Fagocitosi: Meccanismo e fasi

La fagocitosi è l’ingestione di materiale particolato extracellulare come patogeni invasori o cellule morte/degenerate da parte delle cellule fagocitiche ed è uno degli importanti meccanismi di difesa innati. È condotta principalmente da cellule specializzate, come macrofagi, neutrofili e cellule dendritiche.

La fagocitosi è un tipo di endocitosi, altri sono l’endocitosi mediata dai recettori e la pinocitosi.

Step 1: Attivazione delle cellule fagocitiche e chemiotassi

Nel primo passo della fagocitosi, i fagociti sono attratti e si muovono verso una varietà di sostanze generate nella risposta immunitaria; questo processo è chiamato chemiotassi.

I fagociti in agguato sono attivati da mediatori infiammatori (prodotti batterici, citochine, prostaglandine e proteine del complemento). L’attivazione aumenta la loro attività metabolica e microbicida. Le cellule attivate esprimono anche più recettori glicoproteici che le aiutano a raggiungere il sito delle infezioni e a legarsi saldamente ai microrganismi. I neutrofili sono i primi a comparire e sono poi sostituiti dal macrofago.

Fase 2: Riconoscimento dei microbi invasori

La fase successiva della fagocitosi è l’adesione dell’antigene alla membrana cellulare delle cellule fagocitiche. L’aderenza induce delle protrusioni di membrana, chiamate pseudopodi, ad estendersi intorno al materiale attaccato e ad ingerirlo.

Le cellule fagocitiche contengono vari recettori che le aiutano ad attaccarsi ai batteri/virus. Alcuni di questi recettori sono:

• Recettori di riconoscimento del modello (PRR): I recettori di riconoscimento del modello riconoscono i modelli molecolari associati al patogeno (PAMPs). Questi includono molecole batteriche come peptidoglicano, acidi teicoici, lipopolisaccaridi, mannani, flagellina, pilina e DNA batterico. Per esempio, i recettori scavenger e i recettori toll-like legano e internalizzano i batteri gram-positivi e gram-negativi dopo essersi legati ai PAMPs.

L’opsonina è una molecola che si lega sia all’antigene che al macrofago e migliora la fagocitosi.

• Recettori Fc: I recettori Fc (FcR) presenti sulle superfici dei macrofagi e dei neutrofili si legano con la porzione Fc di anticorpi come le IgG e le IgM complessate con antigeni (cellula batterica o virus). Questo processo, chiamato opsonizzazione, aumenta la fagocitosi.

• Recettori del complemento (CR1): I recettori del complemento presenti sulle cellule fagocitanti si legano alle proteine del complemento complessate con complessi antigene-anticorpo. Per esempio, i macrofagi hanno recettori per il C3b e quindi legano cellule o complessi a cui il C3b ha aderito, portando alla fagocitosi. Anche le lectine legate al mannosio (MBL) aiutano a migliorare la fagocitosi.

Step 3: Ingestione e formazione dei fagosomi

Dopo l’attaccamento, la polimerizzazione e poi la depolimerizzazione dei filamenti di actina inviano gli pseudopodi a fagocitare il microbo. La fusione degli pseudopodi racchiude il materiale all’interno di una vescicola endocitica chiamata fagosoma, che poi entra nella via di elaborazione endocitica.

Fase 4: Formazione del fagolisoma

In questa via, un fagosoma si muove verso l’interno della cellula, dove si fonde con un lisosoma per formare un fagolisosoma.

Step 5: Uccisione microbica e formazione di corpi residui

I lisosomi contengono lisozima e varie sostanze antimicrobiche e citotossiche che possono distruggere i microrganismi e le cellule fagocitate. I microrganismi sono uccisi da meccanismi dipendenti dall’ossigeno o indipendenti dall’ossigeno.

1. Uccisione dipendente dall’ossigeno: I fagociti attivati producono una serie di intermedi reattivi dell’ossigeno (ROI) e intermedi reattivi dell’azoto che hanno una potente attività antimicrobica. Un processo metabolico noto come burst respiratorio si verifica nelle cellule fagocitiche che attivano l’ossidasi legata alla membrana formando anione superossido, radicali idrossili e perossido di idrogeno. All’interno del fagolisosoma si formano anche altre potenti sostanze antimicrobiche come ipoclorito, ossido nitrico, ecc. Tutte queste sostanze hanno mostrato una marcata attività antimicrobica contro batteri, funghi, vermi parassiti e protozoi.
2. Oxygen Independent Killing: Le cellule fagocitarie attivate sintetizzano anche il lisozima e vari enzimi idrolitici (per esempio, catepsina G, elastasi, collagenasi, catelicidine e proteina induttrice di permeabilità battericida) le cui attività degradative non richiedono ossigeno. Inoltre, i macrofagi attivati producono un gruppo di peptidi antimicrobici e citotossici, comunemente noti come defensine. Le defensine possono uccidere una varietà di batteri, tra cui Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Haemophilus influenzae. I macrofagi attivati secernono anche il fattore di necrosi tumorale α (TNF-α), una citochina che ha una varietà di effetti ed è citotossica per alcune cellule tumorali.

Fase 6: eliminazione o esocitosi

Il contenuto digerito del fagolisosoma viene poi eliminato in un processo chiamato esocitosi.