PAMPs

Le PAMPs sono molecole prodotte esclusivamente dai batteri e ricoprono funzioni uniche ed insostituibili nelle cellule che le producono. Sono quindi marcatori inequivocabili di invasione batterica. Esse sono altamente conservate all’interno di una particolare specie microbica perché il loro ruolo è indispensabile per la sopravvivenza. Non sono PAMPs per esempio le tossine perché se anche un batterio non le produce è comunque perfettamente in grado di sopravvivere. Un esempio di PAMPs è l’LPS.

Le PAMPs sono molecole prodotte esclusivamente dai batteri e ricoprono funzioni uniche ed insostituibili nelle cellule che le producono. Sono quindi marcatori inequivocabili di invasione batterica. Esse sono altamente conservate all’interno di una particolare specie microbica perché il loro ruolo è indispensabile per la sopravvivenza. Non sono PAMPs per esempio le tossine perché se anche un batterio non le produce è comunque perfettamente in grado di sopravvivere. Un esempio di PAMPs è l’LPS. Gli eucarioti hanno sviluppato recettori per i PAMPs, di solito abbreviati in PRR (pattern recognition receptors). Esse sono un componente dell’immunità innata, cioè di quella branca del sistema immunitario che reagisce in maniera rapida ed aspecifica.

Le caratteristiche dei PAMPs possono così essere riassunte:

1. sono prodotti solo dai procarioti e non dagli eucarioti: un esempio sono le proteine formilate;

2. sono sostanzialmente identici nei microrganismi della stessa specie;

3. sono essenziali per la sopravvivenza delle cellule microbiche e quindi non possono mutare;

4. a differenza dei fattori di virulenza sono prodotti sia da batteri patogeni che da saprofiti. Ciò testimonia il fatto che queste sostanze identificano una invasione batterica in generale.

I sistemi specifici di riconoscimento dei PAMPs sono definiti TLRs (toll-like receptors). Sono recettori di membrana identificati per la prima volta pochi anni fa in Drosophila e caratterizzati da:

1. dominio extracellulare ricco in leucine (leucine rich region: LRR);

2. dominio intracellulare caratteristico detto TIR (toll-IL1 receptor) perché simile a quello presente nel recettore per l’IL1.

Nell’uomo ne esistono dieci, forse undici e legano diverse sostanze: per esempio il TLR4 lega l’LPS, un componente della membrana esterna dei Gram negativi. Il TLR2 lega l’acido lipoteicoico, sostanza presente sulla parete dei gram positivi. Il TLR3 riconosce il dsRNA, patrimonio generico di alcuni virus.

Questi recettori sono abbastanza promiscui poiché riconoscono molti ligandi alcuni dei quali sono prodotti del nostro organismo: si tratta forse di un sistema di difesa contro cellule alterate. Essi sono espressi su leucociti, sulle cellule endoteliali e su altre cellule coinvolte nell’infiammazione come per esempio la microglia.

Un sinonimo di PAMPs è endotossina: elementi strutturali di batteri non disegnati per essere tossici ma che producono tossicità. Esistono invece degli elementi che favoriscono la proliferazione dei batteri perché danneggiano l’ospite ed i suoi sistemi di difesa: sono queste le esotossine.

Di gran lunga la più importante endotossina è l’LPS. La sintomatologia da infezione da Gram– non è dovuta tanto all’LPS in quanto tale ma dalla risposta infiammatoria eccessiva che si scatena nell’ospite. L’LPS è costituito da due parti: una prima parte oligosaccaridica, estremamente variabile, è riconosciuta dagli anticorpi clone-specifici e da una seconda parte che è un core lipidico costante che viene riconosciuto dai TLRs.

Essendo un componente strutturale della parete dei batteri questo composto non viene normalmente rilasciato se non in seguito a due eventi: la lisi del batterio o la sua attiva moltiplicazione (in quest’ultimo caso viene prodotto troppo LPS e la parte in eccesso è rilasciata nell’ambiente).

L’LPS che dovesse venire rilasciato nel sangue, ad esempio in seguito a sepsi, è riconosciuto dalla proteina epatica LBP (LPS binding protein) ed è da essa legato con grande affinità. L’LBP a sua volta si lega ad una proteina estrinseca presente sul foglietto esterno della membrana delle cellule monocito-macrofagiche chiamata CD14 o GPI anchored proteins (essendo esse ancorate al fosfatidilinositolo).

Se nell’ambiente sono presenti lipasi, e molti batteri sono in grado di liberarne, il complesso CD14-LBP si libera e viene riconosciuto dai TLR4 espressi sulle cellule endoteliali.

TLR4 attiva una cascata di segnali in parte simili a quella promossa dall’IL1 che porta alla trascrizione di una serie di geni. Questi sono moltissimi ma i più rilevanti sono IL1; TNF; IL6; NO sintetasi inducibile e COX2. IL1 e TNF sono potenti pirogeni endogeni e nei casi di setticemia esse sono prodotte in grandi quantità: si verifica febbre altissima resistente agli antipiretici.

La NOsintetasi inducibile produce in maniera massiccia e sregolata NO.  COX2 è una isoforma di cicloossigenasi espressa soprattutto sui leucociti e sulle piastrine. NO sintetasi e COX2 producono una serie di vasodilatatori: NO, prostacicline e prostaglandine. Se questi elementi sono prodotti nel sangue vengono attivate le cellule endoteliali di tutto l’organismo: ciò porta allo shock settico.

L’LPS provoca inoltre l’attivazione di altre vie metaboliche nei leucociti con produzione di radicali dell’ossigeno che danneggiano le cellule, tanto più se sono riversati in circolo. Ancora l’LPS sia direttamente, sia attraverso le citochine, può indurre un aumento di adesività dei leucociti alle cellule endoteliali: si verificano ulteriori danni.

Non ultimo l’LPS stesso è in grado di attivare la cascata coagulativa poiché attiva il fattore XII della coagulazione. Se ciò si verifica si può avere una coagulazione intravascolare con formazione di microtrombi diffusi. Il sistema di difesa è stato “progettato” per agire in loco senza produzione di gravi danni: il problema si verifica solo se l’LPS viene rilasciato in circolo.

Topi Knock-Out per il gene del TLR4 a cui vengono iniettate dosi di LPS dieci volte maggiori di quella letale sopravvivono perfettamente. Negli uomini la mortalità da sepsi da Gram– è del 50% ed è la maggior causa di morte nei reparti di terapia intensiva.