Il ruolo dell’IL-17 e delle citochine correlate nelle malattie infiammatorie autoimmunitarie

L’interleuchina-17 (IL-17) induce la produzione di granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) e di chemochine come CXCL1 e CXCL3 ed è una citochina che agisce da mediatore infiammatorio. Durante le infezioni, l’IL-17 è necessaria per eliminare i batteri ed i funghi extracellulari, inducendo peptidi antimicrobici come le defensine.  Questa citochina gioca anche un ruolo importante nell’infiammazione cronica che avviene durante la patogenesi delle malattie autoimmuni e delle allergie come l’artrite reumatoide (RA) umana per cui è disponibile un modello murino di artrite indotta da collagene (CIA).  Nelle malattie autoimmuni come l’RA e la sclerosi multipla (MS), l’IL-17 è prodotta da cellule T helper (Th) che sono stimolate dall’IL-1β e dall’IL-6 derivate da fagociti come macrofagi e cellule tissutali.  L’IL-17 contribuisce a varie lesioni che sono prodotte da cellule Th17, una sottopopolazione di cellule Th, da cellule T ϒδ e da cellule linfoidi innate.  Contribuisce fortemente alle malattie autoimmuni che sono accompagnate all’infiammazione cronica.  Quindi, una comprensione funzionale di cellule Th17 è estremamente importante.  In questa rassegna, mettiamo in luce il ruolo delle citochine che promuovono lo sviluppo ed il mantenimento di cellule Th17 patogene nelle malattie autoimmunitarie.

  1. Introduzione. Il sistema immunitario è un meccanismo di difesa del corpo che coinvolge vari tipi di cellule del sangue derivate dal midollo osseo come le cellule T, B, macrofagi, e cellule dendritiche (DC). La funzione del sistema immunitario è di eliminare microorganismi infettivi che hanno invaso l’organismo e cellule tumorali che sono state prodotte per mutazioni. Le reazioni immuni portano alla morte cellulare in alcune circostanze. Quindi, l’eliminazione eccessiva di bersagli nelle reazioni infiammatorie croniche è dannosa ed è la causa di malattie autoimmuni. Quindi, una stretta regolazione è cruciale per mantenere l’omeostasi immunologica. Le cellule T CD4-positive, un tipo di cellula T, sono chiamate cellule T helper in quanto regolano la funzione di altre cellule immuni. Queste cellule T helper giocano un ruolo centrale nella eliminazione di microrganismi estranei e nella auto-tolleranza. Le cellule T helper producono citochine che aiutano l’attivazione delle cellule immuni nel microambiente. L’IL-17 è un’importante citochina non solo per l’immunità protettiva contro patogeni extracellulari, ma anche per eliminare patogeni intracellulari. In aggiunta a questo ruolo importante nell’immunità protettiva, l’IL-17 gioca un ruolo critico nella patogenesi di varie malattie autoimmunitarie infiammatorie. Le cellule che producono IL-17, tra cui le cellule Tγδ, le cellule T natural killer, e le cellule linfoidi innate, sono caratterizzate dall’espressione del fattore di trascrizione, retinoic acid receptor-related orphan receptor-γt (RORγt). La disregolazione delle risposte immunitarie protettive causano malattie autoimmunitarie. Le cellule T auto-reattive sono di solito soppresse. Quando l’equilibrio tra cellule T auto-reattive e cellule T regolatorie è disturbato, il rischio di sviluppo di malattia autoimmunitaria aumenta. Una elevata quantità di produzione di IL-17 accompagnata da eccessiva generazione di cellule Th17 può portare a malattie autoimmuni. Nonostante molti tipi cellulari producano IL-17, evidenze crescenti implicano un ruolo importante per le cellule Th17 nelle malattie autoimmunitarie. Questa rassegna riassume le conoscenze attuali sulle citochine che controllano la differenziazione delle cellule Th17 e delle citochine che regolano le funzioni delle cellule Th17 con un focus particolare sulla sclerosi multipla (MS), una malattia autoimmunitaria del sistema nervoso centrale (CNS), e sul corrispettivo modello murino di encefalomielite sperimentale autoimmune (EAE).
  2. Cellule T helper che producono IL-172.1 Cellule T helper. Vari progenitori ematopoietici e linfoidi vengono mobilizzati dal midollo osseo e iniziano lo sviluppo di cellule T nel timo. Durante questo processo, esprimono un recettore per l’antigene (il recettore delle cellule T, TCR), e molte cellule si differenziano in cellule T CD4-positive o cellule T CD8-positive. Dopo il completamento del processo di maturazione, le cellule T CD8-positive circolano attraverso tutto il corpo, acquisendo funzioni citotossiche. Esse contribuiscono all’omeostasi immunologica uccidendo cellule che sono state infettate da virus così come cellule tumorali. Dall’altro lato, le cellule T CD4-positive sono cellule T helper. Esse esibiscono funzioni immunologiche regolatorie. Precedentemente le cellule T helper erano state suddivise in due sottopopolazioni principali (Figura 1). Le cellule Th1 si differenziano sotto l’influenza dell’IL-2 e producono principalmente interferone-ϒ (IFN-ϒ). L’IFN-ϒ attiva fortemente i macrofagi, promuovendo l’eliminazione di patogeni intracellulari. In altre parole, ciò supporta l’immunità cellulare nel sistema immune acquisito. Dall’altro lato, le cellule Th2 si differenziano sotto l’influenza dell’IL-4. Le cellule Th2 supportano le cellule B attraverso la produzione di IL-4. Come risultato, gli anticorpi prodotti dalle cellule B cambiano la loro classe da IgM a IgG o IgE. Inducendo la produzione di IgG o IgE, viene promossa l’eliminazione di parassiti extracellulari (come i nematodi). Mentre l’immunità cellulare è operata da cellule Th1, le cellule Th2 supportano l’immunità umorale. Quindi, nonostante derivino dalla stessa cellule precursore, quando sono attivate da stimoli antigenici, le cellule T helper si differenziano in sottopopolazioni con proprietà differenti a causa dei fattori ambientali che li circondano (in particolare, le citochine). Il meccanismo differenziativo è stato analizzato in dettaglio precedentemente per chiarire le loro proprietà mutualmente esclusive. Per esempio, l’IFN-ϒ sopprime la differenziazione delle cellule Th2, mentre l’IL-4 inibisce la differenziazione Th1. Quindi, lo squilibrio funzionale tra Th1 e Th2 è all’origine di varie malattie immunologiche. Per esempio, quando c’è una distorsione verso Th1, è più probabile che insorgano malattie autoimmuni come MS ed RA, mentre se le Th2 sono dominanti allora vengono provocate malattie allergiche rappresentate da pollinosi. Tuttavia, in anni recenti ricerche energiche hanno identificato sottopopolazioni diverse dalle classiche Th1 e Th2. Tra queste, la sottopopolazione di cellule Th17, che producono IL-17, contribuiscono alle malattie autoimmuni accompagnate da reazioni immuni ed infiammatorie croniche, lavorando insieme alle cellule Th1.

    Figura 1: Regolazione della differenziazione delle cellule Th. Le cellule T CD4 naive si differenziano in quattro sottopopolazioni distinte come cellule Th1, Th2, Th17, e T regolatorie indotte (Treg) dipendenti dalle citochine rilasciate nel microambiente.

    2.2 Interleuchina-17. L’IL-17 è una citochina il cui gene è stato isolato da un ibridoma a cellule T ratto-topo nel 1993. Dal momento che mostra un alto grado di omologia con il gene del virus Herpes HVS13, si è pensato che fosse un sottotipo della famiglia di proteine cytotoxic T-lymphocyte-associated protein (CTLA) ed è stata chiamata CTLA-8. Nel 1995, è stata riconosciuta come una nuova citochina e chiamata IL-17, e, oggi, sono conosciute sei molecole omologhe (da IL-17A a IL-17F). Al momento, molti studi si sono focalizzati su IL-17A, IL-17E, e IL-17F. IL-17A e IL-17F sono altamente omologhe e condividono i recettori. Quindi, hanno funzioni estremamente simili. IL-17E è anche conosciuta come IL-25, e poiché presenta bassa omologia con le altre molecole della famiglia e contribuisce all’induzione delle allergie, si pensa che abbia funzioni diverse da quelle dell’IL17A. Questa rassegna si focalizza sull’IL-17A. Molti tipi di cellule immuni producono IL-17A, e le cellule Th17, la sottopopolazione di cellule T helper recentemente scoperta, hanno ricevuto attenzioni particolari al riguardo. Attraverso l’analisi della funzione delle cellule Th17 nelle malattie autoimmunitarie, c’è stato un progresso significativo nella comprensione del significato biologico dell’IL-17.

    2.3 I recettori dell’IL-17 ed i loro segnali. Il recettore A dell’IL-17 (IL-17RA) è stato identificato come un nuovo recettore citochinico per l’IL-17A e si è visto che è un membro della famiglia dei recettori per citochine. La famiglia del recettore dell’IL-17 è adesso costituita da cinque membri (IL-17RA, IL-17RB, IL-17RC, IL-17RD, e IL-17RE), che condividono omologia di sequenza. Tutti i recettori contengono un dominio simil-fibronectina III nella regione extracellulare ed un dominio SEF/IL-17R (SEFIR) nella regione intracellulare. IL-17RA è da lungo tempo considerato il recettore dell’IL-17. Tuttavia, nuove evidenze emergenti suggeriscono che l’IL-17RA è probabilmente un recettore comune usato dalla famiglia citochinica dell’IL-17. Gli altri recettori inclusi IL-17RB, IL-17RC, e IL-17RE sono stati identificati come recettori specifici per IL-17E, IL-17A, e IL-17F e IL-17C, rispettivamente. E’ stato recentemente visto che l’IL-17RD, identificato in origine come regolatore negativo nel segnale del fibroblast growth factor, regola il segnale dell’IL-17A. Studi recenti hanno mostrato che IL-17A e IL-17F, che si pensava fossero espressi prevalentemente in cellule Th17, segnalano attraverso un complesso recettoriale eteromerico. Questo complesso consiste di IL-17RA ed IL-17RC, che sono proteine transmembrana singole e sono espresse ubiquitariamente in vari tipi cellulari, tra cui cellule epiteliali, fibroblasti, ed astrociti. E’ stato molto ben documentato che IL-17A e IL-17F possono indurre l’espressione di geni proinfiammatori sia da sole che in sinergia con TNFα, IL-6, G-CSF, IL-1, CXCL1, CCL20, e matrix metalloproteases. L’IL-17 aumenta l’espressione di questi geni proinfiammatori attraverso l’attivazione delle cascate di NF-κB, MAPK, e C/EBP. Altri studi hanno dimostrato che l’IL-17 attiva anche le vie Jak-Stat e Jak/PI3K. Oltre ad alterare l’espressione genica, la stimolazione dell’IL-17 può stabilizzare gli mRNA. Normalmente, il fattore di splicing (SP) degli mRNA si lega all’mRNA per mediarne la degradazione. In seguito alla stimolazione da IL-17, l’mRNA se ne dissocia e si stabilizza.            La stabilità dell’mRNA di CXCL1 mediata da IL-17 richiede Act1 ma non TRAF6, suggerendo che Act1 medii le vie di segnale dell’IL17 sia dipendenti che indipendenti da TRAF6. Nella via indipendente da TRAF6, sono necessarie TRAF2 e TRAF5 per la stabilizzazione dell’mRNA di CXCL1 indotta da IL-17. La formazione del complesso Act1-TRAF5-TRAF2-SF indotta da IL-17 previene il legame di SF all’mRNA di CXCL1 per la sua degradazione. E’ stato mostrato che la fosforilazione di Act1 in Ser-311 è necessaria per la sua associazione con il complesso TRAF2-TRAF5. Per mezzo di analisi di spettrometria di massa, è stato trovato che Act1 è fosforilato direttamente dalla chinasi IKKε in Ser-311 dopo esposizione a IL-17. In maniera consistente, anche la deficienza di IKKε previene la formazione del complesso Act1-TRAF2-TRAF5 senza rompere l’interazione tra Act2 e TRAF6, suggerendo che la fosforilazione di Act1 è necessaria per la formazione della cascata di stabilizzazione dell’mRNA.  La regolazione delle vie IL-17R è importante nel controllo dell’infiammazione mediata da IL-17. Come meccanismo intracellulare, sono state rivelate caratteristiche fondamentali usando topi senza le subunità dell’IL-17R. Fibroblasti deficienti di IL-17A non sono in grado di rispondere alla stimolazione da IL-17A e IL-17F. Studi successivi hanno mostrato che l’IL-17RC interagisce con IL-17RA e può legare IL-17A o IL-17F. Anche topi deficienti di IL-17RC non sono in grado di indurre espressione genica a valle in risposta a IL-17A e IL-17F e sviluppano una malattia molto più lieve rispetto ai topi normali nell’encefalomielite sperimentale autoimmune. Questi risultati suggeriscono che il complesso recettoriale dell’IL-17 ha un ruolo significativo in funzioni biologiche e patologiche ed è un candidato come bersaglio terapeutico. Quindi, l’identificazione di nuovi composti che bloccano l’attivazione di IL-17R è un approccio potente per prevenire le patologie mediate dall’IL-17. Un anticorpo monoclonale verso l’IL-17R sarebbe un trattamento potenziale per investigare questo strumento terapeutico per le malattie autoimmunitarie. Brodalumab, prima conosciuto come AMG827, è un anticorpo monoclonale umano che si lega all’IL-17RA umano e blocca le attività biologiche dell’IL-17A e IL-17F. Questo anticorpo è un inibitore ad ampio spettro delle vie di segnale mediate dall’IL-17 in paragone ad altre terapie che mirano l’IL-17. Attualmente si sta investigando brodalumab in diverse fasi di studi clinici per la psoriasi (fase II) e per la RA (fase I/II). In uno studio di fase II, brodalumab ha mostrato un miglioramento significativo nella psoriasi grave in paragone al placebo. In questi studi preclinici, la terapia verso l’IL-17R non ha mostrato nessuna importante preoccupazione per la sicurezza. Tuttavia, ulteriori studi sono necessari per confermare il profilo di sicurezza di questa terapia. L’IL-17 esprime proprietà protettive contro patogeni extracellulari. Studi futuri con un grande numero di pazienti forniranno maggiori informazioni sul profilo di sicurezza. Più avanti discuteremo di altre strategie terapeutiche contro l’IL-17.

    La proteina adattatrice Act1 e tumor necrosis factor receptor-associated factor (TRAF) regolano questi meccanismi molecolari dopo l’attivazione dell’IL-17R. Act1 è stato scoperto in origine come attivatore di NF-κB. Molti studi hanno dimostrato che Act1 è reclutato nel complesso del recettore per l’IL-17 attraverso le interazioni omotipiche dei domini SEFIR in seguito a stimolazione da IL-17. La deficienza di Act1 determina la perdita dell’attivazione di NF-κB e della produzione di citochine infiammatorie dipendente da IL-17. In seguito al legame di Act1 al complesso recettoriale, TRAF6 è reclutato tramite interazione con il motivo di legame Act1 TRAF. TRAF6 attiva ulteriormente a valle TAK1 ed NF-κB.

     

  3. IL-17 e malattie autoimmunitarieLa tolleranza centrale immune di cellule T auto-reattive è il meccanismo timico che elimina le cellule autoreattive che producono il recettore delle cellule T. Tuttavia, l’eliminazione non è perfetta. Quindi, le cellule T autoreattive sono presenti nei tessuti periferici. La tolleranza immune periferica si riferisce alla soppressione da parte delle cellule T regolatorie. Il fallimento di entrambi i tipi di tolleranza può risultare in autoimmunità e malattie autoimmunitarie. Nelle malattie autoimmunitarie, le cellule T helper che supportano il sistema immune acquisito attaccano i tessuti in una maniera specifica per l’antigene. La disfunzione tissutale accompagnata da danno localizzato d’organo indotto da cellule T auto-reattive porta alle malattie. Quindi, metodi che utilizzano modelli murini di queste malattie, in cui la malattia può essere indotta dagli antigeni identificati, sono spesso usati come strategia per studiare le malattie autoimmunitarie. Per esempio, il modello CIA è spesso usato come modello della RA umana. Ed il modello murino EAE è spesso usato come modello per la MS umana. Attualmente, è stato stabilito che le cellule Th17 hanno una stretta relazione con le malattie autoimmunitarie infiammatorie croniche. In questa sezione, la prima parte introduce le conoscenze attuali sulle citochine infiammatorie correlate alle cellule Th17 nelle malattie autoimmunitarie in base a risultati ottenuti usando il modello murino EAE, e la seconda parte spiega brevemente il ruolo delle cellule Th17 e dell’IL-17 nella RA e nella psoriasi.3.1. Cellule Th17 nell’EAE. La MS è una malattia autoimmune accompagnata da neuroinfiammazione cronica che causa demielinizzazione nel SNC. Si osserva accumulo di cellule T helper nel liquido cerebrospinale dei pazienti.  Il modello murino EAE che ricapitola la MS in un sistema sperimentale in cui cellule T helper patogeniche possono essere indotte dalla somministrazione di antigeni nel tessuto SNC, determinando la paralisi degli arti.  L’analisi fisiopatologica dell’EAE è utile per comprendere la MS.  Attraverso l’attuazione e l’analisi di banca dati da analisi genomiche correlate a malattie (genome-wide association studies, GWAS) sono stati proposti geni correlati con la MS.  I risultati suggeriscono che i geni specifici del complesso maggiore d’istocompatibilità (MHC) di classe II sono associati con un rischio significativamente elevato per lo sviluppo di MS.  Inoltre, anche se in qualche modo meno importante rispetto all’MHC, anche un gruppo di geni correlati alla differenziazione ed all’attivazione di cellule T helper hanno mostrato una relazione significativa con la MS.  Quindi, si pensa che questa malattia del SNC sia una malattia mediata da cellule T.3.1.1. Cellule T patogeniche: Un paradigma di slittamento da Th1 a Th17. Dal momento che le cellule Th1 rinforzano l’immunità cellulare e sono presenti nell’infiammazione cronica del SNC, si è pensato che esse e l’IFN-γ da esse prodotto fossero importanti fattori patogenetici nella MS e nell’EAE. L’IL-12 è una citochina composta da p40 e p35.  Visto che topi senza p40 mostrano resistenza all’EAE, è supportata l’idea che le cellule Th1 siano necessarie per l’auto-patologia nella neuroinfiammazione.  Tuttavia, si sa anche che topi senza p35 e topi senza la catena β del recettore per l’IL-12 così come topi senza IFN-γ e topi senza il recettore per l’IFN-γ mostrano forti sintomi di EAE in paragone ai topi normali.  Quindi, l’identificazione di cellule T helper come fattore causale rimane non chiarito.  L’IL-23 è una citochina composta da p19 e IL-12p40.  Studi con topi senza p19 hanno chiarito il ruolo delle cellule T helper nell’EAE.  In topi senza p19 è stata osservata l’induzione incompleta di cellule T helper produttrici di IL-17 (Th17), senza inibizione della differenziazione Th1.  Questa mutazione non determinava l’induzione di EAE nei topi, a causa della mancanza di cellule Th17.  La resistenza all’EAE in topi deficienti di p40 ha suggerito che l’IL-23, ma non l’IL-12, era necessaria per l’induzione di cellule T neuropatogenetiche.  Di conseguenza, adesso si pensa che le cellule T helper che producono IL-17 siano la causa di malattie infiammatorie autoimmuni come l’EAE e la MS.3.1.2. Citochine che promuovono lo sviluppo di cellule Th17. Dopo la scoperta dell’asse IL-23-Th17, le proprietà delle cellule T helper sono state analizzate in dettaglio. Le cellule Th17 esprimono RAR related orphan receptor ϒt (ROR ϒt)(codificato da Rorc), un fattore di trascrizione principale.  L’IL-17, IL-22 e granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), citochine effettrici prodotte da queste cellule, contribuiscono fortemente all’infiammazione tissutale.  Anche il processo di differenziazione Th17 è stato gradualmente chiarito e diviso in due stadi, uno stadio di inizio ed uno stadio di maturazione.

    I topi senza p19 mostrano resistenza alle malattie autoimmunitarie ed una riduzione di cellule Th17, e quindi tutto ciò stabilisce l’importanza dell’IL-23 come fattore di differenziazione.  Tuttavia, l’IL-23 non può indurre cellule T naive verso cellule Th17.  In aggiunta, le cellule T naive non esprimono IL-23R.  Questi risultati suggeriscono che lo stadio di iniziazione della differenziazione di cellule Th17 sia regolato da altri fattori.  Diversi gruppi hanno mostrato che, nei topi, l’induzione di cellule Th17 è possibile attraverso la stimolazione simultanea con transforming growth factor (TGF) β ed IL-6.  In presenza di IL-6 nello stadio di iniziazione, una cellula T naive è stimolata dal proprio antigene a differenziare a cellula effettrice; quindi vengono espressi ROR ϒt, IL-17, e IL-23R, e viene decisa la direzione verso una cellula Th17.  L’IL-6 induce anche l’espressione di IL-1R.  L’IL-1 β, una citochina infiammatoria, promuove l’espressione di RORϒt attraverso la via IRF4.  Quindi, i topi senza IL-1R non possono indurre cellule Th17 a sufficienza e non contraggono EAE.  Inoltre, la stimolazione dell’IL-1β attiva mammalian target of rapamycin (mTOR), promuovendo l’espansione clonale in un ambiente infiammatorio.  Anche TGFβ, similmente all’IL-6, è un fattore necessario per la differenziazione precoce di cellule Th17, e questa citochina induce l’espressione del fattore di trascrizione cardine, Foxp3, che è necessario alla differenziazione di cellule T regolatorie (Treg).  Quindi, non era chiaro se il TGF β contribuisce alla differenziazione a cellule Th17, dal momento che le cellule Th17 e Treg posseggono proprietà differenti.  Dal momento che IL-6 da sé non può indurre cellule Th17, ciò deve avvenire in associazione a TGF β.  Il contributo di TGF β è stato investigato.  E’ stato trovato che il TGFβ, lavorando insieme all’IL-6, induce l’espressione sia di Foxp3 che di RORϒt.  L’IL-6 coesistente sopprime l’espressione di Foxp3 attivando STAT3, bloccando quindi la differenziazione di cellule Treg.  Tuttavia, in base a recenti ricerche, è stato mostrato che è possibile indurre sufficientemente Th17 con IL-6, IL-1β, e IL-23, ed è diventato chiaro che il TGFβ non è necessario.  Cellule Th17 che sono state indotte da TGFβ ed IL-6 diminuiscono gradualmente la produzione di IL-17 fino a che sono solo delle cellule Th17 instabili.  E’ stato mostrato da tre gruppi di ricerca indipendenti che IL-21 è necessaria per una produzione continua di IL17.  IL-21 è prodotta da cellule Th17 mentre stanno andando incontro alla differenziazione dipendente dalla stimolazione con IL-6, inducendo la produzione di IL-17 e l’espressione dei recettori dell’IL-23 attraverso un’azione autocrina.  Anche l’IL-21 contribuisce alla soppressione dell’espressione di Foxp3 che è indotta da TGFβ, promuovendo così la differenziazione di cellule Th17.  Questa soppressione della espressione di Foxp3 che è indotta da TGFβ si osserva anche in topi senza IL-6.  Quindi, IL-21 e IL-6 regolano l’espressione di Foxp3 con meccanismi indipendenti.  Studi recenti hanno riportato che cellule Th17 indotte principalmente da TGFβ e IL-6 sono efficaci nei siti dei batteri parassiti extracellulari e dell’immunità della mucosa ma non sembra che causino malattie autoimmuni accompagnate da infiammazione cronica.  Questo mostra che le malattie autoimmuni presentano cellule Th17 che sono andate incontro ad un processo di maturazione per acquisire una elevata patogenicità.

    Le cellule T helper che inducono un danno tissutale maggiore sono strettamente correlate a malattie autoimmuni gravi. Quindi, sono stati investigati i tipi di fattori necessari per gli stadi di maturazione dopo l’iniziale processo di iniziazione.  IL-23, che è necessaria per l’induzione di cellule Th17, ed il suo contributo alla produzione di citochine infiammatorie che sono state trovate in malattie autoimmuni come EAE (MS) e CIA (RA) hanno di nuovo attratto l’attenzione.  Studi con topi senza IL-23 hanno indicato che cellule T helper, il cui segnale dell’IL-23 è bloccato, vanno incontro ad un processo di differenziazione precoce di cellule Th17 che producono RORϒt ed IL-17.  Questo processo dipende da TGFβ ed IL-6, non da IL-23.  Dall’altro lato, le cellule Th17 indotte in maniera indipendente da IL-23 non sono capaci di una sufficiente espansione clonale, cosicchè la patogenicità delle cellule Th17 è debole, determinando un danno tissutale lieve o nessun danno.  Le cellule T helper auto-reattive sono soppresse da cellule immunosoppressive come le Treg.  Studi recenti hanno chiarito che, dopo la stimolazione con IL-23, le cellule Th17 evitano le cellule immunosoppressive.  L’IL-27 è un mediatore di soppressione.  La stimolazione con IL-27 attiva il fattore di trascrizione STAT1.  L’attivazione di STAT1 inibisce l’attivazione di STAT3, che è necessaria per la differenziazione di cellule Th17.  L’IL-23 stimola le cellule Th17 a sopprimere l’espressione del recettore per l’IL-27.  Quindi, le cellule Th17 mediate da IL-23 sono resistenti all’IL-27.  Anche i risultati di GWAS mostrano che l’IL-23 è geneticamente legata alle malattie autoimmuni infiammatorie croniche.  I risultati di questa analisi del genoma supporta l’importanza dell’IL-23.

    Come decritto prima, da molte analisi, il TGFβ e IL-6 sono fattori necessari per lo stadio precoce della differenziazione delle cellule Th17, mentre IL-23 gioca un ruolo centrale nella maturazione funzionale e nel mantenimento delle cellule Th17 autopatologiche.

    3.1.3. Meccanismi alla base dell’infiltrazione di cellule Th17 nel SNC.  Le cellule del sangue nel SNC, incluse le cellule responsabili dell’immunità così come molte proteine del sangue non possono passare attraverso la barriera emato-encefalica (BEE) che limita strettamente il flusso di sostanze tipo proteine e cellule dal letto circolatorio al SNC. La migrazione cellulare ed il trasferimento delle proteine necessarie (nutrienti) dal sangue al SNC avvengono in maniera attiva.  Questo macchinario richiede energia.  La struttura della BEE include cellule vascolari endoteliali che sono unite strettamente tra di loro da giunzione serrate e da vari tipi di cellule sottostanti come periciti, astrociti, e microglia.  Il ruolo della BEE è di separare il SNC dalle modificazioni permanenti nei tessuti periferici causate da infezioni dovute a microrganismi esterni, mantenendo quindi un qualche meccanismo che possa indebolire le difese della BEE.  In questo tipo di malattie, perché le cellule T helper autoreattive possano infiltrare il SNC, devono distruggere le giunzioni serrate della BEE in maniera dipendente dall’IL-17.  Studi che hanno utilizzato analisi di sezioni-complete-montate di topi EAE hanno mostrato che cellule T helper autoreattive si accumulano localmente dietro la quinta vertebra lombare (L5).  Un ciclo infiammatorio dovuto all’IL-17, prodotta da cellule Th17, e all’IL-6, prodotta da cellule endoteliali vascolari, si forma localmente a livello della vertebra L5, e le cellule endoteliali vascolari rispondono a ciò in una via ciclica per esprimere la chemochina CCL20.  Di conseguenza, cellule Th17 che esprimono il recettore per la chemochina CCR6 si accumulano localmente e passano attraverso le giunzioni serrate che sono danneggiate dal ciclo infiammatorio.  Attraverso questi processi, le cellule Th17 encefalitogeniche passano attraversano la BEE ed arrivano nel SNC, che è il loro bersaglio.  Dopo l’inizio, a livello di L5, sono prodotte varie chemochine oltre a CCL20.  Quindi, una volta che è avvenuto il ciclo infiammatorio, molte altre cellule si potranno infiltrare.

     

    3.1.4. Il ligando di CCR7 è necessario per l’induzione delle cellule Th17 patogenetiche.  Le chemochine che sono prodotte a livello di L5, il sito di entrata delle cellule immuni, includono CCL21. Alt et al., hanno presentato un modello in cui le cellule T patogene infiltrano il SNC in maniera dipendente da CCR7, il recettore per CCL21.  Essi hanno riportato che il segnale CCL21-CCR7 è necessario per EAE.  Dal momento che l’EAE non si sviluppa in topi senza CCL21 o CCR7, questo modello è stato inizialmente considerato valido.  Tuttavia, quando cellule Th17 patogene sono trasferite adottivamente in topi senza CCL21 o in topi normali, entrambi i gruppi mostravano sintomi simili e simile tasso di sviluppo.  Quindi, non c’è una relazione diretta tra migrazione di cellule Th17 nel SNC e CCL21.  Si pensa che il ligando di CCR7 abbia un ruolo indispensabile nella  malattia in uno stadio diverso dall’infiltrazione del SNC.  Quando topi geneticamente senza CCR7 e topi senza CCL21 sono stati studiati in dettaglio, è stato trovato che CCL21 stimola le DC ad indurre fortemente la produzione di IL-23.  E’ stato chiarito che, in topi senza CCL21, c’è una riduzione della produzione di IL-23 ed il blocco dell’induzione di cellule Th17.  Dal momento che la differenziazione in cellule Th2 era simile a quella dei topi normali, si è pensato che la stimolazione CCL21-CCR7 sia specifica per una sottopopolazione Th.  Le DC migrano nei linfonodi in maniera dipendente da CCL21.  Tale migrazione dipende da ERK.  Tuttavia, la produzione di IL-23 è dipendente dalla via Akt.  I ligandi di CCR7 indirizzano la funzione DC tra migrazione cellulare e produzione di IL-23.  Queste funzioni DC sono indirizzate da queste chemochine e dal microambiente.

    3.2. Th17 in RA e psoriasi.  Come per l’EAE e l’MS, le cellule Th17 contribuiscono fortemente all’RA. Dal momento che le cellule Th17 non possono essere separate dalle condizioni delle malattie RA ed MS, il ruolo e le funzioni delle cellule Th17 sono state analizzate in dettaglio.  Il punto clinicamente importante per l’RA è la distruzione dell’osso e delle articolazioni.  Dal momento che la distruzione dell’osso è direttamente correlato ai cambiamenti nella struttura delle articolazioni, il trattamento nella prevenzione della distruzione delle articolazioni è molto importante.  Gli osteoclasti sono le sole cellule che distruggono l’osso, e sono uno speciale tipo differenziato di macrofagi.  Gli osteoclasti si differenziano dai monociti, e receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) promuove questo processo.  Studi si sono focalizzati sul come cellule T helper che infiltrano le articolazioni inducono osteoclastogenesi dai monociti.  Cellule T helper che producono IL-17 sono state trovate nel tessuto sinoviale di pazienti con RA.  L’IL-17 stimola gli osteoblasti delle articolazioni, inducendo espressione di RANKL.  Dopo che è stato riportato questo meccanismo, è cresciuto l’interesse per l’IL-17 in RA e nei modelli animali di RA.  L’identità delle cellule T helper che regolano la produzione di IL-17 nella sinovia è rimasta non chiarita, ma, dopo la scoperta delle cellule Th17 come nuova sottopopolazione nel 2006, il meccanismo di induzione di osteoclasti dipendente da RANKL nella RA attraverso le cellule Th17 è diventato chiaro.  Nell’RA e nella CIA, l’infiammazione continua è un’importante condizione di malattia, alla pari della distruzione dell’osso.  L’IL-22 prodotta da cellule Th17 regola certamente l’infiammazione cronica.  L’IL-22 stimola i fibroblasti sinoviali ad indurre proliferazione cellulare e la produzione di citochine infiammatorie.  Anche gli studi che hanno utilizzato un modello murino hanno mostrato che l’IL-22 induce osteoclastogenesi.  Inoltre, l’IL-6 prodotta dai fibroblasti risponde all’IL-17 derivata da cellule Th17 amplifica l’infiammazione.  L’IL-6 stimola il tessuto sinoviale in maniera autocrina peggiorando la condizione tramite un ciclo di amplificazione che rilascia mediatori infiammatori.  Quindi, l’IL-17 mantiene il ciclo infiammatorio attraverso le citochine a valle.  E’ stato recentemente riportato che l’IL-17 nel tessuto sinoviale non deriva da cellule Th17, ma piuttosto da mastcellule.  Ciò non cambia l’importanza dell’IL-17 per la condizione di malattia, ma rimane la possibilità che il ruolo delle cellule Th17 in questa malattia debba essere rivisto.

    La psoriasi è una malattia infiammatoria cronica della pelle caratterizzata da iperproliferazione e differenziazione anormale delle cellule epidermiche.  Nelle lesioni si osservano una pronunciata acantosi e infiltrato infiammatorio di neutrofili e linfociti.  Dal momento che la ciclosporina, un inibitore della calcineurina, mostra efficacia terapeutica, si pensa che le cellule T contribuiscano alla patologia psoriasica.  Studi recenti hanno chiarito il ruolo con cui le cellule Th17 contribuiscono allo sviluppo della psoriasi.  Le cellule Th17 che hanno infiltrato la cute producono non solo IL-17, ma anche IL-22.  L’IL-22 stimola i cheratinociti nella cute, portando all’attivazione di STAT3, seguita da proliferazione dei cheratinociti ed acantosi.  L’IL-17 e l’IL-22 inducono l’espressione di CXCL1 e CXCL8 nei cheratinociti, inducendo una ulteriore infiltrazione cellulare.  Quindi, si forma un circuito positivo psoriasico retroattivo.  E’ stato suggerito un contributo dell’IL-36 al meccanismo dettagliato di questo circuito positivo retroattivo.  L’IL-36 è prodotta dai cheratinociti e stimola le DC residenti che sono normalmente presenti nella cute.  In risposta all’IL-36, le DC esprimono IL-23, che sembra aumentino la patogenicità delle cellule Th17.  Nella cute normale, è espresso un antagonista del recettore dell’IL-36, che compete con la stimolazione dell’IL-36.  Tuttavia, si pensa che, al progredire della condizione patologica, è abrogata la soppressione da parte dell’antagonista dell’IL-36R.

     

     

  4. Trattamento della malattia autoimmune diretto contro le cellule Th17 In base ai risultati di ricerche usando GWAS e modelli animali, sono iniziati degli studi clinici, avendo come bersaglio o l’IL-23, che contribuisce alla differenziazione finale ed all’acquisizione di funzione delle cellule Th17 patogeniche, o RORγt, che è il fattore di trascrizione principale per le cellule Th17, o l’IL-17, che è una citochina effettrice (figura 2).

    Figura 2: Strumenti perinterferire con l’asse IL-23-Th17. Sono disponibili vari strumenti terapeutici per interferire con la via interleuchina-23-Th17. Ustekinumab e briakinumab sono due anticorpi monoclonali verso p40, e tilddrakizumab e guselkumab sono anticorpi monoclonali verso p19. Gli inibitori della generazione delle cellule Th17 hanno come bersaglio RORgt. Ixekizumab e secukinumab sono anticorpi monoclonali verso IL-17m e brodalumab è un anticorpo monoclonale verso il recettore A dell’IL-17.

    Considerando malattie autoimmuni come RA, spondilite anchilosante, malattie intestinali infiammatorie croniche, psoriasi, ed MS, la ricerca clinica sta progredendo su anticorpi umanizzati anti-IL-23, anticorpi umanizzati anti-IL-17, ed anticorpi umanizzati per IL-17R, ed è stato ottenuto qualche risultato estremamente incoraggiante.  Tra questi, un elevato tasso di miglioramento è stato osservato nei sintomi clinici della psoriasi in paragone ai metodi di trattamento esistenti.

    Si stanno compiendo test di screening per identificare piccole molecole che regolano la funzione delle cellule Th17.  Tra le molecole che contribuiscono alla maturazione e funzione delle cellule Th17, RORγt ha siti di legame e regioni di legame al ligando, e quindi si pensa che possa essere facile focalizzarsi su questi siti di bersaglio.  RORγt è anche diverso da altri fattori di trascrizione in quanto mostra una espressione specifica per gli emociti.  Quindi, gli effetti collaterali potrebbero essere minimi nelle applicazioni biologiche.  Il glicoside cardiaco, digossina, che è stato usato per trattare malattie cardiache, è stato saggiato come inibitore specifico di RORγt.  La digossina inibisce la differenziazione di cellule Th17 senza inibire la differenziazione di altre sottopopolazioni.  I derivati della digossina che sono appunto derivati da questo glicoside cardiaco inibiscono specificamente la produzione di IL-17 in cellule Th17 umane e murine.  La piccola molecola, SR100, che è un ligando del liver X receptor (LXR), uno dei recettori endonucleari espressi dal fegato, lega specificamente il dominio di legame al ligando di RORγt.  Di conseguenza, c’è una modificazione nella struttura di RORγt, che non solo sopprime il processo di differenziazione delle cellule Th17, ma anche le funzioni delle cellule Th17 dopo la differenziazione.  La somministrazione a topi EAE riduce la paralisi degli arti.  Anche se questi risultati sono stati ottenuti in un modello animale l’acido ursolico sembra promettente, ed uno si aspetta questo sviluppo per tutti i composti che allo stesso modo legano specificamente RORγt.

     

  5. ConclusioniIn questa rassegna, abbiamo discusso l’IL-17 e le citochine correlate nelle malattie autoimmuni croniche. Da quando l’IL-17 è stata scoperta ci sono stati molti rapporti sull’importanza delle cellule Th17 nelle malattie autoimmuni infiammatorie croniche nell’uomo e nel topo. Mentre le cellule Th17 e l’IL-17 portano direttamente al peggioramento delle condizioni di malattia nella RA, sono anche fattori importanti che possono essere usate come bersaglio per alleviare le malattie. C’è speranza che la terapia molecolare verso l’IL-23 o il principale fattore di trascrizione RORγt, che sono necessari per la patologia autoimmune, anche se non sono necessari per il processo di differenziazione delle cellule Th17, possa migliorare i sintomi a livello biologico. E’ anche prevedibile che in futuro approcci molteplici espanderanno il numero di applicazioni ad altre malattie. Se le strategie di terapia molecolare che hanno avuto successo con le cellule T helper che producono IL-17 possono essere applicate anche ad altre cellule T helper allora potrebbero essere applicate non solo a malattie che sono dovute ad una risposta immune eccessiva come le allergie, ma anche alle immunodeficienze ed all’immunità tumorale. In questa rassegna, abbiamo fornito un quadro generale sul ruolo dell’IL-17 e delle cellule Th17 nelle malattie autoimmuni e speriamo di aver stimolato la sensibilità scientifica dei lettori.                                                                                                                                                                                                                                                                             (Tratto da Taku Kuwabara, Fumio Ishikawa, Motonari Kondo and Terutaka Kakiuchi, “The role of IL-17 and related cytokines in inflammatory autoimmune diseases”, Hindawi Publishing Corporation, Mediators of Inflammation, volume 2017, article ID 3908061, 11 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2017/3908061)

 

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