Immunometabolismo spiegato | L'interazione tra metabolismo e sistema immunitario
Introduzione
Il sistema immunitario protegge continuamente l'organismo dagli agenti patogeni e contribuisce a rimuovere i tessuti danneggiati. Per molto tempo si è pensato che il metabolismo delle cellule immunitarie svolgesse solo un ruolo di supporto. Oggi è chiaro che il metabolismo è invece un fattore importante che determina il modo in cui le cellule immunitarie reagiscono.
Questo campo di ricerca è noto come immunometabolismo. Studia come i processi metabolici, quali la combustione del glucosio, l'ossidazione degli acidi grassi e la produzione di energia mitocondriale, influenzino il comportamento delle cellule immunitarie.
Che cos'è l'immunometabolismo?
L'immunometabolismo descrive la relazione reciproca tra:
- il metabolismo di una cellula;
- la funzione del sistema immunitario.
Una cellula immunitaria deve adattare continuamente il proprio approvvigionamento energetico al suo compito. Una cellula a riposo ha un profilo metabolico diverso da quello di una cellula attivata che deve dividersi rapidamente o produrre mediatori dell'infiammazione.
Il ruolo dei mitocondri
I mitocondri non forniscono solo ATP, ma producono anche molecole segnale che possono influenzare le risposte immunitarie.
Sono coinvolti in:
- produzione di energia;
- regolazione del calcio;
- produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS);
- regolazione dell'apoptosi;
- adattamento del metabolismo durante l'attivazione immunitaria.
Pertanto, i mitocondri costituiscono un importante punto di collegamento tra metabolismo e immunità.
Le diverse cellule immunitarie utilizzano diverse fonti di energia
Non tutte le cellule immunitarie utilizzano la stessa strategia metabolica.
Macrofagi attivati
Durante una risposta infiammatoria acuta, i macrofagi passano in gran parte a:
- glicolisi;
- rapida produzione di ATP;
- aumento del consumo di glucosio.
In questo modo possono reagire rapidamente alle infezioni o ai danni tissutali.
Cellule immunitarie regolatorie
Altre cellule immunitarie, tra cui le cellule T regolatorie (Treg), fanno invece maggiormente affidamento su:
- ossidazione degli acidi grassi;
- fosforilazione ossidativa;
- produzione energetica mitocondriale efficiente.
Questa via metabolica sostiene la funzione cellulare a lungo termine.
Segnalazione mitocondriale
Oltre all'ATP, i mitocondri producono anche molecole segnale che influenzano i processi cellulari.
Esempi sono:
- specie reattive dell'ossigeno (ROS);
- metaboliti del ciclo dell'acido citrico;
- cambiamenti nei rapporti NAD+/NADH.
Questi segnali possono influenzare l'espressione genica e l'attività delle cellule immunitarie.
Immunometabolismo e infiammazione
I ricercatori studiano il rapporto tra i cambiamenti nel metabolismo delle cellule immunitarie e diversi processi infiammatori.
A questo proposito si analizzano:
- approvvigionamento energetico;
- funzione mitocondriale;
- stress ossidativo;
- flessibilità metabolica;
- comunicazione tra le cellule immunitarie.
L'obiettivo è comprendere meglio come i processi metabolici contribuiscano a una risposta immunitaria equilibrata.
Stile di vita e immunometabolismo
Diversi fattori dello stile di vita influenzano sia il metabolismo sia il sistema immunitario.
La ricerca si concentra, tra gli altri aspetti, su:
- attività fisica regolare;
- qualità del sonno;
- schemi alimentari;
- peso corporeo;
- sensibilità all'insulina;
- salute mitocondriale.
Questi fattori possono modificare lo stato metabolico delle cellule immunitarie e vengono pertanto studiati intensamente.
L'immunometabolismo nella ricerca scientifica
L'immunometabolismo è diventato un importante campo di ricerca nell'ambito di:
- immunologia;
- oncologia;
- endocrinologia;
- ricerca cardiometabolica;
- ricerca sull'invecchiamento.
Gli scienziati studiano come la funzione mitocondriale, il metabolismo del NAD+, l'AMPK, l'mTOR e altre vie metaboliche influenzino l'attività delle cellule immunitarie. Molte conoscenze provengono dalla ricerca di base e preclinica; sono necessari ulteriori studi clinici per stabilirne il significato per l'assistenza sanitaria.
Relazione con la salute mitocondriale
Una rete mitocondriale correttamente funzionante supporta:
- produzione efficiente di ATP;
- flessibilità metabolica;
- produzione controllata di ROS;
- omeostasi del calcio;
- controllo della qualità cellulare.
Per questo motivo, l'immunometabolismo viene spesso studiato insieme alla biologia mitocondriale.
Riepilogo
L'immunometabolismo studia il modo in cui il metabolismo e la funzione immunitaria si influenzano reciprocamente. I mitocondri svolgono un ruolo centrale, fornendo energia e trasmettendo segnali che aiutano le cellule immunitarie ad adattarsi alle condizioni mutevoli. Grazie ai rapidi progressi in questo campo, si sta acquisendo una comprensione sempre maggiore della stretta collaborazione tra metabolismo, salute mitocondriale e sistema immunitario.
Riferimenti scientifici
- Immunobiologia di Janeway
- Principi di biochimica di Lehninger
- Biologia molecolare della cellula
- O'Neill LAJ, Kishton RJ, Rathmell J. (2016). Una guida all'immunometabolismo per gli immunologi.
- Buck MD et al. (2017). Istruzione metabolica dell'immunità.
Link interni
- Biogenesi mitocondriale
- Fusione e fissione mitocondriale
- DNA mitocondriale
- Stress ossidativo
- Produzione di ATP
- Flessibilità metabolica
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