La Storia dell’Arte raccontata da Flavio Caroli

Posted in libri with tags , , , , on December 2, 2014 by Domenico Delfino

Canaletto (1697-1768), Bellotto (1720-1780) e Guardi (1712-1793)

“…Con opere come questa, e con la fine, nel 1797, della libertà veneziana, si è soliti celebrare le esequie della pittura “classica”.  A noi pare vero il contrario.  Canaletto agguanta la razionalità illuminista.  Ma senza Guardi, non sapremmo spiegarci le calli equivoche e spiritate di Byron, Monet, Sickert, Proust e Thomas Mann….”

(Tratto da “La storia dell’arte raccontata da Flavio Caroli”, Electa, 2012)

Francesco Guardi, Piazza San Marco con la basilica e il campanile, Edimburgo, National Gallery of Scotland

Francesco Guardi, Piazza San Marco con la basilica e il campanile, Edimburgo, National Gallery of Scotland

Opportunità terapeutiche del sistema IL-22-IL-22R1

Posted in Biomedical Research with tags , , , , on October 6, 2014 by Domenico Delfino

Riassunto.  L’interleuchina-22 (IL-22) è una molecola effettrice chiave prodotta da cellule T attivate, incluse cellule T helper 22 (TH22), cellule TH17 e cellule TH1, così come sottopopolazioni di cellule linfoidi innate. Nonostante IL-22 possa agire sinergicamente con IL-17 o tumour necrosis factor, alcune importanti funzioni dell’IL-22 sono unicamente di questa citochina. Dati ottenuti negli ultimi anni indicano che il sistema IL-22- subunità 1 del recettore dell’IL-22 (IL-22R1) abbia un potenziale elevata rilevanza clinica nella psoriasi, colite ulcerativa, graft-versus-host disease, alcune infezioni e tumori, così come nel danno del fegato e del pancreas.  Questa rassegna mete in luce le attuali conoscenze sulla biologia del sistema IL-22-IL-22R1, il suo ruolo nell’infiammazione, nella protezione dei tessuti, nella rigenerazione e difesa antimicrobica, così come le conseguenze positive e potenzialmente negative della sua modulazione terapeutica.

Introduzione.  Le citochine hanno ruoli essenziali nella proliferazione, differenziazione e mobilità cellulare, così come nella difesa contro patogeni e tumori. Di conseguenza, una disregolazione dell’attività citochinica porta a disordini come malattie infiammatorie croniche, alterata cicatrizzazione, infezioni e tumori, e quindi modulare la rete citochinica usando sia agenti biologici che piccoli agenti chimici offre delle potenzialità terapeutiche.  Un nuovo sistema citochina-recettore citochinico che ha una rilevanza clinica potenzialmente elevata è il sistema interleuchina-22(IL-22)-recettore per l’IL-22 (IL-22R).

                L’IL-22, che è stata scoperta nel 2000, fa parte della famiglia della citochina IL-10.  Come gli altri membri di questa famiglia, l’IL-22 agisce attraverso un complesso recettoriale transmembrana che consiste di due diverse subunità: IL-22R1 e IL-22R2.  E’ degno di nota che l’IL-22R1 è usato anche come subunità recettoriale da due altri membri della famiglia citochinica IL-10: IL-20 e IL-24.  Il legame dei membri della famiglia IL-10 ai loro rispettivi complessi recettoriali attiva vie di trasduzione che risultano principalmente in espressione o repressione genica.  Esiste anche un recettore secretorio a singola catena per l’IL-22 – chiamato IL-22-binding protein (IL-22BP) -, che si lega a questa citochina con forte affinità e ne previene gli effetti cellulari.

                L’IL-22 è inusuale tra la maggior parte delle citochine perché non regola direttamente la funzione delle cellule immuni.  Piuttosto, IL-22 ha come bersaglio cellule delle barriere esterne del corpo, come la cute e tessuti dei sistemi digestivo e respiratorio, così come del pancreas, fegato, reni ed articolazioni.  Come sarà descritto dopo, in molte di queste cellule l’IL-22 induce la produzione di proteine antibatteriche e di chemochine selezionate.  Questi effetti dell’IL-22 sono spesso amplificate da citochine come IL-17, tumour necrosis factor (TNF) o IL-1β.  In aggiunta, l’IL-22 protegge le proprie cellule bersaglio contro il danno, inibisce la loro differenziazione e/o aumenta la loro proliferazione.  Questi effetti non sono condivisi da altre citochine.  E’ interessante notare che l’IL-22 induce anche l’espressione di molecole che consentono un circuito retroattivo che amplifica ulteriormente la propria azione.

                Le conoscenze sulla patogenesi di molte malattie umane indicano che una difesa antimicrobica aumentata, la resistenza contro il danno così come la rigenerazione tessutale potrebbero avere beneficio in alcuni disordini.  In accordo a ciò, come discuteremo in seguito, studi su modelli murini hanno suggerito che rafforzare il sistema IL-22-IL-22R, – per esempio, attraverso l’applicazione dell’IL-22 – potrebbe avere un impatto benefico nella malattia infiammatoria dell’intestino, nel danno epatico e pancreatico da alcool, nella graft-vs-host disease (GvHD) e nel trapianto di organi selezionati.  Al contrario, l’influenza dell’IL-22R1 sulla differenziazione e/o proliferazione ed infiammazione potrebbe avere un ruolo patogenetico in alcuni disordini, come la psoriasi ed alcuni tumori selezionati.  In queste situazioni, l’attenuazione del sistema IL-22-IL-22R potrebbe avere effetti benefici.  Per ottenere ciò, avere come bersaglio l’IL-22R1 potrebbe produrre effetti clinici migliori della neutralizzazione dell’IL-22.  Ciò perché, oltre all’IL-22 derivata da cellule linfoidi, altre citochine correlate all’IL-22 (come l’IL-20 e l’IL-24) sono spesso prodotte in parallelo da tessuti e cellule mieloidi e mediano effetti simil-IL-22 in maniera dipendente dall’IL-22R1.

                Dal momento che l’IL-22 non influenza le cellule immuni, la modulazione del sistema IL-22-IL-22R1 potrebbe non determinare alcuni degli effetti collaterali correlati all’immunità che avvengono quando è modulata l’attività di citochine classiche come il TNF o gli interferoni (IFN) di tipo I.  Per esempio, la somministrazione di IL-22 a pazienti con GvHD o danno al pancreas potrebbe supportare la protezione e la rigenerazione di cellule dei tessuti senza indurre infiammazione, che altrimenti aggraverebbe lo stato della malattia.  In aggiunta, il blocco del IL-22R1 nel cancro potrebbe combattere il tumore senza avere un’influenza negativa sul sistema immunitario, che è necessario per la difesa anti-cancro.

                In questa rassegna, prima descriveremo le caratteristiche chiave della struttura e della biologia del sistema IL-22-IL-22R1 e poi presenteremo situazioni cliniche in cui modulare la sua attività ha una potenziale rilevanza terapeutica.

IL-22

Struttura della proteina IL-22. Il gene umano IL22 codifica per una proteina di 179 amminoacidi di lunghezza.  Dopo la rimozione del supposto peptide di segnale di 33 amminoacidi, la citochina è secreta come una proteina lunga 146 amminoacidi.  La struttura terziaria dell’IL-22 (espressa in Escherichia coli e Drosophila melanogaster) è stata studiata tramite cristallografia e diffrazione a raggi X.  L’IL-22 ha una struttura simile ad un fascio che è composta di eliche α (elica pre-A ed eliche da A ad F) e circuiti di connessione.  Questa struttura è stabilizzata da due legami a ponti disulfurici intramolecolari.  L’IL-22 ha tre siti di potenziale glicosilazione N-linked, due dei quali erano glicosilati nell’IL-22 cristallizzata espressa in cellule di insetto.  Nonostante la glicosilazione sia associata solo con minori cambiamenti nella struttura terziaria dell’IL-22, la forma glicosilata della proteina dovrebbe essere presa in considerazione quando si generano anticorpi monoclonali neutralizzanti specifici per l’IL-22 utilizzabili terapeuticamente.  Sembra che la forma biologicamente attiva dell’IL-22 sia un monomero.  Tuttavia, sono stati osservati anche dimeri non covalenti e non intrecciati e – ad elevata concentrazione di IL-22 – tetrameri.

Sorgenti cellulari di IL-22. Le esatte sorgenti cellulari di IL-22 nelle malattie umane sono spesso sconosciute e probabilmente variano a seconda della natura della malattia. In generale, si considera che le cellule T e le cellule linfoidi innate (ILC) siano i maggiori produttori di IL-22 nell’uomo (Tabella I).

tabella I

Si sa da oltre un decennio che le cdellule T helper 1 (TH1) producono IL-22, guidate dall’IL-12.  L’IL-22 è secreta anche dalle cellule TH17.  Questo è importante perché IL-17 e IL-22 hanno qualche azione sinergica, che può portare ad una massiva amplificazione dei loro effetti.  Tra queste le citochine che promuovono lo sviluppo di cellule TH17 e l’espressione di IL-17, IL-6 e IL-23 guidano la produzione di IL-22 in queste cellule, mentre il transforming growth factor-β (TGF-β) la inibiscono.  Sono state anche scoperte cellule T che producono IL-22 in assenza di secrezione di IFNγ, IL-17 o IL-4 e sono state denominate cellule TH22.  Altre cellule T come le cellule T CD8+, le cellule T γδ e le cellule natural killer T (NKT)  sono capaci di produrre IL-22 in seguito ad attivazione, specialmente in presenza di IL-23.

                ILC che producono IL-22 nell’uomo includono le cellule NK ed una nuova sottopopolazione di ILC (cioè, cellule induttrici di tessuto linfoide (LTi) ed ILC positive per il recettore naturale che innesca citotossicità (NCR), che sono state recentemente classificate come ILC di gruppo 3 (Tabella 1).  Si dovrebbe notare che in modelli murini di infezione, le ILC di gruppo 3 sono i maggiori produttori di IL-22 negli stadi precoci di infiammazione, mentre sembra che le cellule TH22 assumano questa funzione negli stadi più tardivi.  Nell’uomo, l’IL-22 non è prodotta da monociti, macrofagi, cellule dendritiche e cellule di tessuto non ematopoietico.

IL-22 come bersaglio. Approcci promettenti per inibire il sistema IL-22-IL-22R1 includono agenti che bloccano quelle chemochine che attraggono nei tessuti cellule che producono IL-22 (per esempio, CC-chemokine ligand 20 (CCL29)) o anticorpi che neutralizzano i mediatori che supportano la stabilità e la produzione di IL-22 da parte di queste cellule (come IL-23 o TNF).  Al contrario, piccole molecole (per esempio agonisti del recettore aryl hydrocarbon, come il 6-formylindolo(3,2-b)carbazolo) che sono capaci di attivare i fattori di trascrizione che promuovono la differenziazione di cellule TH22 e ILC di gruppo 3 o che inducono la produzione di IL-22 da parte di queste cellule potrebbero essere usate per aumentare la presenza di IL-22, come si discuterà successivamente.

Il complesso recettoriale dell’IL-22

Struttura proteica delle subunità dell’IL-22R. L’IL-22R è un complesso eterodimerico composto dalle subunità IL-22R1 e IL-10R2 (Fig. 1), ed entrambe contengono una porzione intracellulare, una transmembrana ed una extracellulare.

Figura 1.  Il sistema IL-22-IL-22R1 e gli eventi di segnale a valle.  a) L'interleuchina-22 (IL-22) media i propri effetti cellulari attraverso un complesso recettoriale eterodimerico composto dalla subunità 1 del recettore dell'IL-22 (IL-22R1) e dall'IL-10R2.  I componenti del complesso eterodimerico IL-22R sono usati anche da altre citochine della famiglia IL-10.  L'IL-10R2 media anche gli effetti dell'IL-10 (in un complesso con IL-10R1) e dell'IL-26 (in un complesso con IL-20R1), così come dell'IL-28 A, IL-28B e IL-29 (in un complesso con l'IL-28R1; non mostrato in figura).  L'IL-22R1, che è espresso solo da specifici tipi cellulari, si può anche associare con IL-20R2 per formare uno dei complessi recettoriali per IL-20 e IL-24.  IL-20 e IL-24 usano un secondo complesso recettoriale che è composto da IL-20R1 e IL_20R2.  b) Il legame dell'IL-22 al proprio complesso recettoriale avviene in due fasi.  Prima, l'IL-22 si lega alla propria subunità recettoriale ad alta affinità, IL-22R1.  Questo induce una modificazione conformazionale nella proteina dell'IL-22 che le conferisce abbastanza affinità per permettere alla proteina di legare secondariamente la subunità IL-10R2.  IL-10R2 stabilizza quindi l'associazione dell'IL-22 con IL-22R1.  Le porzioni citoplasmatiche dell'IL-22 R1 e dell'IL-10R2 si associano alle chinasi Janus kinase 1 (JAK1) e tyrosine kinase 2 (TYK2), rispettivamente.  La formazione del complesso IL-22-IL22R1-IL10R induce la fosforilazione di JAK1 e TYK2, che a loro volta fosforilano quattro residui di tirosina specifici nel dominio citoplasmatico di IL-22R1.  Questi residui divengono siti di legame dei domini SRC homology 2 (SH2) delle molecole signal transducer and activator of transcription (STAT).  Inoltre, IL-22R1 può essere pre-associato a STAT3 come conseguenza di reclutamento indipendente da tirosina.  Le molecole STAT legate al recettore sono poi fosforilate da JAK.  Ciò consente la dimerizzazione e la straslocazione di STAT nel nucleo, dove si legano ad elementi sensibili e regolano l'espressione dei propri geni bersaglio.  STAT3 ha un ruolo principale in questi eventi; STAT1 e STAT5 possono essere coinvolti ma ciò è dipendente dal tipo cellulare.  In aggiunta alla via JAK-STAT, può avvenire l'attivazione delle vie mitogen-activated protein kinase (MAPK) (che portano alla fosforilazione di extracellular signal-regulated kinase 1 (ERK1), ERK2, JUN N-terminal kinase (JNK) e p38 MAPK), così come di vie tra cui l'attivazione di posphoinositide 3-kinase (PI3K), AKT e mammalian target of rapamycin (mTOR).  L'IL-22 si può anche legare ad un recettore a singola catena, secretorio - IL-22 binding protein (IL-22BP) - che agisce come inibitore naturale dell'attività IL-22.

Figura 1. Il sistema IL-22-IL-22R1 e gli eventi di segnale a valle. a) L’interleuchina-22 (IL-22) media i propri effetti cellulari attraverso un complesso recettoriale eterodimerico composto dalla subunità 1 del recettore dell’IL-22 (IL-22R1) e dall’IL-10R2. I componenti del complesso eterodimerico IL-22R sono usati anche da altre citochine della famiglia IL-10. L’IL-10R2 media anche gli effetti dell’IL-10 (in un complesso con IL-10R1) e dell’IL-26 (in un complesso con IL-20R1), così come dell’IL-28 A, IL-28B e IL-29 (in un complesso con l’IL-28R1; non mostrato in figura). L’IL-22R1, che è espresso solo da specifici tipi cellulari, si può anche associare con IL-20R2 per formare uno dei complessi recettoriali per IL-20 e IL-24. IL-20 e IL-24 usano un secondo complesso recettoriale che è composto da IL-20R1 e IL_20R2. b) Il legame dell’IL-22 al proprio complesso recettoriale avviene in due fasi. Prima, l’IL-22 si lega alla propria subunità recettoriale ad alta affinità, IL-22R1. Questo induce una modificazione conformazionale nella proteina dell’IL-22 che le conferisce abbastanza affinità per permettere alla proteina di legare secondariamente la subunità IL-10R2. IL-10R2 stabilizza quindi l’associazione dell’IL-22 con IL-22R1. Le porzioni citoplasmatiche dell’IL-22 R1 e dell’IL-10R2 si associano alle chinasi Janus kinase 1 (JAK1) e tyrosine kinase 2 (TYK2), rispettivamente. La formazione del complesso IL-22-IL22R1-IL10R induce la fosforilazione di JAK1 e TYK2, che a loro volta fosforilano quattro residui di tirosina specifici nel dominio citoplasmatico di IL-22R1. Questi residui divengono siti di legame dei domini SRC homology 2 (SH2) delle molecole signal transducer and activator of transcription (STAT). Inoltre, IL-22R1 può essere pre-associato a STAT3 come conseguenza di reclutamento indipendente da tirosina. Le molecole STAT legate al recettore sono poi fosforilate da JAK. Ciò consente la dimerizzazione e la straslocazione di STAT nel nucleo, dove si legano ad elementi sensibili e regolano l’espressione dei propri geni bersaglio. STAT3 ha un ruolo principale in questi eventi; STAT1 e STAT5 possono essere coinvolti ma ciò è dipendente dal tipo cellulare. In aggiunta alla via JAK-STAT, può avvenire l’attivazione delle vie mitogen-activated protein kinase (MAPK) (che portano alla fosforilazione di extracellular signal-regulated kinase 1 (ERK1), ERK2, JUN N-terminal kinase (JNK) e p38 MAPK), così come di vie tra cui l’attivazione di posphoinositide 3-kinase (PI3K), AKT e mammalian target of rapamycin (mTOR). L’IL-22 si può anche legare ad un recettore a singola catena, secretorio – IL-22 binding protein (IL-22BP) – che agisce come inibitore naturale dell’attività IL-22.

La porzione intracellulare dell’IL-22R1 è molto più lunga di quella dell’IL-10R2 e contiene quattro motivi Tyr-X-X-Gln, che rappresentano il sito putativo di reclutamento di STAT (signal transducer and activator of transcription). Come è tipico per i membri della famiglia recettoriale delle citochine di classe 2, le porzioni extracellulari dell’IL-22R1 e dell’IL-10R2 formano due domini tandem: il dominio D1 amminoterminale ed il dominio D2 che è posizionato in vicinanza della membrana cellulare.  Ci sono tre siti putativi di N-glicosilazione nei domini extracellulari dell’IL-22R1 e quattro nei domini extracellulari dell’IL-10R2.

                L’IL-22 ha un’alta affinità per la porzione extracellulare dell’IL-22R1 [con un valore di Kd (costante di dissociazione) di 1-20 nM] ma nessuna affinità per la porzione extracellulare dell’IL-10R2.  Tuttavia, l’IL-10R2 ha un’affinità misurabile per il complesso IL-22-IL-22R1 (con un valore di Kd di 7-45 µM) e per peptidi definiti derivati dalla sequenza amminoacidica dell’IL-22.  Questi dati suggeriscono che l’interazione IL-22-IL-22R è un processo a più fasi, in cui il legame della citochina inizialmente avviene sulla subunità IL-22R1, il chè porta ad un cambiamento conformazionale nella citochina, che a sua volta favorisce il legame secondario del complesso IL-22-IL-22R1 alla catena IL-10R2 (Fig. 1).  La struttura cristallina della porzione extracellulare dell’IL-22R1 legato da IL-22 mostra che entrambi i soci formano un complesso con una stechiometria 1:1.  I domini D1 e D2 dell’IL-22R1 contengono entrambi due foglietti β antiparalleli che comprendono un totale di sette β-strands che sono connessi da circuiti (incluse piccole eliche α) e adottano un angolo di interdominio di circa 100 gradi.  Ci sono due legami disulfidici stabilizzanti nell’IL-22R1: uno nel dominio D1 e l’altro nel dominio D2.  Il sito di contatto tra IL-22 e IL-22R1 coinvolge principalmente il circuito AB e l’elica F dell’IL-22 così come il circuito da L2 ad L4 nel dominio D1 dell’IL-22R1.  I residui amminoacidici Thr70, Arg73 e Lys162 dell’IL-22 sono critici per questa interazione.  Rispetto alla struttura dell’IL-22 libera, le deviazioni della struttura dell’IL-22 legata all’IL-22R1 si trovano principalmente nelle eliche pre-A ed A così come nel circuito AB.

                La struttura cristallografica della porzione extracellulare dell’IL-10R2 è simile a quella dell’IL-22R1.  Tuttavia, il circuito L2 del dominio D1 è molto più corto, il chè può spiegare perché l’IL-22 non lega direttamente IL-10R2.  Inoltre, in paragone ad IL-22R1, il circuito L5 del dominio D2 forma una struttura che protrude nell’IL-10R2.  Entrambe queste differenze danno luogo a fessure pronunciate nell’IL-10R2.  E’ stato proposto che l’elica A (che contiene un sito di legame in posizione adiacente al sito principale dell’IL-22R1) e l’elica D dell’IL-22 sono coinvolte nell’interazione con IL-10R2.  E’ interessante notare che, nonostante la glicosilazione dell’IL-22 nel residuo Asn54 non sia importante per la sua interazione con IL-22R1, è importante per l’interazione dell’IL-22 con IL-10R2.  In base ai dati di cristallografia e mutazionali, è stato generato un modello computazionale del complesso ternario IL-22-IL-22R1-IL-10R2.  Questo modello ha anche proposto un sito di contatto tra i domini D2 dell’IL-22R1 e dell’IL-10R2.

                Nonostante che la combinazione dell’IL-22R1 e dell’IL-10R2 medi specificamente il segnale dell’IL-22, entrambe le subunità recettoriali possono essere usate da altre citochine della famiglia dell’IL-10.  La subunità IL-10R2 fa anche parte dei complessi recettoriali dell’IL-10, IL-26, IL-28 e IL-29.  Tuttavia, In base all’elevata espressione cellulare ed alla bassa affinità di legame di questa catena recettoriale, non c’è competizione per l’IL-10R2 tra questi mediatori.  E’ importante notare che l’IL-22R1 è usata anche dall’IL-20 e dall’IL-24 in un complesso composto dalle subunità IL-22R1 e IL-10R2 (Fig. 1).  Nonostante la diversa natura della subunità R2 e la diversa cinetica di legame recettoriale, sembra che il complesso IL-22R1-IL-10R2 medi gli eventi e gli effetti di segnale che sono molto simili a quelli mediati dal complesso IL-22R.  Si dovrebbe notare che l’IL-20 e l’IL-24 possono usare un secondo complesso recettoriale (Fig. 1), che è probabile medi effetti separati.  Quindi, bloccando il IL-22R1 presumibilmente si bloccherebbero solo parzialmente le funzioni dell’IL-20 e dell’IL-24.

Segnali intracellulari a valle dell’IL-22R. L’IL-22 segnala principalmente attraverso Janus kinases (che è associato alle subunità IL-22R) e le molecole STAT (Fig. 1).  La formazione del complesso IL-22-IL-22R1-IL-10R2 induce la fosforilazione e quindi l’attivazione di queste tirosin chinasi, che a loro volta fosforilano specifici residui di tirosina nel dominio citoplasmatico dell’IL-22R1.  Le molecole STAT legano i residui tirosinici fosforilati dell’IL-22R1 attraverso il loro dominio SRC homology 2 (SH2) o interagiscono costitutivamente con l’estremità carbossi-terminale dell’IL-22R1 attraverso i loro domini coiled-coil.  Le Janus kinases attivate fosforilano quindi le molecole STAT associate ad IL-22R1.  La fosforilazione di STAT3 sul residuo Tyr705 è l’evento principale osservato in cellule primarie esposte all’IL-22, anche se è stata osservata anche una debole attivazione di STAT1 e/o STA5.  E’ interessante notare che l’acetilazione della lys686 di STAT3 è necessaria per la sua fosforilazione in Tyr705, e che la deacetilasi sirtuin 1 (che contrasta questa acetilazione) inibisce l’attivazione di STAT3 indotta dall’IL-22 e gli effetti cellulari.  Queste modificazioni delle molecole STAT rendono possibile la loro dimerizzazione e traslocazione nel nucleo, dove regolano l’espressione dei loro geni bersaglio.  Inoltre, sono state osservate l’attivazione di una o più vie delle principali mitogen-activated protein kinase (MAPK) e della via del phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-AKT-mammalian target of rapamycin (mTOR) dopo stimolazione cellulare con IL-22 (Fig. 1).

Cellule che esprimono l’IL-22R. Dal momento che la subunità R2 del complesso IL-22R (IL-10R2) è espressa ubiquitariamente nell’organismo umano, l’espressione di IL-22R1 determina la sensibilità cellulare verso l’IL-22.  In maniera inaspettata, i monociti, le cellule B, le cellule T, le cellule NK, i macrofagi derivati dai monociti così come cellule dendritiche mature ed immature non esprimono IL-22R1.  Adesso è stato accertato molto bene che le cellule immuni non sono un bersaglio dell’IL-22.  Invece, l’IL-22R1 è espressa da pochi tipi di cellule tessutali in organi che principalmente concorrono a costruire le barriere esterne del corpo: cioè, il sistema respiratorio (per esempio, trachea e polmoni), il sistema gastrointestinale (per esempio, stomaco, piccolo intestino e colon) e la cute.  L’IL-22 è anche espressa da cellule tessutali nel fegato, pancreas e rene.

                L’IL-22 agisce sulle cellule epiteliali bronchiali nel polmone, mentre sia cellule epiteliali che miofibroblasti subepiteliali rispondono alla stimolazione dell’IL-22 negli intestini.  Nella cute, i cheratinociti sono le principali cellule sensibili all’IL-22, anche se pure i fibroblasti del derma esprimono livelli limitati di IL-22R1.  Melanociti, cellule endoteliali dermiche ed adipociti sottocutanei non esprimono IL-22 e non sono sensibili a questa citochina.  E’ interessante notare che IFNγ e TNF erano in grado di aumentare l’espressione dell’IL-22R1 sia in cheratinociti che in fibroblasti dermici, il chè suggerisce che la presenza di queste citochine durante l’infiammazione possa essere amplificata dall’azione dell’IL-22.  Nel pancreas, l’IL-22 agisce sulle cellule acinari e probabilmente sulle cellule β delle isole.  Ulteriori cellule bersaglio includono epatociti, cellule epiteliali timiche e cellule staminali specifiche residenti nei tessuti; le cellule staminali residenti nei tessuti probabilmente contribuiscono alle forti proprietà protettive dell’IL-22 contro il danno in tessuti selezionati (vedi dopo).

IL-22R come bersaglio. Le opzioni per fare dell’attività dell’IL-22R un bersaglio includono per primo gli anticorpi monoclonali contro la subunità ad alta affinità IL-22R1 o proteine mutanti ricombinanti antagonistiche che legano IL-22R1 ma non legano IL-10R2 o IL-20R2.  Queste strategie di blocco di IL-22R1 vorrebbero prevenire non solo gli effetti dell’IL-22 ma anche gli effetti dell’IL-20 e IL-24 dipendenti dall’IL-22R1 (che sono effetti simil-IL-22).  In aggiunta, l’inibizione terapeutica del segnale a valle dell’IL-22R si può attuare usando piccole molecole che bloccano direttamente o indirettamente l’attività di STAT3, anche se questo è un approccio meno specifico.

Proteine che legano IL-22

IL-22BP è un IL-22R a singola catena di 210 amminoacidi, secreto (cioè solubile) che è codificato da un gene indipendente da IL-22R1. Il legame dell’IL-22 a IL-22BP previene l’interazione dell’IL-22 con il suo complesso recettoriale transmembrana e quindi ne inibisce l’effetto.  L’affinità tra IL-22 e IL-22BP è da 20 a 1000 volte maggiore rispetto a quella tra IL-22 ed IL-22R1.  Il basso ritmo di dissociazione indica che i complessi IL-22-IL-22BP sono altamente stabili.  La struttura tridimensionale dell’IL-22BP legato ad IL-22 mostra che le superfici coinvolte nel legame tra IL-22 e IL-22BP sono sovrapponibili con quelle coinvolte nel legame tra IL-22 ed IL-22R1, il chè è consistente con l’azione inibitrice dell’IL-22BP.

                L’IL-22BP è espressa su cellule dendritiche immature, ed il suo livello di espressione diminuisce con la loro maturazione.  Tessuti normali degli organi linfatici (cioè timo, milza e linfonodi) così come del sistema gastrointestinale (cioè stomaco ed intestini), polmoni, cute e sistema riproduttivo femminile (cioè placenta e mammelle) esprimono IL-22BP.  Durante l’infiammazione acuta, che di solito si associa a livelli aumentati di IL-22, l’espressione tessutale di IL-22BP diminuisce.  Tuttavia, l’espressione di IL-22BP è aumentata nel fegato di topi in tempi tardivi dopo infezione con Toxoplasma gondii, Schistosoma mansoni e Mycobacterium avium.  Queste modificazioni dell’espressione di IL-22BP sono consistenti con la biologia delle cellule dendritiche.  Cellule dendritiche immature risiedono nei tessuti indisturbati.  Durante l’infiammazione acuta, queste cellule si attivano, maturano e lasciano il tessuto.  Al contrario, ci sono livelli aumentati di cellule dendritiche disregolate nei tessuti infiammati cronicamente.

                Il fatto che l’IL-22 è il solo membro della famiglia IL-10 che abbia una proteina di legame solubile sostiene il bisogno di regolare finemente l’attività dell’IL-22.  Oltre ad inibire le azioni locali dell’IL-22, l’IL-22BP potrebbe – in un certo grado – supportare la stabilizzazione e la disseminazione sistemica di questa citochina.  Quest’ipotesi è supportata dall’osservazione che l’IL-22 è una delle davvero poche citochine che sono chiaramente rilevabili nel plasma in seguito ad infiammazione tessutale.

Effetti dell’IL-22

L’IL-22 ha effetti importanti sulle cellule epiteliali, sulle cellule pancreatiche e sugli epatociti. Inoltre, sono stati descritti effetti mediati dall’IL-22 su tipi specifici di fibroblasti e cellule staminali (fig. 2).

Figura 2.  Effetti chiave dell'IL-22.  L'interleuchina-22 (IL-22) agisce principalmente sulle cellule epiteliali di vari organi, cellule pancreatiche e cellule epatiche, così come su popolazioni di fibroblasti.  Questo porta a modificazioni nell'espressione di pochi - anche se altamente rilevanti - geni.  Nelle cellule epiteliali, l'IL-22 aumenta la produzione di proteine antibatteriche di legame (come la beta-defensin 2 (BD2), BD3, S100A7, S100A8, S100A9 e lipocalin 2 (LCN2)), Matrix metalloproteinases (come Matrix metalloproteinase 1 (MMP1) ed MMP3) e chemochine che attraggono i granulociti ( come CXC-chemokine ligand 1 (CXCL1), CXCL5 e CXCL8).  Nelle cellule epiteliali della cute, l'IL-22 ritarda anche l'espressione di proteine che sono necessarie per la differenziazione delle cellule epiteliali, come keratin 1 (KRT1), KRT10, profilaggrin, involucrin e desmocollin 1.  Nelle cellule epiteliali coliche e respiratorie, IL-22 aumenta ulteriormente la produzione di proteine associate al muco (per esempio, mucin 1 (MUC1)).  Negli epatociti e nelle cellule pancreatiche, IL-22 aumenta l'espressione di proteine anti-apoptotiche (come B cell lymphoma 2 (BCL-2), BCL-XL e myeloid cell leukaemia sequence 1 (MCL1)), proteine mitogeniche (come retinoblastoma-like protein 2, cyclin D1, p21 e cyclin-dependent kinase 4), così come proteine rigenerative ed antibatteriche (come regenerating islet-derived protein 3beta (REG3beta)).  Inoltre, negli epatociti, IL-22 induce la produzione di proteine di fase acuta (come haptoglobin, lipopolysaccharide-binding protein e serum amyloid A).  Nei fibroblasti sinoviali di pazienti con artrite reumatoide, IL-22 innalza la produzione di chemochine che attraggono i monociti come CC-chemokine ligand 2 (CCL2) e l'espressione di receptor activator of NF-kB ligand (RANKL), che favoriscono la differenziazione dei monociti in osteoclasti.  E' degno di nota che IL-22 non influenza la funzione di cellule immuni in riposo o attivate.  STAT3, signal transducer and activator of transcription 3.

Figura 2. Effetti chiave dell’IL-22. L’interleuchina-22 (IL-22) agisce principalmente sulle cellule epiteliali di vari organi, cellule pancreatiche e cellule epatiche, così come su popolazioni di fibroblasti. Questo porta a modificazioni nell’espressione di pochi – anche se altamente rilevanti – geni. Nelle cellule epiteliali, l’IL-22 aumenta la produzione di proteine antibatteriche di legame (come la beta-defensin 2 (BD2), BD3, S100A7, S100A8, S100A9 e lipocalin 2 (LCN2)), Matrix metalloproteinases (come Matrix metalloproteinase 1 (MMP1) ed MMP3) e chemochine che attraggono i granulociti ( come CXC-chemokine ligand 1 (CXCL1), CXCL5 e CXCL8). Nelle cellule epiteliali della cute, l’IL-22 ritarda anche l’espressione di proteine che sono necessarie per la differenziazione delle cellule epiteliali, come keratin 1 (KRT1), KRT10, profilaggrin, involucrin e desmocollin 1. Nelle cellule epiteliali coliche e respiratorie, IL-22 aumenta ulteriormente la produzione di proteine associate al muco (per esempio, mucin 1 (MUC1)). Negli epatociti e nelle cellule pancreatiche, IL-22 aumenta l’espressione di proteine anti-apoptotiche (come B cell lymphoma 2 (BCL-2), BCL-XL e myeloid cell leukaemia sequence 1 (MCL1)), proteine mitogeniche (come retinoblastoma-like protein 2, cyclin D1, p21 e cyclin-dependent kinase 4), così come proteine rigenerative ed antibatteriche (come regenerating islet-derived protein 3beta (REG3beta)). Inoltre, negli epatociti, IL-22 induce la produzione di proteine di fase acuta (come haptoglobin, lipopolysaccharide-binding protein e serum amyloid A). Nei fibroblasti sinoviali di pazienti con artrite reumatoide, IL-22 innalza la produzione di chemochine che attraggono i monociti come CC-chemokine ligand 2 (CCL2) e l’espressione di receptor activator of NF-kB ligand (RANKL), che favoriscono la differenziazione dei monociti in osteoclasti. E’ degno di nota che IL-22 non influenza la funzione di cellule immuni in riposo o attivate. STAT3, signal transducer and activator of transcription 3.

Cellule epiteliali. L’IL-22 regola l’espressione di molti geni nelle cellule epiteliali della cute, intestino e tratto respiratorio.  Gli effetti dell’IL-22 su queste cellule possono essere raggruppati in cinque categorie funzionali: L’IL-22 aumenta i meccanismi di difesa innati; inibisce la differenziazione cellulare o aumenta la proliferazione; induce la produzione di citochine specifiche; promuove la motilità cellulare; ed induce l’espressione di molecole intracellulari ed extracellulari che amplificano l’azione dell’IL-22.

                La cute umana, l’intestino ed il tratto respiratorio sono colonizzati da 1 x 1014 batteri.  Diversi meccanismi innati come proteine antibatteriche e muco hanno un ruolo essenziale nel prevenire e limitare la propagazione di questi batteri.  Lo spettro delle proteine antibatteriche differisce a seconda della complessità della rispettiva flora microbica in diverse aree del corpo.  L’IL-22 induce l’espressione di β-defensin 2 (BD2) nei cheratinociti, nelle cellule epiteliali intestinali e nelle cellule epiteliali bronchiali; BD3 nei cheratinociti; S100A7 in cheratinociti e cellule epiteliali bronchiali; S100A8 ed S100A9 in cheratinociti e cellule epiteliali intestinali; S100A12 in cellule epiteliali bronchiali; membri della famiglia regenerating islet-derived protein (REG)(inclusi REG3β, REG3γ e REG1α) in cellule epiteliali intestinali; e lipocalin 2 in cheratinociti e cellule epiteliali tracheali.  L’IL-22 induce anche la produzione di molte proteine associate al muco, come mucin 1 (MUC1) in cellule epiteliali di colon e cellule epiteliali tracheali, e MUC3, MUC10 e MUC13 in cellule epiteliali di colon.

                La differenziazione delle cellule epiteliali, particolarmente nella cute, è necessaria per la formazione di una barriera funzionale contro l’ambiente esterno (Box 1).

BOX 1. Struttura della cute e differenziazione dei cheratinociti

La cute è composta dall’epidermide che si rinnova costantemente, e che forma una barriera diretta verso l’ambiente, e dal derma, che è responsabile della nutrizione dell’epidermide e giace sullo strato adiposo sottocutaneo (Fig. 3). Nell’epidermide di una cute sana, la proliferazione di cellule staminali epidermiche è limitata a quelle dello strato più basso – lo strato basale.  La mitosi delle cellule staminali genera una ulteriore cellula proliferante ed una cellula che perde la capacità di aderire alla membrana basale e diviene infine un corneocita facente parte dello strato corneo più superficiale.  In questo modo, i cheratinociti vanno incontro ad un processo di differenziazione che inizia nello strato spinoso con l’inibizione dell’espressione delle cheratine delle cellule basali (cioè, KRT5, KRT14 e KRT15) e con la produzione delle cheratine KRT1 e KRT10.  Successivamente, la cellula inizia a sintetizzare molte altre proteine, inclusa profilaggrin.  Profilaggrin è dapprima depositata in granuli cellulari (che sono caratteristici dello strato granulare) prima di essere processate proteoliticamente.  Questo processo fornisce il peptide ammino-terminale e molte copie di filaggrin, che lega i filamenti di KRT1 e KRT10 in microfibrille, che portano ad una forma cellulare piatta.  Ulteriori proteine (incluse involucrin e loricrin) vengono sintetizzate ed usano transglutaminasi 3 per associarsi covalentemente ed irreversibilmente con gli aggregati di cheratina-filaggrin.  Il risultante pacco cornificato sostituisce la membrana citoplasmatica.  Inoltre, vengono sintetizzati lipidi che estrudono verso lo spazio extracellulare, dove vengono processati.  Dopo la dissoluzione dei nuclei cellulari – un processo supportato dal peptide N-terminale derivato dalla profilaggrin – i corneociti finali giacciono in una matrice lipidica e sono saldamente adesi gli uni agli altri da corneodesmosomi.  Nello strato corneo più superficiale, le proteine corneodesmosomali sono di nuovo tagliate da proteasi delle famiglie della callicreina e della catepsina per consentire la fisiologica desquamazione.

Figura 3.  Ruolo del sistema IL-22-IL22R1 nella psoriasi.  Nella cute non lesa e lesa di pazienti con psoriasi, i cheratinociti sono le principali cellule bersaglio dell’interleuchina-22 (IL-22).  Influenzando la loro biologia, l’IL-22 induce cinque caratteristiche delle lesioni psoriatiche.  Primo, inibisce la differenziazione e la cornificazione dei cheratinociti.  Ciò porta ad ispessimemento epidermico (acantosi), perdita dello strato epidermico granulare e di residui di nuclei cellulari nello strato di epidermide cornificata (paracheratosi).  Secondo, l’IL-22 induce la produzione di proteine antibatteriche di legame.  Questi antibiotici naturali prevengono le infezioni cutanee delle lesioni psoriatiche, che sono caratterizzate da una funzione di barriera altamente disturbata.  Terzo, l’IL-22 induce la produzione di matrix metalloproteinase 1 (MMP1) ed MMP3 nei cheratinociti.  Gli enzimi che degradano la matrice extracellulare (ECM) facilitano l’infiltrazione delle cellule immuni e la ristrutturazione dell’epidermide.  Quarto, l’IL-22 induce la produzione da parte dei cheratinociti di chemochine che attraggono i granulociti neutrofili, e contribuisce quindi all’accumulo di queste cellule nello strato corneo più superficiale dell’epidermide (chiamate ascessi di Munro).  Quinto, l’IL-22 utilizza meccanismi che aumentano o prolungano la propria azione.  Questi includono l’induzione di signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3; non mostrato nella figura) e di IL-20.  Come l’IL-22, l’IL-20 (così come anche l’IL-24) usa un complesso recettoriale che contiene la subunità 1 del recettore per IL-22 (IL-22R1) e media effetti simil IL-22 nei cheratinociti.  Gli effetti dell’IL-22 possono essere rafforzati dal tumor necrosis factor (TNF).  Inoltre, l’IL-17 agisce sinergicamente con l’IL-22 per innalzare la produzione di proteine antibatteriche e di chemochine che attraggono i granulociti (non mostrato).  TH, T helper.

Figura 3. Ruolo del sistema IL-22-IL22R1 nella psoriasi. Nella cute non lesa e lesa di pazienti con psoriasi, i cheratinociti sono le principali cellule bersaglio dell’interleuchina-22 (IL-22). Influenzando la loro biologia, l’IL-22 induce cinque caratteristiche delle lesioni psoriatiche. Primo, inibisce la differenziazione e la cornificazione dei cheratinociti. Ciò porta ad ispessimemento epidermico (acantosi), perdita dello strato epidermico granulare e di residui di nuclei cellulari nello strato di epidermide cornificata (paracheratosi). Secondo, l’IL-22 induce la produzione di proteine antibatteriche di legame. Questi antibiotici naturali prevengono le infezioni cutanee delle lesioni psoriatiche, che sono caratterizzate da una funzione di barriera altamente disturbata. Terzo, l’IL-22 induce la produzione di matrix metalloproteinase 1 (MMP1) ed MMP3 nei cheratinociti. Gli enzimi che degradano la matrice extracellulare (ECM) facilitano l’infiltrazione delle cellule immuni e la ristrutturazione dell’epidermide. Quarto, l’IL-22 induce la produzione da parte dei cheratinociti di chemochine che attraggono i granulociti neutrofili, e contribuisce quindi all’accumulo di queste cellule nello strato corneo più superficiale dell’epidermide (chiamate ascessi di Munro). Quinto, l’IL-22 utilizza meccanismi che aumentano o prolungano la propria azione. Questi includono l’induzione di signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3; non mostrato nella figura) e di IL-20. Come l’IL-22, l’IL-20 (così come anche l’IL-24) usa un complesso recettoriale che contiene la subunità 1 del recettore per IL-22 (IL-22R1) e media effetti simil IL-22 nei cheratinociti. Gli effetti dell’IL-22 possono essere rafforzati dal tumor necrosis factor (TNF). Inoltre, l’IL-17 agisce sinergicamente con l’IL-22 per innalzare la produzione di proteine antibatteriche e di chemochine che attraggono i granulociti (non mostrato). TH, T helper.

L’IL-22 riduce fortemente l’espressione di proteine che sono cruciali per le diverse fasi della differenziazione cheratinocitica, come keratin 1 (KRT1), KRT10, profilaggrin, involucrin, loricrin, kallikrein 7, desmocollin 1 e late cornified envelope protein 1B. In linea con queste modificazioni molecolari, l’IL-22 induce acantosi, paracheratosi ed ipogranularità in modelli tridimensionali di epidermide.  Queste stesse caratteristiche sono state trovate in topi transgenici neonati che esprimono IL-22 in eccesso.  E’ interessante notare che, mentre anche altre citochine delle cellule T come IFNγ ed IL-17 inducono l’espressione di proteine antibatteriche, solo l’IL-22 altera la differenziazione cheratinocitica.  Tuttavia, l’alterazione della differenziazione mediata dall’IL-22 è ulteriormente diminuita dal TNF, il chè può essere indirettamente mediato attraverso l’aumento mediato dal TNF della subunità IL-22R e dell’espressione di STAT3.  In aggiunta, l’IL-22 inibisce la differenziazione di cellule epiteliali del tratto respiratorio e dell’intestino, ed aumenta la loro proliferazione – un effetto non visto nei cheratinociti.

                L’IL-22 influenza anche la produzione di specifiche chemochine nelle cellule epiteliali.  Nei cheratinociti aumenta l’espressione di chemochine che attraggono i granulociti [cioè, CXC-chemokine ligand 1 (CXCL1), CXCL2, CXCL5 e CXCL8], mentre diminuisce l’espressione della chemochina che attrae cellule TH17 e cellule TH2 CCL22.  CXCL5 era anche indotto dall’IL-22 in cellule epiteliali tracheali, e l’IL-22 preveniva la produzione di CCL17 indotta da stimoli infiammatori in cellule murine Clara dei bronchioli.

                L’aumentata capacità migratoria delle cellule epiteliali è importante specie per la riparazione epiteliale ed è facilitata dall’IL-22 attraverso l’espressione aumentata degli enzimi che degradano la matrice extracellulare (ECM), matrix metalloproteinase 1 (MMP1) ed MMP3.

                Infine, gli effetti dell’IL-22 sulle cellule epiteliali includono un aumento dell’espressione di STAT3 ed IL-20, che amplifica le azioni dell’IL-22 attraverso un circuito a retroazione positiva.  Gli effetti osservati dell’IL-22 sui cheratinociti sono simili a quelli dell’IL-22 e sono probabilmente mediati anch’essi dall’IL-22R1.  La neutralizzazione della produzione endogena di IL-20 in seguito a stimolazione dell’IL-22 diminuisce parzialmente alcuni degli effetti mediati dall’IL-22 a tempi tardivi.  Questo indica l’esistenza di una cascata, in cui la citochina delle cellule T o ILC (cioè, l’IL-22) induce un secondo mediatore (cioè, l’IL-20) nelle cellule tessutali, che quindi rafforza e/o prolunga l’azione del mediatore iniziale; questo potrebbe avere un ruolo importante nel mantenimento delle malattie infiammatorie croniche.

                Così come influenza le cellule epiteliali delle barriere esterne del corpo, l’IL-22 agisce sulle cellule epiteliali timiche.  In queste cellule, l’IL-22 promuove la sopravvivenza e la proliferazione, che è importante per la rigenerazione delle cellule T dopo stress o infezione.

Cellule pancreatiche. Il pancreas ha i livelli più alti nell’espressione di IL-22R1 tra i tessuti umani, e questo suggerisce che l’IL-22 possiede importanti azioni in questo organo; tuttavia, solo pochi degli effetti mediati dall’IL-22 nel pancreas sono noti e questi sono principalmente correlati alle cellule acinari.  In queste cellule, l’IL-22 induce la produzione delle proteine antimicrobiche e rigenerative REG3β e REG3γ così come di osteopontina.  Inoltre, in queste cellule l’IL-22 aumenta direttamente l’espressione di B cell lymphoma 2 (BCL-2) e BCL-XL – due proteine che legano beclin 1 per inibire l’autofagia ed hanno anche funzioni anti-apoptotiche.  L’IL-22R1 potrebbe anche essere espresso da cellule delle isole pancreatiche.  E’ stato recentemente proposto che l’IL-22 induce l’espressione di REG1 e REG2 e la proliferazione in queste cellule.

Epatociti.  Gli epatociti sono importanti cellule bersaglio delle azioni dell’IL-22 nel fegato. Alcuni degli effetti mediati dall’IL-22 in queste cellule sono stati descritti in dettaglio. Il primo tipo è la produzione indotta dall’IL-22 delle proteine di fase acuta, incluse l’amiloide A serica, l’α1-antichimotripsina, l’aptoglobina e la proteina che lega il lipopolisaccaride (LPS).  Di conseguenza, la somministrazione di IL-22 ai topi innalza i livelli delle proteine di fase acuta nel sangue in poche ore.  L’IL-22 innalza ulteriormente anche la produzione delle proteine di fase acuta che sono indotte da stimoli infiammatori come l’IL-6, TNF o LPS.  Il secondo tipo di effetti mediati dall’IL-22 porta alla protezione delle cellule contro il danno.  L’IL-22 induce l’espressione di molte proteine anti-apoptotiche [come BCL-2, BCL-XL e myeloid cell leukaemia sequence 1 (MCL1)] e proteine mitogene [come il retino blastoma-like protein 2, Cyclin D1, p21 e cicli-dependent kinase 4 (CDK4)] ed aumenta la proliferazione cellulare durante la sottrazione di siero (che è un modello in vitro di stress cellulare) ma non in normali condizioni di crescita.  Inoltre, l’IL-22 innalza l’espressione epatica degli antiossidanti metallotienina 1 e metallotienina 2.  L’IL-22 agisce anche sulle cellule staminali/progenitori del fegato, che sono importanti soprattutto per la rigenerazione nel danno epatico cronico o severo e sono capaci di generare epatociti e cellule epiteliali biliari.  In cellule staminali/progenitori epatici. L’IL-22 induce l’espressione di BCL-2, BCL-XL e ciclina D, ed aumenta la loro proliferazione in maniera dipendente da STAT3.

Fibroblasti.  Alcuni rapporti hanno anche documentato gli effetti dell’IL-22 sui fibroblasti o loro derivati della cute, colon ed articolazioni artritiche. Nei fibroblasti sinoviali di pazienti con artrite reumatoide, elevate concentrazioni di IL-22 aumentano la proliferazione ed innalzano la produzione della chemochina che attrae i monociti CCL2. Inoltre, l’IL-22 induce l’espressione di receptor activator of NF-kB ligand (RANKL; anche noto come CD254), che lega RANK nei monociti e porta alla loro differenziazione in osteoclasti che degradano l’osso.

Al contrario dei fibroblasti sinoviali, l’IL-22 non influenza la proliferazione dei miofibroblasti subepiteliali colici umani  o dei fibroblasti polmonari del topo.  Nei miofibroblasti subepiteliali colici umani, elevate concentrazioni dell’IL-22 alterano l’espressione di molti geni coinvolti nella motilità cellulare (aumentata espressione di MMP1, MMP3 e MMP9), la traduzione del segnale [diminuita espressione di peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ) ed interferon regulatory factor 1 (IRF1)], il metabolismo (aumentata espressione di stanniocalcin), crescita (aumentando l’espressione di amphiregulin e leukaemia inhibitory factor) e infiammazione.  E’ interessante notare che è stato mostrato che l’IL-22 simultaneamente aumenta l’espressione di mediatori anti-infiammatori o protettivi (come follistatin e IL-11) e di mediatori infiammatori (come IL-6, CCL7, CXCL1, CXCL2, CXCL3, CXCL6 e CXCL8) in miofibroblasti subepiteliali colici umani.  Inoltre, è stato descritto in alcuni studi (compiuti su fibroblasti dermici murini) che l’IL-22 aumenta l’espressione di proteine ECM ma questo non è stato riscontrato in altri studi (compiuti su miofibroblasti colici umani).

Ruolo del sistema IL-22-IL-22R1 nelle malattie

I disordini in cui sembra che il sistema IL-22-IL-22R1 sia importante includono le malattie infiammatorie croniche della cute, intestini, polmoni ed articolazioni così come le infezioni, epatiti, pancreatiti e cancro.

Disordini infiammatori della cute

  1. La psoriasi è stato il primo disordine associato alla disregolazione della produzione di IL-22, che mostrava che il ruolo principalmente rigenerativo dell’IL-22 può divenire patogeno. Le alterazioni della cute osservate nella psoriasi sono causate dall’iperproliferazione indotta dall’infiammazione e dall’alterata differenziazione dei cheratinociti. Nonostante la psoriasi determini un’alterata barriera epidermica, le lesioni psoriatiche della cute rimangono altamente resistenti ai cheratinociti batterici e virali.

L’IL-22 è altamente espressa in lesioni cutanee ma non nella cute psoriatica non lesa o nella cute di individui sani.  Nelle lesioni, l’IL-22 è prodotta principalmente da cellule CD4+ dermiche e a questo livello nella stessa quantità circa da cellule TH22, cellule TH1 e cellule TH17.  Al contrario di altre citochine di cellule TH la cui espressione è aumentata nella cute lesa (incluse IFNγ e IL-17A), l’IL-22 è aumentata nel sangue di pazienti con psoriasi, ed il suo livello si correla fortemente con la severità della malattia.

Le alterazioni indotte dall’IL-22 in cheratinociti normali (come discusso prima) sono molto simili alle alterazioni viste nei cheratinociti delle lesioni psoriatiche (Fig. 3).  Per esempio, l’inibizione indotta dall’IL-22 sulla differenziazione terminale dei cheratinociti è in linea con la struttura epidermica fortemente alterata che si osserva nella psoriasi.  La produzione indotta dall’IL-22 di chemochine che attraggono i granulociti da parte dei cheratinociti potrebbe contribuire all’accumulo di granulociti neutrofili osservato nelle lesioni psoriatiche.  Inoltre, il forte potenziale dell’IL-22 di indurre la produzione di molte proteine antibatteriche nei cheratinociti riflette la grande competenza antibatterica osservata nella psoriasi.  Infine, l’IL-20 e STAT3, che mediano il circuito a retroazione positiva che amplifica le azioni dell’IL-22, sono altamente espresse nella cute lesa psoriatica.  Di conseguenza, c’è una correlazione positiva tra i livelli di IL-22 ed i livelli di IL-20 nelle lesioni psoriatiche.

Nonostante l’IL-17 non condivida né amplifichi gli effetti dell’IL-22 sulla differenziazione cheratinocitica, coopera con l’IL-22 nell’indurre la produzione di molecole solubili come le chemochine, le proteine antibatteriche e le citochine.  Come già riportato, gli effetti dell’IL-22 sui cheratinociti può anche essere rafforzata dal TNF.

Molti studi nei topi enfatizzano ulteriormente il ruolo patogenetico dell’IL-22 nelle alterazioni della cute che sono presenti nella psoriasi.  In topi transgenici per IL-22 che producono questa citochina in eccesso, l’epidermide manifesta acantosi, perdita di granularità e paracheratosi.  In aggiunta, studi in topi deficienti di IL-22 hanno mostrato che l’IL-22 è un mediatore essenziale dell’acantosi epidermica e dell’infiltrazione della cute da parte di granulociti neutrofili indotta da ripetute applicazioni intradermiche di IL-23.  In un altro modello murino di psoriasi (indotto dal trasferimento adottivo di cellule T CD4+ naive in topi sterili con immunodeficienza combinata severa (Scid/Scid)), la neutralizzazione dell’IL-22 endogena ha portato a ridotte alterazioni cutanee.  Infine, in topi che ricevono applicazioni giornaliere dell’antagonista dei Toll-like receptor 7 (TLR7) e TLR8 imiquimod, le alterazioni cutanee – inclusi i cambiamenti macroscopici, l’espressione di chemochine e della proteina S100 così come l’infiltrazione neutrofila – erano fortemente ridotte in topi deficienti di IL-22 o in topi trattati con anticorpi neutralizzanti specifici per l’IL-22.

I biologici che neutralizzano il TNF [come adalimumab (Humira; Abb Vie) ed etanercept (Enbrel; Amgen/Pfizer)] hanno portato ad un immenso miglioramento della terapia psoriatica.  E’ interessante notare che i bloccanti del TNF sono associati con una precoce riduzione dell’espressione di IL-22 e delle sue molecole bersaglio – come IL-20 e BD2 – nelle lesioni psoriatiche.  Sembra che il TNF sia importante per la differenziazione di cellule TH17 e cellule TH22, per l’infiltrazione di cellule TH1 che producono IL-22, cellule TH17 e cellule TH22 nella cute e, come già riportato, per l’entità degli effetti mediati da IL-22 sui cheratinociti.  Tuttavia, avere come bersaglio il sistema IL-22-IL22R per sé sarebbe un intervento terapeutico più specifico, dal momento che non si prevede che induca effetti collaterali maggiori, specialmente per il fatto che le cellule immuni non sono sensibili all’IL-22.

Sembra che avere come bersaglio l’IL-22R1 nella psoriasi sia, al momento, più promettente che avere come bersaglio l’IL-22, in quanto ci si aspetterebbe che bloccare l’IL-22R1 blocchi contemporaneamente le azioni dell’IL-20 e dell’IL-24, entrambe fortemente espresse nelle lesioni psoriatiche.  Queste citochine inducono effetti simil IL-22 sui cheratinociti in vitro e nei rispettivi topi transgenici, ed è stato dimostrato che l’IL-20 ha un ruolo cruciale nell’induzione e nel mantenimento della malattia in modelli psoriatici di xenotrapianto di cute umana.

Dermatite atopica. L’IL-22 è altamente espressa anche nella cute affetta di pazienti che soffrono di dermatite atopica.  Forme croniche della malattia sono caratterizzate da una conversione della risposta immune da una inizialmente dominata da cellule TH2 ad una che è dominata da cellule TH1, TH22 e TH2.  Al contrario della psoriasi, l’espressione di IL-22 nella dermatite atopica è principalmente derivata da cellule TH22 e da cellule CD8+ che producono IL-22.  Una percentuale elevata di cellule TH22 e di cellule T CD8+ che producono IL-22 di pazienti con dermatite atopica possono co-esprimere IL-13.  L’assenza di mediatori (particolarmente IL-17) che altrimenti coopererebbero con l’IL-22 per produrre proteine antibatteriche porta a frequenti infezioni cutanee in pazienti con dermatite atopica.  Nonostante che il ruolo dell’IL-22 nello sviluppo e nel mantenimento della dermatite atopica non sia stato esplorato specificamente, probabilmente contribuisce all’acantosi epidermica che si osserva nella fase cronica della malattia.  In linea con questo assunto, è stato iniziato ad ottobre 2013 uno studio randomizzato, a doppio cieco, controllato con placebo per investigare la sicurezza, la tollerabilità e l’efficacia clinica di un anticorpo specifico per l’IL-22 somministrato per via endovenosa a pazienti con dermatite atopica (ClinicalTrials.gov identifier: NCT01941537).

Acne inversa. L’espressione dell’IL-22 è piuttosto bassa nell’acne inversa (conosciuta anche come hidradenitis suppurativa), che – come la dermatite atopica – è associata con infezioni batteriche cutanee che contribuiscono significativamente alla patogenesi della malattia.  La deficienza dell’aumentata espressione di IL-22 nelle lesioni dell’acne inversa (in paragone ad altri disordini infiammatori) è associata con insufficiente aumento dell’espressione di molte proteine antibatteriche, anche in presenza di elevati livelli cutanei di altri induttori di proteine antibatteriche, inclusa l’IL-17.  Data l’azione sinergica dell’IL-22 e dell’IL-17 nell’induzione della produzione di proteine antibatteriche da parte dei cheratinociti, sembra che una deficienza dell’IL-22 (nell’acne inversa) o dell’IL-17 (nella dermatite atopica) porti ad una riduzione sostanziale della protezione della cute alterata contro le infezioni.  Nell’acne inversa, il rilascio locale di IL-22 potrebbe essere un approccio promettente per aumentare la difesa antibatterica e per prevenire la distruzione del tessuto nella cute affetta dei pazienti.

Malattia infiammatoria dell’intestino

La malattia infiammatoria dell’intestino è un disordine cronico, recidivante, mediato immunologicamente degli intestini che è suddiviso in due forme principali: la malattia di Crohn e la colite ulcerativa. In entrambe le forme di malattia infiammatoria dell’intestino, il numero di cellule che producono IL-22 è aumentato nell’intestino infiammato, anche se i pazienti con malattia di Crohn mostrano numeri più elevati di cellule che producono IL-22.  La maggior parte di cellule che producono IL-22 sono cellule TH localizzate nella parete intestinale (in pazienti con malattia di Crohn) o localizzati preferenzialmente all’interno della lamina propria (in pazienti con colite ulcerativa).  Al contrario dei rispettivi modelli murini, sembra che il contributo di altre sottopopolazioni cellulari alla presenza dell’IL-22 intestinale nella malattia infiammatoria dell’intestino sia limitato, anche se sono state rilevate cellule CD3 che producono IL-22.

Accanto all’IL-22, sono aumentati anche i livelli di IL-20 e IL-24 nell’intestino di pazienti con malattia infiammatoria dell’intestino.  Mentre la produzione dell’IL-20 è principalmente localizzata nelle cellule epiteliali della mucosa e nei macrofagi, l’IL-24 è espressa dai miofibroblasti.  In aggiunta all’espressione locale, i livelli di IL-22 sono aumentati nel sangue dei pazienti con malattia di Crohn e sono correlati alla severità della malattia.  Inoltre, il numero di cellule TH CD4+ della memoria che producono IL-22 nel sangue è innalzato nella malattia di Crohn ed è correlato inversamente all’entità dell’infiammazione della mucosa.

Studi nei topi hanno dimostrato un effetto protettivo di livelli aumentati di IL-22 nell’infiammazione intestinale simil colite ulcerativa mediata da cellule TH2.  In aggiunta, l’inibizione dell’attività dell’IL-22 ha aumentato il danno tessutale in un modello murino di danno intestinale acuto (colite indotta da destran solfato sodico (DSS)).  Una conclusione simile è stata raggiunta con un modello murino di colite che è indotta dal trasferimento di cellule T CD4+ naive in topi che sono deficienti di recombination activating gene 1 (Rag1), che non hanno cellule B e T.  Quando cellule T CD4+ naive deficienti di IL-22 sono state trasferite in topi IL22-/-Rag1-/-, la colite peggiorava.

L’effetto protettivo dell’IL-22 nella malattia infiammatoria dell’intestino è stata collegata all’aumentata espressione di molecole associate al muco ed alla restituzione di cellule goblet che producono muco (vedi la sezione sugli effetti dell’IL-22 per i dettagli).  Inoltre, potrebbero avere un ruolo l’aumento della produzione di proteine antibatteriche (che porta alla modulazione del microbioma del colon) e l’aumentata proliferazione delle cellule epiteliali (che portano alla riparazione della barriera epiteliale).  Si deve notare, tuttavia, che in modelli murini selezionati la proliferazione mediata dall’IL-22 delle cellule epiteliali e l’induzione di MMP sono associate all’iperplasia della mucosa ed ad un peggiore stato intestinale.

Sembra che anche gli elevati livelli sistemici di IL-22 abbiano un effetto protettivo.  L’IL-22 induce la produzione epatica di proteina che lega l’LPS; a livelli più elevati, la proteina che lega l’LPS potrebbe prevenire l’infiammazione sistemica provocata dall’LPS sistemico.  I livelli di LPS sono infatti aumentati nel sangue di pazienti con malattia di Crohn, e questo aumento è probabilmente dovuto alla traslocazione dell’LPS attraverso la barriera intestinale alterata.

E’ importante notare che il rapporto di un caso clinico suggerisce che l’IL-22 ha un ruolo protettivo nella malattia infiammatoria cronica; un paziente con colite ulcerativa, che si è infettato con il nematode Trichuris trichiura per trattare i propri sintomi, ha avuto un accumulo di cellule T CD4+ che producono IL-22 nella mucosa intestinale, iperplasia delle cellule goblet, aumentata produzione di muco e remissione della malattia.

Riassumendo, la disponibilità locale di IL-22 negli intestini potrebbe promuovere il recupero dalla malattia infiammatoria dell’intestino.  In base all’insufficiente espressione di IL-22 ed alla natura delle alterazioni intestinali nella colite ulcerativa, ci si potrebbe aspettare che livelli crescenti di IL-22 conferiscano benefici terapeutici in questa condizione.  Ciò potrebbe essere associato con un ritmo più basso di effetti avversi rispetto a quelli osservati con le attuali opzioni terapeutiche per la colite ulcerativa severa, quali i corticosteroidi e gli immunosoppressivi (per esempio, ciclosporina A e azatioprina), che spesso causano alterato metabolismo glucidico ed infezioni.

Un eccellente approccio per aumentare l’attività del sistema IL-22-IL-22R1 potrebbe coinvolgere l’applicazione orale di IL-22 in forma resistente alle proteasi o l’applicazione di piccole molecole chimiche che inducono la differenziazione di cellule TH22 o ne aumentano la stabilità e/o la produzione di IL-22.  Agonisti del recettore aryl hydrocarbon possono rappresentare un’opzione in quanto si è visto che inducono produzione di IL-22 ed inibiscono l’infiammazione nel tratto gastrointestinale dei topi.

Infiammazione polmonare

L’importante ruolo patogenetico delle cellule TH2 nell’asma è riconosciuto da più di 20 anni.  Recentemente, tuttavia, è stato proposto che le cellule TH17 esacerbino la gravità della malattia, specialmente in pazienti che hanno infiltrazione neutrofila nei loro polmoni.  La proteina IL-22 ed i suoi livelli di mRNA sono innalzati nel siero e nelle cellule del sangue periferico, rispettivamente, dei pazienti con asma, e nei polmoni in modelli murini di asma.  Molti studi che hanno usato il modello murino dell’asma indotta dall’ovalbumina hanno suggerito che l’IL-22 possa avere un ruolo protettivo nell’infiammazione polmonare associata all’asma.  Infatti, l’applicazione di IL-22 durante la fase effettrice riduceva l’infiltrazione eosinofilica polmonare, l’espressione di chemochine così come di citochine di cellule TH2 e la costrizione delle vie aeree.  Di conseguenza, la neutralizzazione dell’IL-22 durante la fase effettrice esacerbava l’infiammazione polmonare ed aumentava l’iperplasia delle cellule goblet e l’ipersensibilità.  E’ interessante notare che il ruolo dell’IL-22 durante la fase di sensibilizzazione in questo modello murino sembra essere dipendente dalla via di sensibilizzazione: l’IL-22 ha un ruolo patogenetico durante la sensibilizzazione sottocutanea ma non durante la sensibilizzazione intraperitoneale.

Il preciso meccanismo molecolare che sottintende gli effetti positivi dell’IL-22 sull’infiammazione polmonare allergica non è stato ancora spiegato in maniera conclusiva.  Potrebbe coinvolgere l’inibizione di CCL17 e la produzione di IL-25 da parte delle cellule epiteliali delle vie aeree e la minimizzazione del danno dell’epitelio polmonare, e sembra che sia un meccanismo dipendente dall’IL-10.  Al contrario dell’IL-17A, l’IL-22 non regola l’ipersensibilità delle vie aeree indotta dall’allergene attraverso un effetto diretto sulla muscolatura liscia delle vie aeree.

L’IL-22 limita anche la fibrosi polmonare.  Infatti, bloccare l’IL-22 aumentava la deposizione di collagene nei polmoni di topi che erano ripetutamente esposti al microrganismo ubiquitario Bacillus subtilis.  Di conseguenza, l’IL-22 esogena reprimeva la fibrosi polmonare in questo modello di fibrosi polmonare indotta dall’infiammazione.  Il ruolo protettivo dell’IL-22 è stato anche osservato in un modello di barotrauma del ratto, in cui l’IL-22 diminuiva la disintegrazione e l’edema polmonare.  E’ interessante notare che l’impatto dell’attività dell’IL-22 potrebbe essere influenzato da citochine che sono presenti anche nelle vie aeree infiammate.  Nonostante l’IL-22 da sola abbia un effetto protettivo nel modello di fibrosi indotta dalla bleomicina, essa può sinergizzare con l’IL-17 per esacerbare l’infiammazione e la fibrosi polmonare.

Riassumendo, aumentati livelli di IL-22 nei polmoni potrebbero essere utili in alcuni disordini polmonari, particolarmente quelli che sono associati con danno all’epitelio delle vie aeree e con rischio di infezione batterica, come il trapianto del polmone e GvHD.  Ci sono due valide opzioni terapeutiche: l’applicazione di IL-22 in forma di aerosol, e l’applicazione orale di piccole molecole induttrici di IL-22 (come gli agonisti del recettore aryl hydrocarbon).

Difesa dell’ospite contro le infezioni

Infezioni batteriche. Il profondo ruolo dell’IL-22 nella prevenzione delle – e nella difesa contro le – infezioni con batteri extracellulari dei tratti respiratorio ed intestinale è stato dimostrato ripetutamente.  Per esempio, l’IL-22 – insieme all’IL-17 – ha un ruolo difensivo cruciale nell’infezione polmonare con il batterio Gram negativo Klebsiella pneumoniae.  In aggiunta, l’IL-22 è indispensabile per la difesa dell’ospite contro l’infezione enterica con il batterio Gram negativo Citrobcater rodentium nei topi, dal momento che animali deficienti della via di trasduzione dell’IL-22 soccombono in seconda settimana dopo l’inoculazione orale del batterio.  Al contrario, l’IL-22 è dispensabile nella difesa dell’ospite in topi che sono infettati per via endovenosa con batteri intracellulari come il M. avium o Listeria monocytogenes, cosi’ come in topi che sono infettati per via intraperitoneale con Salmonella enterica serovar Enteridis.  L’IL-22 è trascurabile anche nella difesa dell’ospite dopo vie intratracheali di infezione con Francisella tularensis, che è un batterio intracellulare facoltativo.

In aggiunta a questo coinvolgimento nella difesa contro batteri patogeni invasivi, l’IL-22 controlla batteri commensali nei tessuti linfoidi del tratto intestinale e regola la composizione del microbioma intestinale.  Infatti, c’è una diminuita abbondanza di Lactobacillus Spp. nel microbioma colico in topi deficienti di IL-22, che rende questi topi suscettibili alla colite.  Studi recenti hanno suggerito che il microbioma intestinale influenza lo sviluppo di molte malattie autoimmunitarie, ed è quindi possibile che l’insorgenza di queste malattie possa essere influenzata dall’attività intestinale del sistema IL-22-IL-22R1.

                Abbiamo adesso una buona comprensione dei meccanismi attraverso cui l’IL-22 aumenta la difesa antibatterica delle cellule epiteliali nei tratti respiratorio ed intestinale (Fig. 4)

Figura 4.  Ruolo del sistema IL-22-IL-22R1 nella difesa contro infezioni intestinali.  L’interleuchina-22 (IL-22) aumenta la difesa antibatterica delle cellule epiteliali della mucosa attraverso diversi meccanismi.  Primo, IL-22 aiuta a mantenere la barriera epiteliale.  Previene il danno epiteliale indotto da batteri ed infiammazione.  Inoltre, IL-22 promuove la produzione di proteine associate al muco (mucine(MUC)), che sono necessarie per la formazione dello strato protettivo di mucom ed aiuta a ripristinare lo strato epiteliale agendo direttamente sulle cellule staminali epiteliali per promuovere la loro protezione e proliferazione.  Secondo, IL-22 induce la secrezione di proteine antibatteriche.  Infine, IL-22 – da solo od in sinergia con altre citochine – può innescare l’espressione di chemochine che possono reclutare ed attivare i leucociti per controllare i patogeni invasori.  CXCL5, CXC-chemokine ligand 5; IL-22R1, IL-22 receptor subunit 1; LTi, lymphoid tissue inducer; NCR, natural cytotoxicity triggering receptor; TH, T helper; TNF, tumour necrosis factor.

Figura 4. Ruolo del sistema IL-22-IL-22R1 nella difesa contro infezioni intestinali. L’interleuchina-22 (IL-22) aumenta la difesa antibatterica delle cellule epiteliali della mucosa attraverso diversi meccanismi. Primo, IL-22 aiuta a mantenere la barriera epiteliale. Previene il danno epiteliale indotto da batteri ed infiammazione. Inoltre, IL-22 promuove la produzione di proteine associate al muco (mucine(MUC)), che sono necessarie per la formazione dello strato protettivo di mucom ed aiuta a ripristinare lo strato epiteliale agendo direttamente sulle cellule staminali epiteliali per promuovere la loro protezione e proliferazione. Secondo, IL-22 induce la secrezione di proteine antibatteriche. Infine, IL-22 – da solo od in sinergia con altre citochine – può innescare l’espressione di chemochine che possono reclutare ed attivare i leucociti per controllare i patogeni invasori. CXCL5, CXC-chemokine ligand 5; IL-22R1, IL-22 receptor subunit 1; LTi, lymphoid tissue inducer; NCR, natural cytotoxicity triggering receptor; TH, T helper; TNF, tumour necrosis factor.

Primo, l’IL-22 aiuta a mantenere la barriera epiteliale.  Inoltre, l’IL-22 induce vari meccanismi innati di difesa  nell’epitelio (vedi sopra) e supporta il reclutamento e l’attivazione dei leucociti.  Con l’eccezione dell’induzione della proliferazione delle cellule epiteliali e della produzione di muco, i meccanismi attraverso cui l’IL-22 previene l’infezione batterica potrebbero essere simili nella cute.  Sfortunatamente, studi che riguardano il ruolo dell’IL-22 nelle infezioni cutanee sono ancora limitati.

Infezioni da lieviti.  L’IL-22 contribuisce all’immunità protettiva contro le infezioni da lieviti, e ciò è stato visto per primo con studi nei topi.  L’IL-22 controlla il carico fungino durante l’infezione polmonare con Aspergillus fumigatus.  Inoltre, l’IL-22 è necessaria per sequestrare la disseminazione della Candida albicans applicata per via intragastrica verso altri organi inclusi reni e stomaco.  Al contrario, l’IL-22 ha un ruolo minore nella difesa contro le infezioni cutanee da C. albicans nel topo.

                E’ importante notare che studi in pazienti con timoma o con sindrome autoimmune poliendocrina di tipo I (che si sa hanno un elevato ritmo di candidiasi mucocutanea cronica) suggeriscono fortemente che l’IL-17 e/o l’IL-22 hanno ruoli essenziali nelle difese mucocutanee contro C. albicans.  Infatti, la candidiasi mucocutanea cronica in questi pazienti è associata ad elevati livelli di autoanticorpi neutralizzanti specifici per IL-17 e IL-22.

Infezioni virali.  Nonostante l’IL-22 non induca risposte antivirali dirette in cellule epiteliali come fanno IFNα e IL-29, molti studi recenti hanno suggerito che l’IL-22 è necessaria per limitare il danno tessutale causato dall’infezione virale.  Per esempio, l’IL-22 non contribuisce solamente alla protezione e rigenerazione delle cellule epiteliali tracheali e polmonari in seguito ad infezione con virus dell’influenza ma limitano anche l’infezione batterica secondaria.  Durante l’infezione da HIV, la riduzione del numero delle cellule TH22 correla con il disturbo dell’integrità epiteliale e con l’aumentata traslocazione microbica nell’intestino.  E’ stato anche riportato un ruolo protettivo dell’IL-22 nell’infezione epatica da virus dell’epatite B nel topo e nell’uomo (vedi dopo).

                Per riassumere, al contrario di altre citochine delle cellule TH come l’IFNγ e l’IL-4, l’IL-22 è più efficacemente coinvolta nel controllo delle infezioni causate da batteri extracellulari e lieviti, soprattutto quelli che attaccano direttamente le cellule epiteliali.  Tenendo in mente le proprietà rigenerative dell’IL-22, i livelli crescenti dell’IL-22 sembra che siano utili soprattutto per condizioni in cui c’è un danno al tratto respiratorio o intestinale che si associa ad un ritmo aumentato di infezione, come la GvHD, il danno principale o il periodo iniziale dopo il trapianto.  In queste situazioni, la somministrazione di piccole molecole che inducono l’IL-22 potrebbe essere una utile terapia di base.  Tuttavia, come si osserva in pazienti che soffrono di sindrome poliendocrina autoimmune di tipo I, l’inibizione del sistema IL-22-IL-22R1 – soprattutto se contemporaneamente l’IL-17 è inibita – potrebbe essere associata ad infezione mucocutanea.

Pancreatite

La pancreatite può essere scatenata da un eccessivo consumo di alcool o dalla presenza di calcoli biliari.  Oltre all’eliminazione della causa scatenante, al momento non c’è una terapia curativa per la pancreatite.  Tre recenti rapporti suggeriscono un elevato potenziale terapeutico dell’IL-22 nel trattamento della pancreatite.  L’applicazione dell’IL-22 o dell’eccessiva espressione transgenica specifica per il fegato di questa citochina ha ridotto la gravità della pancreatite acuta e cronica in modelli murini, come si deduce dai ridotti livelli serici degli enzimi digestivi e dalla ridotta infiltrazione di cellule infiammatorie e ridotta necrosi nel pancreas.  Un’ulteriore conferma viene dall’effetto protettivo dell’attivazione del recettore aryl hydrocarbon usando piccole molecole.  L’effetto protettivo dell’IL-22 era legato al suo effetto diretto sulle cellule acinari pancreatiche, in cui l’IL-22 induce l’espressione delle proteine REG3β e REG3γ così come di BCL-2 e BCL-XL, che inibiscono la formazione dell’autofagosoma legando la beclin 1 (vedi sopra).  Oltre al suo effetto sulle cellule acinari, è stato proposto che l’IL-22 aumenti la proliferazione delle cellule delle isole pancreatiche – un effetto che potrebbe anche contribuire all’effetto protettivo dell’IL-22 nella pancreatite.

                Tutti questi risultati da studi nel topo suggeriscono che l’applicazione dell’IL-22 o di induttori dell’IL-22 potrebbero avere un elevato potenziale nel trattamento della pancreatite e durante il primo periodo dopo il trapianto di pancreas.

Epatite

La causa più frequente di epatite sono le infezioni virali e l’abuso di alcool.  Nell’uomo, i livelli di IL-22 ed il numero di cellule che producono IL-22 sono alte nel fegato dei pazienti che soffrono di infezione cronica da virus dell’epatite B e dell’epatite C.

                Numerosi studi in vitro e nel topo hanno mostrato che l’IL-22 ha un forte effetto protettivo contro il danno dell’epatocita.  In un modello murino di epatite mediata da cellule T indotta da concanavalina A, la neutralizzazione dell’IL-22 ha peggiorato il danno epatico, mentre il pretrattamento con IL-22 ha prevenuto il danno.  In aggiunta, la somministrazione di un vettore di espressione con IL-22 sotto il controllo del promoter specifico per il fegato dell’albumina ha protetto i topi dal danno epatico indotto da CCL4 e FAS ligando (FASL).  Il ruolo protettivo dell’IL-22 nell’epatite acuta è stato confermato usando topi deficienti di IL-22, che sono altamente suscettibili al danno epatico mediato da concanavalina A, e topi che esprimono IL-22 in eccesso, che sono altamente resistenti al danno epatico mediato da concanavalina A.  Inoltre, l’applicazione di IL-22 migliora il danno epatico, il fegato grasso, e lo stress ossidativo epatico in modelli murini di danno epatico acuto e cronico indotto dall’alcool.  Epatoprotezione è stata anche ottenuta dal pretrattamento con IL-22 in un modello di danno epatico da ischemia-riperfusione così come durante infezione sistemica batterica e parassitaria.  In aggiunta, l’IL-22 ha aumentato la rigenerazione epatica che si vede nei topi dopo epatectomia parziale e che porta alla ricostruzione di questo organo.

                Nonostante che l’IL-22 da sé non influenzi la replicazione del virus dell’epatite B, c’è una correlazione positiva tra il numero delle cellule che producono IL-22 ed il numero di cellule staminali/progenitori nel fegato di pazienti con virus dell’epatite B cronica.  In linea con questa visione, l’IL-22 aumenta la proliferazione delle cellule staminali/progenitori nei topi.

                I meccanismi che sono alla base delle azioni dell’IL-22 potrebbero includere l’induzione dipendente da STAT-3 di molecole anti-apoptotiche, mitogeniche ed antiossidanti in epatociti danneggiati e cellule staminali epatiche (Fig. 5).

Figura 5.  Ruoli del sistema IL-22-IL-22R1 nel danno epatico.  L’Interleuchina-22 (IL-22) protegge fortemente il fegato contro il danno e favorisce la rigenerazione agendo principalmente sugli epatociti e sulle cellule staminali epatiche.  Attraverso l’induzione dell’espressione di proteine mito geniche ed anti-apoptotiche, l’IL-22 promuove rispettivamente la proliferazione cellulare e la protezione contro l’apoptosi.  Inoltre, l’induzione di proteine antiossidanti può proteggere gli epatociti contro lo stress ossidativo.  L’IL-22 induce anche le proteine di fase acuta che esprimono effetti anti-infiammatori, antibatterici e rigenerativi.  IL-22R1, IL-22 receptor subunit 1.

Figura 5. Ruoli del sistema IL-22-IL-22R1 nel danno epatico. L’Interleuchina-22 (IL-22) protegge fortemente il fegato contro il danno e favorisce la rigenerazione agendo principalmente sugli epatociti e sulle cellule staminali epatiche. Attraverso l’induzione dell’espressione di proteine mito geniche ed anti-apoptotiche, l’IL-22 promuove rispettivamente la proliferazione cellulare e la protezione contro l’apoptosi. Inoltre, l’induzione di proteine antiossidanti può proteggere gli epatociti contro lo stress ossidativo. L’IL-22 induce anche le proteine di fase acuta che esprimono effetti anti-infiammatori, antibatterici e rigenerativi. IL-22R1, IL-22 receptor subunit 1.

                Quindi, l’applicazione di IL-22 potrebbe rappresentare un promettente approccio epatoprotettivo nel trapianto di fegato, nell’epatite virale acuta e nella malattia alcolica del fegato.  L’aumentata espressione dell’IL-22R1 epatico dimostrata in alcuni modelli di danno epatico potrebbe supportare ulteriormente l’effetto terapeutico dell’IL-22 in questo organo.

Artrite ed entesite

Elevati livelli di IL-22 mRNA sono stati trovati sia in tessuti sinoviali che in cellule mononucleate nel liquido sinoviale di pazienti affetti da artrite reumatoide.  Inoltre, la percentuale di cellule T CD4+ che esprimono IL-22 è aumentata nel sangue di pazienti con artrite reumatoide e si correla con aumenti nei livelli plasmatici di IL-22.  In aggiunta, elevati livelli plasmatici di IL-22 correlano positivamente con i livelli di fattore reumatoide, con la severità della malattia e la progressione dell’artrite reumatoide erosiva.

                Tuttavia, sembra che l’IL-22 endogena apporti un contributo patogenetico molto basso – se tale contributo esiste – all’artrite reumatoide sperimentale, misurata in tre diversi modelli murini: artrite indotta da collagene; artrite sviluppata spontaneamente in topi deficienti di IL-1RA; ed artrite indotta dall’applicazione di albumina bovina serica metilata.  Al contrario, l’applicazione di IL-22 ricombinante allevia l’infiammazione in maniera dipendente dall’IL-10 nel modello di artrite indotta da collagene.  E’ interessante notare che anche IL-20 ed IL-24 sono presenti nel liquido sinoviale di pazienti con artrite reumatoide.  Sembra che l’inibizione dell’attività dell’IL-20 sia associata con una ridotta severità della malattia nell’artrite reumatoide sperimentale e con la protezione verso la perdita di osso osteoporotico.  Riassumendo, non ci sono al momento evidenze sufficienti per dimostrare se modulare l’attività del sistema IL-22-IL-22R1 rappresenta una strategia terapeutica efficace per l’artrite reumatoide.

                Al contrario, è stato recentemente suggerito che l’IL-22 è una guida nella patogenesi dell’entesite.  L’eccessiva espressione sistemica dell’IL-22 é sufficiente ad indurre entesite in vivo.  Inoltre, l’eccessiva espressione epatica di IL-23 provoca entesite, che é associata alla produzione di IL-22 indotta in una sottopopolazione di cellule T CD4CD8precedentemente sconosciuta ed é inibita in seguito a neutralizzazione di IL-22.  E’ interessante notare che l’IL-22 é più efficace dell’IL-23 nel regolare l’espressione di geni che influenzano la formazione di osso.  Questo suggerisce che l’IL-22 e L’IL-22R1 sono bersagli promettenti per il trattamento dell’entesite, con un profilo di sicurezza che potenzialmente supera quello delle terapie attuali.

Cancro

Il sistema IL-22-IL-22R1 è un importante nuovo bersaglio nella ricerca contro il cancro.  La proliferazione neoplastica delle cellule che esprimono l’IL-22R derivate dal tratto gastrointestinale, fegato, pancreas e tratto respiratorio è molto frequente, ed è stata dimostrata la presenza di IL-22 e/o di cellule TH22 all’interno di carcinomi del colon, gastrici ed epatocellulari così come di carcinomi del polmone a piccole e grandi cellule.  Inoltre, STAT3 – la principale molecola di segnale a valle dell’IL-22 – è ben conosciuta come oncogene che è associato con lo sviluppo e la progressione di molti tumori epiteliali.  L’IL-22 da sé non sembra promuovere l’oncogenesi, dal momento che un ceppo di topi transgenici per IL-22 che è caratterizzato da un costante eccesso di produzione di IL-22 nel fegato non ha un’incidenza chiaramente aumentata di tumori spontanei, inclusi i tumori del fegato.  Allo stesso modo, in un altro modello di topo transgenico, l’eccessiva espressione di IL-22 nel tessuto adiposo non favorisce lo sviluppo tumorale spontaneo in topi che nutriti con una dieta normale.

                Piuttosto, l’IL-22 accelera lo sviluppo di tumori in corso o indotti.  Infatti, in un modello di carcinoma epatocellulare indotto, si osserva un’aumentata formazione di tumori in topi che esprimono IL-22 in eccesso, ed è stata osservata una diminuita formazione di tumori in topi deficienti di IL-22.  Inoltre, topi che esprimono IL-22 in eccesso nel tessuto adiposo e che sono stati nutriti con una dieta ad alto contenuto di grassi per molti mesi sviluppano il liposarcoma nel tessuto adiposo sub-epididimale.

                Studi recenti in topi hanno anche suggerito che l’IL-22 potrebbe aumentare la tumorigenesi del colon in certe condizioni.  In un modello murino che combina la colite con un trattamento carcinogenico, così come in un modello genetico di cancro colorettale (cioè, topi ApcMin/+ che venivano incrociati con topi deficienti di IL-22BP), l’aumento dell’attività dell’IL-22 risulta in un maggiore fardello tumorale.  Questo effetto é probabilmente dovuto all’aumento indotto dall’IL-22 nella proliferazione e nella resistenza all’apoptosi delle cellule epiteliali durante la tumorigenesi.  Tuttavia, eliminando la via di trasduzione dell’IL-22 si riduce la tumorigenesi soltanto nel modello genetico. Mentre l’assenza di IL-22 addirittura aumenta la tumorigenesi nel modello associato alla colite, probabilmente a causa della prolungata distruzione della barriera e della conseguente maggiore infiammazione.  Quest’ultimo assunto è in accordo con il fatto che l’infiammazione cronica osservata in pazienti con colite ulcerosa contribuisce allo sviluppo del cancro colo-rettale.  In un altro studio, in cui il cancro del colon era indotto in topi deficienti in cellule B e T (cioè, i topi Rag-/-) tramite infezione con Helicobacter hepaticus ed iniezione carcinogena, bloccare l’IL-22 – che era prodotta localmente da ILC – riduceva il numero di tumori colo-rettali.

                Presi in toto, questi studi suggeriscono che l’IL-22 supporta la transizione da una preesistente infiammazione verso il cancro del colon, così come il mantenimento di cancro del colon già sviluppato.  Tuttavia, il ruolo dell’IL-22 nella tumorigenesi potrebbe essere complicato dal fatto che l’IL-22 potrebbe principalmente inibire l’infiammazione e quindi anche contrastare la tumorigenesi.  Infatti, l’IL-22 diminuisce il danno epiteliale, accelera la riparazione epiteliale e riduce il numero dei batteri durante l’infiammazione e l’infezione, il chè riduce la durata e l’entità dei segnali infiammatori.  Riassumendo, l’inibizione del sistema IL-22-IL-22R1 potrebbe rappresentare una opzione di trattamento delle fasi tardive nel cancro colo-rettale.

Direzioni future

L’accumulo dei risultati suggerisce fortemente che l’inibizione dell’IL-22 e/o dell’attività dell’IL-22R1 potrebbe essere benefica in molte malattie, mentre il rafforzamento del segnale mediato dall’IL-22R1 potrebbe alleviare molte altre condizioni (Tabella 2).

tabella II

Nei disordini in cui il sistema IL-22-IL22R1 è iperattivo, come nella psoriasi e in alcuni tumori, le opzioni di intervento includono l’inibizione della generazione di IL-22, dell’infiltrazione tessutale o la produzione di IL-22 da parte di cellule che producono IL-22, così come la neutralizzazione dell’IL-22 secreta, il blocco dell’IL-22R1 o l’inibizione del segnale dell’IL-22R1 (Fig. 6).

Figura 6.  Opzioni per la modulazione terapeutica del sistema IL-22-IL-22R1.  Ci sono molte opzioni terapeutiche potenziali per colpire il sistema interleuchina-22 (IL-22)-subunità recettoriale 1 dell’IL-22 (IL-22R1).  Per esempio, l’infiltrazione nella cute di cellule T helper (TH) che producono IL-22 potrebbe essere bloccata da anticorpi specifici neutralizzanti le chemochine.  Inoltre, le citochine che promuovono l’attivazione e la sopravvivenza di queste cellule TH, come il tumor necrosis factor (TNF) e l’IL-23, potrebbero essere neutralizzate dai rispettivi anticorpi, come è stato dimostrato con successo nella terapia della psoriasi con l’uso di adalimumab (Humira; AbbVie) e ustekinumab (Stelara; Janssen).  In aggiunta, i fattori di trascrizione specifici delle cellule TH che promuovono la produzione di IL-22 (come il recettore aryl hydrocarbon) potrebbero essere neutralizzati da antagonisti.  La stessa IL-22 potrebbe esseere neutralizzata da anticorpi o attraverso l’uso di IL-22 binding protein (IL-22BP).  Inoltre, l’IL-22R1 – la sub unità ad alta affinità del recettore per IL-22 – potrebbe essere il bersaglio di anticorpi bloccanti, o il segnale di trasduzione a valle dell’IL-22R potrebbe essere inibito usando gli inibitori delle Janus kinase (JAK) o delle proteine signal transducer and activator of transcription (STAT).  Questi ultimi (inibitori STAT) includono farmaci che bloccano la dimerizzazione così come gli attivatori della deacetilasi di classe III sirtuin 1 (SIRT1), che portano ad una diminuzione dell’acetilazione di STAT3.  Sembra che l’uso di anticorpi che bloccano l’IL-22R1 sia la strategia più adatta per diverse ragioni.  Questo approccio agisce a valle del sistema IL-22-IL-22R1 ed è altamente specifico, limitando gli effetti avversi.  Infatti, l’IL-22R1 è espresso solo da un  numero limitato di popolazioni cellulari nell’organismo.  E’ assente nelle cellule immuni, così che non ci si attende nessuna attivazione o inibizione sistemica importante.  Ancora più importante, il blocco di IL-22R1 previene anche gli effetti simil IL-22 dell’IL-20 ed IL-24.  Queste citochine sono frequentemente co-espresse con l’IL-22 da tessuti infiammati e mediano gli effetti simil IL-22 attraverso l’IL-22R1.  CCL, CC-chemokine ligand; CCR, CC-chemokine receptor.

Figura 6. Opzioni per la modulazione terapeutica del sistema IL-22-IL-22R1. Ci sono molte opzioni terapeutiche potenziali per colpire il sistema interleuchina-22 (IL-22)-subunità recettoriale 1 dell’IL-22 (IL-22R1). Per esempio, l’infiltrazione nella cute di cellule T helper (TH) che producono IL-22 potrebbe essere bloccata da anticorpi specifici neutralizzanti le chemochine. Inoltre, le citochine che promuovono l’attivazione e la sopravvivenza di queste cellule TH, come il tumor necrosis factor (TNF) e l’IL-23, potrebbero essere neutralizzate dai rispettivi anticorpi, come è stato dimostrato con successo nella terapia della psoriasi con l’uso di adalimumab (Humira; AbbVie) e ustekinumab (Stelara; Janssen). In aggiunta, i fattori di trascrizione specifici delle cellule TH che promuovono la produzione di IL-22 (come il recettore aryl hydrocarbon) potrebbero essere neutralizzati da antagonisti. La stessa IL-22 potrebbe esseere neutralizzata da anticorpi o attraverso l’uso di IL-22 binding protein (IL-22BP). Inoltre, l’IL-22R1 – la sub unità ad alta affinità del recettore per IL-22 – potrebbe essere il bersaglio di anticorpi bloccanti, o il segnale di trasduzione a valle dell’IL-22R potrebbe essere inibito usando gli inibitori delle Janus kinase (JAK) o delle proteine signal transducer and activator of transcription (STAT). Questi ultimi (inibitori STAT) includono farmaci che bloccano la dimerizzazione così come gli attivatori della deacetilasi di classe III sirtuin 1 (SIRT1), che portano ad una diminuzione dell’acetilazione di STAT3. Sembra che l’uso di anticorpi che bloccano l’IL-22R1 sia la strategia più adatta per diverse ragioni. Questo approccio agisce a valle del sistema IL-22-IL-22R1 ed è altamente specifico, limitando gli effetti avversi. Infatti, l’IL-22R1 è espresso solo da un numero limitato di popolazioni cellulari nell’organismo. E’ assente nelle cellule immuni, così che non ci si attende nessuna attivazione o inibizione sistemica importante. Ancora più importante, il blocco di IL-22R1 previene anche gli effetti simil IL-22 dell’IL-20 ed IL-24. Queste citochine sono frequentemente co-espresse con l’IL-22 da tessuti infiammati e mediano gli effetti simil IL-22 attraverso l’IL-22R1. CCL, CC-chemokine ligand; CCR, CC-chemokine receptor.

Ciascuno di questi approcci ha la propria legittimità e potrebbe essere appropriato in una situazione specifica.  Tuttavia, se consentita dalla farmacocinetica e dalle formulazioni farmaceutiche, sembra che il blocco dell’IL-22R1 sia la strategia più appropriata.  Questo approccio è vantaggioso a causa della sua specificità ed, al contrario della neutralizzazione dell’IL-22, sono contemporaneamente inibiti anche gli effetti dell’IL-20 e dell’IL24 mediati dall’IL-22R1 (e simil IL-22).

                Nella psoriasi in particolare, è stato provato che l’uso terapeutico dei bloccanti del TNF o gli anticorpi che neutralizzano le subunità dell’IL-23 (vedi box 2)

BOX 2.  Uso terapeutico dei bloccanti del TNF e degli anticorpi neutralizzanti anti-IL-23.

I bloccanti del tumor necrosis factor (TNF) legano e quindi prevengono l’azione del TNF, che è una citochina che agisce su quasi tutte le cellule immuni e tessutali e che per lo più inducono ed amplificano le risposte infiammatorie.  A questo punto, i farmaci di questa classe che sono stati approvati dalla US Food and Drug Administration (FDA) e dalla European Medicine Agency (EMA) sono infliximab (Remicade; Janssen), etanercept (Enbrel; Amgen/Pfizet), adalimumab (Humira; AbbVie), certolizumab  pegol (Cimzia; UCB Pharma) e golimumab (Simponi; Janssen).  Questi farmaci hanno rivoluzionato la terapia di specifiche malattie infiammatorie croniche.  Per esempio, adalimumab è stato approvato per il trattamento delle placche psoriatiche, malattia di Crohn, colite ulcerativa, artrite psoriatica, artrite reumatoide, spondilite anchilosante e artrite idiopatica giovanile, ed sono state vendute nel mondo per 9.265 miliardi di US $ nel 2012.  Fini ad ora, l’FDA e l’EMA hanno approvato un anticorpo che neutralizza l’interleuchina-23 (IL-23), ustekinumab (Stelara; Janssen), per il trattamento delle placche psoriatiche.  Questo anticorpo lega la subunità p40 dell’IL-23 e dell’IL-12.  In questo modo previene lo sviluppo ed – in parte – l’attività delle celle T helper 1 (TH1), TH17 e TH22, che hanno un ruolo patogenetico importante nelle malattie croniche mediate immonologicamente ma sono anche essenziali per lo sviluppo di immunità protettiva in giovani individui.

ha un grande successo terapeutico.  Dal momento che il TNF e l’IL-23 sono induttori chiave della produzione dell’IL-22, ed il TNF aumenta alcuni effetti dell’IL-22, questo successo dovrebbe essere almeno parzialmente basato sull’attenuazione indiretta dell’attività IL-22R1.  Tuttavia, a causa dell’ampio ruolo del TNF, IL-12, IL-23 e IL-17 – l’ultima delle quali essendo un nuovo promettente bersaglio nella psoriasi – nell’organismo, l’applicazione a lungo termine di queste terapie è spesso associata con ridotta attività del rispettivo agente biologico.  Quindi, a nostro parere c’è un continuo bisogno medico apprezzabile di farmaci che inibiscano il sistema IL-22-IL-22R1 per il trattamento della psoriasi.

                Dal momento che il ritmo di sopravvivenza a 5 anni dei pazienti con cancro del colon varia tra il 5% ed il 95% a seconda dello stadio del tumore, c’è un enorme bisogno medico di nuove terapie anche per questa condizione.  Di nuovo, il vantaggio di inibire terapeuticamente il sistema IL-22-IL-22R1 nel colpire direttamente le cellule tumorali, fornisce una più elevata specificità ed un rischio atteso più basso di effetti avversi rispetto ai trattamenti esistenti.  In particolare, dal momento che colpire l’IL-22R1 non influenza negativamente il sistema immunitario, il chè è frequente per farmaci citostatici, questo approccio potrebbe essere molto utile nei pazienti con cancro, sia come terapia di base o in combinazione con l’immunoterapia antitumorale.  Nonostante ciò, effetti avversi associati con terapie che colpiscono il sistema IL-22-IL-22R1 non possono essere esclusi.  A causa degli effetti protettivi ed antimicrobici mediati da IL-22-IL-22R1, è necessaria una certa cautela in pazienti che sono a rischio di sviluppare infezioni epiteliali o che soffrono di danno al fegato ed al pancreas – per esempio, come conseguenza dell’abuso di alcool.

                Per converso, rafforzare l’attività del sistema IL-22-IL-22R1 sembra essere indicato in condizioni che sono associate con danno dei tessuti che esprimono l’IL-22R1, come nella colite ulcerosa, asma ed – in particolare – pancreatite, danno acuto del fegato, GvHD e trapianto del polmone, pancreas e rene.  Aumentare l’attività IL-22-IL-22R1 potrebbe essere ottenuto con il sostenere la generazione e/o la stabilità delle cellule che producono IL-22, dall’aumento la produzione di IL-22 da parte di queste cellule o dalla applicazione diretta di IL-22.  L’approccio definitivo scelto dovrebbe dipendere dalla localizzazione e dall’entità della malattia e dalla durata della terapia richiesta.  Per esempio, l’applicazione a breve termine della proteina IL-22 dopo il trapianto potrebbe essere fattibile con iniezione endovenosa, mentre nella prevenzione a lungo termine della GvHD, potrebbe essere adatto l’uso di piccole molecole induttrici di IL-22 (per esempio, agonisti del recettore aryl hydrocarbon come il derivato del triptofano 6-formylindolo(3, 2-b)carbazolo).

                A nostro parere, c’è un enorme bisogno medico per alcune delle malattie menzionate.  Infatti, il ritmo di mortalità della pancreatite è di circa 10% ed il ritmo di sopravvivenza a 5 anni dopo il trapianto di polmone è solo del 50%.  A causa del ristretto intervallo di bersagli dell’IL-22, e soprattutto della mancanza di influenza sulle cellule immunitarie, rafforzare il segnale dell’IL-22R1 potrebbe essere un approccio relativamente sicuro, particolarmente nel trattamento della GvHD, nel danno d’organo e nel trapianto.    Nonostante ciò, effetti avversi non voluti potrebbero insorgere in individui che sono geneticamente predisposti a sviluppare certi disordini in seguito ad interventi a lungo termine.  Per esempio, l’IL-22 può stimolare l’acantosi cutanea o anche la psoriasi.  L’IL-22 potrebbe anche promuovere lo sviluppo di un cancro in atto.  Tuttavia, l’attivazione a breve termine o intermittente del sistema IL-22-IL-22R1 – insieme ad appropriati strumenti di monitoraggio – per aumentare la difesa epigenetica dell’ospite e per restaurare l’omeostasi epiteliale potrebbe essere giustificabile in malattie con considerevoli bisogni medici irrisolti.  Nonostante ciò, l’IL-22 non dovrebbe essere considerata uno strumento innocuo per la rigenerazione o il ringiovanimento della cute e di altri organi.

                Alla luce dell’elevata frequenza dei disordini su descritti, del considerevole fardello associato ad essi per i singoli individui e per la società in toto, e – in molti casi – per la mancanza di opzioni terapeutiche alternative, speriamo che le compagnie farmaceutiche e biotecnologiche portino avanti l’idea di modulare terapeuticamente il sistema IL-22-IL-22R1 in questi scenari.

(Tratto da Robert Sabbat, Wenjun Ouyang, Kerstin Wolk “Therapeutic opportunities of the IL-22-IL-22R1 system”, Nat Rev Drug Discov, 2014; 13:21-38)

Fare topi più umani con la via TLR8

Posted in Biomedical Research with tags , , , on October 3, 2014 by Domenico Delfino

TLR8

Oltre a rispondere a ligandi derivati da patogeni, i Toll-like receptor (TLR) possono rispondere a ligandi endogeni ed essere legati così alla patogenesi dell’autoimmunità. Guiducci et al. hanno ora generato topi transgenici che esprimono il TLR8 umano, e rivelano un ruolo per questo recettore nelle malattie autoimmunitarie.

            Nell’uomo, sia TLR7 che TLR8 riconoscono RNA virale, RNA proprio a singola elica e piccole molecole agoniste sintetiche.  TLR7 ha un ruolo nelle malattie autoimmuni, ma nonostante che TLR8 appartenga alla stessa famiglia TLR del TLR7, il suo ruolo nell’infiammazione e nella malattia non era chiaro a causa della mancanza di un modello animale adatto.

            Nei topi, TLR8 non è funzionante a causa della mancanza di cinque amminoacidi, così gli autori hanno generato topi C57BL/6 transgenici che esprimono livelli differenti del TLR8 umano.  Cellule mononucleate del sangue periferico isolate da topi transgenici TLR8, ma non da topi di controllo, erano sensibili al ligando basato sull’RNA del TLR8 umano e producevano citochine pro-infiammatorie come interleuchina-6 (IL-6), IL-1, interferon-γ e tumour necrosis factor; quindi, TLR8 è funzionale quando viene espresso nei topi.  I topi che esprimono livelli elevati di mRNA di TLR8 sviluppano una malattia wasting, mostrano infiammazione severa nel pancreas, ghiandole salivari ed articolazioni e non si riproducono, mentre i topi che esprimevano bassi livelli di TLR8 si riproducono normalmente.  La gravità del fenotipo infiammatorio era strettamente correlato con i livelli di espressione di TLR8.

            Lavori precedenti hanno mostrato che l’aumentata espressione di TLR7 murino è sufficiente a rompere la tolleranza immune nei topi.  E’ interessante notare che gli autori hanno scoperto che livelli elevati di TLR8 umano risulta in un intervallo di malattie che sono strettamente distinte da quelle correlate al segnale di TLR7.  Le diverse risposte sono probabilmente dovute al fatto che TLR7 è principalmente espresso dalle cellule B e da cellule dendritiche plasmacitoidi, mentre TLR8 è espresso da monociti, cellule dendritiche mieloidi e neutrofili.

            Successivamente, gli autori hanno esaminato lo sviluppo dell’artrite in topi transgenici TLR8; topi che esprimevano elevati livelli di TLR8 sviluppavano spontaneamente artrite, mentre topi che esprimevano bassi livelli di TLR8 non lo facevano.  Tuttavia, al contrario dei topi di controllo, la progressione di malattia dell’artrite indotta da collagene ha continuato oltre le 4 settimane in topi che esprimevano bassi livelli di TLR8.  Quindi, sembra che il segnale del TLR8 abbia un ruolo nella progressione e nell’esacerbazione dell’artrite indotta da collagene piuttosto che nella fase iniziale della malattia.

            Infine, gli autori hanno determinato il livello dell’mRNA di TLR8 nelle cellule del sangue di pazienti con artrite ed hanno trovato che i pazienti con insorgenza sistemica di artrite giovanile o malattia di Still avevano livelli aumentati nell’espressione di TLR8.  I livelli di TLR8 in questi pazienti erano correlati con aumentata espressione di IL-1β, che è un’importante guida dell’artrite.  Questi dati, considerati nella loro totalità, suggeriscono che TLR8 umano ha un ruolo importante nella patogenesi dell’artrite.

(Tratto da Elisabeth Kugelberg “Making mice more human the TLR8 pathway”, Nat Rev Immunol, 2014;14)

Regolazione delle risposte dell’interferone di tipo I

Posted in Biomedical Research with tags , , , , on September 17, 2014 by Domenico Delfino

Riassunto.  Gli interferoni di tipo I (IFNs) attivano i programmi antimicrobici intracellulari ed influenzano lo sviluppo delle risposte immuni innate ed adattive. Il segnale canonico dell’IFN di tipo I attiva la via Janus kinase (JAK)-signal transducer and activator of transcription (STAT), portando alla trascrizione di geni stimolati dall’IFN (ISGs).  Fattori dell’ospite, patogeni ed ambientali regolano le risposte di cellule a questa via di segnale e così calibrano le difese dell’ospite mentre limitano il danno tessutale e prevengono l’autoimmunità.  Qui, riassumiamo il segnale ed i meccanismi epigenetici che regolano l’attivazione di STAT indotta dall’IFN di tipo I e la trascrizione e traduzione degli ISG.  Questi meccanismi regolatori determinano il risultato biologico delle risposte all’IFN di tipo I e determinano se i patogeni sono efficacemente eliminati  o ne consegue un’infezione cronica o una malattia autoimmune.

Gli interferoni (IFN) di tipo I sono polipeptidi che sono secreti da cellule infette e posseggono tre funzioni principali.  Primo, inducono stati antimicrobici intrinseci alla cellula nelle cellule infette ed in quelle circostanti che limitano la diffusione degli agenti infettivi, soprattutto dei virus patogeni.  Secondo, modulano le risposte immuni innate in una maniera equilibrata tale da promuovere la presentazione dell’antigene e le funzioni delle cellule natural killer mentre, al contempo, limitano le vie pro-infiammatorie e la produzione di citochine.  Terzo, attivano il sistema immune adattivo, promuovendo lo sviluppo di risposte cellulari B e T antigene-specifiche ad alta affinità e la memoria immunologica (Fig. 1).  Gli IFN di tipo I sono protettivi nelle infezioni virali acute ma possono avere sia ruoli protettivi che dannosi nelle infezioni batteriche e nelle malattie autoimmuni.

L’interferone di tipo I controlla l’immunità innata ed adattiva ed i programmi antimicrobici intracellulari. In caso di rilevazione di un patogeno, le cellule infette producono gli interferoni (IFN) di tipo I.  Le cellule immuni innate, come i macrofagi e le cellule dendritiche (DC), producono gli IFN di tipo I dopo aver percepito componenti dei patogeni usando vari pattern-recognition receptors (PRR), che si trovano sulla membrana plasmatica, negli endosomi e in tutto il citosol.  In particolare, le DC plasmacitoidi (pDC) producono grandi quantità di IFNα.  Le cellule non immuni, come i fibroblasti e le cellule epiteliali, producono prevalentemente IFNβ.  In cellule infette ed in cellule vicine, gli IFN di tipo I inducono l’espressione di geni stimolati da IFN (ISG), il prodotto dei quali iniziano un programma antimicrobico intracellulare che limita la diffusione di agenti infettivi.  Le cellule immuni innate rispondono anche agli IFN di tipo I aumentando la presentazione dell’antigene e la produzione di mediatori della risposta immune, come citochine e chemochine.  Anche l’immunità adattiva è influenzata dagli IFN di tipo I: per esempio, gli IFN di tipo I possono aumentare la produzione di anticorpi da parte delle cellule B ed amplificano la funzione effettrice delle cellule T.  PAMP, pathogen-associated molecular pattern.

L’interferone di tipo I controlla l’immunità innata ed adattiva ed i programmi antimicrobici intracellulari.
In caso di rilevazione di un patogeno, le cellule infette producono gli interferoni (IFN) di tipo I. Le cellule immuni innate, come i macrofagi e le cellule dendritiche (DC), producono gli IFN di tipo I dopo aver percepito componenti dei patogeni usando vari pattern-recognition receptors (PRR), che si trovano sulla membrana plasmatica, negli endosomi e in tutto il citosol. In particolare, le DC plasmacitoidi (pDC) producono grandi quantità di IFNα. Le cellule non immuni, come i fibroblasti e le cellule epiteliali, producono prevalentemente IFNβ. In cellule infette ed in cellule vicine, gli IFN di tipo I inducono l’espressione di geni stimolati da IFN (ISG), il prodotto dei quali iniziano un programma antimicrobico intracellulare che limita la diffusione di agenti infettivi. Le cellule immuni innate rispondono anche agli IFN di tipo I aumentando la presentazione dell’antigene e la produzione di mediatori della risposta immune, come citochine e chemochine. Anche l’immunità adattiva è influenzata dagli IFN di tipo I: per esempio, gli IFN di tipo I possono aumentare la produzione di anticorpi da parte delle cellule B ed amplificano la funzione effettrice delle cellule T. PAMP, pathogen-associated molecular pattern.

 

Questa rassegna si focalizza sugli IFN di tipo I maggiormente definiti, cioè l’IFNα e l’IFNβ.  La maggior parte dei tipi cellulari produce IFNβ, mentre le cellule ematopoietiche, soprattutto le cellule dendritiche plasmacitoidi, sono i principali produttori di IFNα.  L’IFNβ è codificato da un singolo gene IFNB, mentre varie isoforme di IFNα sono codificate da 14 geni distinti.  La produzione di IFN di tipo I è indotta dopo la percezione di prodotti microbici da parte di recettori pattern-recognition (PRR) e citochine.  Nel Box 1 sono riassunti recenti sviluppi nella comprensione della produzione degli IFN di tipo I.

Box 1.  Nuovi approfondimenti nella produzione degli interferoni di tipo I
Quando i prodotti microbici sono percepiti da vari recettori cellulari, sono indotti l’interferone-α (IFNα) e l’IFNβ, il chè risulta in un circolo autocrino mediato da IFN di tipo I che induce l’espressione di geni stimolati da IFN (ISG).  Questo processo è ben caratterizzato.  Tuttavia, molti recenti articoli hanno esteso la nostra comprensione di come la produzione degli IFN di tipo I è regolata.  I nuovi approfondimenti chiave includono:
  • I livelli basali della produzione di IFN di tipo I in condizioni fisiologiche sono mantenute dalla flora batterica commensale.
  • Gli IFN di tipo I sono indotti da fattori dell’ospite e da citochine come tumor necrosis factor (TNF), che segnala attraverso IFN-regulatory factor 1 (IRF1) piuttosto che attraverso IRF3 e IRF7, e come macrophage colony stimulating factor (M-CSF) e receptor activator of NF-κB ligand (RANKL).
  • IFNε è espresso costitutivamente dall’epitelio del tratto riproduttivo femminile, e la sua espressione è regolata dagli ormoni sessuali.
  • Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) regola negativamente la produzione di IFNβ.
  • Histone deacetylase 3 (HDAC3) è importante per l’espressione di Ifnb. Ciò supporta un ruolo del rimodellamento della cromatina e dei meccanismi epigenetici nella produzione degli IFN di tipo I.
  • Tyrosine-protein phosphatase non-receptor type 22 (PTPN22), che è legato all’autoimmunità, si associa al TNF receptor-associated factor 3 (TRAF3) per aumentare la produzione di IFN di tipo I indotta da Toll-like receptor (TLR).
  • I meccanismi post-trascrizionali regolano la produzione degli IFN di tipo I. I trascritti Ifna e Ifnb contengono vari elementi regolatori dell’RNA, che conferiscono stabilità o instabilità a seconda dell’associazione con fattori di legame all’RNA. I trascritti che contengono AU-rich elements (ARE) nella loro 3’ untranslated region (UTR), così come motivi nella lori 5’ UTR e nella regione codificante.  E’ probabile che questi elementi conferiscano o stabilizzazione o destabilizzazione a seconda delle distinte proteine di legame all’RNA che si associano, che devono essere ancora delucidate.  Un lavoro recente ha mostrato che la stabilità dei trascritti mRNA di Ifnb durante l’infezione con particolari virus dipende dall’attività della protein kinase RNA-activated (PKR), che previene la de-adenilazione del trascritto Ifnb.  Poiché le proteine IFN di tipo I sono codificate da più di 20 geni diversi, i cui trascritti corrispondenti contengono diversi elementi RNA regolatori, ciò fornisce una ricca risorsa per una regolazione stretta, che potenzialmente funziona per assicurare la traduzione efficiente dei trascritti IFN durante l’infezione con patogeni che hanno come bersaglio un particolare elemento regolatorio o un meccanismo tradizionale.

L’IFNα e l’IFNβ legano un recettore transmembrana trimerico chiamato recettore dell’IFNα (IFNAR), che è composto dalle subunità IFNAR1 e IFNAR2. Nella via canonica di segnale indotta da IFN di tipo I descritta più di 25 anni fa, è stato visto che il legame di IFNAR attiva la protein tirosin chinasi associata al recettore Janus Kinase 1 (JAK1) e tyrosine kinase 2 (TYK2), che fosforilano i fattori di trascrizione citoplasmatici latenti signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) e STAT2 (Fig. 2).

Figura 2.  La via canonica di segnale degli interferoni di tipo I.  Dopo il legame, il recettore dell’interferone-α (IFNAR, che è composto dalle subunità IFNAR1 e IFNAR2) attiva Janus kinase 1 (JAK1) e tyrosine kinase 2 (TYK2).  La fosforilazione del recettore di queste chinasi risulta nel reclutamento delle proteine signal transducer and activator of transcription (STAT), nella loro fosforilazione, dimerizzazione e traslocazione nucleare.  I tre complessi STAT prevalenti che sono formati in risposta agli interferoni (IFN) di tipo I controllano distinti programmi di espressione genica.  Il complesso dell’interferon-stimulated gene factor 3 (ISGF3)[che è composto da STAT1, STAT2 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9)] si lega a sequenze IFN-stimulated response element (ISRE) per attivare i classici geni antivirali, mentre gli omodimeri STAT1 legano gamma-activated sequence (GAS) di geni antivirali per indurre geni pro-infiammatori.  Gli omodimeri STAT3 sopprimono indirettamente l’espressione di geni pro-infiammatori, probabilmente attraverso l’induzione di repressori trascrizionali ancora sconosciuti.  STAT3 attivato da IFN di tipo I è legato dal complesso di corepressione SIN3 transcription regulator homologue A (SIN3A), che sopprime l’induzione di geni bersaglio diretti di STAT3 promuovendo la de-acetilazione di STAT3 ed istoni.  Gli IFN di tipo I attivano anche STAT4 e possono attivare STAT5 e STAT6 in maniera dipendente dal contesto (non mostrato nella figura).  CXCL9, CXC-chemochine ligand 9; MX1, IFN-induced GTP-binding protein Mx1; OAS, 2’-5’-oligoadenylate synthase; P, phosphate.

Figura 2. La via canonica di segnale degli interferoni di tipo I. Dopo il legame, il recettore dell’interferone-α (IFNAR, che è composto dalle subunità IFNAR1 e IFNAR2) attiva Janus kinase 1 (JAK1) e tyrosine kinase 2 (TYK2). La fosforilazione del recettore di queste chinasi risulta nel reclutamento delle proteine signal transducer and activator of transcription (STAT), nella loro fosforilazione, dimerizzazione e traslocazione nucleare. I tre complessi STAT prevalenti che sono formati in risposta agli interferoni (IFN) di tipo I controllano distinti programmi di espressione genica. Il complesso dell’interferon-stimulated gene factor 3 (ISGF3)[che è composto da STAT1, STAT2 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9)] si lega a sequenze IFN-stimulated response element (ISRE) per attivare i classici geni antivirali, mentre gli omodimeri STAT1 legano gamma-activated sequence (GAS) di geni antivirali per indurre geni pro-infiammatori. Gli omodimeri STAT3 sopprimono indirettamente l’espressione di geni pro-infiammatori, probabilmente attraverso l’induzione di repressori trascrizionali ancora sconosciuti. STAT3 attivato da IFN di tipo I è legato dal complesso di corepressione SIN3 transcription regulator homologue A (SIN3A), che sopprime l’induzione di geni bersaglio diretti di STAT3 promuovendo la de-acetilazione di STAT3 ed istoni. Gli IFN di tipo I attivano anche STAT4 e possono attivare STAT5 e STAT6 in maniera dipendente dal contesto (non mostrato nella figura). CXCL9, CXC-chemochine ligand 9; MX1, IFN-induced GTP-binding protein Mx1; OAS, 2’-5’-oligoadenylate synthase; P, phosphate.

STAT1 e STAT2 fosforilati in tirosina dimerizzano e traslocano nel nucleo, dove si assemblano con IFN-regulatory factor 9 (IRF9) per formare un complesso trimolecolare chiamato IFN-stimulated gene factor 3 (ISGF3). ISGF3 si lega alle proprie sequenze affini di DNA, che sono note come IFN-stimulated response elements (ISRE; con sequenza consenso TTTCNNTTTC), attivando quindi direttamente la trascrizione degli ISG.  Al contrario, la maggioranza delle altre citochine attivano omodimeri STAT che si legano ad una distinta sequenza gamma-attivata (GAS; sequenza consenso TTCNNNGAA).  Quindi, il segnale canonico dell’IFN di tipo I induce un sottogruppo distinto di molte centinaia di ISG guidati da ISRE, molti dei quali stabiliscono uno stato cellulare antivirale.  Le proteine codificate dai ISG limitano i patogeni attraverso molti meccanismi, tra cui l’inibizione della trascrizione, traduzione e replicazione virale, la degradazione degli acidi nucleici virali e l’alterazione del metabolismo cellulare lipidico.

                Le risposte cellulari al legame del IFNAR sono dipendenti dal tipo cellulare e dal contesto e variano lungo il decorso di una risposta immune.  Questa variazione risulta dalla linea cellulare e da differenze nello sviluppo che alterano come la cellula interpreta i segnali indotti da IFNAR, e dalla modulazione del segnale IFNAR e dall’espressione ISG attraverso segnali concomitanti indotti da patogeni, PRR e fattori immuni ed ambientali.  Questi segnali eterologhi regolano le risposte cellulari al legame di IFNAR a molteplici livelli.  Primo, regolano l’espressione e la modificazione post-traslazionale di IFNAR e dei componenti del segnale JAK-STAT, modulando così l’entità ed il quadro del segnale IFNAR.  Secondo, inducono fattori di trascrizione che cooperano con STAT e modulano gli stati della cromatina a livello dei loci genici bersaglio, specificando così l’espressione a valle degli ISG.  Terzo, modificano i fattori che mediano la traduzione, regolando in questo modo il quadro dell’espressione proteica.  Le risposte all’IFN si tipo I sono finemente regolate da segnali soppressivi opposti e stimolanti indotti da fattori dell’ospite; questi segnali mobilizzano rapidamente un’efficace risposta antimicrobica contro i patogeni invasori mentre limitano l’entità della risposta per evitare la relativa tossicità.  I patogeni possono usare alcuni degli stessi meccanismi soppressivi per evadere le azioni antimicrobiche degli IFN di tipo I.  Questa rassegna si focalizza sul come l’ospite, i patogeni e fattori ambientali regolano in maniera crociata il segnale, la trascrizione e la traduzione indotti da IFNAR per determinare il risultato biologico del segnale dell’IFN di tipo I.

Regolazione del segnale dell’IFN di tipo I

Segnale basale dell’IFN di tipo I. I componenti canonici della via di segnale dell’IFN di tipo I IFNAR, JAK, TYK2, STAT1, STAT2 e IRF9 sono ampiamente espressi, e quindi molti tipi cellulari sono competenti per montare le risposte dipendenti dall’IFN di tipo I.  Le cellule immuni possono rispondere rapidamente a bassi livelli degli IFN di tipo I, una capacità che è mantenuta in condizioni omeostatiche da un circuito autocrino in cui piccole quantità di IFNβ mantengono alti livelli basali di espressione di STAT1 e IRF9, essendo essi stessi ISG.  L’espressione basale di IFNβ e il concomitante segnale tonico IFNAR equipaggia le cellule immuni per mobilitare rapidamente i programmi antimicrobici.  Lavori recenti suggeriscono che la produzione basale di IFNβ in condizioni omeostatiche è guidata in parte dalla flora microbica commensale, che quindi può sistematicamente calibrare le risposte IFN di tipo I.  In aggiunta, il segnale IFNAR è aumentato da segnali tonici generati dagli immunorecettori associati ad immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) che legano ligandi endogeni costitutivamente espressi.  Il segnale tonico ITAM attiva protein tyrosine kinase 2 (PYK2; anche noto come PTK2) per amplificare l’attivazione di JAK indotta da IFN di tipo I.  Allo stesso tempo, l’entità del segnale basale IFNAR è limitato da meccanismi opposti che limitano l’espressione dei componenti di segnale IFNAR-JAK-STAT.  Questi meccanismi soppressivi includono l’arresto della RNA polimerasi II (Pol II) in geni che codificano componenti della via IFN e l’induzione di microRNA (miRNA) che destabilizzano o sopprimono la traduzione dei trascritti corrispondenti.  Lungo il corso di una risposta immune, le risposte cellulari a IFN di tipo I prodotti al momento sono modificate da meccanismi retroattivi che sono attivati da IFN di tipo I e da segnali eterologhi generati da fattori microbici e da citochine dell’ospite.

Aumento del segnale IFN di tipo I. I meccanismi che amplificano il segnale IFN di tipo I includono l’induzione dell’espressione di STAT1 e IRF9, l’aumento della fosforilazione in tirosina di STAT da parte di spleen tyrosine kinase (SYK) e PYK2 e l’innalzamento dell’attività trascrizionale di STAT1 da parte della fosforilazione in serina (Fig. 3).

Figura 3.  Il segnale degli interferoni di tipo I è regolato da vie di segnale eterologhe.  Varie vie recettoriali regolano in maniera crociata la risposta agli interferoni (IFN) di tipo I; questo altera i livelli di espressione e gli stati di attivazione dei componenti del segnale degli IFN.  Varie vie di mitogen-activated protein kinase (MAPK), come quelle indotte dai pattern-recognition receptor (PRR), aumentano l’attività trascrizionale di signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) attraverso la fosforilazione di una serina carbossi-terminale conservata.  Un segnale basale di basso livello da parte di recettori che contengono immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) aumenta anche l’attività di Janus kinase 1 (JAK1) attraverso l’attivazione di spleen tyrosine kinase (SYK) e protein tyrosine kinase 2 (PYK2).  Al contrario, una forte attivazione di recettori che contengono ITAM da parte di un legame crociato ad alta avidità sopprime il segnale del IFNα receptor (IFNAR) attraverso il reclutamento mediato dalla protein kinase C (PKC) di SH2 domain-containing protein-tyrosine phosphatase 2 (SHP2), che defosforila i segnali intermedi.  Le vie di segnale delle citochine, inclusa la via dell’interleuchina-1 (IL-1), inibiscono le risposte degli IFN di tipo I promuovendo direttamente il ricambio del recettore IFN attraverso la chinasi p38 e casein kinase II (CK2).  Varie citochine che segnalano attraverso le vie JAK-STAT, inclusi gli IFN di tipo I, regolano i livelli di espressione di regolatori sia positivi che negativi delle vie di risposta all’IFN.  I regolatori positivi indotti da JAK-STAT includono STAT1 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9), mentre i regolatori negativi includono la famiglia di proteine suppressor of cytokine signalling (SOCS) e ubiquitin carboxy-terminal hydrolase 18 (USP18).  L’inibitore della fosforilazione di STAT1 mediata da NF-κB kinase ε (IKKε) inibisce l’omodimerizzazione STAT1, promuovendo così l’attivazione del complesso del IFN-stimulated gene factor 3 (ISGF3) piuttosto che l’omodimero STAT1 in risposta all’IFN di tipo I.  L’espressione di IKKε è indotta da diverse vie, incluse le vie del tumour necrosis factor (TNF)- e indotte da PRR.  I microRNA indotti dalle vie della citochina e di PRR abbassano l’espressione delle proteine di segnale in rispossta a IFN: per esempio, miR-146a sopprime l’espressione di STAT1, e miR-155 causa una riduzione collettiva in varie proteine di segnale dell’IFN.  AGO2, Argonaute 2; RISC, RNA-induced silencing complex.

Figura 3. Il segnale degli interferoni di tipo I è regolato da vie di segnale eterologhe. Varie vie recettoriali regolano in maniera crociata la risposta agli interferoni (IFN) di tipo I; questo altera i livelli di espressione e gli stati di attivazione dei componenti del segnale degli IFN. Varie vie di mitogen-activated protein kinase (MAPK), come quelle indotte dai pattern-recognition receptor (PRR), aumentano l’attività trascrizionale di signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) attraverso la fosforilazione di una serina carbossi-terminale conservata. Un segnale basale di basso livello da parte di recettori che contengono immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) aumenta anche l’attività di Janus kinase 1 (JAK1) attraverso l’attivazione di spleen tyrosine kinase (SYK) e protein tyrosine kinase 2 (PYK2). Al contrario, una forte attivazione di recettori che contengono ITAM da parte di un legame crociato ad alta avidità sopprime il segnale del IFNα receptor (IFNAR) attraverso il reclutamento mediato dalla protein kinase C (PKC) di SH2 domain-containing protein-tyrosine phosphatase 2 (SHP2), che defosforila i segnali intermedi. Le vie di segnale delle citochine, inclusa la via dell’interleuchina-1 (IL-1), inibiscono le risposte degli IFN di tipo I promuovendo direttamente il ricambio del recettore IFN attraverso la chinasi p38 e casein kinase II (CK2). Varie citochine che segnalano attraverso le vie JAK-STAT, inclusi gli IFN di tipo I, regolano i livelli di espressione di regolatori sia positivi che negativi delle vie di risposta all’IFN. I regolatori positivi indotti da JAK-STAT includono STAT1 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9), mentre i regolatori negativi includono la famiglia di proteine suppressor of cytokine signalling (SOCS) e ubiquitin carboxy-terminal hydrolase 18 (USP18). L’inibitore della fosforilazione di STAT1 mediata da NF-κB kinase ε (IKKε) inibisce l’omodimerizzazione STAT1, promuovendo così l’attivazione del complesso del IFN-stimulated gene factor 3 (ISGF3) piuttosto che l’omodimero STAT1 in risposta all’IFN di tipo I. L’espressione di IKKε è indotta da diverse vie, incluse le vie del tumour necrosis factor (TNF)- e indotte da PRR. I microRNA indotti dalle vie della citochina e di PRR abbassano l’espressione delle proteine di segnale in rispossta a IFN: per esempio, miR-146a sopprime l’espressione di STAT1, e miR-155 causa una riduzione collettiva in varie proteine di segnale dell’IFN. AGO2, Argonaute 2; RISC, RNA-induced silencing complex.

STAT1 e IRF9 sono ISG, e la loro espressione è indotta dagli IFN di tipo I, IFNγ ed altre citochine che attivano le STAT, come l’interleuchina-6 (IL-6).  Aumentati livelli di STAT1 portano alla sua interazione con, ed all’attivazione di IFNAR, mentre livelli aumentati di IRF9 promuovono il legame di ISGF3 a geni bersaglio.  E’ degno di nota che basse concentrazioni picomolari degli IFN sono sufficienti ad aumentare l’espressione di STAT1, stimolando in questo modo, i macrofagi verso una aumentata sensibilità agli IFN di tipo I durante le fasi precoci dell’infezione, quando la quantità di questa citochina è limitante.  Questo meccanismo di stimolazione è operativo anche durante l’attivazione dei macrofagi ad opera del tumor necrosis factor (TNF), in cui il TNF induce concentrazioni picomolari di IFNβ che aumentano l’espressione di STAT1, il chè determina una elevata induzione degli ISG.  Elevate espressioni delle STAT e di IRF9 possono sostenere l’espressione di un sottogruppo di ISG per un prolungato periodo di tempo, anche in assenza di segnali di funzione mediati da citochine e da fosforilazione in tirosina di JAK e STAT.  Oltre alla crescente espressione di STAT, la stimolazione dei macrofagi con basse concentrazioni di IFNγ accoppia funzionalmente la chinasi SYK con IFNAR per amplificare il segnale e l’attivazione di STAT1; questo aumento è dipendente dal segnale da parte di immunorecettori associati ad ITAM.  La fosforilazione di una serina carbossi-terminale conservata in STAT1 che porta ad un’attività trascrizionale aumentata è mediata da vari membri delle famiglie di protein kinase C (PKC) e mitogen-activated protein kinase (MAPK).  Quindi, l’attività trascrizionale di STAT1 e l’induzione a valle degli ISG sono modulati da un gran numero di fattori dell’ospite che attivano le PKC e le MAPK, inclusi citochine infiammatorie e chemochine.

                In toto, il segnale IFNAR è aumentato attraverso distinti meccanismi dalle principali famiglie di recettori eterologhi che sono ingaggiati da vari ligandi durante la risposta immune.  Ciò aumenta la mobilizzazione mediata dall’ospite delle risposte degli IFN di tipo I durante le infezioni e promuove le funzioni antimicrobiche pro-infiammatorie degli IFN di tipo I.

Soppressione del segnale IFN di tipo I. I meccanismi che sopprimono le risposte mediate dagli IFN di tipo I includono la diminuita espressione del IFNAR sulla superficie cellulare, l’induzione di regolatori negativi come le proteine suppressor of cytokine signalling (SOCS) e ubiquitin carboxy-terminal hydrolase 18 (USP18), e l’induzione di miRNA (Fig. 3).  L’internalizzazione di IFNAR è indotta da varie vie eterologhe per limitare la sensibilità cellulare agli IFN.  Queste includono le vie di segnale attivate da citochine pro-infiammatorie come l’IL-1, i toll-like receptors (TLR), i recettori associati ad ITAM e stress metabolico o ossidativo.  Un meccanismo inibitorio è la stimolazione della fosforilazione di IFNAR mediata da p38 che facilita la successiva fosforilazione mediata da casein kinase II (CK2) di una sequenza degron nel dominio citoplasmatico di IFNAR, aumentando quindi l’internalizzazione recettoriale, l’ubiquitinazione e la degradazione.  Anche i virus e le cellule tumorali  inducono la degradazione di IFNAR per evadere le risposte antivirali e gli effetti anti-tumorali mediati da IFN di tipo I.  Oltre ad indurre l’internalizzazione degli IFNAR, la stimolazione dei TLR ed il legame crociato ad alta avidità dei recettori associati ad ITAM possono anche sopprimere il segnale IFNAR reclutando PKCβ e PKCδ negli IFNAR; l’attivazione di SH2 domain-containing protein tyrosine phoaphatase 2 (SHP2; anche nota come PTPN11), che è associata a questo reclutamento, può defosforilare gli intermedi di segnale.

                Gli IFN di tipo I inducono SOCS1, SOCS3 e USP18 come parte di un circolo retroattivo negativo per limitare l’entità e la durata delle risposte IFN di tipo I.  Le proteine SOCS competono con le STAT per il legame a IFNAR e sopprimono l’attività JAK, mentre USP18 spiazza JAK1 da IFNAR2.  Queste proteine inibitorie sono anche indotte da varie citochine che attivano il segnale JAK-STAT, da parte dei recettori associati ad ITAM (inclusa dectin 1 [anche nota come CLEC7A], che percepisce i patogeni fungini) e da citochine pro-infiammatorie e PRR che attivano le vie MAPK.  Quindi, i patogeni possono usare questi regolatori negativi per sfuggire dalle azioni antimicrobiche mediate dagli IFN di tipo I.  Le risposte IFN di tipo I sono ulteriormente regolate da miRNA.  L’espressione di STAT1 nelle cellule T helper 1 (TH1) è strettamente regolata da miR-146A.  miR-155 è altamente indotto durante l’attivazione cellulare e da segnali pro-infiammatori e PRR, ed un recente lavoro mostra che miR-155 sopprime ampiamente l’espressione dei componenti della via IFNAR-JAK-STAT in cellule T CD8+.  Questa soppressione innalza le risposte delle cellule T CD8+ ai patogeni virali e batterici diminuendo gli effetti negativi degli IFN di tipo I sulla proliferazione delle cellule T.

Regolazione qualitativa del segnale degli IFN di tipo I. Oltre alla sua entità, è regolata la natura qualitativa del segnale IFNAR, rendendo possibili in questo modo risultati biologici distinti a valle di un segnale prossimale comune.  Un meccanismo che spiega come il segnale IFNAR può attivare quadri diversi di espressione genica a valle è l’attivazione differenziale delle STAT che hanno geni bersaglio e funzioni biologiche distinte (Fig. 2).  Oltre all’attivazione di ISGF3 che è stata descritta all’inizio, IFNAR attiva gli omodimeri e gli eterodimeri STAT1 e STAT3 in molti tipi cellulari e può attivare STAT4, STAT5 e STAT6 in alcuni tipi cellulari.  L’equilibrio tra l’attivazione di STAT diversi da parte di IFNAR è parzialmente determinata dai livelli relativi di espressione di STAT.  Così, l’induzione preferenziale dell’espressione di STAT1 da parte di IFN e citochine, come avviene nei sistemi di stimolazione prima descritti, è associata con una aumentata attivazione indotta da IFN di tipo I degli omodimeri STAT1 e dall’espressione di geni pro-infiammatori che contengono GAS (simili a quelli attivati da IFNγ).  Al contrario di STAT1, STAT3 attiva geni che sopprimono le risposte infiammatorie, suggerendo che gli IFN di tipo I possono attivare una via di segnale parallela mediata da STAT3 che bilancia e limita le vie pro-infiammatorie indotte dagli IFN di tipo I.  Questa nozione è sostenuta da uno studio in cui l’espressione relativa di STAT1 e STAT3 veniva modulata usando approcci di espressione complementare forzata  ed RNA interference.  Questo studio ha trovato che l’espressione relativa delle STAT è un determinante importante del quadro di attivazione di STAT indotto da IFNAR e ha mostrato che STAT3 limita il segnale infiammatorio mediato da STAT1 a valle di IFNAR.  Allo stesso modo, gli esperimenti in cui STAT3 veniva eliminato in cellule mieloidi ha mostrato che STAT3 limita le risposte antivirali indotte da IFNAR.  L’idea che slittamenti nell’equilibrio di attivazione di complessi STAT diversi a valle di IFNAR mediano la sua funzione dipendente dal contesto alterando l’equilibrio tra funzioni antivirali, pro-infiammatorie, soppressive ed anti-proliferative è supportato da studi che mostrano uno scambio nel segnale IFNAR dall’attivazione di STAT1 all’attivazione di STAT4 in cellule T CD8+ durante l’infezione da virus della coriomeningite linfocitaria (LCMV).  Questo scambio nell’attivazione di STAT consente una ottimale espansione delle cellule T CD8+ specifiche per l’antigene e promuove l’immunità verso LCMV.

                Altri meccanismi rispetto ai livelli relativi di espressione regolano il quadro dell’attivazione di STAT indotto da IFNAR.  Per esempio, l’equilibrio tra ISGF3 e l’attivazione dell’omodimero STAT1 è regolato anche da inhibitor of NF-κB kinase-ε (IKKε).  La fosforilazione di STAT1 mediata da IKKε sopprime la formazione dell’omodimero STAT1, facilitando così la formazione di ISGF3 ed aumentando le risposte antivirali.  Sarà interessante determinare se l’attivazione di IKKε tramite i TLR o la sua induzione tramite TNF influenza i quadri di espressione ISG che sono indotti da questi fattori.  In aggiunta, cambiamenti nell’espressione relativa di STAT diversi sono insufficienti a spiegare come lo scambio di attivazione da STAT1 a STAT4 tramite IFNAR avviene in cellule T CD8+ durante l’infezione da LCMV.  Anche un’aumentata espressione di STAT1 è insufficiente a spiegare il forte slittamento verso l’attivazione dell’omodimero STAT1 che avviene in macrofagi stimolati con IFN; in questo caso, SYK contribuisce alla preferenziale fosforilazione in tirosina di STAT1.

                Anche stimoli concomitanti possono potenzialmente accoppiare IFNAR a nuove vie di segnale.  Per esempio, nel contesto dell’infezione con Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium, IFNAR interagisce direttamente con ed attiva le chinasi receptor-interacting serine/threonine-protein kinase (RIP) e quindi può indurre morte cellulare mediata da RIP.  Questo cambiamento indotto da S. Thyphimurium nel segnale di IFNAR sembra favorire la persistenza del patogeno in quanto consente a questo batterio intracellulare di evadere le risposte immuni innate attraverso l’eliminazione diretta delle cellule immuni innate.  E’ anche possibile che il segnale attraverso i recettori eterologhi influenzi una via di segnale appena descritta in cui l’IFNβ si lega direttamente ad IFNAR1, senza la necessità di IFNAR2, ed attiva una nuova risposta genica indipendente da JAK-STAT.

Regolazione della trascrizione indotta da IFN di tipo I

Nel classico modello di segnale JAK-STAT, il determinante predominante di attivazione genica è la traslocazione nucleare degli STAT ed il loro legame diretto ad elementi GAS affini (FIG. 2); nel caso degli IFN di tipo I, questo include la formazione di ISGF3 ed il suo legame agli ISRE. È divenuto chiaro che questo modello è incompleto e che la trascrizione genica indotta da STAT e da ISGF3 è regolata a diversi livelli: primo, dalla modificazione posttraslazionale degli STAT nel nucleo; secondo, attraverso la cooperazione degli STAT con altri fattori di trascrizione; terzo, da fattori epigenetici e stati della cromatina nei loci genici bersaglio che modulano l’accesso degli STAT ai loro geni bersaglio; quarto, attraverso l’interazione degli STAT con co-attivatori, co-repressori, complessi che modificano la cromatina e fattori di elongazione della trascrizione; e quinto, dal legame degli STAT ad elementi regolatori distali, come gli enhancer.  Questi meccanismi regolatori e la loro modulazione da vie eterologhe di segnale saranno discusse nella sezione seguente.

Modificazioni post-traslazionali. Come descritto, la fosforilazione in serina e tirosina degli STAT avviene nel citoplasma, ma la fosforilazione in serina avviene anche nel nucleo, presumibilmente nei loci genici bersaglio.  Questo evento fosforilativo è mediato in parte dalla cyclin-dependent kinase 8 (CDK8; che è un componente del complesso co-attivatorio Mediator) dopo il legame di STAT1 al DNA.  CDK8 modula l’espressione genica indotta da IFNγ ed aumenta le risposte antivirali, ma il suo ruolo funzionale nel segnale IFNAR non è ancora conosciuto.  Gli STAT sono anche acetilati, metilati e sumolati; sarà importante delucidare come queste modificazioni sono regolate e come modificano l’attivazione genica indotta da IFNAR.

Cooperazione con altri fattori di trascrizione. E’ stato mostrato che l’interazione maggiormente conosciuta degli STAT con altri fattori di trascrizione è con membri della famiglia IRF.  Le sequenze di DNA riconosciute dalla maggioranza degli IRF si sovrappongono con ISRE, e quindi gli IRF possono legare ed attivare molti degli stessi geni bersaglio di ISGF3.  In aggiunta, l’espressione di IRF1, IRF7, IRF8 e IRF9 è indotta dagli IFN attraverso meccanismi dipendenti da STAT, e molti ISG contengono sia elementi GAS e ISRE che IRF.  Questo ha portato ad un paradigma di espressione genica indotta da IFN in cui gli STAT e ISGF3 attivano direttamente alcuni ISG, inclusi IRF1, IRF7, IRF8 e IRF9, e questi IRF attivano un secondo gruppo di ISG, l’induzione dei quali è dipendente dalla sintesi proteica de novo. L’induzione dell’espressione di IRF7 porta ad un circolo a retroazione in cui la successiva attivazione post-traslazionale di IRF7 da parte del segnale PRR guida l’espressione a valle di IFNA e di vari geni bersaglio.  E’ importante che gli STAT, ISGF3 e gli IRF cooperano all’induzione di molti ISG da parte di un legame coordinato a sequenze affini nei promotori genici.  Un recente lavoro ha mostrato una co-occupazione in genoma ampio di promotori ed enhancer da parte di STAT1 e IRF1 dopo stimolazione con IFNγ o lipopolisaccaride (LPS, che induce produzione autocrina di IFNβ), suggerendo che la cooperazione estensiva tra questi fattori si estende al di là dell’induzione degli ISG classici.  Gli STAT si possono associare con gli IRF per formare complessi proteici che sono distinti da ISGF3, così come STAT1 si associa ad IRF1 e può quindi legarsi indirettamente ad elementi di regolazione genica che non contengono siti GAS.

                Le STAT cooperano anche con fattori di trascrizione che sono attivati da vie eterologhe di segnale: per esempio, le STAT interagiscono con NF-κB, che è attivato da molteplici PRR e citochine infiammatorie.  Questo consente un’induzione aumentata o sinergica dei geni bersaglio ed è mediata in parte dal legame coordinato dei STAT  ed NF-κB a siti GAS ed NF-κB nei promotori dei geni bersaglio.  Recentemente, Decker e colleghi hanno descritto un nuovo meccanismo attraverso cui segnali PRR e mediati da IFN di tipo I cooperano per indurre l’espressione della sintasi 2 dell’ossido nitrico (Nos2) durante infezione da Listeria monocytogenes.  L’attivazione dell’NF-κkB mediata da PRR stimola il promoter di Nos2 attraverso il reclutamento del fattore di trascrizione basale TFIIH e la chinasi che attiva Pol II CDK7.  Successivamente, l’IFNβ autocrino attiva ISGF3, che recluta Pol II nel promoter di Nos2, dove Pol II viene fosforilato ed attivato da CDK7 reclutata da NF-κB.

                Promyelocytic leukaemia zinc finger protein (PLZF; anche noto come ZBTB16) è emerso come un fattore di trascrizione che è necessario per l’espressione di un sottogruppo di ISG, ed è particolarmente importante per la funzione delle cellule natural killer nel contesto delle infezioni virali.  L’attivazione trascrizionale dei ISG da parte PLZF dipende in parte dal reclutamento di histone deacetylase I (HDAC1) e dalla fosforilazione in serina da parte della famiglia extracellular signal-regulated kinase (ERK) delle MAPK.  La fosforilazione di PLZF dipendente da ERK è indotta in alcuni tipi cellulari (come le cellule HeLa) dagli IFN e potrebbe mediare anche la regolazione crociata dell’induzione di ISG in cellule immuni da parte di vie eterologhe che attivano le MAPK.

                Le risposte IFN di tipo I possono anche essere inibite da repressori trascrizionali.  Un recente lavoro ha identificato elementi regolatori del DNA per il fattore di trascrizione forkhead box protein O3 (FOXO3) in molti promotori ISG, incluso IRF7.  Sulla base di esperimenti con topi geneticamente alterati ed infezioni virali, gli autori hanno proposto che le funzioni FOXO3 reprimano le risposte basali IFN di tipo I ed inoltre spengano la risposta IFN di tipo I durante la fase di risoluzione di un’infezione.  Si sa relativamente poco sulla repressione dell’espressione di ISG, e la caratterizzazione di altri repressori rappresenta un’area importante per studi futuri.

                Perfino in popolazioni cellulari quasi identiche, non tutte le cellule che sono infettate da un virus o esposti a prodotti microbici producono IFN di tipo I ed esprimono ISG.  La natura stocastica dell’espressione ISG sembra che sia correlata all’induzione bimodale di STAT2 e IRF7, che possono guidare una elevata quantità di trascrizione ISG in una particolare sottopopolazione di cellule, mentre altre cellule esprimono quantità molto più basse di trascritti ISG.  L’obiettivo biologico della stocasticità non è chiaro, ma alcune evidenze suggeriscono che essa genera cellule che sono “produttori di massa di IFN”.  Questi produttori di massa di IFN aiutano a combattere l’infezione ma possono anche essere più suscettibili alla morte cellulare, mentre i “produttori bassi di IFN” vengono preservati con lo scopo di mantenere la vitalità dei tessuti.

Rimodellamento cromatinico. L’espressione genica è limitata da barriere nucleosomiche, in cui gli ottameri istonici si legano al DNA e proibiscono il legame di fattori di trascrizione e l’estensione da Pol II.  Prima che l’espressione genica sia indotta, questa barriera deve essere superata attraverso la modificazione post-traslazionale degli istoni (per esempio, con l’acetilazione che “allenta” l’interazione tra ottameri e DNA) e attraverso il riposizionamento o la rimozione dei nucleosomi da parte di complessi di rimodellamento dipendenti da ATP (FIG. 4).  L’induzione degli ISG da parte degli IFN di tipo I necessita il rimodellamento della cromatina, che avviene attraverso il reclutamento mediato da STAT1, STAT2 e IRF di enzimi che rimodellano il nucleosoma ed istone acetiltransferasi (HAT).  Lavori passati condotti su linee cellulari hanno mostrato che la stimolazione con IFN di tipo I risulta nel reclutamento da parte degli ISG di BAF, un complesso di rimodellamento del nucleosoma dipendente da ATP (che corrisponde a SWI/SNF dei lieviti).  Il reclutamento di BAF è mediato almeno in parte dall’associazione di STAT2 con la subunità BRG1 di BAF, che risulta nell’aumentata accessibilità ai loci ISG e correla con l’aumentata trascrizione degli ISG.  BAF è anche importante per l’induzione di un sottogruppo di ISG e di altri geni di risposta secondaria dopo l’attivazione mediata da TLR di cellule mieloidi.  L’analisi del transcriptoma suggerisce che la scarsità di isole CpG nei promotori ISG predispone ad una elevata occupazione del nucleosoma e conferisce un requisito per il rimodellamento del nucleosoma.

                L’acetilazione in lisina dell’istone, particolarmente degli istoni H3 e H4 nei nucleosomi in vicinanza di regioni regolatorie, è associata con l’attività trascrizionale.  In seguito ad induzione, i promotori ISG si associano con gli HAT ed esibiscono livelli aumentati di acetilazione dell’istone; questa acetilazione è mediata in parte dal reclutamento degli HAT p300, CREB-binding protein (CBP) e CGN5 (anche nota come KAT2A) attraverso l’interazione con i domini di attivazione della trascrizione di STAT1 e STAT2.  Lavori recenti hanno collegato il legame di STAT1 che avviene dopo la stimolazione mediata da IFNγ con l’acetilazione dell’istone nei promoter e negli enhancer ad ampio genoma, ed è probabile che le STAT medino una estesa acetilazione istonica dopo la stimolazione con IFN di tipo I allo stesso modo.  Un meccanismo attraverso cui gli istoni acetilati aumentano la trascrizione è attraverso il reclutamento di proteine che contengono bromodomain (BRD) come BRD4, che a sua volta recluta il complesso positive transcription elongation factor b (pTEFb) per promuovere l’elongazione della trascrizione (FIG. 4)

Figura 4.  Induzione da parte di interferon di tipo I di geni stimolati dall’interferon coinvolti nel rimodellamento cromatinico e nel reclutamento di vari attivatori trascrizionali. In cellule non stimolate, la trascrizione di geni stimolati dall’interferon (ISG) è soppressa da fattori di trascrizione repressivi come forkhead box protein O3 (FOXO3), da elevata occupazione nucleosomica dovuta a basso contenuto di nucleotidi GC e da complessi repressori legati ad istoni metilati.  Quando c’è la stimolazione da IFN di tipo I, il complesso IFN-stimulated gene factor 3 (ISGF3) (che contiene signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1), STAT2 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9)) si lega al promoter e agli enhancer degli ISG, reclutando vari complessi di rimodellamento della cromatina e di attivatori trascrizionali.  Questi complessi includono l’istone acetiltransferasi CREB-binding protein (CBP), il fattore di rimodellamento cromatinico BRG1, il complesso co-attivatorio a subunità multiple Mediator, il fattore di elongazione Pol II-associated factor 1 homologue (PAF1) e le bromodomain-containing protein (BRD) come BRD4 che si lega agli istoni acetilati.  Le BRD reclutano il positive transcription elongation factor b (pTEFb), che aumenta la trascrizione fosforilando l’RNA polymerase II (Pol II).  CDK8, cyclin-dependent kinase 8; EHMT1, euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 1; H4ac, histone H4 acetylation; H3K9me2, histone H3 lysine 9 dimethylation.

Figura 4. Induzione da parte di interferon di tipo I di geni stimolati dall’interferon coinvolti nel rimodellamento cromatinico e nel reclutamento di vari attivatori trascrizionali.
In cellule non stimolate, la trascrizione di geni stimolati dall’interferon (ISG) è soppressa da fattori di trascrizione repressivi come forkhead box protein O3 (FOXO3), da elevata occupazione nucleosomica dovuta a basso contenuto di nucleotidi GC e da complessi repressori legati ad istoni metilati. Quando c’è la stimolazione da IFN di tipo I, il complesso IFN-stimulated gene factor 3 (ISGF3) (che contiene signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1), STAT2 e IFN-regulatory factor 9 (IRF9)) si lega al promoter e agli enhancer degli ISG, reclutando vari complessi di rimodellamento della cromatina e di attivatori trascrizionali. Questi complessi includono l’istone acetiltransferasi CREB-binding protein (CBP), il fattore di rimodellamento cromatinico BRG1, il complesso co-attivatorio a subunità multiple Mediator, il fattore di elongazione Pol II-associated factor 1 homologue (PAF1) e le bromodomain-containing protein (BRD) come BRD4 che si lega agli istoni acetilati. Le BRD reclutano il positive transcription elongation factor b (pTEFb), che aumenta la trascrizione fosforilando l’RNA polymerase II (Pol II). CDK8, cyclin-dependent kinase 8; EHMT1, euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 1; H4ac, histone H4 acetylation; H3K9me2, histone H3 lysine 9 dimethylation.

L’induzione degli ISG da parte degli IFN di tipo I necessita il rimodellamento della cromatina, che avviene attraverso il reclutamento mediato da STAT1, STAT2 e IRF di enzimi che rimodellano il nucleosoma e l’istone acetiltransferasi (HAT). Lavori passati condotti su linee cellulari hanno mostrato che la stimolazione con IFN di tipo I risulta nel reclutamento da parte degli ISG di BAF, un complesso di rimodellamento del nucleosoma dipendente da ATP (che corrisponde a SWI/SNF dei lieviti).  Il reclutamento di BAF è mediato almeno in parte dall’associazione di STAT2 con la subunità BRG1 di BAF, che risulta nell’aumentata accessibilità ai loci ISG e correla con l’aumentata trascrizione degli ISG.  BAF è anche importante per l’induzione di un sottogruppo di ISG e di altri geni di risposta secondaria dopo l’attivazione mediata da TLR di cellule mieloidi.  L’analisi del transcriptoma suggerisce che la scarsità di isole CpG nei promotori ISG predispone ad una elevata occupazione del nucleosoma e conferisce un requisito per il rimodellamento del nucleosoma.

                L’acetilazione in lisina dell’istone, particolarmente degli istoni H3 e H4 nei nucleosomi in vicinanza di regioni regolatorie, è associata con l’attività trascrizionale.  In seguito ad induzione, i promotori ISG si associano con gli HAT ed esibiscono livelli aumentati di acetilazione dell’istone; questa acetilazione è mediata in parte dal reclutamento degli HAT p300, CREB-binding protein (CBP) e CGN5 (anche nota come KAT2A) attraverso l’interazione con i domini di attivazione della trascrizione di STAT1 e STAT2.  Lavori recenti hanno collegato il legame di STAT1 che avviene dopo la stimolazione mediata da IFNγ con l’acetilazione dell’istone nei promoter e negli enhancer ad ampio genoma, ed è probabile che le STAT medino una estesa acetilazione istonica dopo la stimolazione con IFN di tipo I allo stesso modo.  Un meccanismo attraverso cui gli istoni acetilati aumentano la trascrizione è attraverso il reclutamento di proteine che contengono bromodomain (BRD) come BRD4, che a sua volta recluta il complesso positive transcription elongation factor b (pTEFb) per promuovere l’elongazione della trascrizione (FIG. 4).  In maniera consistente, la trascrizione degli ISG è sensibile ad inibitori, come I-BET e JQ1, che bloccano l’interazione dei bromodomain con gli istoni acetilati, anche se non è stata dimostrata l’interazione diretta dei BRD con pTEFb a livello degli ISG, ed i BRD potrebbero promuovere la trascrizione ISG attraverso meccanismi alternativi.  Paradossalmente, l’induzione degli ISG può essere bloccata anche da inibitori delle HDAC, ma questo blocco è indiretto ed è probabile che sia causato da inibizione HDAC in loci non-ISG.  Gli IFN di tipo I inducono anche l’ubiquitinazione di H2B, un marcatore positivo che promuove la trascrizione ISG guidata da IFN di tipo I ed è mediata dalla ligasi dell’ubiquitina E3 BRE1.  Gli adenovirus evadono la risposta IFN di tipo I distruggendo il complesso BRE1 e sopprimendo così l’espressione ISG.

                Similmente ad altri fattori di trascrizione, ISGF3 interagisce con proteine co-attivatrici e co-repressorie che mediano le interazioni con il macchinario trascrizionale generale e facilitano anche il reclutamento di enzimi che modificano la cromatina: per esempio, gli HAT, gli HDAC e le istone metiltransferasi.  STAT1 interagisce con la subunità di CDK8 del complesso co-attivatorio Mediator, mentre STAT2 all’interno di ISGF3 si lega alla subunità 14 di Mediator (MED14; anche nota come DRIP150) e alle proteine RVB.  L’interazione con le proteine RBV è necessaria per l’acetilazione degli istoni indotta da IFN di tipo I e per il reclutamento di Pol II in vari promotori ISG.  IRF9 all’interno dei complessi ISGF3 interagisce con glucocorticoid receptor-interacting protein 1 (GRIP1; anche nota come NCOA2), che è meglio conosciuta come un co-regolatore del recettore dei glucocorticoidi, per promuovere l’espressione ISG.  Questa interazione consente ai glucocorticoidi di sopprimere l’espressione ISG legando GRIP1 e rimuovendolo da ISGF3.  STAT3 attivato da IFNα lega il complesso di co-repressione SIN3 transcription regulator homologue A (SIN3A), che contiene HDAC1 e HDAC2 e sopprime l’induzione genica mediata da STAT3 (FIG. 2).  Questo spiega il problema noto da lungo tempo del perché i geni bersaglio di STAT3 non sono attivati dagli IFN di tipo I in certi tipi cellulari, nonostante una robusta attivazione di STAT3.  La diminuita espressione di SIN3 che consente a STAT3 attivato da IFN di tipo I di funzionare, risulta in diminuita espressione degli ISG, e ciò supporta la nozione prima discussa che STAT3 controbilancia STAT1 indotto da IFN di tipo I e la funzione di ISGF3.  Protein inhibitor of activated STAT1 (PIAS1) è una ligasi  di small ubiquitin-related modifier (SUMO) che può sopprimere la funzione di STAT1 e l’espressione di ISG sopprimendo il legame di STAT1 al DNA ed agendo da co-repressore per reclutare “scrittori” di marcatori negativi dell’istone.

Elongazione della trascrizione. Anche l’elongazione della trascrizione degli ISG è regolata.  Dopo stimolazione mediata da IFN di tipo I, le proteine negative elongation factor (NELF) e DRB sensitività-inducing factor (DSIF) che promuovono la pausa di Pol II sono reclutate negli ISG per limitare il prodotto trascrizionale.  L’elongazione trascrizionale nei loci ISG è promossa dal complesso Pol II-associated factor 1 homologue (PAF1), che è distrutto dalla proteina dell’influenza NS1 per facilitare l’evasione dal programma antivirale IFN di tipo I da parte di questo patogeno.

Panorama epigenetico. Gli STAT ed ISGF3 possono rimodellare la cromatina per attivare elementi regolatori, ma cosa determina dove gli STAT si legano prima?  Il paradigma attuale è che durante la differenziazione cellulare, i fattori di trascrizione che determinano la linea creano un panorama regolatorio specifico per il tipo cellulare consentendo l’accesso a certi elementi regolatori (promotori ed enhancer); a sua volta, il panorama regolatorio di cromatina accessibile determina il quadro di legame dei fattori attivati dal segnale, come gli STAT.  Il repertorio degli enhancer è specifico per il tipo cellulare e quindi può controllare il quadro iniziale di induzione ISG, anche se questo meccanismo regolatorio non è stato ancora direttamente studiato per le risposte agli IFN di tipo I.  Recentemente è divenuto chiaro che STAT1 stimola e/o attiva gli enhancer di ampio genoma durante la differenziazione o polarizzazione di cellule T e macrofagi, e può contribuire alla reazione di nuovi enhancer in cellule differenziate.  Quindi, STAT1 può alterare il panorama epigenetico, suggerendo che gli IFN  hanno la possibilità di alterare le risposte cellulari a successivi stimoli.  L’espressione ISG indotta da IFN di tipo I è controllata anche quantitativamente in maniera specifica per la linea cellulare dal marcatore istonico negativo histone H3 lysine 9 dimethylation (H3K9me2), che attenua l’espressione genica.  La deposizione di HeK9me2 negli ISG attraverso la metiltransferasi G9A risulta in una risposta IFN di tipo I più debole nei fibroblasti che in cellule emopoietiche, dove i marcatori H3K9me2 negli ISG sono a livello basso o assenti.  Inoltre, la G9A homologue euchromatic histone-lysine N-methyltransferase q (EHMT1)(anche nota come GLP) catalizza la metilazione H3K9 negli ISG per sopprimere la trascrizione, e la diminuita espressione di EHMT1 aumenta l’immunità antivirale.

Regolazione traduzionale delle risposte IFN di tipo I

Un ben conosciuto meccanismo antivirale degli IFN di tipo I è la soppressione globale della traduzione, che serve ad inibire la produzione di proteine virali e quindi la replicazione virale. Gli IFN di tipo I sopprimono la traduzione in parte attraverso l’induzione degli ISG che sopprimono direttamente la traduzione, come la protein kinase RNA-activated (PKR; anche nota come eIF2AK2), che fosforila ed inattiva il fattore chiave di traduzione eukaryotic translation initiation factor 2A (eIF2A).  Qui ci focalizziamo sul come la regolazione della traduzione influenza la risposta IFN di tipo I modulando l’espressione delle proteine STAT e degli ISG.  Una domanda chiave è come la traduzione di effettori della difesa dell’ospite, come gli ISG, è mantenuta e regolata nello scenario di una traduzione globalmente soppressa.

                Nonostante che gli IFN di tipo I sopprimano largamente la traduzione, in alcuni tipi cellulari attivano il segnale phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-AKT-mammalian target of rapamycin (mTOR), una via che promuove fortemente la traduzione attraverso l’inattivazione del soppressore della traduzione eIF4E-binding protein 1 e l’attivazione di p70S6 kinase, che a sua volta attiva i fattori di inizio della traduzione eIF4.  Nonostante che il segnale mTOR tipicamente promuova in maniera selettiva la traduzione dei trascritti che contengono sequenze terminal oligopyrimidine (TOP) e/o pyrimidine-rich translational element (PRTE) nelle loro 5’ untranslated regions (UTRs), il segnale IFNAR-mTOR promuove anche la traduzione di ISG selezionate attraverso l’attivazione di p70 S6 kinase e dei fattori di inizio della traduzione eIF4.  Questa via potrebbe contribuire ad aumentare la traduzione di IRF7, con conseguente induzione a valle della produzione di IFNα.  Gli IFN di tipo I aumentano anche la frequenza dei cicli dell’attività traduzionale ed arrestano quella che avviene nelle cellule che sono infettate con virus ad RNA che attivano PKR, e questa attività sembra facilitare la traduzione di proteine dell’ospite che sono importanti per la sopravvivenza cellulare.

                L’IFNβ induce l’espressione di vari miRNA che possono contribuire ad uno stato antivirale avendo come bersaglio trascritti virali e possibilmente dell’ospite, il chè risulta in diminuita traduzione ed aumentata degradazione.  Molti miRNA cellulari che hanno STAT1, STAT2, e i trascritti dell’IFNβ sono indotti dagli IFN di tipo I, incluso miR-146a, che è indotto anche da PRR e dal segnale di citochine infiammatorie.  Quindi, sembra che i miRNA indotti da IFN di tipo I partecipino alla inibizione retroattiva e possono anche essere indotti da altri fattori che regolano in maniera crociata le risposte IFN di tipo I.  La regolazione delle risposte IFN di tipo I da parte dei miRNA meritano ulteriori studi, ed un sostanziale avanzamento è stato l’identificazione di trascritti dell’ospite che sono direttamente il bersaglio di miRNA indotti da IFN di tipo I.  Ciò è stato ottenuto usando la tecnica HITS-CLIP per identificare i trascritti che sono associati con complessi di silenziamento indotti da RNA.

                Proteine codificate da ISG possono inibire largamente la traduzione o avere come bersaglio trascritti specifici.  Un’ampia soppressione del macchinario generale di traduzione è stata documentata per IFN-induced protein with tetratricopeptide repeats I (IFIT1) e IFIT2, che lega ed inibisce la formazione mediata da eIF3 del complesso ribosomale di preiniziazione, mentre PKR fosforila ed inibisce il complesso eIF2, che è importante per la funzione ribosomale.  Il repressore generale della traduzione 4E-BP, che è regolato dal segnale IFN di tipo I-mTOR, può sopprimere la traduzione IRF7, che potrebbe servire come misura preventiva per limitare l’espressione di IRF7 in assenza di segnali regolatori positivi.  Inoltre, la traduzione IRF7 è soppressa dal compagno ISG 2’-5’-oligoadenylate synthase-like protein 1 (OASL1) in maniera inducibile ed altamente specifica.  Nonostante non influenzi globalmente la traduzione, OASL1 sopprime specificamente la traduzione IRF7 legando una struttura a doppia origine-circolare nel 5’UTR IRF7.  Quindi, la traduzione degli ISG durante una risposta IFN di tipo I può essere regolata da sequenze uniche che sono presenti nei loro mRNA.  L’espressione di OASL1 aumenta dopo la stimolazione di IFN di tipo I, così questo rappresenta una via retroattiva negativa che limita la durata o l’intensità della risposta IFN di tipo I.

Regolazione delle risposte IFN croniche

Le proprietà antivirali e di stimolo immunitario degli IFN di tipo I durante le infezioni virali acute sono ben conosciute, ed è stato riportato anche il loro doppio ruolo protettivo e dannoso nelle infezioni batteriche acute. Si sa di meno sul ruolo nell’aumento cronico degli IFN di tipo I e sulla risposta associata dell’IFN di tipo I (che si osserva come “firma IFN” dell’espressione ISG) in varie malattie autoimmuni ed infezioni croniche virali e batteriche.  Una risposta cronica IFN di tipo I è associata con le malattie autoimmuni lupus erythematosus (SLE), sindrome di Sjogren, sclerosi sistemica, miosite e artrite reumatoide.  Anche varianti alleliche associate alla malattia nei geni della via IFN ed in sequenze ISRE che sono presenti nei promoter ed enhancer in ampio genoma legano la via IFN a queste malattie.  Una firma IFN di tipo I è rilevata in pazienti che sono infettati cronicamente con il virus dell’epatite C (HCV) ed HIV, e più recentemente è stato descritto e, sorprendentemente, legato ad una aumentata attività di malattia nella malattia micobatterica cronica tubercolosi e lebbra lepromatosa.  In questa sezione, riassumiamo il ruolo potenziale delle risposte IFN di tipo I in questi scenari e discutiamo come il complesso ambiente di queste malattie croniche possano regolare le risposte IFN di tipo I per influenzare la patogenesi della malattia.  Questi IFN di tipo I hanno anche un ruolo importante nella resistenza al cancro, che non sarà trattata in quanto la regolazione delle risposte IFN in questo contesto non sono ancora molto conosciute.

Funzioni degli IFN di tipo I nelle malattie autoimmuni. Generalmente, si pensa che gli IFN di tipo I abbiano un ruolo patogenetico nelle malattie autoimmuni promuovendo la presentazione dell’antigene e le risposte linfocitarie ed inducendo l’espressione di citochine (Fig. 5a)

Figura 5.  Persistente esposizione all’interferon di tipo I nelle malattie autoimmune e nelle infezioni croniche inducono vie di segnale immunosuppressive. a.Nelle malattie autoimmuni come il lupus eritematoso sistemico (LES), la produzione cronica di interferon (IFN) di tipo I è perpetuato in parte dalla stimolazione disregolata o persistente di cellule che presentano l’antigene (APC), incluse le cellule dendritiche plasmacitoidi (pDC), da parte di complessi immuni e molecole damage-associated molecular pattern (DAMP).  L’esposizione persistente a IFN di tipo I risulta nell’aumento della funzione effettrice T e B, che porta alla produzione di anticorpi ed, in ultima analisi, a malattia autoimmune.  La stimolazione cronica da parte di immunocomplessi e DAMP (e potenzialmente da IFN) aumenta anche la produzione monocitaria di interleuchina-10 (IL-10), che sopprime l’immunità innata ed adattiva.  Gli IFN di tipo I possono anche sopprimere la produzione di citochine da parte delle cellule immuni innate.  Nonostante generalmente si pensi che gli IFN di tipo I promuovano alcune malattie autoimmuni, come il LES, il loro ruolo di equilibrio potrebbe essere dominante in altre malattie autoimmuni come la sclerosi multipla.  Le proprietà immunosoppressive degli IFN di tipo I potrebbero contribuire all’aumentata suscettibilità ad infezioni particolari nel LES.  b. Durante le infezioni croniche virali o batteriche, le cellule producono continuativamente gli IFN di tipo I.  L’esposizione cronica a IFN di tipo I di cellule immuni innate induce, in ultima analisi, vie di trasduzione immunosoppressive che coinvolgono l’IL-10 e programmed cell death 1 ligand 1 (PDL1), che sopprimono la funzione delle cellule T e retroattivamente sopprimono anche le cellule immuni innate.  Nelle infezioni da virus della coriomeningite linfocitaria (LCMV) e da Mycobacterium laepre, l’esposizione persistente a IFN di tipo I sopprime le vie efficaci di eliminazione dei patogeni che coinvolgono l’IFNγ.  IFNR, IFN receptor; PD1, programmed cell death 1.

Figura 5. Persistente esposizione all’interferon di tipo I nelle malattie autoimmune e nelle infezioni croniche inducono vie di segnale immunosuppressive.
a. Nelle malattie autoimmuni come il lupus eritematoso sistemico (LES), la produzione cronica di interferon (IFN) di tipo I è perpetuato in parte dalla stimolazione disregolata o persistente di cellule che presentano l’antigene (APC), incluse le cellule dendritiche plasmacitoidi (pDC), da parte di complessi immuni e molecole damage-associated molecular pattern (DAMP). L’esposizione persistente a IFN di tipo I risulta nell’aumento della funzione effettrice T e B, che porta alla produzione di anticorpi ed, in ultima analisi, a malattia autoimmune. La stimolazione cronica da parte di immunocomplessi e DAMP (e potenzialmente da IFN) aumenta anche la produzione monocitaria di interleuchina-10 (IL-10), che sopprime l’immunità innata ed adattiva. Gli IFN di tipo I possono anche sopprimere la produzione di citochine da parte delle cellule immuni innate. Nonostante generalmente si pensi che gli IFN di tipo I promuovano alcune malattie autoimmuni, come il LES, il loro ruolo di equilibrio potrebbe essere dominante in altre malattie autoimmuni come la sclerosi multipla. Le proprietà immunosoppressive degli IFN di tipo I potrebbero contribuire all’aumentata suscettibilità ad infezioni particolari nel LES. b. Durante le infezioni croniche virali o batteriche, le cellule producono continuativamente gli IFN di tipo I. L’esposizione cronica a IFN di tipo I di cellule immuni innate induce, in ultima analisi, vie di trasduzione immunosoppressive che coinvolgono l’IL-10 e programmed cell death 1 ligand 1 (PDL1), che sopprimono la funzione delle cellule T e retroattivamente sopprimono anche le cellule immuni innate. Nelle infezioni da virus della coriomeningite linfocitaria (LCMV) e da Mycobacterium laepre, l’esposizione persistente a IFN di tipo I sopprime le vie efficaci di eliminazione dei patogeni che coinvolgono l’IFNγ. IFNR, IFN receptor; PD1, programmed cell death 1.

In aggiunta, le cellule mieloidi in molte malattie autoimmuni, incluso il SLE, esprimono livelli aumentati di STAT1, e ciò suggerisce i meccanismi di stimolazione descritti prima che aumentino le risposte IFN. Quindi, la stimolazione mediata da IFN può contribuire ad aumentare l’attivazione cellulare e la sensibilità a fattori infiammatori nelle malattie autoimmuni.  Tuttavia, gli IFN possono anche avere un ruolo protettivo nelle malattie autoimmuni.  E’ stato recentemente mostrato che una variante allelica della tyrosine-protein phosphatase non-receptor type 22 (PTPN22) che è stata associata con lo sviluppo di autoimmunità nell’uomo ed in modelli murini conferisce diminuita produzione di IFN di tipo I, che è consistente con un ruolo protettivo per gli IFN di tipo I.  In aggiunta, gli IFN di tipo I sono protettivi in modelli animali di artrite e malattia infiammatoria dell’intestino e sono terapeuticamente efficaci nella sclerosi multipla.  E’ probabile che medino protezione in queste situazioni sopprimendo la produzione e la funzione di citochine infiammatorie, sopprimendo la proliferazione di tipi cellulari patogeni, sopprimendo le risposte TH17 e regolando la barriera emato-encefalica.  Riassumendo, gli IFN di tipo I possono avere effetti sia deleteri che protettivi nelle malattie autoimmuni (Fig. 5a).  Il loro ruolo nelle malattie autoimmuni umane sarà chiarito solo con il completamento degli studi clinici in corso che coinvolge il blocco degli IFN.  Dato che le malattie autoimmuni sono caratterizzate da espressione fluttuante di molti dei fattori descritti prima che regolano le risposte IFN di tipo I, come i ligandi di PRR e citochine, è probabile che le risposte IFN di tipo I cambino nel tempo e potrebbero prevalentemente attivare o sopprimere le risposte immuni in stadi diversi della malattia.

Regolazione crociata tra le vie di segnale del TNF e dell’IFN. La regolazione crociata tra gli IFN di tipo I e citochine pro-infiammatorie che guidano la patogenesi delle malattie è probabile che aiuti a dare forma al ruolo degli IFN di tipo I nelle malattie autoimmuni.  Per esempio, c’è uno scambio sostanziale tra le vie di segnale indotte dagli IFN di tipo I ed il TNF, una citochina patogenica nelle malattie autoimmuni umane, incluse l’artrite reumatoide e la malattia infiammatoria dell’intestino.  In base alle scoperte che gli IFN di tipo I ed il TNF possono mutualmente sopprimere l’espressione l’uno dell’altro, allora il blocco del TNF può esprimere una firma IFN di tipo I nel sangue dei pazienti e che la produzione di TNF è bassa nel modello di SLE nel topo NZB/W, Banchereau e colleghi hanno proposto che uno squilibrio tra queste due citochine porta ad una azione eccessiva non limitata del TNF o dell’IFN di tipo I, che risulta in fenotipi distinti di malattia autoimmune.  Noi abbiamo scoperto una ulteriore complessità nella regolazione crociata delle risposte TNF e IFN di tipo I, ed abbiamo trovato che il TNF guida l’espressione ISG nei macrofagi sinoviali di pazienti con artrite reumatoide, ma allo stesso tempo limita il segnale mediato da IFN di tipo I e modula il quadro dell’espressione ISG.  Quindi, la regolazione delle risposte IFN di tipo I da parte del TNF potrebbe determinare l’equilibrio tra il potenziale patogeno ed i ruoli protettivi degli IFN di tipo I nella patogenesi dell’artrite reumatoide.

Immunosoppressione mediata dagli IFN di tipo I. Molti studi recenti nei topi e nell’uomo hanno mostrato che gli IFN di tipo I possono avere un ruolo prevalentemente soppressivo nella fase cronica dell’infezione con LCMV, mycobacterium tuberculosis e Mycobacterium leprae (Fig. 5b).  Durante l’infezione cronica nei topi con il clone 13 del ceppo di LCMV, gli IFN di tipo I inducono fattori immunosoppressivi, come l’IL-10 e programmed cell death 1 ligand 1 (PDL1), oltre agli ISG e a citochine pro-infiammatorie.  Questi fattori soppressivi sono dominanti, dal momento che il blocco di IFN di tipo I o la deficienza di IFNAR risulta in diminuita espressione di PDL1 e IL-10 e nella concomitante eliminazione dell’infezione virale, che è dipendente da cellule T CD4+ ed aumentata produzione di IFNγ.  L’aumentata produzione di IL-10 mediata dagli IFN di tipo I contribuisce anche all’esacerbazione della malattia in un modello murino di infezione da M. tuberculosis.  L’IL-10 indotta da IFN di tipo I può sopprimere l’infezione da M. tuberculosis in parte inibendo la produzione di IL-1, che è importante per controllare l’infezione di questo patogeno nei topi.  Allo stesso modo, gli IFN di tipo I hanno un ruolo prevalentemente soppressivo nelle lesioni della lebbra lepromatosa cronica disseminata in pazienti infetti da M. leprae.  I meccanismi immunosoppressivi includono l’induzione di IL-10, che antagonizza il programma anti-microbico mediato da IFNγ che guida l’eliminazione del patogeno e la risoluzione della malattia nelle lesioni tubercoloidi autolimitanti.  Gli effetti antiproliferativi degli IFN di tipo I potrebbero contribuire anche all’immunosoppressione in infezioni croniche.  Globalmente, questi studi suggeriscono che, quando le infezioni virali o batteriche non possono essere eliminate, il segnale sostenuto dell’IFN di tipo I assume un ruolo prevalentemente immunosoppressivo, probabilmente per limitare la tossicità verso l’ospite e limitare così la morbidità durante l’infezione persistente.  Questo lavoro ha implicazioni importanti per il ruolo degli IFN di tipo I nelle infezioni croniche umane come l’HIV, HCV e M. tuberculosis.  Innalzare le firme IFN di tipo I correla con la severità dell’HCV e della tubercolosi, che è consistente con un ruolo immunosoppressivo per gli IFN di tipo I, ed aumentati livelli di IL-10 e/o PDL1 sono stati rilevati in pazienti con queste infezioni ed in pazienti con HIV.  Quindi, i meccanismi immunosoppressivi indotti da IFN di tipo I potrebbero essere ampiamente operativi in varie infezioni croniche.  Questi studi suggeriscono un ripensamento non solo del ruolo degli IFN di tipo I nell’infezione cronica ma anche la nozione apparentemente paradossale che le terapie che bloccano gli IFN di tipo I potrebbero in verità aumentare l’immunità specifica e promuovere l’eliminazione delle infezioni croniche.

                Gli studi citati mostrano come le funzioni degli IFN di tipo I possono variare dall’essere principalmente anti-microbici ed immunostimolatori per natura durante l’infezione acuta a divenire prevalentemente immunosoppressive in fasi più tardive, croniche dell’infezione.  E’ possibile che questa variazione di funzione sia mediata da alcuni dei meccanismi regolano, come abbiamo descritto, le risposte IFN di tipo I.  Ciò potrebbe avvenire attraverso lo smascheramento di vie di segnale soppressive latenti  indotte dagli IFN.  Per esempio, l’induzione dell’IL-10 e di PDL1 è mediata almeno in parte da STAT3, e un rilascio di STAT3 attivato da IFN di tipo I dalla repressione da parte di SIN3A potrebbe aiutare a guidare l’espressione di IL-10 e PDL1.  Un’area interessante per investigazioni future è un’analisi di come le risposte IFN di tipo I sono regolate e riprogrammate durante l’infezione cronica e le malattie autoimmuni, che potrebbero essere mediate dai meccanismi epigenetici descritti precedentemente.

Considerazioni conclusive

Ugualmente alla maggior parte delle citochine, gli IFN di tipo I inducono risposte equilibrate in cui segnali attivatori che inducono stati antivirali e promuovono risposte immuni sono controbilanciate da segnali soppressivi che limitano la tossicità verso l’ospite e consentono la coesistenza con patogeni cronici. Queste risposte equilibrate sono finemente regolate da fattori dell’ospite a molteplici livelli, inclusi il segnale, trascrizione e traduzione, per scolpire le risposte immuni che sono appropriate per la difesa e la sopravvivenza dell’ospite.  I patogeni possono sfruttare alcuni di questi meccanismi regolatori per evadere le risposte immuni, inclusi le risposte degli IFN di tipo I come bersaglio di molecole codificate dai patogeni.  In aggiunta, la disregolazione delle risposte IFN di tipo I possono contribuire alle malattie autoimmuni.  Una migliore comprensione dei meccanismi che regolano le risposte IFN di tipo I è necessaria per guidare lo sviluppo di terapie razionali che promuovano l’eradicazione dei patogeni ed allevino le malattie autoimmuni.  Ciò è particolarmente importante per le malattie autoimmuni in cui gli IFN di tipo I potrebbero essere patologici, come nella SLE, ed anche per le infezioni croniche in cui sono stati recentemente descritti ruoli inaspettatamente immunosoppressivi degli IFN di tipo I, incluse le infezioni da HIV, M. leprae e M. tuberculosis che rappresentano un enorme fardello sulla salute nell’uomo.  Nuove, promettenti ed eccitanti aree di future ricerche includono i ruoli dell’epigenetica, degli RNA non codificanti, la regolazione tradizionale e il metabolismo cellulare nella modulazione delle risposte IFN di tipo I.  Avanzamenti in queste aree aiuterebbero lo sviluppo di terapeutici che possono avere bersagli selettivi in componenti patogene delle risposte IFN di tipo I mentre lasciano intatte le difese dell’ospite mediate da IFN.  In aggiunta, nuove tecnologie, incluse quelle che consentono analisi ad ampio genoma, offrono promesse per investigazioni più complete sulle risposte IFN di tipo I nel sistema immune umano e dovrebbero facilitare lo sviluppo di terapie mirate.

(Tratto da Lionel B. Ivashkiv e Laura T. Dolin, “Regulation of type I interferon responses”, Nat Rev Drug Discov, 2014; 14:36-49)

La genetica dell’artrite reumatoide contribuisce alla sua biologia ed alla scoperta dei farmaci

Posted in Biomedical Research with tags , , , , on August 14, 2014 by Domenico Delfino

Una delle sfide principali della genetica nell’uomo è di concepire una strategia sistematica per integrare le varianti associate alla malattia con i diversi gruppi di dati genomici e biologici per fornire approfondimenti della patogenesi della malattia e guidare la scoperta di farmaci per tratti complessi come l’artrite reumatoide (RA).  Qui abbiamo attuato uno studio di meta-analisi di un’ampia associazione genomica su un totale di >100000 soggetti con antenati Europei ed Asiatici (29880 casi di RA e 73758 controlli), valutando circa 10 milioni di polimorfismi su singoli nucleotidi.  Abbiamo scoperto 42 nuovi loci di rischio per RA con un livello di significatività nel genoma ampio, portando il totale a 101.  Abbiamo ideato una linea in silico usando metodi di bioinformatica conosciuti basati su annotazioni funzionali, tratti di loci con espressioni quantitative cis-acting ed analisi delle vie di trasduzione – così come nuovi metodi basati sulla sovrapposizione genetica con l’immunodeficienza primitiva umana, con mutazioni somatiche dei tumori ematologici e fenotipi di topi knock-out – per identificare 98 geni candidati in questi 101 loci di rischio.  Abbiamo dimostrato che questi geni sono bersagli di terapie approvate per la RA, e suggeriamo inoltre che farmaci approvati per altre indicazioni possono essere riproposti per il trattamento della RA.  In toto, lo studio genetico completo getta nuova luce su geni fondamentali, tipi cellulari e vie di trasduzione che contribuiscono alla patogenesi della RA, e fornisce evidenze empiriche che la genetica dell’RA può fornire importanti informazioni per la scoperta di nuovi farmaci.

Abbiamo condotto una meta-analisi trans-etnica in tre stadi.  Sulla base dell’architettura poligenica della RA e del rischio genetico comune ai diversi antenati, abbiamo proposto che combinando uno studio di associazione a genoma ampio (genome-wide association study – GWAS-) di antenati Europei ed Asiatici dovrebbe aumentare il potere di evidenziare nuovi loci di rischio.  Nello stadio 1, abbiamo combinato 22 GWAS per 19234 casi e 61565 controlli di antenati Europei ed Asiatici.  Abbiamo condotto meta-analisi trans-etniche, specifiche Europee e specifiche Asiatiche valutando circa 10 milioni di polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs).  Sono state descritte le caratteristiche delle coorti, delle piattaforme di genotipizzazione ed i criteri del controllo di qualità sono state descritte.

                La meta-analisi dello stadio 1 ha identificato 57 loci che hanno soddisfatto la soglia di significatività genome-wide di P<5.0 x 10-8, inclusi 17 nuovi loci.  Abbiamo poi condotto uno studio di replicazione a due step (stadio 2 per in silico e stadio 3 per de novo) in 10646 casi e 12193 controlli per i loci con P<5.0 x 10-6 dello stadio 1.  In una analisi combinata degli stadi 1-3, abbiamo identificato 42 nuovi loci con P<5.0 x 10-8 in qualsiasi delle meta-analisi trans-etniche, Europee o Asiatiche.  Questo ha aumentato il numero totale dei loci di rischio RA a 101.

                Il paragone di 101 loci di rischio ha rivelato correlazioni significative delle frequenze alleliche di rischio (RAFs) e dell’Odds Ratio (ORs) tra gli Europei e gli Asiatici, anche se 5 loci hanno dimostrato un’associazione specifica di popolazione.  Nel modello di rischio genetico specifico per popolazione, i 100 loci di rischio RA al di fuori della regione del complesso maggiore d’istocompatibilità (MHC) dispiegano un 5,5% ed un 4,7% di ereditarietà per Europei ed Asiatici, rispettivamente, con un 1,6% di ereditarietà dei nuovi loci.  Il modello di rischio genetico trans-etnico, basato sulla RAF di una popolazione ma sul OR dell’altra popolazione, potrebbe spiegare la maggioranza (>80%) dell’ereditarietà conosciuta in ciascuna popolazione (4,7% per gli Europei e 3,8% per gli AsiaticI).  Queste osservazioni supportano la nostra ipotesi che il rischio genetico dell’RA è condiviso, in generale tra Europei ed Asiatici.

                Abbiamo valutato l’arricchimento di 100 loci di rischio non-MHC in marchi epigenetici di cromatina.  Dei 34 tipi cellulari investigati, abbiamo osservato un significativo arricchimento degli alleli di rischio RA con picchi di trimetilazione dell’istone H3 nella lisina 4 (H3K4me3) in cellule T regolatorie CD4+ (cellule Treg; P<1.0 x 10-5).  Per i loci di rischio RA arricchiti per picchi H3K4me3 nelle Treg, abbiamo incorporato le notazioni epigenetiche insieme alle differenze trans-etniche in quadri di linkage disequilibrium per mappare finemente eventuali alleli di rischio casuali.

                Abbiamo scoperto che circa due-terzi dei loci di rischio RA dimostravano pleiotropia con altri fenotipi umani, incluse malattie correlate all’immunità (per esempio, vitiligine, cirrosi biliare primitiva), correlate all’infiammazione o biomarcatori ematologici (per esempio, fibrinogeno, conte neutrofile) e altri tratti complessi (per esempio, malattie cardiovascolari).

                Ciascuno dei 100 loci di rischio non-MHC contenevano una media di circa 4 geni nella regione del linkage disequilibrium (in totale 377 geni).  Per dare priorità in maniera sistematica al gene più probabile come candidato biologico, abbiamo messo a punto una linea bioinformatica in silico.  Oltre ai metodi pubblicati che integrano i dati attraverso loci associati, noi abbiamo valutato molti gruppi di dati biologici per testare l’arricchimento di geni di rischio RA, il chè aiuta a puntare un gene specifico in ciascun locus.

                Abbiamo per prima cosa condotto una annotazione funzionale degli SNP dei loci di rischio. Il sedici per cento degli SNP erano in linkage disequilibrium con SNP missense.  La proporzione di SNP di rischio RA missense era più alta se paragonata con un gruppo di SNP comuni genome-wide (8.0%), e relativamente molto più alta nell’eredità spiegata (circa 26,8%).  Usando dati cis-acting expression quantitative trait loci (cis-eQTL) ottenuti da cellule mononucleate del sangue periferico (5311 individui) e da cellule T CD4+ e monociti CD14+CD16 (212 individui), abbiamo scoperto che gli SNP di rischio RA in 44 loci mostravano effetti cis-eQTL.

                Secondo, abbiamo valutato se geni dai loci di rischio RA si sovrappongono con geni dell’immunodeficienza primitiva (PID) dell’uomo, ed abbiamo osservato una sovrapposizione significativa (14/94 = 7,2%).  Le categorie di classificazione dei geni PID mostrano quadri differenti di sovrapposizione:  la proporzione più alta di sovrapposizione era in “disregolazione immune” (4/21 = 19,0%) ma non c’era nessuna sovrapposizione in “immunità innata”.

                Terzo, abbiamo valutato la sovrapposizione con geni somatici del cancro mutati, nell’ipotesi che geni che conferiscono vantaggi per la crescita cellulare possano contribuire allo sviluppo RA.  Tra 444 geni con mutazioni somatiche del cancro registrate, abbiamo osservato una sovrapposizione significativa con geni implicati in tumori ematologici (17/251 = 6,8%), ma non con geni implicati in tumori non ematologici (6/221 = 2.7%).

                Quarto, abbiamo valutato la sovrapposizione con geni implicati in fenotipi di topi knockout.  Tra le 30 categorie di fenotipi, abbiamo osservato 3 categorie significativamente arricchite con geni di rischio RA: “fenotipo del sistema ematopoietico”, “fenotipo del sistema immune”, e “fenotipo cellulare”.

                Infine, abbiamo condotto un’analisi di arricchimento di vie molecolari.  Abbiamo osservato arricchimento per vie correlate alle cellule T, consistente con segnature epigenetiche cellulo-specifiche, così come arricchimento per vie di segnale di cellule B e citochine (per esempio, interleuchina (IL)-10, interferone, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)).  Per paragone, la nostra precedente meta-analisi RA GWAS non ha identificato le vie di segnale di cellule B e citochine, e ciò indica che se più loci vengono scoperti, sono identificate ulteriori vie biologiche.

In base a questi nuovi risultati, abbiamo adottato i seguenti 8 criteri come priorità per ciascuno dei 377 geni dai 100 loci di rischio RA non-MHC: (1) geni con varianti missenso di rischio RA (n = 19); (2) geni cis-eQTL (n = 51); (3) geni resi prioritari per estrazione dai testi pube (n = 90); (4) geni resi prioritari dalle interazioni proteina-proteina (PPI)(n = 63); (5) geni PID (n = 15); (6) geni con mutazioni somatiche di tumori ematologici (n = 17); (7) geni resi prioritari dall’associazione con fenotipi knockout (n = 86); e (8) geni resi prioritari dall’analisi delle vie molecolari (n = 35).

                Novantotto geni (26%) hanno ricevuto un punteggio di > 2, che abbiamo definito come “geni di rischio RA candidati biologici”.  Diciannove loci includevano molteplici geni di rischio biologico RA (per esempio, IL13 e CSF2 nel cromosoma 5q31), mentre non sono stati selezionati geni biologici da 40 loci.

                Per fornire evidenze empiriche della linea, abbiamo valutato le relazioni dei punteggi dei geni con informazioni genomiche o epigenetiche indipendenti.  C’erano maggiori probabilità che i geni con punteggi biologici più alti fossero geni più vicini al rischio SNP (18.6% per punteggio dei geni <2 e 49% per punteggi dei geni >2), ed anche fossero inclusi nella regione in cui il rischio RA SNP era sovrapposto con i picchi H3K4me3 Treg (41.9% per punteggio dei geni <2 e 57.1% per punteggio dei geni >2).  Inoltre, le cellule Treg dimostravano il maggior incremento nelle proporzioni di sovrapposizione con i picchi H3K4me3 per l’aumento dei punteggi biologici dei geni in paragone con altri tipi cellulari.

                Infine, abbiamo valutato il ruolo potenziale della genetica RA nella scoperta dei farmaci.  Abbiamo proposto che se la genetica umana è utile per validare i bersagli farmacologici, dovrebbe anche identificare farmaci per l’RA approvati già esistenti.  Per provare questa “ipotesi terapeutica”, abbiamo ottenuto 871 geni di bersagli farmacologici corrispondenti a farmaci per malattie umane approvate, in studio clinico o sperimentali.  Abbiamo valutato se qualsiasi prodotto proteico da geni di rischio biologico RA identificati, o qualsiasi gene da un PPI diretto che fa rete con questi prodotti proteici, sono i bersagli farmacologicamente attivi di farmaci RA approvati.

                Ventisette geni di bersagli farmacologici di farmaci approvati per RA hanno dimostrato una sovrapposizione significativa con 98 geni di rischio biologico e 2332 geni dalla rete PPI espansa (18 geni sovrapposti).  Per paragone, tutti i geni di bersagli farmacologici (indipendentemente dalla indicazione di malattia) si sono sovrapposti con 247 geni, che rappresenta un aumento di 1.7 volte di arricchimento rispetto a ciò che ci si aspettava casualmente, ma meno di un arricchimento di 2,2 volte in paragone con la sovrapposizione dei geni bersaglio dei farmaci RA.  Esempi di terapie RA approvate identificate con questa analisi includono tocilizumab (anti-IL6R), tofactinib (inibitore JAK3) e abatacept (immunoglobulina-CTLA4).

                Abbiamo anche valutato come i farmaci approvati per altre malattie possano essere connessi a geni di rischio biologico RA.  Abbiamo messo in luce CDK6 e CDK4, bersagli di tre farmaci approvati per diversi tipi di cancro.  A favore del riposizionamento, è stato visto che un inibitore CDK6/CDK4, il flavopiridolo, migliora l’attività di malattia in modelli animali di RA.  Inoltre, la biologia è plausibile, dal momento che molti farmaci RA approvati sono stati sviluppati inizialmente per il trattamento del cancro e poi riposizionati per l’RA (per esempio, il rituximab).  Nonostante siano necessarie ulteriori investigazioni, proponiamo che geni bersaglio/farmaci selezionati attraverso questo approccio potrebbero rappresentare candidati promettenti per la scoperta di nuovi farmaci per il trattamento RA.

                Notiamo che una distribuzione non casuale di indicazioni da farmaco-a-malattia nei database potrebbero potenzialmente alterare i nostri risultati.  Cioè, poiché i geni di rischio RA sono arricchiti per geni della funzione immune, potrebbe esserci un arricchimento spurio con bersagli farmacologici se la maggioranza delle indicazioni nei database erano di malattie immuno-mediate o di geni bersaglio correlati all’immunità.  Tuttavia, questo arricchimento non era evidente nella nostra analisi (circa 11% per indicazioni farmacologiche e circa il 9% per geni bersaglio).

                Attraverso uno studio genetico completo con >100.000 soggetti, abbiamo identificato 42 nuovi loci di rischio RA e abbiamo fornito nuove conoscenze nella patogenesi dell’RA.  Abbiamo particolarmente evidenziato il ruolo della genetica per la scoperta di farmaci.  Nonostante ci siano stati esempi aneddotici di ciò, il nostro studio fornisce un approccio sistematico attraverso cui i dati di genetica umana possono essere efficientemente integrati con altre informazioni biologiche per derivare conoscenze biologiche e guidare verso la scoperta di farmaci.

(Tratto da “Genetics of rheumatoid arthritis contributes to biology and drug discovery”, Nature, 2014; 506:376-381)

Argentina

Posted in Viaggi with tags , , , on August 4, 2014 by Domenico Delfino

Il mondo in una estancia

Un'immagine che ricorda la Vecchia Inghilterra: è El Castillo, magnifica estancia nella provincia di Buenos Aires.

Un’immagine che ricorda la Vecchia Inghilterra: è El Castillo, magnifica estancia nella provincia di Buenos Aires.

Modificazione della terapia nell’artrite reumatoide sulla base dell’ottenimento di una malattia stabilmente lieve con adalimumab più metotrexato o metotrexato da solo: lo studio randomizzato controllato OPTIMA

Posted in Biomedical Research with tags , , , on August 1, 2014 by Domenico Delfino

Riassunto

Retroterra culturale  Gli agenti biologici offrono un buon controllo dell’artrite reumatoide, ma non sono ancora chiari i benefici a lungo termine nell’ottenere una bassa attività della malattia con un agente biologico più il metotrexato o con il metotrexato da solo.  Lo studio OPTIMA ha valutato diverse strategie di modificazione del trattamento in pazienti con artrite reumatoide precoce che ha raggiunto (oppure no) una bassa atttività della malattia stabilmente con adalimumab più metotrexato o con metotrexato in ionoterapia.

Metodi Questo studio è stato condotto in 161 siti in tutto il mondo.  Pazienti con artrite reumatoide precoce (<1 anno di durata) che non hanno assunto metotrexato precedentemente sono stati assegnati casualmente (per mezzo di un sistema vocale interattivo, in un rapporto 1:1, block size four) al gruppo adalimumab (40 mg una settimana si e una no) più metotrexato (dose d’inizio 7,5 mg/settimana, aumentata di 2,5 mg ogni 1-2 settimane fino ad un massimo di dose settimanale di 20 mg all’ottava settimana) o al gruppo placebo più metotrexato per 26 settimane (periodo 1).  I pazienti nel gruppo adalimumab più metotrexato che hanno completato il periodo 1 ed hanno ottenuto l’obiettivo di bassa attività della malattia (punteggio di attività della malattia nelle articolazioni con proteina C-reattiva-28 [DAS28]<3.2 alla settimana 22 e 26) sono stati randomizzati per continuare adalimumab o per interromperlo per altre 52 settimane (periodo 2).  I pazienti che hanno ottenuto l’obiettivo con metotrexato iniziale hanno continuato la monoterapia con metotrexato.  Ai pazienti che hanno risposto inadeguatamente è stato offerto adalimumab più metotrexato.  Tutti i pazienti e gli investigatori hanno operato in doppio cieco nella somministrazione del trattamento nel periodo 1.  Durante il periodo 2, il riassegna mento dei pazienti che avevano ottenuto l’obiettivo è stato operato in doppio cieco per pazienti ed investigatori; i pazienti che non hanno ottenuto l’obiettivo sono rimasti sconosciuti (cieco) per la randomizzazione iniziale, ma erano consapevoli del successivo assegnamento.  Il punto d’arrivo principale era una misura composita di DAS28 di meno di 3.2 alla settimana 78 e di non progressione radiografica dalla base di partenza alla settimana 78, con paragone tra continuazione con adalimumab e monoterapia con metotrexato.  Durante il periodo 2 venivano monitorati gli eventi avversi.  Questo studio è registrato come ClinicalTrials.gov, numero NCT00420927.

Risultati Lo studio è stato fatto tra dic 28, 2006, ed ago 3, 2010.  1636 pazienti sono stati valutati e 1032 sono stati randomizzati nel periodo 1 (515 nell’adalimumab più metotrexato; 517 nel placebo più metotrexato).  466 pazienti nel gruppo adalimumab più metotrexato hanno completato il periodo 1; 207 hanno ottenuto l’obiettivo di una bassa attività di malattia, e di questi 105 sono stati randomizzati per la continuazione con adalimumab.  460 pazienti nel gruppo placebo più metotrexato hanno completato il periodo 1; 112 hanno ottenuto l’obiettivo di una bassa attività di malattia ed hanno continuato la monoterapia con metotrexato.  73 di 105 (70%) pazienti nel gruppo di continuazione dell’adalimumab e 61 di 112 (54%) pazienti nel gruppo di monoterapia con metotrexato hanno ottenuto il punto d’arrivo alla settimana 78 (differenza dalla media 15% [95% CI 2-28%], p=0.0225).  I pazienti che hanno ottenuto l’obiettivo della stabile bassa attività di malattia nell’adalimumab più metotrexato che hanno interrotto adalimumab per di più hanno mantenuto la loro buona risposta.  In toto, 706 di 926 pazienti del periodo 2 hanno avuto un evento avverso, di cui 82 sono stati ritenuti gravi; tuttavia, la distribuzione degli eventi avversi non mostrava differenze tra i gruppi.

Interpretazione Il trattamento con l’obiettivo di bassa attività della malattia stabile è stato un risultato di miglioramento clinico, funzionale e strutturale, sia con la continuazione di adalimumab che con la monoterapia con metotrexato.  Tuttavia, una proporzione più alta di pazienti trattati inizialmente con adalimumab più metotrexato ha ottenuto l’obiettivo di bassa attività della malattia in paragone con quelli inizialmente trattati con solo metotrexato.  I risultati erano più o meno gli stessi nel caso in cui l’adalimumab fosse stato continuato o interrotto in pazienti che inizialmente avevano risposto all’adalimumab più metotrexato.

Introduzione

L’artrite reumatoide è caratterizzata da uno squilibrio nell’attività di citochine infiammatorie, come il tumor necrosis factor e l’interleuchina 6, all’interno del tessuto sinoviale delle articolazioni affette.  E’ stimato che sia presente in uno 0.5-1% della popolazione generale, con una prevalenza più alta nelle donne rispetto all’uomo.  Farmaci antireumatici biologici che modificano la malattia, come gli inibitori del tumor necrosis factor, hanno enormemente migliorato il trattamento dei pazienti con artrite reumatoide, ed il metotrexato rimane il punto fermo tradizionale della terapia.  L’inizio al tempo giusto della terapia biologica, con il rapido conseguimento di un obiettivo clinico (per es., remissione o bassa attività della malattia), minimizza i danni articolari e preserva la funzionalità fisica.  Nonostante ciò, informazioni sull’uso più efficace degli agenti biologici, soprattutto il miglior tempo per iniziare e le potenziali conseguenze di un’interruzione ritardata di questi trattamenti, non è disponibile.  La European League Against Rheumatism (EULAR) raccomanda di considerare l’interruzione degli agenti biologici dopo il conseguimento di un buono stato clinico, soprattutto sulla base di esami di consenso.  Tuttavia, le evidenze di grandi studi controllati, in particolare per pazienti con malattia precoce, sono scarse.

                Abbiamo quindi disegnato lo studio OPTIMA (Optimal Protocol for Treatment Initiation with Metotrexate and Adalimumab) per valutare i risultati clinici, radiografici, e funzionali di diversi approcci terapeutici in pazienti con artrite reumatoide precoce che hanno ottenuto, o non hanno ottenuto, una iniziale bassa attività stabile di malattia.  Abbiamo valutato l’ipotesi che tra i pazienti che hanno inizialmente raggiunto l’obiettivo di una attività di malattia stabilmente bassa, quelli che ricevevano una terapia iniziale di combinazione con adalimumab più metotrexato avrebbero avuto migliori risultati clinici e radiografici rispetto a coloro che avevano ricevuto solo metotrexato.  Inoltre, abbiamo esplorato l’ipotesi se le risposte terapeutiche vengono mantenute dopo l’interruzione di adalimumab in pazienti  che avevano inizialmente assunto adalimumab più metotrexato.  In una analisi esploratoria successiva, abbiamo valutato gli effetti dell’aggiunta di adalimumab al regime di trattamento di pazienti che non avevano ottenuto un’attività della malattia stabilmente bassa con placebo più metotrexato iniziali.

Discussione

Tra i pazienti che soddisfacevano i criteri di malattia con attività stabilmente bassa alla settimana 26, continuare adalimumab più metotrexato ha portato ad una proporzione significativamente più alta di coloro che hanno raggiunto il punto d’arrivo composito di un DAS28 minoredi 3.2 con una non progressione radiografica alla settimana 78 in paragone con la continuazione della monoterapia con metotrexato.  Nonostante ciò, i ritmi totali di progressione erano modesti e statisticamente più o meno gli stessi all’interno della popolazione sensibile.  Le differenze tra la terapia di combinazione e la monoterapia con metotrexato durante le prime 26 settimane erano responsabili  del grosso dell’effetto dovuto al trattamento, dal momento che entrambi i gruppi hanno mantenuto buoni risultati clinici, radiografici, e funzionali tra la settimana 26 e 78, il chè dimostra che raggiungere una attività di malattia stabilmente bassa entro 6 mesi dall’inizio del trattamento porta a buoni risultati successivi indipendentemente dal tipo di trattamento.

                E’ importante che l’induzione di una attività di malattia stabilmente bassa entro 6 mesi con la terapia di combinazione di adalimumab più metotrexato seguita da interruzione dell’adalimumab poteva costituire una nuova strategia di trattamento per pazienti con malattia precoce.  Da una successiva analisi di sensibilità che valutava solo quei pazienti con una attività di malattia stabilmente bassa confermata alla settimana 22 e 26, la perdita di risposta dopo l’interruzione di adalimumab appariva minima, e la maggioranza dei pazienti erano in grado di mantenere una bassa attività di malattia senza significative conseguenze per 1 anno.  Tuttavia, dal momento che la fase di induzione che impiegava adalimumab più metotrexato ha portato a circa due volte i risultati di attività di malattia stabilmente bassa alla settimana 26 rispetto alla monoterapia con metotrexato, una sostanziale quota di pazienti sembrano avere beneficiato dall’induzione con terapia di combinazione.  Nonostante ciò, una stima di 1 in 11 pazienti  avrebbe potuto beneficiare da un ulteriore aggiustamento della terapia (per es., aggiunta di farmaci antireumatici modificatori della malattia o glucocorticoidi, o dalla riassunzione di adalimumab) dopo l’interruzione di adalimumab.  Il fatto che l’interruzione dell’agente biologico non ha determinato una perdita significativa nella proporzione dei pazienti sensibili mostra che l’iniziale terapia di combinazione a breve termine seguita da monoterapia con metotrexato induce dei miglioramenti sostenuti proporzionalmente più grandi e maggiori rispetto all’inizio con monoterapia da metotrexato.  Queste scoperte contrastano con studi di pazienti con malattia che dura da più tempo o resistente al metotrexato che avevano avuto uno scoppio ed una progressione radiografica più pronunciata dopo interruzione degli inibitori del tumor necrosis factor.  Un intervento precoce con adalimumab più metotrexato in questo studio avrebbe potuto avvenire durante una finestra di opportunità che rendeva capace l’interruzione di adalimumab con successo.  I benefici ottenuti da questa strategia di induzione-mantenimento potrebbe rappresentare uno slittamento nell’attuale cornice di gestione della artrite reumatoide precoce (pannello).  C’è bisogno di un follow-up a lungo termine per stabilire se i risultati sostenuti per 1 anno si mantengono con questa malattia cronica.

                Il controllo a lungo termine della malattia era più o meno lo stesso se pazienti che non hanno mai preso metotrexato ricevevano inizialmente adalimumab più metotrexato o adalimumab era aggiunto dopo un controllo incompleto della malattia dopo 6 mesi di monoterpia con metotrexato.  E’ importante il fatto che adalimumab ha fermato l’ulteriore progressione radiografica  in questi pazienti.  Inoltre, i criteri stringenti di remissione basati sull’indice ACR-EULAR che usano SDAI erano rispettati in circa la stessa proporzione di pazienti in questa comparazione.  Tutti questi risultati supportano le raccomandazioni di trattamento già esistenti, forniscono importanti conoscenze nell’approccio ottimale di trattamento con agenti tradizionali e biologici, e suggeriscono che un’attività di malattia stabilmente bassa possa essere un obiettivo appropriato di trattamento per ottenere risultati terapeutici ottimali a lungo termine in molti pazienti con artrite reumatoide precoce.

                Nonostante questi risultati siano in accordo con altri studi, che hanno mostrato che trattare i pazienti precocemente nel corso della malattia porta ad un miglioramento dei risultati, la strategia per iniziare il trattamento con un inibitore del tumor necrosis factor in pazienti che non hanno ottenuto una attività di malattia stabilmente bassa alla settimana 26 con metotrexato in monoterapia non è stata precedentemene valutata in un gruppo di pazienti la cui durata della malattia all’inizio dello studio era di soli 4 mesi circa.  Questi risultati sono anche in linea con i dati di alcuni studi su pazienti con malattia attiva da lungo tempo nonostante estesi periodi di terapia con metotrexato e la migliorata efficacia di approcci di trattamento strategico con o senza agenti biologici.  Tuttavia, queste scoperte contrastano con quelli su pazienti con artrite reumatoide precoce che avevano ricevuto inibitori di tumor necrosis factor solo dopo 1 o 2 anni di metotrexato, strategie che erano associate con risultati strutturali più scarsi.  Quindi, i ritardi nell’intensificazione del trattamento oltre i 6 mesi in pazienti trattati con metotrexato che non hanno ottenuto una bassa  attività potevano essere associati con significativi effetti a lungo termine sul danno articolare e sulla funzione fisica.

(Tratto da Josef S Smolen, Paul Emery, Roy Fleischmann, Ronald F van Vollenhoven, Karel Pavelka, Patrick Durez, Benoît Guérette, Hartmut Kupper, Laura Redden, Vipin Arora, Arthur Kavanaugh “Adjustment of therapy in rheumatoid arthritis on the basis of achievement of stable low disease activity with adalimumab plus methotrexate or methotrexate alone: the randomised controlled OPTIMA trial”, Lancet 2014; 383:321-32)

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