2.2.1. Risposte immunitarie cellulo-mediate
Conta dei globuli bianchi e distribuzione nel sangue periferico. I fumatori di solito presentano un elevato numero di globuli bianchi periferici, circa il 30% superiore a quello dei non fumatori (Friedman et al., 1973; Yeung & Buncio, 1984; Tollerud et al., 1989; Mili et al., 1991). È stata dimostrata una relazione significativa tra la conta dei globuli bianchi nei fumatori e la concentrazione plasmatica di nicotina (Taylor et al., 1986). È stato suggerito che il rilascio di catecolamina indotta dalla nicotina potrebbe essere il meccanismo di questo effetto (Friedman et al., 1973). Altri studi supportano l’ipotesi che il fumo di sigaretta causi la stimolazione del midollo osseo (Van Eeden & Hogg, 2000). È stato suggerito che i fattori proinfiammatori rilasciati dai macrofagi alveolari, come il fattore di necrosi tumorale α, l’interleuchina (IL) 1, IL-8 e il fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi, sono probabilmente responsabili della stimolazione del midollo osseo da parte del fumo di sigaretta. È stata riportata la stessa relazione tra fumo di sigaretta e aumento della conta dei leucociti negli adolescenti, indicando che sembra esserci un rapido effetto del fumo di sigaretta sulla conta dei globuli bianchi che è improbabile che sia dovuto a condizioni di malattia cronica indotta dal fumo come visto nei fumatori adulti (Tell et al., 1985).
I rapporti sugli effetti del fumo sui diversi sottoinsiemi delle cellule T dei linfociti sono contrastanti. I fumatori da leggeri a moderati hanno riportato un aumento significativo della conta CD3+ e CD4+ e una tendenza verso un aumento della conta linfocitaria CD8 + (Miller et al., 1982; Hughes et al., 1985; Tollerud et al., 1989; Mili et al., 1991). Al contrario, studi su forti fumatori (oltre 50 confezioni-anni) hanno riportato una diminuzione del CD4+ e un aumento significativo della conta delle cellule CD8+. Pertanto, la diminuzione osservata nel rapporto tra linfociti CD4+ e CD8+ nei forti fumatori era dovuta prevalentemente ad un aumento delle cellule CD8+ (Ginns et al., 1982). Questi effetti sembravano essere reversibili non appena 6 settimane dopo la cessazione del fumo (Miller et al., 1982). Altri studi non hanno riportato alcuna differenza nella conta dei linfociti CD4+ e CD8+ tra i fumatori moderati (Costabel et al., 1986). Poiché le cellule CD4 + facilitano la proliferazione e la differenziazione delle cellule B e la sintesi delle immunoglobuline, la diminuzione di questo sottogruppo osservata nei forti fumatori potrebbe contribuire all’aumentata suscettibilità alle infezioni in questa popolazione.
Vie aeree e parenchima polmonare. Studi di lavaggio broncoalveolare hanno dimostrato una marcata diminuzione del numero assoluto di cellule CD4+ e un aumento delle cellule CD8+ con un rapporto di cellule CD4+/CD8+ inferiore nei fumatori moderati rispetto ai non fumatori (Leatherman et al., 1984; Costabel et al., 1986; Wewers et al., 1998). Non sono stati riscontrati cambiamenti significativi in queste variabili nel sangue periferico in questa popolazione di fumatori moderati, in contrasto con i risultati nei forti fumatori discussi in precedenza. Pertanto, i cambiamenti nella popolazione linfocitaria nel lavaggio broncoalveolare nei fumatori possono rivelare cambiamenti patologici prima che nel sangue. Inoltre, questi risultati suggeriscono che i fumatori hanno un deficit nell’immunità cellulo-mediata nell’alveolo polmonare, un sito critico nella difesa di prima linea contro l’infezione.
La ritenzione di cellule T CD8+ nei polmoni dei fumatori cronici merita particolare attenzione in quanto è un segno distintivo della BPCO ed è noto che queste cellule possono attivare i macrofagi alveolari per produrre la metalloproteinasi 12 della matrice, un potente enzima degradante dell’elastina che è stato collegato all’enfisema (Hautamaki et al., 1997; Grumelli et al., 2004). Inoltre, le cellule T CD8 + sono necessarie per l’infiammazione e la distruzione dei tessuti nell’enfisema indotto dal fumo nei topi (Maeno et al., 2007). Il fumo di sigaretta è stato anche trovato per promuovere la ritenzione di cellule T effettore di memoria CD8+ specifiche del virus, ma per indebolire la loro capacità difensiva (Gualano et al., 2008).
Il fumo è anche associato ad aumenti significativi della percentuale di macrofagi nel liquido di lavaggio broncoalveolare (Wewers et al., 1998). A causa del loro posizionamento strategico all’interno dello spazio alveolare, i macrofagi alveolari hanno un ruolo chiave nel rilevamento e nell’eliminazione degli agenti microbici all’inizio del corso di un’infezione. Il fumo di sigaretta aumenta il numero di macrofagi alveolari (Sopori et al., 1998) e li attiva per produrre mediatori pro-infiammatori, specie reattive dell’ossigeno ed enzimi proteolitici (de Boer et al., 2000; Russell et al., 2002), fornendo così un meccanismo cellulare che collega il fumo con l’infiammazione e il danno tissutale. Simile ai suoi effetti sull’epitelio respiratorio, il fumo di sigaretta compromette la capacità dei macrofagi alveolari di fagocitare i batteri (King et al., 1988; Berenson et al., 2006) e cellule apoptotiche (Hodge et al., 2007) e di percepire PAMPs (Drannik et al., 2004; Chen et al., 2007; Gaschler et al., 2008). È importante sottolineare che il fumo di sigaretta non può semplicemente sopprimere la funzione dei macrofagi alveolari come suggerito in precedenza, ma potrebbe invece distorcere il loro profilo mediatore infiammatorio. La natura dell’inclinazione può essere un fattore determinante della suscettibilità alla malattia. Di conseguenza, uno studio ha riportato uno stato distintivo di attivazione dei macrofagi alveolari nei fumatori che li distingueva da quelli nei non fumatori (Woodruff et al., 2005). Ciò evidenzia un concetto emergente chiave: il fumo può indurre la disattivazione parziale di M1 o l’attivazione parziale di M2 dei macrofagi. L’equilibrio e l’intensità di questa distorsione hanno implicazioni dirette per il sistema immunitario e la sua risposta alla malattia perché un’efficace difesa dell’ospite richiede un programma di attivazione dei macrofagi appropriato per il particolare tipo di patogeno e perché i macrofagi di tipo M1 possono causare danni polmonari marcati (enfisema), mentre i macrofagi di tipo M2 sono collegati alla progressione tumorale. I meccanismi molecolari della reattività e dell’inclinazione dei macrofagi alveolari alterati non sono attualmente compresi, ma sono almeno parzialmente reversibili dall’esposizione alla forma ridotta di glutatione, che implica il danno ossidativo delle vie effettrici. Il rischio di infezione è aggravato da carenze o polimorfismi dell’ospite nei geni di risposta immunitaria innata e adattativa, in particolare quelli che codificano i recettori di riconoscimento del pattern, come la lectina legante il mannosio e i loro intermedi di trasduzione del segnale (Becker & O’Neill, 2007).
Nei polmoni, le cellule dendritiche (DCs), che sono più potenti cellule presentanti l’antigene, e sono indispensabili per l’avvio della T cellulo-mediata risposta immunitaria (Mellman & Steinman, 2001), probabilmente sono altamente sensibili al fumo-effetti indotti, a causa della loro posizione anatomica (in lumen e direttamente sotto l’epitelio polmonare) (McComb et al., 2008). Sebbene sia noto che la chemochina diretta da DC CX3CL1 è sovraregolata nell’enfisema (McComb et al., 2008), ci sono solo pochi studi che valutano gli effetti del fumo sui DCs polmonari negli esseri umani e nei modelli animali (Tsoumakidou et al., 2008). Gli studi clinici suggeriscono che il numero di DCs maturi è ridotto nelle grandi vie aeree dei pazienti con BPCO che fumano (Jahnsen et al., 2006). Dopo la cessazione del fumo, il numero di DCS maturi aumenta e sono simili ai controlli sani non fumatori. Al contrario, il numero di DCs immaturi è aumentato nelle piccole vie aeree dei pazienti con BPCO rispetto agli individui che non hanno mai fumato e agli individui che fumano ma non hanno BPCO (McComb et al., 2008). Questi dati indicano che il comportamento del fumo può influenzare i numeri DC e lo stato di maturità.
Funzione dei leucociti. I leucociti polimorfonucleati del sangue periferico dei fumatori presentano migrazione e chemiotassi depresse rispetto ai PMN dei non fumatori (Noble & Penny, 1975; Corberand et al., 1979). La motilità e la chemiotassi del PMNs sono depresse nella cavità orale dei fumatori rispetto ai non fumatori (Eichel& Shahrik, 1969; Noble& Penny, 1975). L’intero fumo di sigaretta, la sua fase gassosa e la frazione idrosolubile sono potenti inibitori della chemiotassi PMN (Bridges et al., 1977). Della frazione idrosolubile del fumo di sigaretta, le aldeidi insature (acroleina e crotonaldeide) erano i principali contributori alle proprietà inibitrici. I componenti non volatili del fumo di sigaretta inibiscono anche la chemiotassi con un meccanismo diverso da quello delle aldeidi insature presenti nella fase di vapore del fumo (Bridges et al., 1977; Bridges & Hsieh, 1986). Il componente non volatile non ha inibito la migrazione. La nicotina non ha avuto alcun effetto sulla migrazione del PMN e sulla chemiotassi (Sasagawa et al., 1985). I macrofagi dei polmoni dei fumatori hanno un maggiore effetto inibitorio sulla proliferazione dei linfociti rispetto ai macrofagi dei polmoni dei non fumatori. Pertanto, gli effetti immunosoppressivi dei macrofagi sulla risposta immunitaria cellulo-mediata sono aumentati nei fumatori (Holt, 1987). Il rilascio di citochine (TNFa, IL-1, IL-2 e IL-6) dai macrofagi può anche essere alterato nei fumatori (McCrea et al., 1994; Twigg et al., 1994; Ouyang et al., 2000; Hagiwara et al., 2001). L’idrochinone, il composto fenolico nel catrame di sigarette, ha avuto l’effetto inibitorio più potente di queste citochine, mentre la nicotina ha avuto scarso effetto. Le citochine IL-1 e IL-6 sono importanti nella difesa dell’ospite contro l’infezione (Smith, 1988; Luster et al., 1999). Studi su animali hanno dimostrato che l’esaurimento di queste citochine aumenta la suscettibilità alla polmonite batterica. Poiché le PMN svolgono un ruolo significativo nella difesa dell’ospite contro le infezioni batteriche acute, una compromissione delle funzioni PMN da parte del fumo può contribuire all’aumentata suscettibilità dei fumatori alle infezioni sistemiche, inclusa la polmonite batterica.
Funzioni linfocitarie. L’attività delle cellule natural killer (NK) nel sangue periferico è stata riportata come ridotta nei fumatori rispetto ai non fumatori (Ferson et al., 1979; Hughes et al., 1985; Tollerud et al., 1989; Nair et al., 1990). Queste alterazioni sembrano essere reversibili, poiché l’attività NK negli ex fumatori era simile a quella di un gruppo che non fumava mai rispetto ai fumatori (Silverman et al., 1975; Hersey et al., 1983). Il periodo di recupero è stato relativamente breve, appena 6 settimane (Miller et al., 1982; Hughes et al., 1985). Poiché le cellule NK sono importanti nella risposta di sorveglianza precoce contro le infezioni virali e la resistenza contro le infezioni microbiche (Herberman & Holden, 1978; Herberman, 1980), la compromissione dell’attività delle cellule NK da parte del fumo di sigaretta è un potenziale meccanismo per l’aumento dell’incidenza di infezioni tra i fumatori.
Prove di montaggio suggeriscono che le cellule natural killer hanno un ruolo importante nella difesa innata dell’ospite contro gli agenti microbici e nella sorveglianza immunitaria antitumorale protettiva. Ciò è ottenuto mediante citotossicità diretta attraverso perforina e granzymes, apoptosi indotta da ligando CD95 e rilascio pro-infiammatorio di citochina e chemochina (Tollerud et al., 1989; Hamerman et al, 2005). Diversi studi hanno dimostrato che il numero di cellule NK e l’attività sono diminuiti nei fumatori rispetto ai non fumatori (Swann et al., 2007). L’esposizione al fumo di sigaretta attenua l’attività citotossica e la produzione di citochine delle cellule NK negli esseri umani e nei topi (Lu et al., 2006; Mian et al., 2008), collegando così i difetti delle cellule NK ad un aumento del rischio di infezione e del cancro.
Studi su animali hanno dimostrato che la nicotina inibisce la risposta cellulare che forma anticorpi attraverso la compromissione della segnalazione mediata dall’antigene nelle cellule T e la soppressione della risposta intracellulare di calcio (Geng et al., 1995; Geng et al., 1996; Sopori et al., 1998). È stato suggerito che la nicotina attraverso l’attivazione delle proteine tirosin chinasi e l’esaurimento delle riserve di calcio sensibili all’inositolo-1,4,5-trisfosfato nelle cellule T potrebbe essere un importante componente immunosoppressivo nel fumo di sigaretta (Kalra et al., 2000).