Role of neurotransmitters in immune cell function: serotonin-mediated modulation of CD4+ T-cell chemotaxis

Il fatto che esista una comunicazione bidirezionale tra il sistema immunitario e quello nervoso sta diventando sempre più evidente. Molti sono i dati a favore dell’idea che i neurotrasmettitori non sono solo coinvolti nello scambio di informazioni tra cellule neuronali, ma anche tra quelle del sistema immunitario. Non solo, si pensa che questi possano giocare un ruolo chiave anche nella comunicazione tra i due sistemi. Non a caso, sia gli organi linfoidi primari che secondari sono innervati da fibre nervose, così come lo è la pelle. Tra i diversi tipi di neurotrasmettitori, la serotonina (5-HT) sembra essere coinvolta in diversi importanti processi biologici che avvengono anche al di fuori del sistema nervoso centrale (CNS). Infatti, questo neurotrasmettitore è prodotto principalmente (circa per il 90%) dalle cellule enterocromaffiniche (ECs) dell’intestino ed è trasportato nell’organismo dalle piastrine che, in appropriate condizioni, lo rilasciano. Inoltre, le cellule del sistema immunitario esprimono recettori per la serotonina. Pertanto, la serotonina può entrare in contatto ed eventualmente modificare le attività del sistema immunitario in più siti dell’organismo e in diversi contesti fisiologici e patologici. I recettori della serotonina possono essere divisi in sette maggiori classi, 5-HT1-5-HT7. Studi precedenti hanno mostrato che alcuni di essi, in particolare modo i recettori 5-HT1, 5-HT2 e 5-HT7, hanno un ruolo nell’attivazione delle cellule T. Nei nostri studi ci siamo concentrati su un eventuale ruolo della serotonina nella migrazione dei linfociti T, attraverso l’interazione con un suo particolare recettore, il 5-HT3. Il recettore 5-HT3 è un canale pentamerico che appartiene alla famiglia dei canali ionici attivati da ligando (LGICs), mentre tutti gli altri recettori serotonergici appartengono alla famiglia dei recettori accoppiati a proteine G (GPCRs). Ad oggi, sono state identificate cinque differenti subunità che possono costituire il recettore 5-HT3. Dapprima, abbiamo dunque dimostrato che le cellule T CD4+ umane, sia resting che attivate, esprimono solo la subunità 5-HT3A e che la sua espressione aumenta dopo attivazione. Le altre subunità non sono espresse, dunque il recettore HT3A nelle cellule T è un canale omopentamerico. È interessante considerare il fatto che, tra le diverse subunità esistenti, l’espressione della subunità 5-HT3A è condizione essenziale e sufficiente per la formazione del canale. In seguito, abbiamo confermato, a livello proteico, l’espressione della suddetta subunità e la sua aumentata espressione dopo attivazione. Inoltre, abbiamo dimostrato che il recettore è funzionale con esperimenti di patch clamp. Abbiamo poi dimostrato che linfociti T, sia resting che attivati, sono capaci di produrre e rilasciare serotonina. In seguito, siamo passati allo studio del possibile ruolo del sistema serotonergico nella chemotassi dei lifociti T. Abbiamo osservato che la presenza di serotonina esogena, o di agonisti specifici del canale 5-HT3, riducono significativamente la chemotassi in risposta a CXCL12. Inoltre, l’inibizione del canale mediante antagonisti specifici induce un aumento della migrazione, in assenza di serotonina esogena. Gli effetti osservati in migrazione sono risultati confrontabili con quelli ottenuti in esperimenti di flussi di calcio in risposta a CXCL12, indicando che il recettore 5-HT3 controlla i primi eventi della trasduzione del segnale indotta da chemochina. Ci siamo poi chiesti in quale contesto la serotonina potesse influenzare la migrazione dei linfociti. L’attività dell’enzima triptofano idrossilasi (TPH) rappresenta il passaggio limitante nella sintesi della serotonina. È stato dimostrato, in cervelli di ratto, che l’ipossia riduce l’attività di questo enzima e, in generale, una diminuzione nella concentrazione di ossigeno causa una riduzione nella velocità di sintesi della serotonina da parte di questo enzima. Abbiamo dimostrato che anche in cellule T CD4+ umane, in condizioni ipossiche, la produzione di serotonina è ridotta, sia in presenza che in assenza di CXCL12. Nella migrazione verso i tessuti, le cellule T sono esposte ad un gradiente d’ossigeno. Infatti, mentre nel sangue la tensione d’ossigeno è di 5-13 kPa, nei tessuti questa si riduce a 0.5-2.5 kPa. Non solo, una ridotta tensione d’ossigeno è una delle principali caratteristiche delle condizioni infiammatorie. Considerando che le cellule T umane producono e rilasciano serotonina costitutivamente e che la stimolazione autocrina del canale 5-HT3 inibisce la migrazione delle cellule T, abbiamo ipotizzato che l’ipossia potesse ridurre la migrazione cellulare, attraverso una modulazione della produzione di serotonina endogena. I nostri dati hanno confermato tale ipotesi, suggerendo che la serotonina in grado di effettuare un controllo reostatico della migrazione delle cellule T in ipossia.