Il sistema HLA, come precedentemente accennato, fu scoperto nall'ambito di studi che riguardavano il trapianto.Il termine trapianto sta ad indicare sia la procedura di espianto ed impianto di cellule, tessuti o organi da un individuo ad un altro (solitamente), sia l'organo o il tessuto oggetto di tale procedura. L'individuo che fornisce il tessuto da trapiantare viene definito donatore, il destinatario, ricevente. A seconda della tipologia di soggetti su cui la procedura viene eseguita distinguiamo il trapianto autologo (da un individuo sullo stesso individuo), il trapianto singenico (tra due individui geneticamente identici quali i gemelli monozigoti), il trapianto allogenico (tra due individui della stessa specie) e il trapianto xenogenico (tra due individui di specie diverse).Sebbene i primi tentativi di trapianto risalgano a tempi molto lontani, l'impulso alla odierna trapiantologia è venuto dalla seconda guerra mondiale e dalla battaglia d'Inghilterra durante la quale i medici inglesi, per ridurre la superficie ustionata dei loro piloti, ricorsero al trapianto di cute da un individuo all'altro a fini terapeutici. Tali tentativi tuttavia si risolvevano invariabilmente in un insuccesso in quanto la cute trapiantata, nel giro di pochi giorni, andava incontro a necrosi e si distaccava. In seguito a studi su modelli animali si comprese che il mancato attecchimento del trapianto cutaneo era dovuto ad una reazione infiammatoria che fu definita rigetto, che sembrava attribuibile all'azione dell'immunità acquisita in quanto di essa ne presentava le caratteristiche peculiari: memoria cellulare (un secondo trapianto nella stessa coppia donatore-ricevente viene rigettata più in fretta), specificità (un secondo trapianto eseguito da un donatore geneticamente diverso dal primo viene rigettato nello stesso tempo del primo) e, infine, la possibilità di trasferire la memoria cellulare da un ricevente ad un altro mediante il trasferimento di linfociti immunocompetenti.Due furono le scoperte fondamentali nell'ambito degli studi sulla trapiantologia e di entrambi accenneremo i concetti fondamentali: i meccanismi immunopatogenetici importanti per la scelta delle coppie donatore-ricevente e la terapia immunosoppressiva, importante per il controllo delle reazioni di rigetto.Per quanto riguarda i meccanismi immunopatogenetici, la risposta immune all'allotrapianto è, come accennato, di tipo acquisito e può essere sia di tipo cellulomediato, sia di tipo umorale. Le reazioni del primo tipo sono molto importanti negli organi trapiantati, ma anche gli anticorpi contribuiscono validamente, in particolare nelle forme croniche di rigetto. Gli obiettivi principali della risposta cellulo-mediata sono gli antigeni HLA dell'organo donato, mentre, meno importanti (ad eccezione del trapianto di midollo e delle trasfusioni di sangue), sono gli antigeni minori di istocompatibilità, la maggior parte dei quali è costituita da normali proteine che differiscono tra donatore e ricevente in quanto varianti alleliche.Due domande potrebbero sorgere quindi spontaneamente:1) perché le diverse cellule esprimono molecole in grado di stimolare una risposta così potente da parte dei linfociti T allogenici?2) perché tale risposta è così intensa?La risposta alla prima domanda sembra potersi trovare sia nella grande diffusione sulle membrane cellulari degli antigeni HLA, a causa del loro ruolo cruciale nel sistema immunitario, sia nel loro elevato polimorfismo, caratteristica fondamentale della possibilità della specie umana di garantire la sua sopravvivenza contro gli agenti infettivi.In altre parole potrebbe essere causata da una semplice coincidenza.La risposta alla seconda domanda richiede invece una risposta più elaborata. La reazione di rigetto ai trapianti è così forte perché nel corso di essa avviene una stimolazione policlonale dei linfociti T (fino al 2% dei linfociti di un individuo è in grado di riconoscere e rispondere ad una singola molecola MHC estranea) e pertanto non è una singola cellula che in seguito a riconoscimento e ad attivazione va incontro a proliferazione e differenziazione in cellule effettrici ma moltissime. La spiegazione di questo fenomeno risiede in un'analisi molecolare delle basi del riconoscimento degli alloantigeni. Il determinante tridimensionale riconosciuto da un TCR comprende infatti sia residui aminoacidici presenti nelle α-eliche della molecola MHC che formano le pareti della tasca per il peptide, sia residui aminoacidici del peptide legato alla tasca stessa. In conseguenza della selezione timica, il repertorio TCR è destinato a scoprire piccole differenze tra i peptidi estranei legati alle molecole self e i peptidi autologhi legati a queste stesse molecole. In situazioni normali queste differenze derivano interamente dai residui aminoacidici del peptide estraneo mentre nella situazione allogenica, queste differenze sono il frutto della molecola MHC estranea, del peptide legato, o della combinazione di entrambi. L'elevato numero di TCR che cross-reagisce con ogni allele MHC estraneo può essere pertanto attribuito a tre fattori:1) Le molecole MHC estranee differiscono da quelle self per numerosi residui aminoacidici, ognuno dei quali, da solo o in combinazione, può produrre un determinante riconosciuto da un diverso clone linfocitario cross-reattivo. Ogni molecola MHC allogenica sarebbe quindi riconosciuta da numerosi cloni di linfociti T, i cui recettori sono specifici per differenti peptidi estranei associati alle molecole MHC autologhe.2) Numerosi peptidi diversi, in combinazione con una molecola MHC allogenica, possono produrre determinanti riconosciuti da cloni T cross-reagenti diversi. Ogni singola molecola MHC estranea può legare un solo peptide alla volta, self o non self, ma sulla superficie di ogni cellula estranea esistono molte copie di molecole MHC estranee, ognuna delle quali può formare un complesso con un peptide diverso; ognuno di questi può a sua volta essere riconosciuto da un linfocita diverso. Il punto di fondo è che i peptidi autologhi possono contribuire al riconoscimento T quando siano legati a molecole MHC estranee, dal momento che i TCR che riconoscono determinanti formati da molecole MHC estranee e peptidi self non sono stati eliminati a livello timico durante la selezione negativa. Poiché molti peptidi self diversi formano determinanti con molecole MHC estranee riconosciuti da cloni cellulari T diversi, ogni cellula allogenica può essere riconosciuta da molti cloni T diversi, ognuno dotato di una diversa specificità per un peptide estraneo. E' questa la ragione principale dell'alta frequenza di linfociti T alloreattivi (Figura 5.16).3) Gli allodeterminanti possono essere espressi sulla superficie di APC estranee a densità più elevata che non i determinanti formati da specifici peptidi estranei legati a molecole MHC self sulla superficie di APC autologhe. In situazione di normalità, pochissime molecole MHC self presentanti un peptide estraneo riescono ad attivare un singolo linfocita T specifico per quel determinante (mai più dell'1% delle molecole MHC espresse da una APC). Nel caso del trapianto un determinante antigenico può essere costituito interamente da una porzione della molecola MHC estranea e l'elevata densità può permettere l'attivazione di linfociti T anche con bassa specificità per il ligando, aumentando così il numero di linfociti responsivi. Se il ricevente di un allotrapianto ha piena competenza immunologica, il trapianto si risolve quindi, quasi invariabilmente, in una reazione di rigetto con i meccanismi sopraindicati. Nella pratica clinica e nei modelli sperimentali sono stati pertanto adottati diversi accorgimenti per evitare o ritardare il rigetto quali rendere meno immunogenico il trapianto o modulare la risposta immune.Il primo approccio consiste nel ridurre al minimo le differenze antigeniche tra donatore e ricevente tramite la tipizzazione di entrambi gli individui, lo studio della presenza nel siero del ricevente di anticorpi pre-formati diretti contro le cellule del donatore e la finale selezione delle coppie. L'istocompatibilità, tuttavia, pur essendo condizione fondamentale nei trapianti di midollo e rilevante in quelli di rene, lo è meno per quelli di cuore e quasi ininfluente in quelli di fegato, tanto che per questi ultimi due tipi di trapianto non costituisce un criterio selettivo della coppia donatore-ricevente.Il secondo approccio, ossia l'immunomodulazione mediante terapia immunosoppressiva, è il principale approccio nella prevenzione e nel trattamento del rigetto di trapianto e la scoperta della ciclosporina A, il principale agente immunosoppressivo di uso clinico, ha rappresentato una svolta nella moderna trapiantologia. Questa è un peptide ciclico, presente come normale metabolita in una specie fungina, che agisce principalmente inibendone la trascrizione di alcuni geni, ed in particolare di quello per l'IL-2. Essa si lega con alta affinità ad una proteina ubiquitaria chiamata ciclofillina e il complesso ciclosporina-ciclofillina A si lega alla protein-fosfatasi attivata da calcio/calmodulina chiamata calcineurina, inibenone l'attività enzimatica. Dal momento che tale proteina è necessaria per l'attivazione della componente citoplasmatica del fattore di trascrizione NFAT, la ciclosporina A, in definitiva, blocca l'attivazione di NFAT ed quindi la trascrizione dei geni per l'IL-2 e di altre citochine con un effetto finale di blocco della crescita e della differenziazione IL-2 dipendente dei linfociti T (Figura 5.17).Figura 5.17 Sistema di trasduzione intracellulare associato con l'attivazione TCR mediata dei linfociti T.Altri metodi immunosoppressivi sono poi costituiti dai corticosteroidi quali il prednisone ed il metilprednisolone, le tossine metaboliche quali l'azatioprina e la ciclofosfamide, l'irradiazione degli organi linfoidi e gli anticorpi diretti contro le molecole di superficie dei linfociti T quale l'OKT3, che depaupera il tessuto linfoide dell'ospite. Altri farmaci più recenti sono poi il Tacrolimus (inibitore, come la ciclosporina, della calcineurina), gli inibitori del recettore dell'IL2 quali il Daclizumab e il Basiliximab, le globulina anti timocita (che depaupera il tessuto linfoide dell'ospite) e il Sirolimus (derivato fungino come il tacrolimus e la ciclosporina ma che inibisce non la calcineurina ma le funzioni dei linfociti stimolate da alcune citochine ed in particolare l'IL-2) (Tabella 5.1). Sebbene la terapia immunosoppressiva abbia rappresentato un momento di svolta per la moderna trapiantologia, essa non rappresenta la panacea per tutti i trapianti a causa, in particolare, delle conseguenze del deficit di sorveglianza immunitaria da essa causato: infezioni e tumori.