale dell'infiammazione, l'attività funzionale di A2 è mirata principalmente a mantenere l'integrità dell'epitelio alveolare, ripristinando la popolazione A1, che è la più sensibile all'azione dei fattori del processo tubercolare. Il fatto che A2 partecipi ai processi di rigenerazione come fonte cellulare dell'epitelio respiratorio è oggi generalmente riconosciuto. Un marcato aumento dell'attività proliferativa di A2 in queste zone è indicato dal rilevamento di 6-10 alveolociti giovani situati nelle vicinanze - "gemme di crescita" con una struttura nucleare uniforme e ben sviluppata, un contenuto significativo di mitocondri e poliribosomi nel citoplasma e un piccolo numero di granuli secretori. Talvolta in queste cellule si possono osservare figure mitotiche. Allo stesso tempo, gli alveolociti di tipo intermedio, che riflettono la trasformazione di A2 in A1, sono estremamente rari. La funzione di scambio gassoso dell'organo è mantenuta grazie all'ipertrofia alveolare, alla formazione di punti di crescita e alla trasformazione di A2 in A1 in aree remote del parenchima polmonare. Qui si osservano anche segni ultrastrutturali della funzione secretoria attiva di A2.

Questi dati sono correlati con i risultati dell'esame al microscopio elettronico dell'epitelio alveolare nel materiale chirurgico. Nei pazienti con guarigione di focolai di infezione tubercolare, si formano strutture adenomatose che assomigliano a dotti alveolari. Le cellule che le rivestono presentano un'ultrastruttura A2, che conserva singoli granuli secretori. È caratteristico che la trasformazione di A2 in A1 non si verifichi (non si rilevano alveolociti di tipo intermedio), il che non consente di classificare queste strutture come alveoli di nuova formazione, come osservato da alcuni autori.

I processi di ripristino dell'epitelio respiratorio, ovvero la formazione di alveolociti di transizione, si osservano solo nel parenchima polmonare più distante, dove si osservano crescite nodulari di alveolociti corrispondenti a "gemme di crescita". Anche qui si svolge la principale funzione di scambio gassoso dei polmoni: le cellule della barriera aeroematica presentano un'ultrastruttura ben sviluppata con un gran numero di vescicole micropinocitiche.

Lo studio di vari modelli di infiammazione tubercolare ha dimostrato che lo sviluppo di un'infiammazione specifica nei polmoni è associato non solo a determinate alterazioni distruttive nel tratto respiratorio direttamente nei focolai di infezione, ma colpisce l'intero parenchima polmonare, dove si osservano segni di alterazione della microcircolazione. Aumento della permeabilità dei vasi dei setti interalveolari. Con la progressione del processo infiammatorio, aumentano i fenomeni di edema, che influenzano lo stato degli alveolociti, in particolare A1. I lumi di molti alveoli sono parzialmente o completamente riempiti di fluido e di elementi cellulari dell'infiammazione. L'ipossia e le alterazioni fibrose nei setti interalveolari compromettono la funzione di scambio gassoso della barriera aeroematica, portando allo sviluppo di insufficienza respiratoria e alla morte degli animali da esperimento.

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Il ruolo dei macrofagi polmonari

I macrofagi polmonari sono una componente del sistema fagocitario mononucleare, comune a tutto l'organismo e originato dalle cellule staminali pluripotenti del midollo osseo. Durante la divisione delle cellule staminali, vengono prodotti precursori dei monociti: monoblasti e promonociti. I monociti circolano nel sangue e penetrano parzialmente nel tessuto interstiziale dei polmoni, dove possono rimanere inattivi per un certo periodo. In presenza di induttori di differenziazione, vengono attivati, migrano verso la superficie dell'epitelio respiratorio e bronchiale, dove subiscono diverse fasi di maturazione, trasformandosi rispettivamente in macrofagi alveolari e bronchiali. La funzione principale di queste cellule, quella assorbente, è legata alla loro capacità di fagocitare materiale estraneo. Essendo uno dei fattori di resistenza naturale dell'organismo, proteggono le regioni polmonari che sono le prime a entrare in contatto con microbi e agenti abiogenici, ovvero mantengono la sterilità del rivestimento epiteliale dei polmoni per tutta la sua lunghezza. La maggior parte del materiale estraneo, così come i frammenti di elementi cellulari distrutti, viene quasi completamente digerita dopo la coniugazione del vacuolo fagosomiale del macrofago (necrofago, emosiderofago) con lisosomi contenenti enzimi proteolitici. I macrofagi polmonari sono caratterizzati da un elevato contenuto di fosfatasi acida, esterasi aspecifica, catepsine, fosfolipasi A2 ed enzimi del ciclo di Krebs, in particolare succinato deidrogenasi. Allo stesso tempo, è noto che i patogeni di numerose malattie infettive, e soprattutto di M. tuberculosis, possono persistere a lungo nel citoplasma dei macrofagi alveolari, poiché presentano pareti cellulari altamente resistenti che resistono all'azione degli enzimi lisosomiali. Negli esperimenti modello su animali non trattati, nonostante la pronunciata attivazione della fosfatasi acida e di altre idrolasi, si può osservare una certa attività proliferativa del Mycobacterium tuberculosis e la formazione di piccoli cluster simili a colonie da parte del patogeno nel citoplasma dei macrofagi alveolari.

La bassa attività microbicida dei macrofagi polmonari è associata a caratteristiche organo-specifiche dei fagociti, poiché operano in un ambiente ad alto contenuto di ossigeno. I processi energetici nel loro citoplasma sono supportati principalmente dalla fosforilazione ossidativa delle lipoproteine, al cui catabolismo è associata una delle principali funzioni di queste cellule, che fanno parte del sistema surfattante polmonare. L'estrazione di energia e la localizzazione dei processi ossidativi influenzano il sistema mitocondriale, il cui sviluppo è correlato allo stato funzionale del fagocita. Qui è localizzata anche la superossido dismutasi, un enzima di protezione antiossidante che catalizza la dismutazione dell'ossigeno singoletto formatosi durante il passaggio di elettroni lungo la catena respiratoria. Questo distingue fondamentalmente i macrofagi polmonari dai leucociti polimorfonucleati, che ricevono ossigeno e bioenergia principalmente attraverso la glicolisi. In quest'ultimo caso, la scissione del substrato avviene direttamente nel citosol e l'ossigeno attivato e il perossido di idrogeno formati con l'aiuto della mieloperossidasi costituiscono il principale potenziale battericida per l'azione sui batteri.

La bassa biocidità dei macrofagi polmonari può essere considerata una sorta di prezzo da pagare per l'adattamento alle condizioni aerobiche. Apparentemente, quindi, combattono i micobatteri tubercolari insieme ai leucociti polimorfonucleati e ai monociti dell'essudato (sono anche chiamati macrofagi infiammatori). Dal punto di vista patogenetico, è importante che non tutti i macrofagi polmonari che hanno catturato i micobatteri tubercolari vengano rimossi dai polmoni con la dispersione del surfattante e delle secrezioni bronchiali: alcuni di essi si sviluppano nell'interstizio, che è il fattore scatenante per la formazione di caratteristici ammassi cellulari: i granulomi.

Entrando nell'interstizio, ricco di vasi sanguigni, i macrofagi polmonari con fagocitosi incompleta iniziano a produrre citochine infiammatorie, attivando l'endotelio adiacente. Sulle membrane di quest'ultimo, aumenta l'espressione delle immunoglobuline, con l'aiuto delle quali si realizza l'adesione selettiva dei monociti. Dopo aver abbandonato il letto vascolare, queste cellule si trasformano in macrofagi essudati, producendo mediatori infiammatori, che attraggono non solo monociti, ma anche polinucleari verso il focolaio.

Allo stesso tempo, il segnale per lo sviluppo di una reazione granulomatosa proviene dai linfociti T sensibilizzati, effettori dell'ipersensibilità di tipo ritardato. Tra le linfochine che queste cellule iniziano a produrre, il fattore che inibisce la migrazione dei monociti e l'IL-2 sono di grande importanza per la granulomatogenesi. Accelerano l'afflusso e la fissazione dei monociti nel sito di infezione, regolandone la trasformazione in macrofagi fagocitari, secernenti e presentanti l'antigene.

Va sottolineato che, essendo un meccanismo di protezione cellulare degli organi respiratori dalla penetrazione del patogeno, la reazione granulomatosa polmonare nell'infiammazione tubercolare riflette in ultima analisi l'incapacità dei fagociti mononucleati di combattere i micobatteri tubercolari. Pertanto, i macrofagi sono costretti a proliferare costantemente (aumentando il numero di popolazioni) e a differenziarsi in fagociti più grandi (aumentando la qualità della proteolisi), che sono cellule giganti del tipo da corpo estraneo. Nei fagosomi di questi ultimi, al microscopio elettronico, si possono osservare non solo micobatteri tubercolari, ma anche grandi cellule apoptotiche, frammenti di leucociti polimorfonucleati distrutti. Allo stesso tempo, i segni ultrastrutturali dell'attività proteolitica (il grado di sviluppo dell'apparato lisosomiale) in tali fagociti per unità di area del citoplasma non differiscono significativamente da quelli mononucleati. A questo proposito, i macrofagi polmonari attraggono costantemente verso la lesione i leucociti polimorfonucleati, dotati di maggiori proprietà biocide. L'attivazione di questi ultimi è accompagnata dal rilascio di una quantità significativa di idrolasi e ossidanti nell'ambiente extracellulare, che porta alla degradazione tissutale e alla formazione di masse caseose al centro della lesione.

I disturbi metabolici più pronunciati si osservano nei pazienti con forme acutamente progressive di tubercolosi polmonare, che si manifestano con una predominanza di reazione infiammatoria essudativa e alterativa, e il decorso delle forme progressive di tubercolosi polmonare è caratterizzato, di norma, da una marcata immunodepressione delle cellule T. La soppressione dell'immunità delle cellule T e la marcata linfopenia portano all'interruzione delle interazioni intercellulari e all'inibizione della reazione granulomatosa.

La carenza di monociti e linfociti attivati, combinata con la loro insufficienza morfo-funzionale, può essere una conseguenza di un aumento dell'apoptosi. Lo squilibrio citochinico che si verifica in questi casi può fungere da indicatore di un difetto del sistema immunitario. Il processo di apoptosi presenta caratteristiche morfologiche caratteristiche: condensazione della cromatina a livello della membrana nucleare, disintegrazione del nucleolo, formazione di frammenti cellulari (corpi apoptotici) e loro fagocitosi da parte dei macrofagi.

Le peculiarità funzionali dei macrofagi polmonari sono legate non solo alla loro capacità di fagocitare, ma anche di produrre un gran numero di citochine necessarie per l'attivazione e la regolazione di numerose reazioni e processi extracellulari che si verificano nel focolaio infiammatorio tubercolare. Con il loro aiuto, si realizza l'autoregolazione del rinnovamento e della differenziazione delle cellule mononucleate, e si instaurano interazioni intercellulari in condizioni specifiche di processo e rigenerazione.

Il mediatore universale delle interazioni intercellulari è l'IL-1, il cui bersaglio sono linfociti, leucociti polimorfonucleati, fibroblasti, endoteliociti e altri elementi cellulari. Allo stesso tempo, la funzione secretoria dei macrofagi polmonari si basa sui principi dell'autoregolazione, quando la stessa cellula secerne non solo regolatori dei processi extracellulari, ma anche inibitori che ne bloccano l'azione. I macrofagi secretori differiscono significativamente da quelli fagocitari nella loro organizzazione ultrastrutturale. Raramente contengono vacuoli fagosomiali e lisosomi secondari, ma presentano un apparato vescicolare sviluppato e altri segni ultrastrutturali di secrezione. Sono particolarmente ben espressi nelle cellule epitelioidi, che sono macrofagi secretori iperattivi.

Alcuni stadi di differenziazione dei macrofagi polmonari possono essere chiaramente osservati al microscopio ottico, e soprattutto al microscopio elettronico, nel materiale di lavaggio broncoalveolare. A seconda dell'organizzazione strutturale del nucleo e del citoplasma, tra questi si distinguono giovani mononucleari non attivati e biosintetici, nonché macrofagi maturi fagocitari e secernenti. Le cellule giovani non attivate (15-18 μm di diametro) costituiscono solitamente circa 1/5 di tutti gli elementi macrofagici. Hanno un nucleo rotondo con contorni lisci: il citoplasma è debolmente basofilo e non contiene inclusioni. Al microscopio elettronico, in queste cellule sono visibili rari profili del reticolo citoplasmatico e dei mitocondri, diversi piccoli granuli simili a lisosomi e ribosomi liberi.

I macrofagi biosintetici attivati sono di dimensioni maggiori (18-25 μm di diametro), il nucleo è caratterizzato da contorni ondulati e da un nucleolo distinto. Hanno un citoplasma basofilo, che contiene lunghi canali sviluppati della rete citoplasmatica granulare e numerosi polisomi. Elementi del complesso lamellare sono rilevati simultaneamente in due o tre zone, dove si accumulano i lisosomi primari. I lisosomi secondari sono rappresentati da inclusioni singole; i fagosomi sono raramente rilevati, il che riflette la predisposizione della cellula alla funzione fagocitaria.

Il diametro dei macrofagi polmonari maturi varia ampiamente (30-55 μm), a seconda dell'attività e dell'orientamento funzionale delle cellule. Le dimensioni maggiori sono caratteristiche dei macrofagi con segni strutturali di fagocitosi pronunciata. La superficie di tali cellule forma numerose microescrescenze e lunghi pseudopodi. Il nucleo, ovale o rotondo, è spesso localizzato acentricamente e presenta contorni ondulati. Una quantità significativa di cromatina condensata si trova in prossimità della membrana nucleare, il nucleolo è piccolo (1-1,2 μm). Nel citoplasma sono presenti inclusioni, brevi canali del reticolo citoplasmatico granulare, cisterne e vacuoli del complesso lamellare e ribosomi liberi. Le cellule contengono un numero significativo di mitocondri, lisosomi primari (0,5-1 μm) e secondari (1,2-2 μm), nonché vacuoli fagosomiali di dimensioni e numero variabili. Questi ultimi contengono frammenti di elementi cellulari distrutti e micobatteri della tubercolosi (“necrofagi”, “emosiderofagi”), inclusioni lamellari di natura fosfolipidica (“fosfolipofagi”) e/o granuli di grasso neutro (“lipofagi”), particelle di polvere, resina di tabacco, caolino (“coniofagi”, “macrofagi del fumatore”).

In presenza di un oggetto costante di fagocitosi, compaiono macrofagi multinucleari (di diametro superiore a 70 μm) con cinque o più nuclei. Tipiche cellule da corpo estraneo - lo stadio finale di differenziazione di un macrofago con funzione fagocitaria - sono presenti nei granulomi e nel tessuto di granulazione dei focolai tubercolari. I macrofagi polmonari con spiccata attività secretoria (25-40 μm di diametro) di solito non presentano pseudopodi tipici. La natura della superficie può essere paragonata a una sottile indentatura a pizzo formata da numerose microescrescenze relativamente corte. Il nucleo, rotondo o ovale, contiene una piccola quantità di cromatina condensata e un nucleolo chiaro e di grandi dimensioni (1,5-2 μm). Il citoplasma trasparente è praticamente privo di inclusioni di grandi dimensioni. I brevi canali della rete citoplasmatica granulare sono rappresentati da profili singoli, mentre gli elementi ben sviluppati del complesso lamellare sono numerosi vacuoli e vescicole con contenuto elettron-trasparente o osmiofilo. Le stesse strutture si riscontrano nell'ectoplasma, dove si fondono direttamente con il plasmalemma. Anche nei fumatori di lunga data, in cui tutte le cellule fagocitiche presentano inclusioni caratteristiche di catrame di tabacco, i macrofagi secernenti presentano un piccolo numero di lisosomi secondari e singole formazioni simili a fagosomi, ovvero non assorbono praticamente materiale estraneo. I macrofagi con segni ultrastrutturali di attività secretoria in condizioni normali costituiscono non più del 4-8% del lavaggio broncoalveolare. Poiché la funzione di queste cellule è associata al metabolismo, alla sintesi e al rilascio di numerose sostanze biologicamente attive nell'ambiente extracellulare, qualsiasi alterazione dei meccanismi di protezione specifica e aspecifica porta a un aumento del loro numero, con la formazione di macrofagi con un potenziale secretorio aumentato: le cellule epitelioidi. Formano simplasti oppure, in seguito a una divisione mitotica incompleta, si trasformano nelle caratteristiche cellule multinucleari di Pirogov-Langhans, che rappresentano la differenziazione finale di un macrofago con attività secretoria.

A seconda della resistenza dell'organismo, della natura dell'azione e delle condizioni del microambiente, i processi di trasformazione dell'accumulo di attività fagocitaria, secretoria o presentante l'antigene presentano caratteristiche proprie. È stato dimostrato che il calcolo della percentuale relativa di macrofagi morfofunzionali nel lavaggio broncoalveolare (determinando la formula macrofagica) aiuta nella diagnosi differenziale della tubercolosi e di altre granulomatosi polmonari e consente di valutare l'efficacia del trattamento eziotropico.

Il rapporto tra il numero di macrofagi polmonari attivamente fagocitati e in fase di sintesi non solo riflette la natura della reazione tissutale nell'area di infiammazione tubercolare, ma può anche fungere da indicatore dell'attività del processo patologico. Anche il problema del completamento della fagocitosi nella tubercolosi rimane rilevante. I risultati dei nostri studi su materiale sperimentale e clinico mostrano che l'esito dell'interazione tra fagocitosi e patogeno dipende dallo stato funzionale del macrofago e dalle proprietà biologiche del microrganismo.

Stato del sistema tensioattivo

I risultati ottenuti in ambito sperimentale e teorico nello studio dei tensioattivi polmonari hanno permesso di formulare un concetto moderno di tensioattivo come sistema multicomponente di elementi cellulari e non cellulari, la cui unità strutturale e funzionale garantisce la normale biomeccanica della respirazione.

Finora è stata accumulata una certa quantità di materiale fattuale che testimonia non solo le significative capacità adattative del sistema surfattante in condizioni di profonda ristrutturazione della ventilazione polmonare e dell'emodinamica, ma anche la spiccata sensibilità dei suoi componenti a molti fattori sfavorevoli del processo tubercolare, la cui natura specifica è determinata dalla durata della persistenza del patogeno, dall'andamento ondulatorio del processo e da profonde alterazioni del letto microcircolatorio. I cambiamenti osservati in questo caso interessano non solo le zone di formazione dei focolai di infezione, ma anche aree remote e attivamente funzionanti del parenchima polmonare. A tale proposito, è estremamente importante valutare l'utilità morfo-funzionale dei vari componenti del sistema surfattante, per evidenziare quei cambiamenti che possono essere utilizzati per diagnosticare i disturbi della funzione respiratoria surfattante-dipendenti e la loro tempestiva correzione.

I primi segni di distruzione del surfattante polmonare possono essere osservati in esperimenti modello che utilizzano speciali metodi di fissazione polmonare. Nella fase iniziale dello sviluppo dell'infiammazione tubercolare, sono di natura locale e si manifestano principalmente nelle zone di edema intra-alveolare. Al microscopio elettronico, si possono osservare diverse fasi di desquamazione e distruzione del film esterno, la membrana del surfattante, da parte del fluido edematoso. Questi cambiamenti si manifestano pienamente nei focolai di infiammazione tubercolare, dove la sostanza del surfattante distrutta è presente ovunque nella composizione del contenuto intra-alveolare.

Le alterazioni osservate nel rivestimento extracellulare degli alveoli si verificano in focolai di diverse polmoniti batteriche. In questo caso, una parte di A2, principalmente negli alveoli perifocali, svolge una produzione compensatoria di tensioattivi. Un quadro diverso si osserva negli organi respiratori durante lo sviluppo dell'infiammazione tubercolare, poiché il patogeno ha un effetto negativo sui processi di sintesi intracellulare del tensioattivo. L'introduzione diretta di micobatteri tubercolari nel polmone di cani (puntura toracica) ha mostrato che una disorganizzazione del reticolo citoplasmatico e dei profili mitocondriali si osserva in A2 già nei primi 15-30 minuti; dopo diverse ore, gli alveolociti vengono completamente distrutti nel sito di infezione. Il rapido sviluppo della carenza di tensioattivo porta al collasso degli alveoli e alla rapida diffusione del processo infiammatorio nel parenchima circostante. Negli alveoli adiacenti ai focolai, predominano piccole cellule A2 giovani con singoli granuli secretori di piccole dimensioni o grandi cellule con segni di vacuolizzazione delle strutture intracellulari, talvolta con citoplasma completamente distrutto. Negli alveolociti in cui sono presenti elementi sviluppati della rete citoplasmatica e del complesso lamellare, si rilevano corpi lamellari osmiofili giganti (GLB), che indicano un ritardo (inibizione) nel rilascio di surfattante intracellulare sulla superficie degli alveoli.

La modellizzazione matematica della funzione secretoria di A2 nel parenchima polmonare privo di focolai con aumento del carico funzionale ha mostrato che, nonostante l'aumento del volume e della densità numerica dei granuli secretori maturi, il potenziale di riserva della popolazione non è cambiato significativamente. Si è riscontrato che in condizioni di aumentata permeabilità vascolare, sviluppo di ipossia e alterazioni fibrose nei setti interalveolari, l'equilibrio dei processi di formazione e maturazione dell'OPT viene alterato a favore della predominanza di quest'ultimo. La maturazione accelerata dell'OPT porta spesso a un aumento della sostanza elettron-trasparente della matrice nella composizione dei granuli secretori, mentre il contenuto di materiale tensioattivo osmiofilo in essi può essere insignificante; il materiale lamellare dei tensioattivi è poco compatto, occupando solo 1/3-1/5 del volume del granulo secretorio. La comparsa di un numero significativo di A2 con OPT vacuolizzato può essere spiegata dall'alterazione delle fasi iniziali della formazione della secrezione. Tali cellule presentano solitamente segni ultrastrutturali di distruzione (pulizia della matrice citoplasmatica, rigonfiamento edematoso dei mitocondri, dei tubuli del reticolo citoplasmatico e del complesso lamellare), che indicano una diminuzione nei processi di produzione intracellulare del tensioattivo.

È caratteristico che la diminuzione della sintesi di fosfolipidi tensioattivi sia accompagnata dalla comparsa di granuli lipidici neutri nel citoplasma di A2. Un riflesso adeguato dei disturbi del metabolismo lipidico nel polmone affetto da tubercolosi negli animali da esperimento e nell'uomo è l'accumulo di macrofagi-lipofagi (cellule schiumose) di vario grado di maturità negli alveoli e nel materiale di lavaggio broncoalveolare. Parallelamente, si osserva un aumento significativo del contenuto di lipidi neutri e una diminuzione della percentuale di fosfolipidi totali nel liquido di lavaggio.

Uno dei primi segni di distruzione del surfattante nell'esperimento e nel quadro clinico della tubercolosi degli organi respiratori è la perdita della capacità delle sue membrane di formare strutture di materiale di riserva. Invece, sulla superficie degli alveoli, nei fagosomi dei macrofagi alveolari e direttamente nel materiale del lavaggio broncoalveolare, si possono osservare membrane avvolte in sfere ("sfere giganti a strati") prive della caratteristica organizzazione tridimensionale. La profondità delle alterazioni distruttive nel sistema del surfattante è dimostrata anche dalla frequenza di rilevamento di A2 scaricato nel lavaggio. Questi dati sono correlati con i risultati di studi biochimici e fisico-chimici sui surfattanti polmonari.

Tenendo conto di tutte le caratteristiche identificate, attualmente si distinguono tre gradi di alterazione per caratterizzare lo stato del sistema surfattante: lieve, grave e diffuso. Quest'ultimo riflette un aumento del rischio di sviluppare insufficienza respiratoria surfattante-dipendente nei pazienti con forme diffuse e distruttive della malattia.

I risultati degli studi dimostrano che alla base dei disturbi che si verificano nel sistema tensioattivo dei polmoni durante la tubercolosi ci sono processi associati all'aumento della permeabilità della barriera aria-sangue:

• danno al tensioattivo sulla superficie alveolare;
• cambiamenti metabolici e danni ad A2;
• interruzione dei meccanismi di rimozione del tensioattivo di scarto dagli alveoli.

Parallelamente, gli studi hanno stabilito che il principale meccanismo citologico a supporto del potenziale funzionale del sistema surfattante nel polmone alterato dall'infiammazione tubercolare è un aumento del numero di A2 ipertrofico, principalmente nel parenchima polmonare distante dal focus specifico.

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Aspetti genetici della suscettibilità alla tubercolosi

Prima di iniziare la nostra analisi dello stato attuale della ricerca nel campo dei meccanismi dell'immunità antitubercolare e dell'immunogenetica della tubercolosi, riteniamo necessario soffermarci su alcune posizioni generali.

• In primo luogo, è noto che i micobatteri si moltiplicano e vengono distrutti principalmente nei macrofagi. Pochissimi dati (e sono contraddittori) indicano che esistano fattori in grado di distruggere i micobatteri a livello extracellulare.
• In secondo luogo, non vi sono prove convincenti che il sistema dei fagociti neutrofili svolga un ruolo significativo nella difesa contro l'infezione tubercolare.
• In terzo luogo, non vi sono prove convincenti che gli anticorpi anti-TBC possano distruggere i micobatteri a livello extracellulare o favorirne la distruzione intracellulare nei macrofagi o in altri tipi di cellule.
• In quarto luogo, vi sono numerosi fatti a sostegno della tesi secondo cui il collegamento centrale nell'immunità antitubercolare sono i linfociti T e che essi esercitano la loro influenza regolatrice attraverso il sistema dei fagociti.
• In quinto luogo, vi sono prove che dimostrano che i fattori ereditari svolgono un ruolo significativo nell'infezione tubercolare.

I dati che indicano l'importante ruolo dei fattori genetici nella suscettibilità alla tubercolosi negli esseri umani sono piuttosto convincenti. Innanzitutto, ciò è dimostrato dal fatto che, con un tasso di infezione da M. tuberculosis estremamente elevato (circa un terzo della popolazione adulta del pianeta), la malattia si sviluppa solo in una piccola percentuale di persone. Ciò è dimostrato anche dai diversi livelli di suscettibilità all'infezione nei diversi gruppi etnici e dalla natura dell'ereditarietà di suscettibilità e resistenza alla tubercolosi nelle famiglie con più casi di malattia. Infine, a riprova di questa tesi, si riscontra una concordanza significativamente maggiore nell'insorgenza di tubercolosi clinicamente manifesta nei gemelli monozigoti (identici) rispetto ai gemelli dizigoti.

Test genetici tradizionali per la tubercolosi

Il ruolo del complesso maggiore di istocompatibilità e del NRAMP*

L'identificazione dei geni e dei loro alleli, la cui espressione determina la sensibilità o la resistenza alla tubercolosi, consentirebbe non solo una conoscenza approfondita dei meccanismi fondamentali dell'immunità e dello sviluppo del processo patologico nella tubercolosi, ma avvicinerebbe anche alla realtà l'uso di metodi di tipizzazione genetica per identificare individui tra le persone sane con un rischio geneticamente aumentato di contrarre la tubercolosi, il che richiederebbe misure preventive prioritarie, in particolare un approccio speciale alla vaccinazione.

* - Proteina macrofagica associata alla resistenza naturale - proteina macrofagica associata alla resistenza naturale.

Numerosi studi sperimentali dimostrano il ruolo di diversi sistemi genetici e di singoli geni (H2, BCG1, Tbc1, xid, ecc.) nella resistenza (sensibilità) alla tubercolosi nei topi. Nell'uomo, i geni più studiati includono i geni del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) di classe II, tra cui il complesso allelico della famiglia HLA-DR2 (umano) rivela un grado piuttosto elevato di associazione con un aumento della morbilità in diverse popolazioni etnicamente distanti, mentre gli alleli del locus HLA-DQ influenzano il quadro clinico della tubercolosi. Recentemente, si sono ottenuti i primi successi nell'analisi della correlazione tra il gene NRAMP1 e la tubercolosi nell'uomo. Questi dati sono particolarmente degni di nota perché questo gene presenta un elevato grado di omologia con il gene NRAMP1 (precedentemente chiamato BCG 1, poiché controlla la suscettibilità a M. bovisBCG), che è espresso selettivamente nei macrofagi del topo e che influenza senza dubbio la suscettibilità ai patogeni intracellulari (compresi i micobatteri).

Mutazioni con perdita di funzione

Sono stati identificati diversi geni, le cui alterazioni, che portano alla completa perdita della capacità di codificare un prodotto funzionalmente attivo (knockout genico), hanno influenzato in modo particolare la capacità dei topi di sviluppare una risposta immunitaria protettiva alle infezioni da micobatteri. Si tratta dei geni che codificano per IFN-γ, IL-12, TNFα, nonché dei recettori delle cellule del sistema immunitario per le citochine elencate. D'altra parte, con il knockout dei geni che codificano per IL-4 e IL-10, il decorso dell'infezione tubercolare non è risultato praticamente diverso da quello nei topi wild-type (iniziali). Questi dati hanno confermato a livello genetico il ruolo protettivo primario nella tubercolosi della capacità del sistema immunitario (principalmente linfociti T1) di rispondere all'infezione producendo citochine di tipo 1, ma non di tipo 2.

L'applicabilità di questi dati alle infezioni micobatteriche nell'uomo è stata dimostrata. In famiglie molto rare in cui i bambini hanno sofferto di infezioni micobatteriche ricorrenti e salmonellosi fin dalla tenera età, l'altissima suscettibilità è dovuta a mutazioni omozigoti non conservative nei geni che codificano i recettori cellulari per IFN-γ e IL-12, ereditate da genitori eterozigoti per queste mutazioni; come previsto, con tale ereditarietà di mutazioni rare, i matrimoni si sono rivelati strettamente correlati. Tuttavia, tali gravi violazioni portano a una suscettibilità alle infezioni così elevata da non consentire praticamente al bambino di sopravvivere più di pochi anni, e solo in condizioni pressoché sterili.

Queste stesse considerazioni danno origine a una valutazione alquanto scettica dell'approccio di modellazione delle infezioni in animali con mutazioni knockout in geni che svolgono un ruolo primario nella protezione contro queste infezioni. Tali mutazioni portano all'espressione di fenotipi che non hanno alcuna possibilità di sopravvivenza in condizioni normali e verrebbero rapidamente eliminati dalla selezione. Pertanto, i topi che non esprimono prodotti MHC di classe II e, di conseguenza, non hanno un pool normale di linfociti CD4 muoiono per infezione disseminata poco tempo dopo l'infezione da M. tuberculosis. Un decorso molto simile della tubercolosi negli esseri umani si osserva con un calo pronunciato del numero di cellule CD4 nelle fasi avanzate dell'AIDS. Quando si affrontano i problemi di determinazione genetica dei gruppi a rischio e, in generale, per comprendere le cause genetiche dell'aumentata suscettibilità all'interno della normale distribuzione della popolazione, il ricercatore si occupa di individui che, sebbene non ottimali (secondo questa caratteristica), sono comunque abbastanza vitali. Questo aspetto del problema depone a favore dell'utilizzo di modelli sperimentali più tradizionali per l'analisi genetica, ad esempio le differenze interlineari nel decorso della tubercolosi nei topi.

Screening del genoma e geni di suscettibilità alla tubercolosi precedentemente sconosciuti

Già negli anni '50 e '60, è stato dimostrato che l'ereditarietà dei tratti di suscettibilità e resistenza alla tubercolosi negli animali da laboratorio è complessa e poligenica. In questa situazione, in primo luogo, è necessario selezionare fenotipi chiaramente espressi, "estremamente diversi", tra animali o individui suscettibili e resistenti, ovvero caratteristiche della malattia, e quindi studiarne la natura ereditaria. In secondo luogo, è necessario tenere presente che a priori non abbiamo idea di quanti geni siano coinvolti nel controllo della malattia né di come siano localizzati nel genoma. Pertanto, è necessario ridurre in anticipo la diversità genetica nella popolazione in studio, segregandola in base al tratto in esame, utilizzando tecniche genetiche (cosa possibile solo negli esperimenti sugli animali), oppure sottoporre a screening l'intero genoma utilizzando metodi statistici di genetica quantitativa anziché di genetica mendeliana, oppure combinare queste tecniche. Dopo lo sviluppo di metodi di scansione del genoma mediante PCR per le regioni del DNA microsatellite e l'elaborazione statistica e l'interpretazione dei risultati, l'analisi genetica della suscettibilità alla tubercolosi ha raggiunto un nuovo livello.

Gli approcci sopra menzionati sono stati recentemente applicati con successo in esperimenti genetici su topi lineari da due gruppi di ricercatori. Un gruppo di autori dell'Istituto Centrale di Ricerca sulla Tubercolosi dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche, insieme a colleghi del Centro per lo Studio della Resistenza dell'Ospite dell'Università McGill (Montréal, Canada) e del Royal Stockholm Institute, sono stati i primi a condurre uno screening genomico per l'ereditarietà della gravità della malattia causata dalla somministrazione endovenosa di una dose elevata del ceppo H37Rv di M. tuberculosis nei topi. Le linee A/Sn (resistente) e I/St (sensibile) sono state utilizzate come linee parentali con suscettibilità opposta alla tubercolosi. È stato riscontrato un linkage affidabile della suscettibilità nelle femmine ad almeno tre diversi loci localizzati sui cromosomi 3, 9 e 17. Più recentemente, è stato dimostrato anche il linkage ai loci nella parte prossimale del cromosoma 9 e nella parte centrale del cromosoma 17 per i maschi. Il legame più forte con la suscettibilità è stato trovato per il locus sul cromosoma 9. Un altro gruppo di ricercatori negli Stati Uniti ha esaminato il genoma del topo per determinare il modello di ereditarietà del tratto di suscettibilità nel ceppo Erdman di M. tuberculosa. In una combinazione delle linee murine C57BL/6J (resistente nel loro modello) e C3HeB/FeJ (sensibile), un locus nella parte centrale del cromosoma 1 che controlla la gravità della malattia è stato mappato nell'analisi degli ibridi F2 e poi della prole BC1. Dopo la mappatura iniziale, è stata ottenuta una localizzazione più precisa del locus utilizzando l'analisi di ricombinazione e il suo effetto su un tratto fenotipico così importante come la gravità del danno tissutale polmonare granulomatoso è stato stabilito in topi retroincrociati (generazione BC3), ovvero dopo che la diversità genetica tra gli animali in studio è stata significativamente ridotta utilizzando tecniche genetiche. È importante notare che il locus mappato... Il locus sst1 (suscettibilità alla tubercolosi 1), sebbene localizzato sul cromosoma 1, non è chiaramente identico al locus NRAMP1. Ciò è dimostrato sia dalla sua localizzazione sul cromosoma sia dal fatto che i topi C57BL/6 presentano l'allele di sensibilità al BCG per il gene NRAMP1, ma l'allele di resistenza a M. tuberculosis per il locus sst1.

I dati pubblicati negli ultimi anni sulla presenza nel genoma murino di loci che influenzano in modo fondamentale la natura del processo tubercolare ci permettono di sperare in progressi significativi in questo ambito e nell'analisi della suscettibilità genetica nell'uomo. I rapidissimi progressi nell'analisi genomica consentiranno molto probabilmente di accelerare la transizione dalla genetica della tubercolosi murina a quella della tubercolosi umana, poiché la sequenza completa del genoma sia umano che topico è stata praticamente decifrata.

Interazione macrofago-micobatterio

I macrofagi svolgono un ruolo estremamente importante nella difesa contro l'infezione tubercolare sia nella fase di riconoscimento dell'antigene che in quella di eliminazione dei micobatteri.

Dopo che i micobatteri penetrano nei polmoni, la situazione può svilupparsi secondo quattro modelli principali:

• la risposta primaria dell'ospite può essere sufficiente a eliminare completamente tutti i micobatteri, eliminando così la possibilità di tubercolosi;
• In caso di rapida crescita e riproduzione di microrganismi, si sviluppa una malattia nota come tubercolosi primaria;
• nell'infezione latente, la malattia non si sviluppa, ma i micobatteri persistono nell'organismo in un cosiddetto stato dormiente e la loro presenza si manifesta solo sotto forma di una reazione cutanea positiva alla tubercolina;
• In alcuni casi, i micobatteri riescono a passare da uno stato dormiente a una fase di crescita e l'infezione latente viene sostituita dalla riattivazione della tubercolosi.

La prima linea di difesa contro le infezioni, dopo che i micobatteri hanno raggiunto le vie respiratorie inferiori, sono i macrofagi alveolari. Queste cellule sono in grado di sopprimere direttamente la crescita dei batteri fagocitandoli. Partecipano anche a un'ampia gamma di reazioni immunitarie antitubercolari cellulari, attraverso la presentazione dell'antigene, la stimolazione dell'accumulo di linfociti T nel sito di infiammazione, ecc. È importante notare che i meccanismi specifici di legame dei ceppi virulenti e relativamente avirulenti di micobatteri ai fagociti possono differire.

Esistono prove sufficienti per indicare che il processo di formazione di vacuoli o fagosomi durante l'interazione di M. tuberculosis con un fagocita mononucleato sia mediato dall'adesione del microrganismo ai recettori del complemento (CR1, CR3, CR4), ai recettori del mannosio o ad altri recettori di superficie cellulare. L'interazione tra i recettori del mannosio delle cellule fagocitiche e dei micobatteri è mediata, apparentemente, dalla glicoproteina della parete cellulare micobatterica, il lipoarabinomannano.

Le citochine dei recettori T-helper di tipo 2 – prostaglandina E2 e IL-4 – stimolano l'espressione di CR e MR, mentre l'IFN-γ, al contrario, inibisce l'espressione e la funzione di questi recettori, con conseguente riduzione dell'adesione dei micobatteri ai macrofagi. Continuano inoltre ad accumularsi dati sul coinvolgimento dei recettori per le proteine del surfattante nell'adesione dei batteri alle cellule.

Il ruolo della molecola CD14 (marcatore fagocitario) è stato dimostrato utilizzando un modello di interazione tra micobatteri e microglia, fagociti residenti nel tessuto cerebrale. È stato scoperto che gli anticorpi anti-CD14 prevenivano l'infezione delle cellule microgliali con il ceppo virulento di laboratorio H37Rv. Poiché la molecola CD14 non penetra attraverso la membrana cellulare e quindi non ha contatto diretto con il citoplasma, non è in grado di trasmettere autonomamente il segnale indotto dalle lipoproteine, ma necessita di un corecettore per attivare le vie di trasmissione del segnale intracellulare. I candidati più probabili per tali corecettori sono i rappresentanti della famiglia dei recettori Toll-like. Le lipoproteine microbiche, attraverso l'attivazione di questi recettori, possono, da un lato, potenziare i meccanismi di difesa dell'organismo ospite e, dall'altro, causare danno tissutale attraverso l'induzione dell'apoptosi. Allo stesso tempo, l'apoptosi è in grado di inibire la risposta immunitaria eliminando le cellule coinvolte nelle reazioni immunitarie, riducendo così il danno arrecato ai tessuti.

Oltre a quanto sopra, sembra abbastanza probabile che un ruolo significativo nel processo di adesione dei micobatteri alle cellule fagocitiche sia svolto dai cosiddetti recettori “scavenger”, che si trovano sulla superficie dei macrofagi e hanno affinità per numerosi ligandi.

Il destino di M. tuberculosis dopo la fagocitosi è la soppressione della sua crescita da parte dei macrofagi. Dopo essere entrati nel fagosoma, i batteri patogeni sono esposti a una serie di fattori volti alla loro distruzione. Tali fattori includono la fusione del fagosoma con i lisosomi, la sintesi di radicali reattivi dell'ossigeno e la sintesi di radicali reattivi dell'azoto, in particolare l'ossido nitrico. La morte dei micobatteri all'interno del macrofago può avvenire attraverso diversi meccanismi, a seguito di complesse interazioni mediate da citochine tra linfociti e fagociti. È possibile che la capacità dei micobatteri di evitare gli effetti tossici dei radicali reattivi dell'ossigeno e dell'azoto sia un passaggio chiave nella transizione alla fase latente dell'infezione. La capacità del macrofago di sopprimere la crescita di M. tuberculosis dipende in modo significativo dallo stadio di attivazione cellulare (almeno parzialmente) e dall'equilibrio delle citochine (principalmente, probabilmente, il fattore di crescita derivato dalle piastrine alfa (TGF-α) e l'IFN-γ).

Una componente importante del meccanismo dell'attività antimicobatterica dei macrofagi è apparentemente l'apoptosi (morte cellulare programmata). Nel modello di coltura di BCG di M. bovis nei monociti, è stato dimostrato che l'apoptosi (ma non la necrosi) dei macrofagi è accompagnata da una diminuzione della vitalità dei micobatteri fagocitati.

Il ruolo dei linfociti T nell'immunità antitubercolare

È noto che i linfociti T sono la componente principale dell'immunità acquisita nell'infezione tubercolare. L'immunizzazione di animali da esperimento con antigeni micobatterici, così come il decorso dell'infezione tubercolare, sono accompagnati dalla generazione di linfociti antigene-specifici CD4 ⁺ e CD8 ⁺.

La carenza di linfociti CD4 e, in misura minore, CD8 osservata nei topi knockout per i geni CD4, CD8, MHCII e MHCI, nonché in seguito alla somministrazione di anticorpi specifici per gli antigeni CD4 o CD8, porta a una significativa riduzione della resistenza dei topi all'infezione da M. tuberculosis. È noto che i pazienti affetti da AIDS, caratterizzati da una carenza di linfociti CD4 ⁺, presentano un'elevata sensibilità alla tubercolosi. Il contributo relativo dei linfociti CD4 ⁺ e CD8 ^{+ alla risposta immunitaria protettiva può variare nelle diverse fasi dell'infezione. Pertanto, nei granulomi polmonari di topi infettati con BCG di M. bovis, i linfociti T CD4+} predominano nelle fasi precoci dell'infezione (2-3 settimane), mentre il contenuto di linfociti CD8 ⁺ aumenta nelle fasi successive. Durante il trasferimento adottivo, i linfociti CD8 +, in particolare la loro sottopopolazione ^CD44hl, presentano un'elevata attività protettiva. Oltre ai linfociti CD4 ⁺ e CD8 ⁺, altre sottopopolazioni linfocitarie, in particolare i linfociti γδ e CD4 ⁺ CD8 ^+,, limitate da molecole non polimorfiche della classe MHC CD1, contribuiscono apparentemente anche all'immunità protettiva contro l'infezione tubercolare. I meccanismi dell'azione effettrice dei linfociti T si riducono principalmente alla produzione di fattori solubili (citochine, chemiochine) o alla citotossicità. Nelle infezioni micobatteriche, si verifica la formazione predominante di T1, le cui caratteristiche sono la produzione di citochine IFN-γ e TNF-α. Entrambe le citochine sono in grado di stimolare l'attività antimicobatterica dei macrofagi, che è principalmente responsabile dell'effetto protettivo dei linfociti CD4. Inoltre, l'IFN-γ è in grado di sopprimere la gravità delle reazioni infiammatorie nei polmoni, riducendo così la gravità dell'infezione tubercolare. Il TNF-α è necessario per la formazione del granuloma, la piena cooperazione di macrofagi e linfociti e la protezione dei tessuti dalle alterazioni necrotiche. Oltre al suo effetto protettivo, il TNF-α ha anche un effetto "patologico". La sua produzione può portare a febbre, perdita di peso e danni ai tessuti, sintomi caratteristici dell'infezione tubercolare. I linfociti T non sono l'unica fonte di TNF-α. I suoi principali produttori sono i macrofagi. L'effetto del TNF-α è in gran parte determinato dal livello di produzione di altre citochine di tipo 1 e 2 nel focolaio infiammatorio. In condizioni di produzione predominante di citochine di tipo 1 e di assenza di produzione di citochine di tipo 2, il TNF-α ha un effetto protettivo, mentre con la produzione simultanea di citochine di tipo 1 e 2, ha un effetto distruttivo. Poiché, come osservato in precedenza, i micobatteri stimolano principalmente i linfociti T1, il decorso delle infezioni micobatteriche di solito non è accompagnato da un aumento della produzione di IL-4 e IL-5. Allo stesso tempo, nelle forme gravi di infezione, così come nelle sue fasi avanzate, può verificarsi un aumento locale e sistemico della produzione di IL-4 e IL-5. Non è chiaro se l'aumentata produzione di citochine di tipo 2 sia la causa di un'infezione tubercolare più grave o una sua conseguenza.

La citotossicità verso le cellule bersaglio infette è presente sia nelle cellule CD8 ⁺ che nei linfociti CD8 ⁺ "non classici" ristretti dalle molecole CDlb, nei linfociti CD4 ⁺ e CD8 ^+. L'importanza della citotossicità nella protezione contro la tubercolosi è indicata da una diminuzione dell'attività citotossica dei linfociti CD8 ⁺ e del contenuto di perforina nei pazienti tubercolari rispetto ai donatori sani. È essenziale rispondere alla domanda su come la lisi delle cellule bersaglio infette possa influenzare il corso del processo infettivo: porta a una diminuzione dell'intensità di riproduzione dei micobatteri, che sono parassiti intracellulari, o, al contrario, promuove il rilascio di micobatteri dai macrofagi infetti e l'infezione di nuove cellule? I dati di S. Stronger (1997) sembrano essere in grado di contribuire alla comprensione di questo problema. Gli autori hanno dimostrato che i linfociti citotossici contengono molecole di granulisina, che hanno un effetto battericida sui micobatteri. Affinché la granulisina penetri nelle cellule infette, i linfociti devono secernere proteine che formano pori nella membrana delle cellule bersaglio. Pertanto, per la prima volta, sono stati ottenuti dati sulla distruzione diretta dei micobatteri (nei macrofagi) da parte dei linfociti T, dimostrando così la possibilità di un coinvolgimento diretto dei linfociti T nella protezione contro le infezioni micobatteriche.

Regolazione della risposta immunitaria delle cellule T

La risposta dei linfociti T e la loro produzione di citochine effettrici sono regolate da citochine prodotte dalle cellule presentanti l'antigene, inclusi i macrofagi infetti. L'IL-12 sposta la differenziazione dei linfociti T verso la formazione di cellule Th1 e stimola la produzione di IFN-γ. L'infezione di topi con IL-12 ^% M. bovis BCG porta allo sviluppo progressivo dell'infezione, a una maggiore disseminazione dei micobatteri ed è accompagnata dall'assenza di formazione di granulomi nei polmoni. Nei topi con IL-12p40 ^% infettati da M. tuberculosis, si osserva una crescita incontrollata dei micobatteri, associata a una violazione sia della resistenza naturale che dell'immunità acquisita e causata da una significativa diminuzione della produzione di citochine proinfiammatorie IFN-γ e TNF-β. Al contrario, la somministrazione di IL-12 ricombinante a topi seguita da infezione da M. tuberculosis Erdmann porta a un aumento della loro resistenza all'infezione.

L'IL-10 è una citochina regolatrice che stimola lo sviluppo di reazioni immunitarie umorali e sopprime numerose reazioni dell'immunità cellulare. Si ritiene che l'effetto dell'IL-10 sulla risposta delle cellule T possa essere mediato dalla sua azione sui macrofagi: l'IL-10 inibisce la presentazione degli antigeni da parte dei macrofagi e sopprime la sintesi delle citochine proinfiammatorie TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8 e IL-12, GM-CSF, G-CSF da parte dei macrofagi. L'IL-10 ha anche un effetto anti-apoptotico. Un tale spettro d'azione, sembrerebbe, dovrebbe determinare l'effetto significativo dell'IL-10 sull'intensità dell'immunità antitubercolare; tuttavia, i dati sulla dipendenza dell'immunità protettiva dalla produzione di IL-10 sono estremamente contraddittori.

Il TGF-β è un fattore unico nella soppressione dell'immunità cellulare. Il suo livello di produzione è correlato alla gravità della tubercolosi e la somministrazione di anticorpi anti-TGF-β o di inibitori naturali del TGF-β a topi infettati da M. tuberculosis corregge la ridotta risposta delle cellule T.

È importante notare che il ruolo effettore dei linfociti T non si limita alla produzione di citochine e alla citotossicità cellulare. Altri processi che si verificano durante l'instaurarsi del contatto diretto tra linfociti T e macrofagi, così come la produzione di chemiochine da parte dei linfociti T, possono contribuire significativamente allo sviluppo di reazioni infiammatorie locali. Queste ultime, a loro volta, non sono causate solo dalla risposta di macrofagi e linfociti T. Neutrofili, eosinofili, fibroblasti, cellule epiteliali e altre cellule possono partecipare attivamente ai processi che si verificano nei polmoni durante l'infezione tubercolare.

Gli studi morfologici del processo di formazione del granuloma, nonché i risultati della determinazione della dinamica della formazione di una risposta specifica delle cellule T, consentono, a nostro avviso, di distinguere diverse fasi dell'interazione dei micobatteri con il macroorganismo. La prima è caratterizzata dalla progressiva proliferazione dei micobatteri in assenza di una risposta specifica dei linfociti T e dura circa 2-3 settimane. La seconda si verifica dopo la formazione di linfociti T maturi ed è caratterizzata dalla stabilizzazione della crescita micobatterica. Di norma, a questa segue la fase di scompenso, che coincide temporalmente con la distruzione delle formazioni linfoidi e la comparsa di alterazioni necrotiche nei polmoni. L'effetto del vaccino può essere dovuto a una riduzione della prima fase della risposta.