Linfociti NK: bodyguards immunitari

LINFOCITI NK: COSA SONO?

I linfociti NK (natural killer) sono una sottopopolazione di linfociti (cellule del sangue appartenenti ai globuli bianchi, rappresentanti il cuore dell’immunità acquisita) il cui compito è quello di essere in prima linea nella difesa delle cellule infettate da virus o di quelle tumorali. Il curioso termine che li definisce, “natural killer”, deriva dalla loro capacità di bersagliare e uccidere le cellule infette/danneggiate, senza necessità di attivazione, mediante il rilascio di citochine infiammatorie. Tali cellule costituiscono circa il 5-20% delle cellule mononucleate del sangue e della milza. Il ruolo delle cellule NK nelle risposte immunitarie è stato ampiamente esplorato, principalmente grazie all’identificazione dei recettori di tali cellule e dei loro ligandi, ma anche attraverso l’analisi dei meccanismi alla base degli effetti delle varie citochine sullo sviluppo e la funzione delle cellule NK. Sebbene tale popolazione cellulare non appartenga a quella dei linfociti B o T, le cellule NKT (o natural killer T) condividono con loro funzione e recettori. Gli NKT, infatti, sono regolatori di entrambe le risposte immunitarie innate e adattative, ma sono anche state segnalate per il loro funzionamento come cellule antitumorali effettrici. I notevoli progressi nella nostra comprensione della biologia, dello sviluppo e della funzione delle cellule NK/NKT hanno fornito la base per la loro potenziale applicazione negli studi clinici sui tumori.

Meccanismo molecolare

Le cellule NK sono presenti, in condizioni fisiologiche, nella pelle, nell’intestino, nel fegato, nei polmoni, nell’utero, nei reni, nelle articolazioni e nel seno. Dopo l’attivazione, le cellule NK hanno il compito di secernere diverse citochine come l’interferone-γ (IFN-γ), il fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α), il fattore stimolante la colonia dei macrofagi granulociti (GM-CSF) e le chemochine (CCL1, CCL2, CCL3, CCL4, CCL5 e CXCL8) che possono modulare la funzione di altre cellule immunitarie innate e adattative. La stimolazione delle cellule natural killer e la funzione effettrice dipendono dall’integrazione di segnali derivati da due tipi distinti di recettori – recettori attivatori e inibitori. Praticamente i recettori definiti “attivatori” sulle cellule NK riescono a riconoscere un gruppo eterogeneo di ligandi che sono espressi da cellule danneggiate o infettate da virus o da altri batteri intracellulari oppure da cellule trasformate. Le cellule considerate “sane” (quindi in condizioni normali) esprimono molecole appartenenti ad una famiglia di proteine strutturalmente correlate (MHC di classe I) sulla loro superficie che agiscono come ligandi per i recettori inibitori e contribuiscono all’auto-tolleranza delle cellule NK. Tuttavia, le cellule infettate da virus (o le cellule tumorali) perdono l’espressione di superficie degli MHC di classe I, portando ad un minore segnale inibitorio nelle cellule NK. Contemporaneamente, lo stress cellulare associato all’infezione virale o allo sviluppo del tumore, come la risposta ai danni al DNA, il programma di senescenza o i geni soppressori del tumore, aumentano i ligandi per i recettori di attivazione in queste cellule. Di conseguenza, il segnale dei recettori attivanti nelle cellule NK sposta l’equilibrio verso l’attivazione delle cellule NK stesse. In questo modo si avrà l’eliminazione delle cellule bersaglio direttamente attraverso la citotossicità mediata dalle cellule NK o indirettamente attraverso la secrezione di citochine pro-infiammatorie.

Linfociti NK: valori

I linfociti, come anticipato, sono globuli bianchi che, come i granulociti e i monociti, sono responsabili della risposta immunitaria. Lo studio delle sottopopolazioni linfocitarie viene eseguito mediante citofluorimetria (in particolare la citofluorimetria a flusso che permette di visualizzare oltre che identificare e quantizzare i linfociti presenti nel sangue). Incrementi e riduzioni nel numero assoluto o relativo di linfociti T, B e NK, caratterizzano le diverse immunodeficienze. In particolare lo studio delle sottopopolazioni linfocitarie viene utilizzato soprattutto per monitorare l’andamento della malattia in pazienti con infezione da HIV. Le cellule Natural Killer vengono identificate con la sigla CD3+/CD56+ e costituiscono una sottopopolazione di linfociti in grado di produrre citochine (in particolare interferone gamma) e di sopprimere cellule infettate da virus e cellule tumorali. Svolgono un’azione citotossica soprattutto contro le proliferazioni neoplastiche e nel meccanismo di rigetto dei trapianti. Tali cellule sono in grado di riconoscere e danneggiare cellule appartenenti a diversi tipi tumorali, in particolare di origine linfoide. Il loro rilevamento è utile nella valutazione dello stato immunitario del paziente in trattamenti immunodepressivi e per verificare la reattività antirigetto in pazienti sottoposti a trapianto d’organo. L’analisi viene effettuata su un campione di sangue intero e non necessita del digiuno nelle ore precedenti. I valori di riferimento per le cellule NK variano nel range che va dal 3 al 24%. Un numero alto di linfociti può essere correlato a diverse cause, non tutte di cui preoccuparsi. Le varie cause possono essere raggruppate in base alla loro natura:

• Tumori del sangue: sono in grado di modificare la produzione cellulare sanguigna. Tra queste patologie, si possono distinguere le leucemie (acute, croniche, mieloidi, linfatiche o linfoidi).
• Farmaci: alcuni farmaci hanno la capacità di aumentare la circolazione dei leucociti nel sangue, come ad esempio la Minociclina, un antibiotico usato per trattare problemi al derma, come l’acne; l’Eparina; i farmaci antiepilettici, che potrebbero provocare una reazione al farmaco stesso, con aumento repentino dei globuli bianchi.
• Infezioni: da micobatteri, come la tubercolosi, oppure virali (le infezioni che compaiono in seguito a un virus, sono in grado di alterare la formula leucocitaria, come quella da Epstein Barr virus, responsabile della trasmissione della mononucleosi, da influenza, da raffreddore, da citomegalovirus, la parotite, la rosolia, il virus dell’Ebola, le infezioni da virus dell’epatite B, epatite C, l’herpes labiale o genitale, l’HIV; le parassitosi, come la Toxoplasmosi).
• Malattie autoimmuni: patologie che bersagliano il sistema immunitario provocando una costante infiammazione sistemica, come ad esempio nell’artrite reumatoide, che attacca le articolazioni sinoviali, l’ipertiroidismo autoimmune, che comporta un incremento del lavoro della tiroide, il lupus eritematoso sistemico, le vasculiti.
• Stress: certi episodi di estrema tensione sono in grado di stimolare il midollo alla produzione di un’eccessiva quantità di leucociti.
• Forte trauma fisico
• Disidratazione: Questo fenomeno provoca l’innalzamento del valore di tutte le cellule che circolano nel sangue.
• Splenectomia: Senza la milza, non c’è più il deposito naturale di piastrine e globuli bianchi.
• Tumori: L’organismo risponde a questa presenza estranea rilasciando citochine, che aiutano il midollo a produrre molti linfociti.
• Malattie infiammatorie croniche intestinali: Come il morbo di Crohn e la rettocolite ulcerosa, infiammano e danneggiano l’apparato gastrointestinale, costringendo il corpo a rispondere con una sovrapproduzione di linfociti.

Caso a parte riguarda l’aumento dei linfociti NK in gravidanza. Diversi studi, infatti, hanno dimostrato l’importanza di questa tipologia linfocitaria nell’immunologia immunitaria, sviluppo, crescita e mantenimento del feto. Le ricerche suggeriscono, infatti, che i linfociti NK endometriali partecipino alle interazioni embrione-madre durante l’impianto, l’invasione dei trofoblasti, la placentazione e lo sviluppo fetale, il che rappresenta una nuova prospettiva nel campo dell’immunologia riproduttiva.

NATURAL KILLER: NEMICHE NATURALI DEI VIRUS

Perché è così importante studiare i meccanismi di azione di queste cellule? Potrebbero rappresentare una terapia naturale alternativa? Dato il ruolo fondamentale di questi linfociti e nella difesa dai virus, nel corso degli anni diversi sono stati gli studi mirati a poter individuare un meccanismo che li potesse rendere efficaci ed utilizzabili come opzione terapeutica. Gli esempi più famosi? Il virus dell’HIV ed il Sars-Cov-2.

Linfociti NK ed HIV

Di fronte alla minaccia incombente di un virus aggressivo come l’HIV (virus dell’immunodeficienza umana) il sistema immunitario deve poter fare ricorso a tutte le sue armi e così, oltre al reclutamento dei linfociti T e B, cellule in prima linea nell’immunità adattativa, chiama in causa le NK, che costituiscono la punta di diamante della risposta immunitaria innata, vale a dire la prima risposta del nostro organismo alla penetrazione di agenti patogeni. Nel 2020, Un gruppo di ricercatori delle Università di Stanford, Montreal e Laval, ha svolto un’interessante ricerca sull’espressione del recettore T cell immunoglobulin and ITIM domain (più noto con l’acronimo TIGIT, recettore co-inibitorio delle cellule T identificato di recente) nelle cellule NK di individui affetti da HIV. Lo scopo del lavoro apparso sulla rivista AIDS? Studiare e valutare l’effetto dell’HIV sulle cellule NK (e viceversa) indagando, in particolare, le variazioni di espressione (“quantità”, per in non addetti ai lavori) e funzionalità a livello di questo recettore. Sempre più studi hanno dimostrato la capacità delle cellule NK di comportarsi in maniera analoga ai linfociti B e T, generando anche una risposta basata sul riconoscimento di specifici antigeni, riconoscendo, di conseguenza, specifici virus come quello del citomegalovirus, Epstein-Barr o della varicella. Nel caso dell’HIV, le natural killer possono contribuire a proteggere dall’acquisizione del virus o dalla progressione della malattia. In particolare, sono stati realizzati molti studi su individui naturalmente protetti dall’HIV e, da tali studi, è stato scoperto che le cellule NK di queste persone possiedono caratteristiche specifiche che le renderebbero artefici della lotta al virus. Partendo da questi presupposti, gli studiosi americani e canadesi hanno indagato il ruolo di TIGIT, un particolare recettore della categoria dei checkpoint immunitari (il cui più celebre esponente è PD-1) che si è scoperto essere presente sui linfociti T CD4+ e CD8+, e sulle cellule NK. Ma mentre è noto in letteratura che TIGIT contribuisca attivamente al propagarsi dell’infezione da HIV, si hanno meno informazioni sulla posizione che esso possa ricoprire a livello delle cellule NK nel corso dell’infezione stessa. Come prima anticipato, TIGIT è un recettore inibitorio. Di conseguenza, quando esso viene “attivato” la funzione delle cellule NK nel controllo di tumori e infezioni può diminuire. Il suo ruolo è stato per lo più esplorato in ambito oncologico dove si è visto che bloccando TIGIT si può aumentare la capacità delle cellule NK di uccidere le cellule tumorali. Diversi studi clinici in corso stanno indagando l’utilità di bloccare TIGIT (e altri recettori) nella cura di diversi tipi di tumore. L’ipotesi alla base della ricerca è che si possano utilizzare farmaci che bloccano il TIGIT per aumentare l’abilità delle cellule NK di uccidere le cellule infettate dall’HIV. Le analisi sono state effettuate su campioni di sangue provenienti da donne infette andando ad utilizzare la citometria di massa per valutare i diversi marcatori. Dalle analisi è stato possibile evincere che l’espressione di TIGIT risultava aumentata nelle cellule NK di individui esposti all’infezione da HIV non trattati, mentre era inalterata in quelli dei soggetti sottoposti a terapia anti-retrovirale (farmaci d’elezione nella terapia anti HIV). Ciò significa che, andando a bloccare il TIGIT, ci si potrebbe aspettare un incremento nell’attività delle NK. Inoltre, gli scienziati hanno evidenziato che le cellule che avevano livelli più elevati di TIGIT erano in generale cellule più mature e più attive. Infatti, l’espressione di TIGIT appare aumentata in una specifica sottopopolazione di cellule NK (CD56-/CD16+). L’importanza di questo risultato? Normalmente, i linfociti NK possiedono un’azione non-specifica, ossia non sono in grado di distinguere un virus da un altro, ma negli ultimi anni sta emergendo il concetto che esse possano anche, in casi eccezionali, rispondere in maniera specifica ad un determinato virus, ‘ricordando’ di averlo incontrato prima. Questo tipo di memoria potrebbe essere utilizzato, per esempio, per lo sviluppo di vaccini. Tuttavia, saranno necessari ulteriori studi per definire quale ruolo il TIGIT svolga nel meccanismo di attivazione delle cellule NK durante l’infezione da HIV, ma il valore di queste cellule immunitarie potrebbe essere molto più alto di quello fino ad ora considerato.

Linfociti NK  e Sars-COV-2

Dati i diversi approfondimenti sul ruolo protettivo dei linfociti NK verso le infezioni virali, è stato valutato l’effetto da parte di queste popolazioni cellulari sul virus Sars-Cov-2. Con questo proposito, i ricercatori del Karolinska University Hospital in Svezia hanno studiato le cellule NK nelle infezioni virali acute, tra cui quelle generate da flavivirus, virus dell’influenza e SARS-CoV-2. I dati da loro raccolti possono far luce su come le cellule NK emergano rispetto alle altre popolazioni cellulari nei pazienti affetti da COVID-19. Durante la pandemia da COVID-19, diversi scienziati si sono concentrati sulle cellule NK, che sono state identificate come le prime a rispondere all’infezione acuta di SARS-Cov-2. Il meccanismo d’azione sembra essere similare a quello spiegato in precedenza.  La risposta delle cellule NK alla SARS-CoV-2 comporta il reclutamento sia delle cellule NK CD56bright che CD56dim, spostandoli dal torrente circolatorio ai polmoni e, così, riducendo il numero delle NK circolanti. I linfociti NK polmonari sono così in grado di richiamare a sé le citochine (attraverso il fenomeno chiamato chemiotassi). Infatti, i pazienti in convalescenza presentano generalmente livelli elevati di chemochine come CCL3, CCL3L1, CCL4, CXCL9, CXCL10 e CXCL11. Tali chemochine consentono ai linfociti NK di permanere a livello polmonare in modo tale da poter combattere e distruggere le cellule infette. Questi dati naturalmente sono incoraggianti, anche se non ancora risolutivi. L’approfondimento di queste dinamiche immunitarie potrebbe anche portare, in un futuro, a creare una terapia basata sul rafforzamento ed il direzionamento delle cellule NK in modo da poter guarire, in poco tempo e senza le ben note ripercussioni sull’organismo, da ogni tipologia virale.