RA Pathophysiology

Note: Informazioni più aggiornate sulla patogenesi dell’RA possono essere trovate nelle conferenze tenute dall’autore su questo sito.

• Malattia infiammatoria immunomediata
• Istopatologia
• Inizio della malattia
• Propagazione della malattia
• Mediatori infiammatori nella RA

Malattia infiammatoria immunomediata

Nell’ultimo decennio abbiamo aumentato significativamente la nostra conoscenza della patobiologia sottostante l’artrite reumatoide. L’introduzione di terapie biologiche mirate ha fornito la prova sperimentale, piuttosto che sperimentale, che sono operative molteplici vie immunologiche e infiammatorie diverse. Ogni anno ci sono descrizioni di nuove citochine, mediatori e vie che mostrano ulteriori promesse nel dipanare le complesse vie patobiologiche.

L’artrite reumatoide è meglio caratterizzata come una malattia infiammatoria immunomediata (IMID). All’interno di un quadro che riconosce sia l’attivazione immunologica che le vie infiammatorie, possiamo iniziare a valutare le molteplici componenti dell’inizio e della propagazione della malattia. Questo quadro evidenzia che una volta iniziata e anche dopo che un fattore scatenante putativo può essere eliminato, ci sono vie di avanzamento che risultano in un processo auto-perpetuante.

Istopatologia

Sinovium

La sinovia, nelle articolazioni normali, è un sottile e delicato rivestimento che serve diverse funzioni importanti. La sinovia è un’importante fonte di nutrimento per la cartilagine, poiché la cartilagine stessa è avascolare. Inoltre, le cellule sinoviali sintetizzano lubrificanti articolari come l’acido ialuronico, così come collageni e fibronectina che costituiscono l’ossatura strutturale dell’interstizio sinoviale.

1. Rivestimento sinoviale o strato intimale: Normalmente, questo strato è spesso solo 1-3 cellule. Nell’AR, questo rivestimento è molto ipertrofico (8-10 cellule). Le popolazioni cellulari primarie in questo strato sono fibroblasti e macrofagi.

2. Area subintimale della sinovia: È dove si trovano i vasi sanguigni sinoviali; quest’area ha normalmente pochissime cellule. Nell’AR, tuttavia, l’area subintimale è fortemente infiltrata da cellule infiammatorie, compresi i linfociti T e B, macrofagi, mastociti e cellule mononucleate che si differenziano in osteoclasti multinucleati. L’intenso infiltrato cellulare è accompagnato dalla crescita di nuovi vasi sanguigni (angiogenesi). Nell’AR, la sinovia ipertrofizzata (chiamata anche pannicolo) invade ed erode la cartilagine e l’osso contigui. Come tale, si può pensare a un tessuto simile a un tumore, anche se le figure mitotiche sono rare e, naturalmente, non si verificano metastasi.

Cartilagine

Composta principalmente da collagene di tipo II e proteoglicani, questo è normalmente un tessuto molto resistente che assorbe un impatto e uno stress considerevoli. Nell’AR, la sua integrità, la resilienza e il contenuto di acqua sono tutti compromessi. Ciò sembra essere dovuto all’elaborazione di enzimi proteolitici (collagenasi, stromelysin) sia da parte delle cellule di rivestimento sinoviali che da parte degli stessi condrociti. Le citochine tra cui IL1 e TNF guidano la generazione di specie reattive di ossigeno e azoto e, mentre aumentano le vie cataboliche dei condrociti e la distruzione della matrice, inibiscono anche la formazione di nuova cartilagine. Anche i leucociti polimorfonucleati nel liquido sinoviale possono contribuire a questo processo degradativo.

Ossa

Composta principalmente da collagene di tipo I, la distruzione ossea è una caratteristica dell’AR. Questo processo è principalmente guidato dall’attivazione degli osteoclasti. Gli osteoclasti si differenziano sotto l’influenza delle citochine, in particolare l’interazione di RANK con il suo ligando. L’espressione di questi sono guidati da citochine tra cui TNF e IL1, così come altre citochine tra cui IL-17. Ci può essere anche un contributo alla distruzione ossea da mediatori derivati dalle cellule sinoviali attivate.

Cavità sinoviale

La cavità sinoviale è normalmente solo uno spazio “potenziale” con 1-2ml di liquido altamente viscoso (dovuto all’acido ialuronico) con poche cellule. Nell’AR, si verificano grandi raccolte di fluido (“effusioni”) che sono, in effetti, filtrato di plasma (e, quindi, essudativo – cioè, ad alto contenuto proteico). Il liquido sinoviale è altamente infiammatorio. Tuttavia, a differenza del tessuto sinoviale reumatoide in cui le cellule infiltranti sono linfociti e macrofagi ma non neutrofili, nel liquido sinoviale la cellula predominante è il neutrofilo.

Inizio della malattia

La ricerca di un singolo inafferrabile fattore scatenante l’AR è stata in corso per molti anni. Molteplici studi non sono riusciti a dimostrare in modo conclusivo che un qualsiasi organismo o esposizione sia singolarmente responsabile della malattia. Tuttavia, un certo numero di studi epidemiologici ben fatti e studi genetici hanno fornito informazioni preziose per informare il nostro genere, anche se ancora incompleto, la comprensione del processo dinamico di inizio della malattia.

Suscettibilità genetiche

Nei primi anni ’80 è stata descritta un’associazione per l’associazione dell’AR con gli antigeni maggiori di istocompatibilità (MHC) di classe II, in particolare l’epitopo condiviso trovato in HLA-DR4. Gli MHC di classe II sulla superficie di una cellula che presenta l’antigene interagiscono con un recettore delle cellule T nel contesto di un antigene specifico, di solito una piccola sequenza peptidica di una proteina. Una sequenza di residui aminoacidici con caratteristiche di sequenza e carica altamente conservate all’interno della regione ipervariabile dell’HLA-DR4 rimane il più grande fattore di rischio genetico descritto per l’AR, stimato per contribuire a circa il 30% del rischio genetico per la malattia. Si ipotizza che un peptide scatenante (o peptidi) con un adattamento conformazionale stretto per la tasca formata da questi residui sia un evento precoce che porta all’attivazione dei linfociti T. Più recentemente, si è scoperto che i peptidi citrullinati modificati possono avere una significativa specificità di legame per gli alleli di epitopo condivisi, con alcuni dati che ora suggeriscono che le sequenze citrullinate da diverse proteine sono associate alla restrizione allelica. (Una discussione più dettagliata sulla citrullinazione è riportata di seguito).

Altre suscettibilità genetiche sono state descritte nella RA, ma i loro contributi relativi alla malattia non sono ancora ben definiti. Queste includono la peptidil arginina deiminasi-4 (PAD-4) che può portare ad un aumento della citrullinazione, PTNP22, STAT4 e CTLA4 che possono essere coinvolti nell’attivazione delle cellule T, i recettori del TNF e altri.

Che l’AR abbia una componente genetica è confermato anche da una serie di studi su gemelli monozigoti (dallo stesso embrione, quindi con DNA quasi identico) e dizigoti (da embrioni diversi). In questi studi i tassi di concordanza tra i gemelli erano più alti nei gemelli monozigoti che andavano dal 15 al 35% rispetto ai gemelli dizigoti in cui la concordanza era nell’intervallo del 5%. Anche la prevalenza dizigotica di RA era superiore alle stime della popolazione generale di circa l’1%. È importante sottolineare però che anche nei gemelli con DNA quasi identico, c’era tutt’altro che una perfetta correlazione dello sviluppo di RA, implicando molti altri fattori legati allo sviluppo della malattia rispetto ai fattori genetici.

Triggers of Disease

Il fatto che non ci sia una perfetta concordanza genetica implica altri fattori nello sviluppo della malattia. La ricerca di questi inafferrabili fattori scatenanti non ha dato risultati. Un certo numero di studi ben condotti hanno dimostrato che il fumo di sigaretta è un fattore di rischio significativo per lo sviluppo della malattia e anche con la gravità della malattia. È interessante notare che questa relazione è particolarmente forte negli individui che portano l’epitopo condiviso, e ancora di più nei pazienti che hanno autoanticorpi RA.

La ricerca di infezioni batteriche o virali come cause di RA è stata spesso ipotizzata, e molti pazienti metteranno in relazione l’inizio dei loro sintomi con un’infezione antecedente; tuttavia, il recupero di organismi o il loro DNA dal sangue o dal tessuto articolare sono stati infruttuosi nello scoprire “l'” infezione sfuggente responsabile di RA. Tuttavia, la capacità di un’infezione di attivare una serie di vie immunologiche e infiammatorie può “innescare la pompa” in combinazione con altri fattori.

Forse gli sviluppi più eccitanti degli ultimi anni in termini di inizio dell’RA è stata la crescente ricerca per valutare il possibile ruolo dei batteri orali come fattore scatenante dell’RA. C’è stata un’associazione di lunga data descritta tra la malattia parodontale e l’AR, tuttavia causa ed effetto sono stati tutt’altro che provati. La malattia parodontale è caratterizzata da una significativa infiammazione delle gengive che porta alla distruzione dell’osso e della matrice collagene. Entrambe sono malattie infiammatorie con molti degli stessi mediatori e percorsi coinvolti, quindi questa potrebbe essere semplicemente un’associazione tra due processi infiammatori. Tuttavia, è ora riconosciuto che una specifica specie di batteri, Porphyromonas gingivalis, che colonizza i pazienti con malattia parodontale e segna la progressione da gengivite a parodontite più aggressiva ha un enzima che può causare citrullinazione delle proteine. Con il crescente riconoscimento che la citrullinazione delle proteine è un evento precoce che porta ad una risposta immunitaria contro queste nell’AR, questi dati suggeriscono che l’infezione parodontale può precedere lo sviluppo dell’AR in alcuni pazienti che servono come un fattore di inizio della malattia. Un certo numero di gruppi in tutto il mondo, compreso il nostro, stanno ora studiando questi percorsi per comprendere meglio questi processi.

Citrullinazione

Il riconoscimento degli anticorpi diretti contro i peptidi citrullinati nell’AR è stato uno sviluppo importante per migliorare l’identificazione della malattia e fornire informazioni prognostiche. La citrullina è una modifica post-traslazionale che si verifica sui residui di arginina contenuti nelle proteine e nei peptidi. Esiste una serie di enzimi che possono causare la citrullinazione, presenti in vari tipi di cellule e tessuti conosciuti come peptidilarginina deiminasi (PAD). La citrullinazione è un processo normale, richiesto per la normale formazione della pelle e altre funzioni fisiologiche. Tuttavia, nell’artrite reumatoide si sviluppa una risposta autoimmune contro i peptidi citrullinati rilevata come anticorpi anti peptide citrullinato (ACPA). Uno dei test per rilevare questi anticorpi rileva i peptidi anticitrullinati (anti-CCP), attualmente il test diagnostico più comunemente usato per loro. La presenza di anti-CCP sono >98% specifici per la diagnosi di artrite reumatoide; tuttavia, non tutti i pazienti con RA svilupperanno anticorpi anti-CCP.

Di significativa importanza è il riconoscimento che questi anticorpi anti-CCP possono essere rilevati fino a 15 anni prima della comparsa dei sintomi clinici di RA indicando una fase preclinica della malattia in cui l’attivazione immunologica è già in corso. Inoltre, è stato recentemente dimostrato che specifiche sequenze di peptidi citrullinati si legano ad alleli epitopici condivisi con alta affinità e possono portare all’attivazione delle cellule T.

I meccanismi di citrullinazione che portano alla RA rimangono poco chiari. Un polimorfismo nel gene PAD4 che può portare ad un aumento della citrullinazione è stato descritto nelle popolazioni. Nei pazienti RA, risposte autoanticorpali si sviluppano anche contro la proteina PAD4, associata ad un decorso più aggressivo della malattia. Una specie di batterio orale Porphyromonas gingivalis possiede un enzima PAD. Date le relazioni descritte con la malattia parodontale e l’AR, è stato ipotizzato che questo batterio possa anche servire ad avviare la citrullinazione nelle fasi precliniche dell’AR.

Propagazione della malattia

Attivazione delle cellule T

Incontro con l’antigene nel contesto del MHC su una cellula che presenta l’antigene, un linfocita T è posizionato per 3 possibili destini: attivazione, anergia/tolleranza, o apoptosi (morte). L’attivazione della cellula T è possibile solo se la cellula T riceve un “secondo segnale” attraverso il coinvolgimento di recettori cellulari aggiuntivi. Uno dei più importanti di questi secondi segnali è fornito attraverso la molecola CD28 sulla superficie della cellula T, ma molti altri secondi segnali sono coinvolti in questo processo di “costimolazione”. All’ingaggio di questi recettori, una cellula T di solito si attiva. Il mancato impegno dei recettori stimolatori, o l’impegno di un recettore down-regulator, farà sì che la cellula diventi tollerante all’antigene (per esempio non si attiva quando è esposta all’antigene) o che vada incontro a morte cellulare programmata attraverso l’apoptosi. Il processo di costimolazione delle cellule T è interrotto da abatacept, una terapia biologica usata per trattare l’RA.

Quando le cellule T si attivano, a loro volta proliferano e cominciano a secernere altre citochine tra cui IL-2, che favorisce la loro proliferazione, e a seconda di altre esposizioni, citochine come IFN-γ, TNF e IL-4. È l’effetto di queste citochine derivate dalle cellule T che altre cellule si attivano. Le cellule T interagiscono anche direttamente con altre cellule attraverso i recettori di superficie per generare ulteriori segnali di attivazione.

Attivazione delle cellule B e autoanticorpi

Le cellule B si attivano attraverso le interazioni con le cellule T e attraverso citochine solubili che aumentano la loro proliferazione e differenziazione. Le cellule B esprimono una serie di recettori sulla loro superficie durante la loro differenziazione, compresa la molecola CD20, che viene persa durante la differenziazione terminale in plasmacellule che formano anticorpi. Le cellule B e le plasmacellule possono essere trovate nella sinovia reumatoide, a volte come aggregati linfoidi nel sotto-novium. Gli effetti delle cellule B si estendono oltre il loro ruolo nella formazione delle plasmacellule, compresa la produzione di citochine, le interazioni cellulari dirette, ed esse stesse servono come cellule presentatrici dell’antigene ai linfociti T. Il ruolo delle cellule B nell’AR è stato chiaramente dimostrato con l’efficacia del rituximab che elimina le cellule B circolanti, anche se con un impatto limitato sulla formazione di autoanticorpi.

Una delle caratteristiche della maggior parte delle malattie autoimmuni è la presenza di autoanticorpi malattia-specifici che aiutano a definire i fenotipi della malattia. Gli anticorpi sono prodotti dalle plasmacellule, che rappresentano lo stadio terminale della differenziazione dei linfociti B. L’artrite reumatoide è caratterizzata dalla presenza di autoanticorpi noti come fattori reumatoidi (RF) e anticorpi anti peptide citrullinato (ACPA, che comprende l’anticorpo anti peptide citrullinato ciclico o anti-CCP). I fattori reumatoidi sono stati a lungo riconosciuti come una caratteristica di molti pazienti con RA. Si tratta di autoanticorpi in senso classico; sono anticorpi diretti contro gli anticorpi nativi, più classicamente descritti come anticorpi IgM che riconoscono la porzione Fc delle molecole IgG, ma gli RF possono anche essere degli isotipi IgG o IgA. I fattori reumatoidi non sono specifici per la diagnosi di RA, ma si vedono in molte altre condizioni infiammatorie e autoimmuni. Queste includono la sindrome di Sjogren, le infezioni croniche tra cui la tubercolosi e l’endocardite, l’epatite C, le malattie renali o epatiche croniche, le malattie linfoproliferative tra cui il mieloma, e altre condizioni. Mentre il fattore reumatoide può essere visto in altre condizioni infiammatorie, le ACPA sono altamente specifiche per l’artrite reumatoide e definiscono un fenotipo di malattia più aggressivo (discusso più sopra).

Attivazione delle cellule effettrici

Mentre le cellule T e le cellule B rappresentano gli aspetti immunologici dell’AR, la maggior parte del danno della malattia è guidato dalle cellule effettrici e dai loro prodotti, comprese le citochine e altri mediatori. Il rivestimento sinoviale nell’AR rappresenta un’espansione di cellule simili a fibroblasti e macrofagi. È il macrofago che è stato visto come uno dei principali orchestratori del danno effettorale nell’AR. I macrofagi sono una ricca fonte e i principali produttori di citochine proinfiammatorie tra cui TNF, IL-1, IL-6, IL-8 e GMCSF. Queste citochine stimolano ulteriormente il macrofago, così come altre cellule nel microambiente in un tra cui fibroblasti e osteoclasti, e infine in siti distanti nel corpo attraverso recettori di superficie cellulare tra cui l’epatocita che è responsabile della generazione di proteine di risposta alla fase acuta (come la proteina C-reattiva). I macrofagi sono anche produttori di prostaglandine e leucotrieni, ossido nitrico e altri mediatori pro-infiammatori con effetti locali e sistemici. Il fibroblasto sinoviale, inoltre, secerne citochine tra cui IL-6, IL-8 e GM-CSF, e altri mediatori tra cui proteasi distruttive e collagenasi.

I neutrofili vengono reclutati in gran numero nella cavità reumatoide dove possono essere aspirati nel liquido sinoviale. Il reclutamento dei neutrofili nell’articolazione è probabilmente guidato da IL-8, leucotriene B4, e possibilmente dall’attivazione localizzata del complemento attraverso C5a. I neutrofili nel liquido sinoviale sono in uno stato attivato, rilasciando radicali liberi derivati dall’ossigeno che depolimerizzano l’acido ialuronico e inattivano gli inibitori endogeni delle proteasi, promuovendo così il danno all’articolazione.

I condrociti, come i fibroblasti sinoviali, sono attivati da IL1 e TNF per secernere enzimi proteolitici. Possono, quindi, contribuire alla dissoluzione della loro stessa matrice cartilaginea, spiegando così il progressivo restringimento degli spazi articolari visto radiograficamente in questa malattia.

Mediatori infiammatori nell’AR

Citochine

Uno dei più importanti gruppi di mediatori nell’AR sono le citochine. Le più importanti sono TNF, IL-1 e IL-6. Queste citochine, rilasciate nel microambiente sinoviale, hanno effetti autocrini (attivano la stessa cellula), paracrini (attivano cellule vicine) ed endocrini (agiscono in siti lontani) e sono responsabili di molte manifestazioni sistemiche della malattia. Ci sono molte funzioni condivise da TNF, IL-1 e IL-6, e queste citochine a loro volta upregolano l’espressione delle altre. Tra gli effetti importanti di queste citochine ci sono:

• Induzione della sintesi delle citochine
• Upregolazione delle molecole di adesione
• Attivazione degli osteoclasti
• Induzione di altri mediatori infiammatori tra cui prostaglandine, ossido nitrico, mtrix metalloproteinases
• Induzione della risposta di fase acuta (es.proteina C-reattiva, aumento della VES)
• Caratteristiche sistemiche (es, affaticamento, febbre, cachessia)
• Attivazione delle cellule B (IL-6)

Altre citochine sono sempre più descritte nell’AR. Queste includono IL-8 che è coinvolto nel reclutamento cellulare, GM-CSF coinvolto nello sviluppo dei macrofagi, IL-15 coinvolto nella proliferazione delle cellule T, IL-17 che ha effetti pleiotropici su più tipi di cellule tra cui l’espressione degli osteoblasti di RANK che porta all’attivazione degli osteoclasti, e IL-23 coinvolto nell’aumento della differenziazione delle cellule TH17.

I mediatori solubili dell’infiammazione che possono diffondersi dal sangue e/o essere formati localmente all’interno della cavità articolare includono prostaglandine, leucotrieni, metalloproteine di matrice. Le prostaglandine sono coinvolte nella senstitizzazione del dolore, nell’infiammazione localizzata e in alcuni effetti sull’osso, mentre i leucotrieni svolgono un ruolo nella permeabilità vascolare e nella chemiotassi. Le metalloproteinasi di matrice (MMP) sono potenti nella loro capacità di degradare enzimaticamente la matrice di collagene della cartilagine. Le chinine causano il rilascio di prostaglandine dai fibroblasti sinoviali e sono anche potenti agenti algici (che producono dolore). Il complemento può essere disponibile per l’interazione con i complessi immunitari per generare ulteriori stimoli chemiotattici. Il neuropeptide sostanza P è un potente peptide vasoattivo e proinfiammatorio che è stato anche implicato nella RA.