Le cellule B sembrano svilupparsi secondo una serie di fasi programmate. Queste tappe hanno inizio nel midollo osseo con la cellula staminale orientata, proseguono attraverso gli stadi di cellula pro-B precoce e tardiva (con riarrangiamento dei geni D-J per le catene pesanti) e lo stadio di cellula pre-B (con riarrangiamento definitivo dei geni V-DJ per le catene pesanti e comparsa di catene m nel citoplasma e sulla superficie cellulare), e si concludono con la cellula B immatura (con riarrangiamento V-J per le catene leggere e comparsa di IgM di membrana). Non sembra che l’Ag abbia un ruolo nell’indirizzare questa sequenza, ma l’interazione delle cellule B immature con l’Ag può condurre all’inattivazione clonale o alla tolleranza. Le cellule B immature che non vengono inattivate possono continuare a svilupparsi fino a diventare cellule B mature antigenicamente vergini e lasciare il midollo per colonizzare gli organi linfoidi periferici. In essi, l’interazione tra sIgG e antigeni estranei le trasforma in linfoblasti. Giunte al termine della loro differenziazione, queste cellule B diventano plasmacellule, le quali secernono Ig di una sola classe.

Le cellule B presenti nei tessuti periferici sono preorientate a rispondere a un limitato numero di Ag. La prima interazione tra la cellula B e l’Ag è conosciuta come risposta immunitaria primaria e le cellule B orientate a rispondere a questo Ag vanno incontro a differenziazione e proliferazione clonale. Alcune divengono cellule di memoria; altre si differenziano in plasmacellule mature sintetizzanti Ac. Le caratteristiche principali della risposta immunitaria primaria sono la presenza di un periodo di latenza prima della comparsa degli Ac, la produzione soltanto di una piccola quantità di Ac, inizialmente IgM e successivamente uno switch dell’isotipo delle Ig (con la collaborazione delle cellule T) verso le IgG, le IgA o le IgE. Ciò porta alla generazione di un gran numero di cellule di memoria in grado di rispondere in futuro al medesimo Ag.

La risposta immunitaria secondaria (anamnestica o amplificata) ha luogo in occasione dei successivi contatti con lo stesso Ag. Le sue caratteristiche principali sono la rapida proliferazione delle cellule B, la rapida differenziazione in plasmacellule mature e la sollecita produzione di grandi quantità di Ac, soprattutto IgG, che vengono liberati nel sangue e in altri tessuti dell’organismo dove possono venire a contatto con l’Ag in condizioni ottimali e reagire efficacemente con esso.

In risposta al medesimo Ag possono essere prodotte IgM, IgG e IgA. Così le cellule B derivate da una singola cellula B matura antigenicamente vergine possono differenziarsi in una famiglia di cellule B geneticamente programmate per sintetizzare Ac aventi una singola specificità antigenica, con cloni rappresentativi orientati alla produzione di ciascuna delle classi delle Ig (p. es. IgM, IgG, IgA).

Le cellule B possono rispondere all’Ag in maniera T-dipendente oppure T-indipendente. Gli Ag T-indipendenti (p. es. i polisaccaridi dello pneumococco, i lipopolisaccaridi dell’Escherichia coli e le polivinilpirrolidine) sono sostanze ad alto peso molecolare con determinanti antigenici ripetitivi disposti in sequenza lineare e sono molto resistenti alla degradazione da parte degli enzimi dell’organismo. Essi evocano essenzialmente una risposta di tipo IgM.

La maggior parte degli Ag naturali è T-dipendente e necessita della processazione da parte delle cellule presentanti l’Ag (APC). Queste APC presentano l’Ag sia alle cellule T sia a quelle B. Le cellule T liberano citochine che inducono le cellule B a rispondere all’Ag producendo Ac. Durante la stimolazione antigenica delle cellule B, si verifica uno switch dalla produzione di IgM a quella di IgG. Questo switch isotipico è dipendente dalle cellule T helper (T_H) e può richiedere l’intervento di differenti sottopopolazioni di cellule T_H e di citochine specifiche. Per esempio, l’IL-4 o l’IL-13 sono necessarie per lo switch isotipico da IgM a IgE.

Antigeni e anticorpi

Le sostanze sono immunogene (antigeniche) se il sistema immunitario è in grado di riconoscerne i determinanti antigenici come estranei (non-self) e se il peso molecolare della sostanza è sufficientemente elevato. Un aptene è una sostanza con peso molecolare inferiore a quello di un Ag, la quale è capace di reagire in maniera specifica con un Ac, ma che non è in grado di indurre la formazione di Ac a meno che non sia legata a un’altra molecola, solitamente una proteina (la proteina carrier); p. es. la penicillina è un aptene che può legarsi all’albumina.

Struttura degli anticorpi (v. Fig. 146-3): le molecole anticorpali sono Ig che possiedono sequenza aminoacidica e una struttura terziaria particolari, che conferiscono loro la capacità di legarsi a una struttura complementare situata sull’Ag. Nonostante tutte le Ig siano probabilmente Ac, non è sempre possibile conoscere l’Ag contro il quale ciascuna Ig è diretta. La reazione Ag-Ac può svolgere un ruolo specifico nella protezione dell’ospite contro virus, batteri e altri patogeni. Le Ig sono responsabili della maggior parte della frazione g-globulinica delle proteine plasmatiche.

Le molecole anticorpali sono estremamente eterogenee e nel loro complesso sono in grado di combinarsi con un numero di Ag praticamente illimitato, tuttavia condividono alcune caratteristiche comuni. Nell’ambito di ciascuna classe, le Ig monomeriche possiedono una struttura analoga. Ciascuna molecola è composta da quattro catene polipeptidiche, due catene pesanti identiche e due catene leggere identiche. Le catene pesanti hanno ciascuna un peso molecolare variabile da 50000 a 70000 dalton e ogni catena leggera ha un peso molecolare di circa 23000 dalton. Ponti disolfuro uniscono le catene tra loro e conferiscono alla molecola la configurazione a Y comunemente conosciuta.

La molecola Ig a forma di Y si compone di una regione variabile (V) e di una regione costante (C). La regione V è situata alle estremità distali delle braccia della Y ed è chiamata così a causa dell’alta variabilità degli aminoacidi che vi si trovano, i quali determinano di volta in volta la capacità dell’Ig di combinarsi con l’Ag. La regione C, prossimale al sito di combinazione con l’Ag, contiene una sequenza aminoacidica relativamente costante la quale è caratteristica di ciascuna classe di Ig (v. anche Immunità specifica [adattativa], sopra).

Le regioni ipervariabili situate all’interno delle regioni V contengono i determinanti idiotipici, ai quali possono legarsi gli Ac naturali (chiamati Ac anti-idiotipo). Il legame dell’Ac anti-idiotipo con il suo determinante idiotipico è importante per la regolazione delle risposte B-cellulari. Al contrario, i determinanti allotipici presenti nella regione C danno origine ad Ac anti-allotipo, i quali possiedono specificità di classe. Quindi, ciascun clone di cellule B produce la sua Ig specifica, avente una specifica sequenza aminoacidica, la quale si combina con una particolare configurazione antigenica. Ciò nonostante, i membri di ogni clone possono modificare la classe della molecola Ig che producono, mantenendo tuttavia invariate le catene leggere e le regioni V.

Per studiare la relazione esistente fra struttura e funzione, le molecole degli Ac sono state frammentante con l’impiego di enzimi proteolitici (v. Fig. 146-3). La papaina scinde le Ig in due frammenti monovalenti, i Fab (che contengono il sito di legame per l’Ag) e un frammento singolo, l’Fc

Nell’uomo, ogni classe principale di Ig possiede una catena pesante corrispondente; le catene pesanti m, g,a, e e d si trovano rispettivamente nelle IgM, nelle IgG, nelle IgA, nelle IgE e nelle IgD. Nelle cinque classi di Ig dell’uomo esistono solo due tipi di catene leggere, l e k. In questo modo, esistono 10 tipi differenti di molecole Ig (p. es. IgG-l, IgG-k). Tre classi (le IgG, le IgD e le IgE) esistono solo in forma monomerica. Le IgM circolano nel sangue in forma pentamerica o monomerica. Come pentamero, le IgM contengono cinque molecole a forma di Y (10 catene pesanti e 10 catene leggere). Le IgA esistono come monomeri, dimeri e trimeri. Le IgG possiedono quattro sottoclassi (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4); le IgA possiedono due sottoclassi (IgA1 e IgA2). Si comincia oggi ad associare specifiche funzioni biologiche alle varie sottoclassi (p. es. le IgG4 non fissano il complemento né si legano ai monociti e le IgG3 hanno un’emivita significativamente più breve rispetto alle altre tre sottoclassi di IgG).

Sono state identificate anche strutture addizionali. Le catene di giunzione (Joining, J) tengono unite le cinque subunità delle IgM, come anche le subunità delle IgA. Le IgA secretorie possiedono una catena polipeptidica aggiuntiva, la componente secretoria (Secretory Component, SeC), prodotta dalle cellule epiteliali e aggiunta alla molecola IgA dopo la sua sintesi.

Per contrassegnare ciascuna classe di Ig sono stati tradizionalmente impiegati i coefficienti di sedimentazione, determinati con la tecnica dell’ultracentrifugazione. Le IgM hanno il più alto coefficiente di sedimentazione a 19S e le IgG hanno un coefficiente di circa 7S.

Proprietà biologiche degli anticorpi: la struttura aminoacidica della regione C della catena pesante determina l’isotipo della classe di Ig cui appartiene. Ogni classe svolge funzioni differenti.

Le IgM, i primi Ac che vengono sintetizzati in seguito a immunizzazione primaria (esposizione a un nuovo Ag), proteggono dalle aggressioni il compartimento intravascolare. Le molecole pentameriche delle IgM attivano prontamente il complemento e svolgono funzioni di opsonizzazione e di agglutinazione per collaborare con il sistema fagocitario nell’eliminazione di molti tipi di microrganismi. Le isoemoagglutinine e molti Ac diretti contro i microrganismi gram – sono IgM. Le IgM monomeriche svolgono la funzione di recettori per l’Ag sulla membrana delle cellule B.

Le IgG, la classe di Ac sierici di gran lunga predominante, si possono trovare anche nei compartimenti extravascolari; vengono prodotte quando il titolo delle IgM comincia a decrescere dopo l’immunizzazione primaria. Le IgG sono le principali Ig prodotte in seguito a reimmunizzazione (risposta immunitaria di memoria o secondaria). Esse proteggono i tessuti dai batteri, dai virus e dalle tossine. Le IgG sono le uniche Ig in grado di attraversare la barriera placentare. Sottoclassi differenti di IgG neutralizzano le tossine batteriche, attivano il complemento e potenziano la fagocitosi grazie all’opsonizzazione. Le g-globuline disponibili in commercio sono costituite quasi interamente da IgG, con piccole quote di altre Ig.

Le IgA si trovano nelle secrezioni mucose (saliva, lacrime, secrezioni respiratorie, GU e GI, oltre al colostro), dove provvedono a una difesa antibatterica e antivirale di primo livello. Le IgA secretorie vengono sintetizzate nelle regioni subepiteliali dell’apparato GI e di quello respiratorio e sono combinate con una componente secretoria (SeC) prodotta localmente. Alcune cellule produttrici di IgA si trovano nei linfonodi e nella milza. Le IgA sieriche non possiedono la SeC; esse conferiscono protezione nei confronti della Brucella, della difterite e della poliomielite.

Le IgD sono presenti nel siero in concentrazioni estremamente basse, ma compaiono anche sulla superficie delle cellule B in via di maturazione e potrebbero svolgere un ruolo importante nella loro crescita e nel loro sviluppo.

Le IgE (Ac reaginici, sensibilizzanti cutanei o anafilattici), come le IgA, si trovano principalmente nelle secrezioni mucose respiratorie e GI. Nel siero, sono presenti in concentrazioni molto basse. Le IgE interagiscono con le mast-cellule; il legame simultaneo di due molecole di IgE da parte di un allergene può provocare la degranulazione delle cellule, con il rilascio di mediatori chimici che causano una risposta di tipo allergico. I livelli sierici delle IgE sono elevati nelle malattie atopiche (p. es. asma allergico o estrinseco, febbre da fieno e dermatite atopica), nelle malattie parassitarie, nel morbo di Hodgkin in fase molto avanzata e nel mieloma monoclonale a IgE. Le IgE possono svolgere un ruolo positivo nella difesa contro i parassiti.

Metodi di dosaggio delle immunoglobuline

Le IgG, le IgM e le IgA sono presenti nel siero in concentrazioni sufficientemente elevate da poter essere misurate con diverse tecniche che rilevano la presenza di qualsiasi Ag. Una metodica ormai datata è quella dell’immunodiffusione radiale (tecnica di Mancini), nella quale il siero contenente l’Ag viene posto in un pozzetto ricavato in una piastra di agar contenente l’Ac; la dimensione degli anelli di precipitazione che si formano nell’agar è proporzionale alla concentrazione dell’Ag nel siero. Per determinare le concentrazioni specifiche di numerose proteine sieriche, comprese le Ig, molti laboratori impiegano adesso la nefelometria, una metodica rapida e altamente riproducibile basata sul principio della dispersione della luce da parte delle molecole. Anche l’immunoelettroforesi viene utilizzata occasionalmente per identificare le Ig, particolarmente le Ig monoclonali (v. Mieloma multiplo nel Cap. 140). Le IgE sono presenti nel siero in quantità talmente piccole che devono essere misurate con metodi radioimmunologici o con il test di immunoassorbimento enzimatico (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA). Le IgE dirette contro Ag specifici vengono misurate utilizzando il test di radioallergoassorbimento (RadioAllergoSorbent Test, RAST, v. Cap. 148). Le sottoclassi delle Ig possono essere misurate utilizzando metodi radioimmunologici o l’ELISA.

Anticorpi monoclonali

Gli Ac presenti in vivo sono quasi sempre policlonali (cioè prodotti da più di un clone), tranne nel caso di una gammopatia monoclonale. Analogamente, fino a non molto tempo fa erano policlonali anche gli Ac indotti negli animali per essere utilizzati nei test diagnostici. La tecnica dell’ibridoma consente la produzione di grandi quantità di Ac monoclonali negli animali. Per prima cosa, un topo viene immunizzato con l’Ag desiderato. Quando il topo ha cominciato a produrre Ac, la sua milza viene prelevata per preparare una sospensione di cellule, alcune delle quali producono l’Ac corrispondente. Successivamente, queste cellule produttrici di Ac vengono ibridate con una linea cellulare di mieloma che è stata mantenuta in coltura tissutale e che non produce Ac. Le singole cellule ibridate che producono l’Ac monoclonale desiderato vengono isolate, coltivate in colture tissutali per aumentarne il numero e reinoculate in peritoneo di topo. In questo modo si può facilmente produrre e raccogliere liquido ascitico contenente l’Ac monoclonale per ottenere alte concentrazioni dell’Ac stesso. I laboratori di fermentazione producono preparazioni commerciali di Ac monoclonali.

Attualmente, gli Ac monoclonali vengono diffusamente impiegati per (1) dosare proteine e farmaci nel siero; (2) tipizzare i tessuti e il sangue; (3) identificare agenti infettivi; (4) identificare cluster di differenziazione (CD) per la classificazione e il follow-up delle leucemie e dei linfomi; (5) identificare Ag tumorali; (6) identificare autoanticorpi in molte patologie diverse. L’uso degli Ac monoclonali ha favorito l’identificazione della miriade di cellule coinvolte nella risposta immunitaria.