Med — Knowledge Base

Linfociti T Citotossici (CTL)

6 minuti

Linfociti T Citotossici (CTL)

I linfociti T citotossici (CTL) sono il meccanismo effettore dell’immunità cellulare contro i patogeni intracellulari. Esprimono CD3 e sono CD8+, riconoscono gli antigeni presentati da MHC di Classe I e, una volta maturati, inducono la lisi delle cellule infette o degenerate in senso neoplastico.

Il braccio cellulo-mediato difende dai patogeni a localizzazione intracellulare: virus, cellule degenerate in senso neoplastico, batteri con ciclo di replicazione intracellulare (es. Mycobacterium tuberculosis) e protozoi con fasi di replicazione intracellulari (es. plasmodio della malaria). Questi meccanismi sono mediati dai linfociti citotossici, dai Linfociti NK e dai macrofagi attivati. Si distingue dalla difesa verso i patogeni extracellulari (batteri extracellulari, particelle virali libere, fasi extracellulari dei protozoi), affidata invece ad anticorpi, complemento e fagociti.

I tre meccanismi effettori dell’immunità cellulare citotossica sono affidati a tre popolazioni che agiscono con modalità simili: i linfociti citotossici (CD3+ CD8+), i Linfociti NK (CD16+) e i Linfociti NKT.

Origine e frequenza

I CTL si sviluppano nel timo, come tutti i Linfociti T, a partire dai timociti double positive (CD4 e CD8), che diventano single positive CD8 in seguito al legame con MHC-I sulle cellule nurse (Differenziazione dei Linfociti T in CD4 e CD8). In condizioni di salute rappresentano il 35% dei linfociti T circolanti: un’alterazione di questo rapporto è segno patognomonico di infezione da HIV, che distrugge i CD4 e non i CD8, facendone aumentare la percentuale. Una piccola quota di citotossici non CD8 è documentata solo nel topo; nell’uomo i citotossici sono CD8.

Prima dell’incontro con l’antigene i CD8 circolano a bassa frequenza (5-6 cloni per citotossico vergine) sotto forma di linfociti pre-citotossici, privi di capacità litica. Dopo il riconoscimento dell’antigene i cloni si espandono diventando milioni e acquisiscono capacità litica e apoptotica.

Maturazione e attivazione

La maturazione del linfocita pre-citotossico a cellula litica è secondaria alla produzione di citochine da parte dei Th1. Il modello classico prevede un cluster di tre cellule:

  • La cellula infetta, che presenta antigeni in MHC-I e anche in MHC-II (alcuni antigeni sfuggono alla cellula e vengono ricatturati e reinseriti nel pathway di classe II). Presenta prima gli antigeni di classe I al linfocita CD8.
  • Il linfocita CD8 pre-citotossico, attivato dalle citochine prodotte dal CD4.
  • Il linfocita Th1 (CD4 differenziato in senso Th1, che riconosce gli antigeni presentati da MHC-II): produce le citochine di tipo 1 (IL-2, IFN-γ, IL-12). Queste attivano i citotossici, armano i macrofagi aumentandone la capacità microbicida e inducono la differenziazione in senso IgG3 (anticorpi opsonizzanti che facilitano i fagociti); nel complesso stimolano l’infiammazione e l’attivazione del sistema immune.

Difficoltà del modello classico e teorie alternative

Il cluster di tre cellule presenta una difficoltà teorica: sia il CD4 sia il CD8 devono riconoscere lo stesso patogeno, ma alcuni peptidi virali sono presentati in classe I e altri in classe II. Nell’esempio dell’epatite, il cluster comprende la cellula infetta dal virus, il CD4 Th1 (che riconosce i peptidi in classe II) e il CD8 (che riconosce i peptidi in classe I), attivato dalle citochine del CD4.

Sono stati proposti meccanismi che spiegano la doppia presentazione:

  1. I virus hanno una fase extracellulare prima di entrare nella cellula: in questa fase sono endocitati e presentati in classe II; quando infettano la cellula entrano nel pathway di classe I. Si forma il cluster di tre cellule.
  2. La cellula infettata dal virus viene fagocitata da una cellula dendritica: gli antigeni vengono presentati in classe I, mentre la fase extracellulare del virus consente anche la presentazione in classe II. Anche qui cluster di tre cellule.
  3. La spiegazione più semplice e probabilmente reale: le dendritiche infettate presentano solo in classe I ma secernono citochine (soprattutto IL-2) che inducono maturazione, attivazione e differenziazione del CD8. In questo caso il cluster di tre cellule non serve: si prescinde dal CD4.

Caratteristiche del CTL maturo

In seguito alla presentazione dell’antigene in classe I (pre-stimolo) e alla produzione di citochine (IL-12, IFN-γ) da parte del Th1 o della dendritica, il pre-citotossico matura in CTL litico, che acquisisce:

  • Produzione di perforina, proteina che forma buchi sulla cellula target.
  • Produzione di granzimi, che inducono l’apoptosi della cellula target.
  • Espressione di FAS-L (ligando) che, legandosi a FAS sulla cellula target, ne induce l’apoptosi.
  • Capacità di produrre TNF-α, che induce l’apoptosi della cellula target.
  • Capacità di produrre IFN-γ, che aumenta l’espressione di MHC-I incrementando l’efficienza del sistema.

Perforina e granzimi sono contenuti in granuli citoplasmatici; il TNF-α è secreto.

Meccanismi di distruzione del target

Il CTL maturo uccide la cellula per lisi osmotica o per apoptosi. I meccanismi sono altamente selettivi (colpiscono solo la cellula target che espone l’antigene di classe I virale o neoplastico) e sinergici, non alternativi:

  • Meccanismo litico: mediato dalla perforina.
  • Meccanismo apoptotico:
    • Solubile: mediato dal TNF-α.
    • Recettoriale: il FAS-L sul citotossico si lega a FAS sulla cellula target inducendone l’apoptosi.
    • Iniettabile: le perforine formano buchi sulla superficie del target, attraverso i quali entrano i granzimi che attivano le caspasi, inducendo la frammentazione del DNA.

Letal hit

Il contatto tra le due cellule attiva il linfocita citotossico; segue il letal hit (colpo letale), il fenomeno cellulare che induce la distruzione del target. Dopo il letal hit il CTL si stacca e la cellula target muore; il CTL può uccidere molte cellule in sequenza, perché il virus infetta molte cellule contemporaneamente.

Nella zona di contatto i granuli intracitoplasmatici (perforina e granzimi) migrano all’interfaccia tra le due cellule. La perforina viene rilasciata sotto forma di monomeri che, in presenza di alte concentrazioni di calcio extracellulare, si infilano nella membrana del target e polimerizzano formando i buchi. La perforina forma buchi solo sulla cellula target perché il CTL possiede un enzima che ne impedisce la polimerizzazione sulla propria membrana, evitando l’autodistruzione. Attraverso i buchi entrano i granzimi che attivano le caspasi e la frammentazione del DNA. In aggiunta, il FAS-L del CTL si lega a FAS (presente su tutte le cellule), attivando ulteriormente le caspasi.

Questa ridondanza di meccanismi litici e apoptotici garantisce l’eliminazione del pericolo: la cellula neoplastica viene uccisa prima di formare un tumore clinico, la cellula infetta prima che l’infezione diventi letale per l’ospite.

Controllo della replicazione virale tramite fattori solubili

I meccanismi con cui i CD8 ostacolano l’infezione, oltre alla lisi diretta, sono stati scoperti studiando l’HIV (epidemia dal 1983, terapia efficace dal 1996). Nel caso dell’HIV il CD8 uccide con meccanismi litici e apoptotici il linfocita CD4 infettato: questo contribuisce alla progressione dell’AIDS, perché il CD8 svolge il suo lavoro ma elimina i CD4.

Oltre alla lisi, il CD8 può:

  • Sopprimere la replicazione del virus nelle cellule infette grazie alla produzione di fattori solubili non ancora identificati.
  • Proteggere le cellule non ancora infette grazie alla produzione di chemochine β.
  • Produrre alte quantità di IFN-γ, che amplifica l’espressione di MHC-I aumentando l’efficienza del sistema.

🔗 Collegamenti

Vista grafico

Link entranti