Perché il nostro sistema immunitario varia così tanto?

Prodotto da: Science Popularization China

Autore: Li Juan

Produttore: China Science Expo

Sappiamo tutti che quando si contrae la stessa infezione virale, le persone ne risentono in modo diverso. Alcune persone produrranno anticorpi per eliminare facilmente il virus, mentre altre saranno gravemente colpite dalla grave risposta immunitaria e diventeranno addirittura pazienti che necessitano di cure intensive. Questa differenza è strettamente correlata allo stato del sistema immunitario dell'individuo , come le differenze nell'attività e nella capacità di proliferazione delle varie cellule immunitarie.

In effetti, i sistemi immunitari delle persone mostrano grandi differenze nel combattere i patogeni o nel rilevare le cellule cancerose, e questo è ciò che spesso chiamiamo differenza di "resistenza". Quali sono quindi i fattori che determinano differenze nei sistemi immunitari di individui o gruppi?

Ambiente e genetica guidano congiuntamente le differenze immunitarie

In parole povere, i fattori ambientali e genetici influenzano congiuntamente la diversità del sistema immunitario umano.

Figura 1 Diversità dello stato immunitario umano

(Fonte dell'immagine: traduzione cinese dal riferimento [1])

Il primo è l'impatto dei fattori ambientali sulla diversità del nostro sistema immunitario.

Le nostre abitudini di vita quotidiane o l'ambiente in cui viviamo, come la dieta, il fumo, il clima locale, la qualità dell'aria, la storia di infezioni batteriche e virali, la storia delle vaccinazioni e lo stato della flora simbiotica nel corpo, costituiscono tutti un'esposizione ambientale.

Un altro importante fattore determinante sono i fattori genetici .

I fattori genetici si riferiscono al fatto che i geni correlati all'immunità muteranno durante il lungo processo di evoluzione umana. Dopo l'accumulo di generazione in generazione , si sono formati sistemi immunitari diversi in razze o individui diversi.

Esposizione ambientale e diversità immunitaria

Esistono molti modi di esposizione ambientale. Successivamente, discuteremo del loro impatto sulla diversità immunitaria in termini di dieta, inquinamento, flora e storia delle infezioni virali.

Dieta: un'alimentazione adeguata è essenziale per un sano funzionamento del sistema immunitario. Soprattutto nei bambini, gravi carenze nutrizionali possono portare a immunodeficienza. Alcuni studi suggeriscono che la dieta può influenzare indirettamente la risposta immunitaria attraverso cambiamenti nel microbiota, nel peso corporeo e in altri fattori . Ad esempio, una dieta ricca di sale o di grassi può compromettere in una certa misura la normale funzione immunitaria.

Inquinamento: la contaminazione alimentare e l'inquinamento chimico industriale nella vita quotidiana possono avere effetti negativi anche sul sistema immunitario. I dati clinici confermano che l'inquinamento atmosferico e gli incidenti chimici industriali sono associati alle malattie infiammatorie. Un'altra forte prova è il fumo. Il fumo provoca infiammazioni e induce cambiamenti nello stato autoimmune. I fumatori presentano livelli complessivi di immunoglobuline sieriche più bassi e un'attività funzionale ridotta delle cellule natural killer (una delle cellule immunitarie).

Microbiota: che si tratti della flora microbica nell'ambiente o della flora intestinale nel corpo, non possiamo vederla a occhio nudo, ma svolge un ruolo importante nel plasmare il sistema immunitario umano. Ad esempio, vivere in un ambiente agricolo nei primi anni di vita ha un effetto protettivo sull'insorgenza dell'asma; Anche il legame tra flora intestinale e malattie ha attirato molta attenzione. La regolazione del sistema immunitario da parte della flora intestinale è uno degli argomenti di ricerca più attuali. Tuttavia, alcuni studiosi ritengono che la diversità microbica possa essere in gran parte una "correlazione bystander", che si verifica simultaneamente alla risposta del sistema immunitario ai fattori patogeni. In altre parole, i cambiamenti nella flora intestinale possono essere il risultato dell'integrazione di molteplici fattori influenti e rappresentano il collegamento tra fattori patogeni diretti e cambiamenti nel sistema immunitario.

Storia delle infezioni virali: gli esseri umani si sono co-evoluti con i virus per migliaia di anni, durante i quali alcuni virus si sono integrati nei nostri genomi e altri hanno causato infezioni croniche che durano tutta la vita. Riesci a crederci? Ampie analisi sierologiche hanno dimostrato che, in un dato momento, una persona è portatrice di anticorpi contro circa 10 virus diversi. Gli esseri umani vengono costantemente reinfettati da virus a bassa virulenza, che possono indurre risposte immunitarie e causare anche cambiamenti adattativi nelle proporzioni e nelle funzioni delle cellule immunitarie. Pertanto, i virus contribuiscono a plasmare la diversità dell'immunità di gregge sia a livello genetico che a livello adattativo acquisito.

Diversità genetica e immunitaria

La variazione genetica è un'importante forza trainante nel plasmare la diversità immunitaria. Oggi, una combinazione di tecnologie moderne ci consente di comprendere meglio le basi genetiche della diversità immunitaria umana.

Nel corso del lungo processo di evoluzione e migrazione, la mescolanza di antenati tra i primi eurasiatici e gli esseri umani arcaici ormai estinti (come i Neanderthal o i Denisoviani), o tra gruppi umani moderni, ha prodotto tratti genetici favorevoli in grado di far fronte alla pressione degli agenti patogeni.

Lo studio riportato di seguito (Figura 2) ha selezionato 175 persone sane e normali di origine africana o europea. Lo studio ha scoperto che circa il 9,3% dei geni espressi dai macrofagi presentava differenze legate alla discendenza ancestrale nella risposta regolatrice dei geni per resistere alle infezioni batteriche. Tra questi, quelli di origine africana hanno mostrato risposte infiammatorie più forti e una minore proliferazione batterica intracellulare. I ricercatori ritengono che gran parte delle differenze nell'immunità della popolazione causate dalla selezione naturale siano controllate dai geni genetici.

Figura 2 Ruolo dell'ascendenza genetica africana ed europea nelle risposte primarie dei macrofagi all'infezione batterica viva

(Fonte dell'immagine: traduzione cinese dal riferimento [4])

Anche gli studi genetici sulle transizioni nei principali stili di vita umani (ad esempio dalla caccia e raccolta all'agricoltura) e sulle storie delle epidemie passate possono fornire informazioni importanti sui cambiamenti nella funzione immunitaria umana o sulla diversità immunitaria.

Esempi classici sono le varianti genetiche che riducono il rischio di malaria emerse nelle aree in cui la malaria è endemica, e gli alleli che conferiscono protezione contro la tripanosomiasi africana emersi nelle popolazioni africane.

Altri studi recenti hanno dimostrato che i geni correlati alle malattie autoimmuni (artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico e colite ulcerosa) presentano differenze di espressione molto significative tra le diverse popolazioni. Esistono differenze notevoli nell'incidenza e nella gravità delle malattie autoimmuni tra afroamericani ed europei americani. Ciò dimostra chiaramente anche l'associazione tra le caratteristiche genetiche degli antenati e le differenze nella risposta immunitaria.

Oltre ai fattori ambientali e genetici sopra menzionati, anche l'età e il sesso sono importanti fattori interni che determinano la diversità immunitaria.

Età e diversità immunitaria

L'età è uno dei principali fattori che determinano la diversità immunitaria. Un esempio comune è che i bambini piccoli e gli anziani hanno più probabilità di ammalarsi rispetto agli adolescenti e alle persone nel fiore degli anni.

Nei primi anni di vita, la prima linea di difesa contro gli agenti patogeni invasori è il sistema immunitario innato , che coinvolge cellule come neutrofili, monociti, macrofagi e cellule dendritiche. Alla nascita, il nostro sistema immunitario innato è immaturo, probabilmente perché il feto deve adattarsi all'ambiente nel grembo materno ed evitare molte risposte stressanti durante lo sviluppo. Questo è anche il motivo per cui i neonati, soprattutto quelli prematuri, sono più suscettibili alle infezioni batteriche e virali.

Con l'avanzare dell'età, il sistema immunitario umano cambia gradualmente, con una diminuzione dell'attività delle cellule staminali emopoietiche, una degenerazione del timo, un indebolimento della risposta antivirale, cambiamenti nella differenziazione delle linee delle cellule immunitarie, una riduzione dei globuli bianchi e un aumento del rischio di mutazioni genetiche.

Pertanto, con il progressivo invecchiamento del sistema immunitario , diminuirà anche la capacità degli anziani di resistere alle malattie infettive. Alcune risposte immunitarie anomale possono aggravare l'infiammazione e portare anche ad altre malattie. Inoltre, l'invecchiamento immunitario può causare l'attivazione di virus latenti , come il noto virus varicella-zoster, la cui attivazione può causare herpes zoster e nevralgie croniche.

Figura 3 Questa figura, basata sui dati dell'influenza stagionale o pandemica, mostra come la forza della risposta del sistema immunitario di una donna all'infezione differisce nel corso delle sette fasi della vita. (a) Le sette fasi della vita di una donna. (b) Curve dei decessi ogni 1.000 persone durante l'influenza stagionale o pandemica. (c) Cambiamenti nell'intensità delle risposte immunitarie contro l'influenza.

(Fonte dell'immagine: traduzione cinese dal riferimento [5])

In futuro, gli scienziati dovranno ancora lavorare molto per comprendere come la composizione e la funzione del sistema immunitario cambiano nel corso della vita di una persona. Ma è chiaro che l'età è un fattore importante quando si parla di diversità immunitaria umana.

Genere e diversità immunitaria

Anche il genere è un fattore determinante nelle differenze nel funzionamento del sistema immunitario.

Numerosi studi hanno dimostrato che uomini e donne presentano notevoli differenze nelle loro risposte immunitarie, il che li rende più vulnerabili alle malattie autoimmuni, ai tumori maligni e alle malattie infettive, influenzando così i risultati delle vaccinazioni.

Ad esempio, l'80% delle malattie autoimmuni si verifica nelle donne; il rischio di morte per tumori maligni negli uomini è quasi il doppio di quello delle donne; la risposta anticorpale delle donne ai vaccini antinfluenzali stagionali è almeno il doppio di quella degli uomini...

Le differenze immunitarie tra i sessi si riflettono in molti aspetti, come il numero e l'attività delle cellule immunitarie, delle citochine e dei livelli di immunoglobuline basiche (Figura 4).

Figura 4 Differenze e cambiamenti nel sistema immunitario degli uomini e delle donne nel corso della vita.

(Fonte dell'immagine: traduzione cinese dal riferimento [6])

Queste differenze sono il risultato di una combinazione di genetica, ormoni e ambiente e cambiano con l'età. La ricerca attuale si concentra su due aree: i geni dei cromosomi sessuali e gli ormoni sessuali.

Per quanto riguarda i geni dei cromosomi sessuali, sappiamo già che sul cromosoma X è presente un gran numero di geni correlati al sistema immunitario, il che può spiegare molte differenze immunitarie legate al sesso.

Per quanto riguarda gli ormoni sessuali, gli ormoni sessuali (estrogeni, progesterone e androgeni) agiscono come modulatori delle risposte immunitarie. Inoltre, i recettori degli ormoni steroidei (un tipo di proteina presente sulle cellule bersaglio dell'ormone e in grado di legarsi specificamente all'ormone) sono presenti su molti tipi diversi di cellule immunitarie (tra cui cellule NK, macrofagi, cellule dendritiche e cellule T). Le differenze nella densità, distribuzione e tipologia di questi recettori potrebbero anche spiegare le differenze nella funzione immunitaria tra uomini e donne.

Quale fattore ha un impatto maggiore, l'ambiente o la genetica?

Dopo aver compreso l'impatto dell'ambiente e della genetica sulla diversità del sistema immunitario, potresti chiederti: quale tipo di fattori contribuisce maggiormente alla diversità immunitaria?

Confrontando vari indicatori di immunità nei gemelli omozigoti (che condividono quasi tutti i geni) e nei gemelli eterozigoti (che condividono circa la metà dei geni), i ricercatori hanno scoperto che molte differenze importanti nel sistema immunitario umano sono causate da fattori ambientali non ereditari e che queste differenze aumentano con l'età. I ricercatori ritengono che un sistema immunitario umano sano si adatti costantemente ai cambiamenti dei fattori ambientali, come agenti patogeni, flora intestinale e nutrienti, mascherando così l'influenza dei fattori genetici.

Considerando separatamente l'immunità innata dall'immunità adattativa, lo studio ha scoperto che i parametri individuali delle cellule immunitarie adattative sono determinati principalmente dall'esposizione ambientale, mentre i parametri delle cellule immunitarie innate sono maggiormente influenzati dalla variazione genetica (Figura 5).

Fig. 5 Fonti di diversità nei singoli sistemi immunitari. Diversi fattori hanno effetti diversi sull'immunità adattativa e sull'immunità innata.

Fonte dell'immagine: versione cinese adattata dal riferimento [9]

Conclusione

In sintesi, i componenti e le funzioni del sistema immunitario umano cambiano in modo dinamico. Alcuni studiosi li hanno paragonati ai sistemi sensoriali perché entrambi devono rispondere a stimoli interni ed esterni. Chiarire in che modo i fattori determinanti sopra menzionati interagiscono tra loro e plasmano il sistema immunitario di un individuo è un argomento fondamentale nella ricerca immunologica.

Conoscere le differenze individuali nel sistema immunitario e il loro impatto sulla salute può aiutare a determinare se una persona è suscettibile a malattie correlate al sistema immunitario o se è a rischio di malattie infettive.

Oggigiorno, grazie all'ausilio delle tecnologie di analisi immunologica e della tecnologia del genoma intero, è facile ottenere informazioni sui componenti immunitari dal sangue umano o dai linfonodi. Tuttavia, restano ancora molte incognite nell'analisi dei meccanismi causali della diversità del sistema immunitario e attendiamo ulteriori scoperte.

Redattore: Guo Yaxin

Riferimenti

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