Sintesi e commento in italiano a cura della Dott.ssa Anna Perino
Vuk Cerovic, Oliver Pabst & Allan McI Mowat
Nature Reviews Immunology | Volume 25 | January 2025 | 42–56
Abstract
La tolleranza orale è il processo attraverso il quale la somministrazione di proteine solubili induce una mancata risposta immunitaria sistemica antigene-specifica. Si ritiene che la tolleranza orale abbia un ruolo centrale nella soppressione delle risposte immunitarie ad antigeni alimentari “innocui” e che il suo fallimento possa portare allo sviluppo di patologie come le allergie alimentari o la celiachia. Tuttavia, sulla base di osservazioni sperimentali di lunga data, la rilevanza della tolleranza orale per la salute umana ha raggiunto una rilevanza di recente, dopo la scoperta che la somministrazione orale di proteine di arachidi previene lo sviluppo dell’allergia alle arachidi nei neonati umani a rischio. In questa rassegna, riassumiamo i nuovi approfondimenti meccanicistici su tre processi chiave necessari per l’induzione della tolleranza agli antigeni orali: l’assorbimento e il trasporto dell’antigene attraverso la barriera epiteliale dell’intestino tenue fino alle cellule immunitarie sottostanti, l’elaborazione, il trasporto e la presentazione dell’antigene ingerito da parte di diverse cellule immunitarie e sviluppo di popolazioni di cellule presentanti l’antigene e lo sviluppo di popolazioni di cellule T immunosoppressive che mediano la tolleranza antigene-specifica. Inoltre, consideriamo come processi correlati ma distinti mantengano la tolleranza agli antigeni batterici del grosso intestino. Infine, illustriamo i meccanismi molecolari e le conseguenze funzionali del fallimento della tolleranza orale e come questi possano essere modulati per migliorare i risultati clinici e prevenire le malattie
Riassunto
Per molti anni, l’immunologia mucosale è stata vista come il parente povero dell’immunologia, avendo a che fare con tessuti complessi, di difficile accesso e contaminati da fluidi corporei che compromettevano l’identificazione precisa di cellule e molecole. Tutto questo è cambiato negli ultimi 15-20 anni, in gran parte grazie alla consapevolezza che gli organismi commensali (cioè il microbiota) presenti nell’intestino hanno effetti profondi su quasi tutti gli aspetti dell’immunità. Però, una delle caratteristiche più antiche della funzione immunitaria mucosale ha ricevuto molta meno attenzione: la generale non reattività agli antigeni somministrati per via orale, nota come tolleranza orale. È noto da tempo che la via orale è un modo particolarmente efficace per indurre tolleranza nei confronti di antigeni quali proteine alimentari solubili, apteni e persino batteri uccisi. La tolleranza che ne deriva è antigene-specifica, inibisce le risposte successive allo stesso antigene somministrato in forma immunogenica per altre vie e influisce sull’immunità sia intestinale che sistemica. È importante notare che, sebbene tutte le risposte immunitarie sistemiche possano essere tollerate, quelle con potenziale dannoso per i tessuti o che causano malattie, come l’ipersensibilità di tipo ritardato e la produzione di IgE, sembrano essere inibite più facilmente. Nonostante battute d’arresto, le implicazioni pratiche della tolleranza orale per le malattie umane rimangono importanti, poiché il mancato sviluppo della tolleranza a nuove proteine alimentari può essere alla base della suscettibilità a disturbi comuni come la le allergie alimentari e anche la celiachia. In effetti, recenti studi clinici che hanno dimostrato che l’esposizione precoce alle proteine dell’arachide nella dieta può essere cruciale per prevenire l’allergia all’arachide nei bambini non solo hanno rivoluzionato le linee guida per l’alimentazione infantile in tutto il mondo, ma hanno anche ravvivato l’interesse per la tolleranza orale come evento in sé.
La tolleranza orale coinvolge tutte le fasi cruciali dell’induzione delle risposte immunitarie adattative. In primo luogo, l’antigene deve essere trasportato dal lume intestinale alle cellule immunitarie sottostanti nella lamina propria intestinale o nei tessuti linfoidi associati all’intestino. In secondo luogo, l’antigene deve essere catturato da cellule presentanti l’antigene (APC), che possono elaborare, trasportare e presentare l’antigene alle cellule T “cognate”. Infine, le funzioni di queste cellule T sono modellate da segnali provenienti dalle APC e dall’ambiente locale che, nel caso della tolleranza orale, portano alla differenziazione di cellule T con fenotipo tollerogenico. In questa rassegna sono discussi i recenti progressi nella comprensione dei meccanismi con cui la tolleranza orale viene avviata e mantenuta, evidenziando gli aspetti che meritano ulteriori indagini a partire dalle vie di assorbimento dell’intestino. Sono presi anche in esame i legami tra la tolleranza orale agli antigeni alimentari e la tolleranza al microbiota, sottolineando che possono rappresentare processi distinti che hanno luogo in sedi anatomiche diverse dai processi che avvengono nell’intestino ai suoi tessuti linfoidi drenanti. Inoltre si illustra come gli antigeni che entrano nell’intestino attraverso la vena porta hanno anche un rapido accesso al fegato, il che può contribuire in modo importante all’induzione della tolleranza orale.
Dal punto di vista immunologico , sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare il trasporto dell’antigene alimentare attraverso l’epitelio intestinale e indurre tolleranza. Questi meccanismi portano all’assorbimento, al trasporto e alla presentazione dell’antigene da parte delle cellule dendritiche convenzionali (cDC) migranti necessarie per l’induzione della tolleranza orale. Le potenziali vie proposte includono l’assorbimento diretto dell’antigene luminale da parte delle cDC della lamina propria o dei macrofagi, seguito dal trasferimento dell’antigene alle cDC vicine.
L’antigene può anche accedere alle cDC CD103+ nella lamina propria attraverso passaggi associati alle cellule goblet (GAP) o alle cellule secretorie (SAP), o dopo la transcitosi attraverso le cellule microfold (M). Le cellule epiteliali intestinali convenzionali (IEC) possono consentire il trasporto paracellulare o transcellulare dell’antigene alle cDC sottostanti. L’antigene assunto dalle IEC può anche essere trasferito alle cDC attraverso la generazione di esosomi o dopo l’assorbimento di cellule apoptotiche da parte delle cDC efferocitiche.
Le cellule dendritiche condizionate localmente sono alla base della generazione di cellule T regolatorie e dell’induzione della tolleranza orale.In steady state, le cellule dendritiche (DC) della lamina propria intestinale adottano un fenotipo tollerogenico grazie a una serie di fattori di condizionamento. Questi includono retinoidi provenienti dalla dieta o veicolati dalla bile, o componenti e metaboliti microbici (ad esempio, acidi grassi a catena corta (SCFA), acidi biliari secondari (2° BA) e ligandi del recettore aril-idrocarburo (AhR)). Contribuiscono anche molecole dell’ospite come il muco delle cellule goblet, la linfopoietina timica stromale (TSLP) delle cellule epiteliali intestinali (IEC), il fattore di crescita trasformante-β (TGFβ) delle cellule T regolatorie (Treg) e altri tipi di cellule. Le DC convenzionali condizionate (cDC) acquisiscono una serie di caratteristiche che facilitano l’induzione della tolleranza, tra cui la produzione di acido retinoico (RA) attraverso l’espressione della retinaldeide deidrogenasi (RALDH) e un fenotipo semi-maturo. Dopo un periodo di permanenza nella lamina propria, queste cDC tollerogeniche migrano verso i linfonodi mesenterici (MLN), dove ricevono un ulteriore condizionamento da parte dell’acido retinoico prodotto dalle cellule stromali locali. Nei linfonodi mesenterici, le cDC presentano antigeni alle cellule T CD4+ naive, inducendo la loro conversione in cellule Treg FOXP3+, mediata dall’acido retinoico e dal clivaggio di pro-TGFβ nella sua forma attiva attraverso l’integrina αvβ8. Alcune cellule Treg possono raggiungere i tessuti linfoidi periferici. Le cellule T CD4+ possono anche adottare un fenotipo residente nei linfonodi (LN), sia come cellule Treg FOXP3+ che come cellule T helper anergiche lineage-negative (TH Lin-) che possono ulteriormente differenziarsi in cellule Treg FOXP3+ in caso di esposizione ripetuta all’antigene. Queste sottopopolazioni residenti nei linfonodi sono in grado di limitare l’ulteriore priming delle cellule T verso il loro antigene cognato nel linfonodo. La cancellazione di cellule T specifiche per l’antigene per apoptosi è stata descritta anche nei tessuti linfoidi drenanti dell’intestino dopo la somministrazione orale di antigeni.
La tolleranza è anche la risposta predefinita agli antigeni derivati da microrganismi commensali in condizioni stazionarie. Tuttavia, a differenza della tolleranza orale alle proteine alimentari, la tolleranza al microbiota è limitata al microambiente locale dell’intestino. Inoltre, la distribuzione differente del microbiota nei diversi segmenti del tratto digestivo fa sì che la tolleranza agli antigeni microbici tenda a essere più importante nel colon, mentre gli antigeni alimentari sono trattati prevalentemente nell’intestino tenue. Tuttavia, si ritiene che processi analoghi di cattura, elaborazione e presentazione dell’antigene da parte delle APC e la successiva differenziazione delle cellule Treg FOXP3+ indotte perifericamente siano alla base dell’induzione della tolleranza in entrambi i tessuti.
Più complessa è la comprensione immunologica della perdita di tolleranza al glutine nella celiachia, data l’importanza della genetica e la non riproducibilità della malattia se non in modo complesso e senza le manifestazioni tipiche dell’atrofia dei villi. Oltre che nei lavori sperimentali, ci sono evidenze epidemiologiche dell’importanza di infezioni da enterovirus che precedono la comparsa della malattia malattia nei soggetti predisposti.
La finestra delle opportunità. Dagli studi immunologici avanzati e dalla sempre più approfondita conoscenza del microbiota diventa sempre più evidente che i primi anni di vita sono un periodo cruciale in cui il sistema immunitario è improntato a una suscettibilità di lunga durata alle malattie infiammatorie e alle allergie. Ciò è dovuto principalmente alla rapida espansione delle dimensioni e della diversità del microbiota intestinale che si verifica in particolare al momento dello svezzamento, quando il cambiamento dietetico fornisce nuove fonti di energia. Questa “reazione di svezzamento” porta a un periodo di infiammazione transitoria, seguito da un’espansione delle cellule Treg cruciale per la prevenzione delle allergie in generale
Svariati meccanismi sono stati coinvolti in questo imprinting dell’attività delle cellule Treg nelle prime fasi della vita, tra cui gli SCFA e gli acidi biliari secondari che possono guidare la produzione delle cellule Treg direttamente e/o proprietà tollerogeniche nelle cDC o stimolare la produzione di
di acido retinoico. L’importanza di impostare correttamente il sistema immunitario durante questo periodo è sottolineato dall’aumentata suscettibilità alle allergie e disturbi infiammatori riscontrati in individui il cui microbiota è alterato dalla somministrazione di antibiotici nella prima infanzia. Inoltre, è stato riscontrato che ritardare lo svezzamento aumenta l’incidenza della celiachia nei bambini scandinavi, coerentemente con l’idea che non sia stata colta la finestra per l’induzione ottimale della tolleranza orale.
Come il microbiota, le variazioni della dieta e i meccanismi tollerogenici interagiscono durante questo periodo critico in cui il sistema immunitario in via di sviluppo è bombardato da nuove sfide sarà un’area importante per la ricerca futura.
Commento
L’ultima parte dell’articolo riassume già molto chiaramente quali sono le possibilità di diminuire l’onda lunga dell’allergia, che è la speranza sia dei pazienti che degli allergologi spiegandone approfonditamente le basi immunologiche.
L’articolo in questione è molto completo con tutte le più aggiornate conoscenze immunologiche con belle illustrazioni esplicative e difficile da riassumere ulteriormente (è già abbastanza confondente così…). Nulla viene tralasciato, dalle cellule intestinali alle cellule dendritiche alle goblet cells, alla partecipazione del fegato e al microbiota e a tutto il resto con grade abbondanza di sigle. Gli studi sulla tolleranza a livello intestinale si sono potuti attuare solo recentemente grazie alle metodiche d’avanguardia attualmente in uso e queste scoperte passate in parte sottotraccia nel tempo sono state messe in evidenza e integrate con altre nozioni sia del passato che recenti. Per questo motivo, il titolo che parla di questa fusione tra vecchio e nuovo è molto appropriato.
Ciò che colpisce è la traduzione in immunologia aggiornatissima di dati clinici noti da alcuni anni: uno svezzamento precoce, approfittando della finestra di opportunità, aumenta la tolleranza orale e diminuisce la comparsa di allergie.
Per gli allergologi un po’ datati, questa è stata un po’ una rivoluzione copernicana: per anni nel passato abbiamo consigliato nei bambini con importante rischio allergico di ritardare il più possibile lo svezzamento e addirittura l’assunzione di cibi solidi all’anno di età! Ora, invece, questa strategia si rivela fondamentale come base per la prevenzione, o almeno per la riduzione, delle allergie infantili e probabilmente anche in età adulta.
Perché gli adulti perdano improvvisamente la tolleranza agli alimenti con sviluppo di risposte anche gravi non è ancora chiaro (e l’articolo non ne parla). Tuttavia, si può intuire o sospettare che le origini siano legate a alterazioni precoci nell’acquisizione dell’antigene e del microbiota. La comparsa di allergia alimentare nell’adulto non è prevedibile, ma molto spesso i pazienti che la sviluppano presentano già allergie inalatorie da tempo dovute ai meccanismi sopra descritti anche se non mancano casi ad insorgenza improvvisa senza familiarità o precedenti allergici e per questo dobbiamo aspettare ulteriori studi seguendo una strada forse già tracciata.
La tolleranza immunologica ha una lunga storia. Secondo studi di immunologia comparata (Nature, febbraio 2025) la tolleranza orale è un processo evolutivo darwiniano ormai di lunga durata che risale già ai vertebrati agnati (senza mascella) del cambriano. La capacità di diversificazione somatica evolutasi nei vertebrati agnati e gnatostomi (con mascella) fino ai giorni nostri ha comportato un maggiore repertorio recettoriale per l’antigene. Poiché qualsiasi tipo di diversità generata somaticamente porta con sé il rischio di auto-reattività sono necessari meccanismi di compensazione per prevenire le conseguenze autoimmuni e quindi… la tolleranza.
Gli studi recenti evidenziano come il microbiota, e in particolare la sua vulnerabilità agli antibiotici, possa portare a una riduzione delle cellule microbiche eubiotiche, con conseguenze potenzialmente negative come l’insorgenza di allergie e la perdita di efficacia dei vaccini. Questo ci spinge, nel rispetto delle linee guida, a ridurre l’uso di antibiotici, prestando attenzione alla prevenzione e considerando anche trattamenti con probiotici certificati, anche per motivi ambientali e a lungo termine.
Confrontando vari studi, emerge che la produzione mondiale di antibiotici si aggira intorno alle 100.000 tonnellate all’anno. Al di là della utilità indiscussa degli antibiotici, tali quantità contribuiscono anche all’inquinamento ambientale globale e alla diffusione di fenomeni di resistenza agli antibiotici. Di conseguenza la riduzione corretta delle prescrizioni ha un impatto anche a livello globale.
Infine, dall’articolo possiamo trarre alcune conclusioni rassicuranti: è possibile intervenire precocemente o adottare strategie preventive per ridurre lo sviluppo delle allergie. Naturalmente, la collaborazione tra allergologi, pediatri, ginecologi e esperti di microgenomica, anche se non sempre facile da attuare, rappresenta la chiave vincente per affrontare efficacemente questa sfida!
