Metabolismo e immunità nel periparto bovino: un delicato equilibrio da comprendere e gestire – Seconda parte

La funzionalità delle cellule immunitarie: l’immunosoppressione è una condizione reale?

Le alterazioni che interessano il sistema immunitario delle bovine in transizione hanno suscitato, da tempo, l’interesse della comunità scientifica. Goff e Horst (1997) riportarono come le funzioni del sistema immunitario risultassero compromesse durante la settimana prima e dopo il parto, ipotizzando che tale condizione potesse parzialmente contribuire alla frequente insorgenza di malattie infettive (come, ad esempio, le mastiti) osservate all’inizio della lattazione nella maggior parte delle bovine. Queste evidenze sono state utilizzate per avvalorare l’ipotesi della presenza di uno stato di immunosoppressione nelle vacche durante il periodo di transizione, condizione che si sovrappone ad una concomitante carenza di energia e proteine.

Negli ultimi due decenni, una vasta letteratura scientifica ha approfondito la comprensione della funzionalità immunitaria delle vacche da latte durante la fase del periparto (Bertoni e Trevisi, 2013; Horst et al., 2021).

Un aspetto particolarmente rilevante riguarda la divergenza tra le risposte immunitarie innate periferiche e sistemiche nelle bovine che si avvicinano al momento del parto. Nel confronto tra pre- e post- parto le bovine mostrano una attenuazione delle risposte immunitarie nei tessuti periferici evidenziata da una ridotta capacità dei leucociti di innescare un’infiammazione locale, a fronte di una maggiore predisposizione allo sviluppo di infiammazione sistemica, come dimostrato dall’aumento del rilascio di citochine pro-infiammatorie da parte dei leucociti circolanti.

Analogamente, le bovine in avvio di lattazione tendono a manifestare una risposta infiammatoria più accentuata rispetto alle vacche in fase di lattazione avanzata, sia a seguito di somministrazione endovenosa che intramammaria di lipopolisaccaridi (LPS; Opgenorth et al., 2024a,b). Inoltre, le modificazioni nell’espressione genica nei leucociti circolanti osservate attorno al parto indicano prevalentemente un aumento delle loro attività e funzioni piuttosto che una loro soppressione (Minuti et al., 2020).

La maggior parte dei geni correlati al sistema immunitario risulta sovra-regolata già pochi giorni prima del parto, suggerendo un ruolo cruciale immediatamente dopo il parto. Interessante è l’evidenza di una correlazione negativa tra i livelli di BHB, biomarcatore di mobilizzazione lipidica, e l’espressione genica nei leucociti circolanti, a fronte di una correlazione positiva con l’interleuchina -1β, una potente citochina pro-infiammatoria. Questi dati mettono in discussione l’assunzione secondo cui tutte le bovine sperimenterebbero un generalizzato stato di immunosoppressione durante il periodo di transizione, suggerendo, invece, che la reattività del sistema immunitario risulti, almeno in parte, mantenuta durante questa fase e che lo stato immunitario nel periparto sia modulato da sistemi regolatori distinti da quelli attivi durante le fasi di lattazione intermedia e avanzata.

Lo stato infiammatorio sistemico e il ruolo centrale del fegato

Il fegato è un organo metabolico chiave nella regolazione dei metabolismi energetici e proteici e nel mantenimento dell’omeostasi nei ruminanti. Durante la transizione, il fegato è sottoposto ad un intenso stress metabolico.

In questo contesto, le sue principali funzioni sono:

• l’ossidazione degli acidi grassi non esterificati (NEFA) mobilizzati dal tessuto adiposo,
• la gluconeogenesi per soddisfare la domanda di glucosio dalla ghiandola mammaria,
• la sintesi di lipoproteine a bassa densità (VLDL) necessarie per prevenire l’infiltrazione eccessiva di trigliceridi negli epatociti.

Durante il periodo peripartale il fegato svolge anche funzioni di detossificazione ed eliminazione di endotossine e altri metaboliti dannosi. Le cellule del Kupffer, macrofagi specializzati del fegato, sono responsabili della fagocitosi dei lipopolisaccaridi contribuendo a contenere i loro effetti sistemici. In parallelo, la funzione epatica di detossificazione dell’ammoniaca risulta cruciale in questa fase.

In risposta all’infiammazione, il tessuto muscolare viene mobilizzato per fornire precursori di amminoacidi necessari sia alla gluconeogenesi sia alla sintesi di proteine della fase acuta. Il fegato interviene attivamente anche nella risposta immunitaria sia innata che adattativa. Rilevante è la sintesi epatica di proteine del complemento, che potenziano la capacità degli anticorpi e delle cellule fagocitiche di eliminare i patogeni. Il fegato regola anche i livelli sistemici di diversi ormoni, tra cui l’IGF-1, che esercitano effetti metabolici e immunomodulatori rilevanti. L’interazione tra questi ormoni e la risposta immunitaria è complessa e svolge un ruolo cruciale nel mantenere l’equilibrio tra l’eliminazione efficace dei patogeni e il contenimento dei danni causati da una risposta infiammatoria eccessiva.

Gli stimoli pro-infiammatori e la risposta di fase acuta

Subito dopo il parto, il fegato della bovina è esposto a numerosi stimoli di natura pro-infiammatoria che innescano una risposta di fase acuta. In questo scenario, si osserva un marcato aumento delle concentrazioni plasmatiche delle proteine di fase acuta (APP positive come ad esempio aptoglobina, ceruloplasmina, siero amiloide A), le cui concentrazioni raggiungono un picco nei primi giorni dopo il parto. Tuttavia, nei soggetti in buona salute, i livelli tendono a normalizzarsi entro la prima settimana di lattazione. Le APP svolgono un ruolo importante nella modulazione della risposta immunitaria, nella prevenzione della crescita microbica e nel facilitare la riparazione dei tessuti.

Al contrario, durante il periodo di transizione, si osserva una riduzione delle concentrazioni plasmatiche delle APP negative (come albumina e paraoxonasi) e di altri biomarcatori della funzionalità epatica (come colesterolo, bilirubina, zinco e ferro – Bertoni e Trevisi, 2013). Tradizionalmente, la risposta di fase acuta viene indotta da pattern molecolari associati ai patogeni (PAMP, come LPS e acidi lipoteicoici) oppure da componenti endogeni derivanti da cellule danneggiate (DAMP o citochine pro-infiammatorie) che entrano nel ciclo ematico in seguito a infezioni o lesioni durante il parto, l’espulsione della placenta e il processo di involuzione uterina.

Nel periodo di periparto, è stata descritta anche un’infiammazione sterile, ossia non indotta da agenti patogeni. Questa può essere indotta da specie reattive dell’ossigeno, ormoni dello stress come epinefrina, norepinefrina, corticosterone, cortisolo (Bradford et al., 2015) e altre molecole immunoattive rilasciate durante l’adattamento fisiologico della vacca alla fase precoce della lattazione. Tra queste le più significative sono le adipochine e i vari acidi grassi rilasciati durante il rimodellamento del tessuto adiposo che possono agire come induttori della fase acuta anche in assenza di infezioni.

L’infiammazione e i sintomi clinici

È importante sottolineare che i sintomi clinici dell’infiammazione sono raramente osservati prima del parto, anche in bovine che presentano alterazioni significative dei marcatori plasmatici associati al metabolismo e al bilancio ossido-riduttivo. Tra questi si annoverano, ad esempio, concentrazioni elevate di specie reattive dell’ossigeno (ROM/ROS) e di transaminasi epatiche, oppure bassi livelli di antiossidanti, calcio e albumina.

Al contrario, nel periodo immediatamente successivo al parto, l’attivazione dell’infiammazione – evidenziata dal rilascio delle citochine proinfiammatorie e proteine della fase acuta (APP) – è una condizione fisiologica ampiamente documentata. Sebbene la condizione infiammatoria sia riscontrabile anche nelle vacche clinicamente sane dopo il parto (Bertoni et al., 2008), la severità e la durata della risposta, così come le sue ampie e complesse ripercussioni sui metabolismi energetico e proteico, sull’equilibrio dei minerali, sul bilancio ossido-riduttivo e sui disordini endocrini, risultano altamente varabili tra soggetti.

Le evidenze scientifiche hanno costantemente dimostrato che le vacche con una minore attivazione infiammatoria nel periodo post-parto tendono ad essere più produttive, fertili, sane ed efficienti (Bertoni e Trevisi, 2013; Bradford et al., 2015; Horst et al., 2021). Alla luce di queste evidenze, il monitoraggio delle variazioni nelle proteine di fase acuta positive e negative è stata proposto come strumento per valutare la resilienza delle vacche da latte alle sfide del periparto (Trevisi e Minuti, 2018). In tale contesto, risulta fondamentale approfondire il ruolo delle citochine pro-infiammatorie (PIC) nel periparto e il loro coinvolgimento nella soppressione dell’ingestione volontaria e nel metabolismo epatico in avvio di lattazione.

Periparto e immunità: la complessa relazione tra segnali pro-infiammatori e risposta effettiva

Le citochine pro- e anti-infiammatorie, rilasciate da diversi tipi di cellule durante il processo infiammatorio, sono finalizzate a coordinare la risposta dell’organismo modulando l’attivazione, la durata e la risoluzione dell’infiammazione al fine di ristabilire l’omeostasi fisiologica. La sintesi epatica delle proteine della fase acuta positive (APP positive) è principalmente indotta dall’azione delle citochine pro-infiammatorie (PIC), che ne regolano l’espressione in risposta a stimoli immunitari o lesivi. Queste citochine non si limitano a stimolare la produzione epatica di proteine della fase acuta positive (APP), ma influenzano anche il metabolismo del fegato, modulando la sintesi di APP negative, proteine essenziali ed enzimi, e dirottandone il focus metabolico da processi anabolici a catabolici per supportare, parallelamente alla produzione di latte, la risposta immunitaria.

Va evidenziato che il ruolo delle PIC nel determinare la risposta immunitaria delle vacche da latte in transizione rimane in larga parte ipotetico. Gran parte delle conoscenze risulta infatti da studi sperimentali su modelli animali in cui l’infiammazione è indotta localmente, condizioni che non riflettono appieno la complessità fisiologica reale. Nelle vacche in transizione, i cambiamenti endocrini che si verificano alla fine della gravidanza alterano i tassi di rilascio e il funzionamento metabolico di numerosi mediatori infiammatori, rendendo inappropriata l’estensione dei risultati ottenuti da altri modelli animali.

L’analisi congiunta delle dinamiche delle citochine pro-infiammatorie (PIC) e dei principali biomarcatori di infiammazione, come le proteine della fase acuta (APP), nelle bovine in transizione rivela un apparente paradosso immunologico. Sebbene il picco nell’infiammazione si manifesti nei primi giorni dopo il parto, le PIC seguono il pattern atteso – cioè, livelli più elevati dopo il parto rispetto al periodo preparto, – coerente con quello delle APP – solo nelle vacche colpite da malattie riproduttive come ritenzione di placenta o metrite (Islam et al., 2013). Al contrario, nelle bovine clinicamente sane, le concentrazioni di citochine pro-infiammatorie (PIC) nei primi giorni di lattazione risultano inferiori rispetto a quelle osservate a fine gravidanza (Ishikawa et al., 2004; Koets et al., 1998; Trevisi et al., 2015). Il marcato intervallo temporale tra l’elevato livello di PIC durante l’asciutta avanzata e l’aumento dei biomarcatori di infiammazione nel post-parto risulta difficilmente riconducibile alla normale tempistica di attivazione della risposta infiammatoria, che di solito è più rapida. Questa apparente contraddizione potrebbe essere interpretata considerando la complessità dei meccanismi fisiologici e regolatori che modulano la risposta infiammatoria a inizio lattazione.

Sebbene la risposta infiammatoria in avvio di lattazione non sia accompagnata da un chiaro aumento delle PIC (Trevisi et al., 2015; Kuhla, 2020; Kvidera et al., 2017), l’organismo mette in atto vari meccanismi per far fronte agli effetti della risposta di fase acuta del fegato, con l’obiettivo di limatare i danni ai tessuti e prevenire l’evoluzione verso uno stato infiammatorio cronico (Bradford et al., 2015). Di conseguenza, a inizio lattazione si osserva un aumento della sintesi di citochine anti-infiammatorie finalizzato a favorire una rapida risoluzione dell’infiammazione. Inoltre, il cortisolo, rilasciato al momento del parto, contribuisce a ridurre la risposta infiammatoria grazie alle sue proprietà immunosoppressive (Oppert et al., 2005). L’insieme di questi meccanismi regolatori attivati per gestire l’induzione della sintesi epatica di APP positive potrebbe contribuire a spiegare la bassa concentrazione di citochine proinfiammatorie (PIC) rilevata nelle bovine in avvio di lattazione.

Perché l’infiammazione sfugge al controllo nel periparto?

Nel periparto, molteplici stimoli pro-infiammatori possono attivare eventi infiammatori distinti, in particolare tra il periodo di asciutta e l’inizio della lattazione. La frequenza e l’intensità di tali risposte variano tra le bovine in funzioni di fattori individuali, come il patrimonio genetico, lo stato di salute e il management.

Lo scenario più critico è lo sviluppo di uno stato infiammatorio cronico che persiste per tutta la durata del periparto e che può compromettere gravemente la capacità della bovina di adattarsi ai cambiamenti metabolici e fisiologici tipici di questa fase critica. In questi casi, la risposta infiammatoria si discosta dalla risposta tipica della fase acuta andando a interferire con molteplici vie metaboliche e determinando una cascata di effetti negativi sulle risposte produttive e riproduttive.

Diversi fattori possono concorrere al fallimento dei meccanismi regolatori deputati al ripristino dell’omeostasi a seguito dell’insorgenza di un evento infiammatorio durante il periparto. Questi fattori includono:

• Aumento della domanda energetica. Il passaggio dalla gravidanza alla lattazione comporta un aumento rapido dei fabbisogni di energia dovuto all’inizio della produzione di latte. Parallelamente, la bovina mobilita riserve di grasso e proteine corporee per far fronte a questa richiesta. Questo può aggravare lo stress metabolico e innescare una risposta infiammatoria eccessiva o prolungata che la vacca non sempre riesce a risolvere in modo efficiente.
• Regolazione immunitaria compromessa. La normale regolazione delle risposte immunitarie è spesso compromessa dai cambiamenti ormonali e metabolici associati alla gravidanza avanzata e alla lattazione precoce. Ad esempio, il cortisolo, noto per il suo effetto immunosoppressivo, ha concentrazioni elevate al momento del parto; tuttavia, la sua azione potrebbe non essere sufficiente a contenere la produzione eccessiva di citochine pro-infiammatorie.
• Fallimento nella risoluzione dell’infiammazione. Nelle bovine sane, l’infiammazione è un processo transitorio che si risolve generalmente in tempi rapidi dopo il parto grazie a vari meccanismi, come l’aumento della sintesi di citochine anti-infiammatorie. Tuttavia, in qualche soggetto, questi meccanismi regolatori possono risultare inefficaci, portando a uno stato infiammatorio prolungato. Questo fallimento nella risoluzione dell’infiammazione potrebbe essere causato da disfunzioni nell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene, disturbi metabolici o la presenza di infezioni o malattie latenti.
• Disordini endocrini. Le fluttuazioni endocrine che si verificano nella gravidanza avanzata, come l’aumento di progesterone ed estrogeni, svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione della funzione immunitaria e dell’infiammazione. Tuttavia, in presenta di alterazioni nella regolazione ormonale, la risposta infiammatoria può risultare intensificata o prolungata. In particolare, livelli elevati di estrogeni potrebbero al mantenimento di livelli anomali di citochine pro-infiammatorie durante il periodo di transizione.
• Infezioni. Il periparto è una fase di particolare suscettibilità alle infezioni, in particolare a carico dell’apparato riproduttivo e della mammella. Queste condizioni infettive possono attivare risposte infiammatorie sistemiche, aggravando ulteriormente lo stato di stress metabolico e immunitario tipico di questa fase critica del ciclo produttivo.
• Stress ossidativo e squilibrio redox. Nelle bovine in transizione l’elevata richiesta metabolica legata all’inizio della lattazione e alla mobilitazione dei depositi lipidici spesso determina condizioni di stress ossidativo. In tale contesto, l’eccessiva produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) può danneggiare i tessuti e attivare vie infiammatorie, complicando ulteriormente la risoluzione dell’infiammazione.
• Stress nutrizionale e metabolico. Un’alimentazione inadeguata durante il periodo di transizione, caratterizzata ad esempio da un apporto energetico insufficiente o una disponibilità proteica limitata, può compromettere l’efficacia della risposta immunitaria e la risoluzione dell’infiammazione. In questa fase il fegato gioca un ruolo centrale nella gestione dei processi infiammatori e metabolici. Se eccessivamente sovraccaricato, tuttavia, può avere un’insufficiente capacità di detossificare le endotossine e di metabolizzare i mediatori dell’infiammazione, contribuendo così all’instaurarsi o al protrarsi di condizioni patologiche.

In sintesi, lo stato infiammatorio cronico che si osserva in alcune bovine durante il periparto è il risultato dell’interazione complessa di molteplici fattori, tra cui stress metabolico, disfunzioni immunitarie, sfide infettive e disturbi endocrini. Quando i meccanismi deputatati a contrastare l’infiammazione risultano inefficaci, lo stato infiammatorio può cronicizzare con conseguenze rilevanti come una ridotta produttività, una maggiore suscettibilità alle malattie e un deterioramento della salute generale.

È inoltre noto che, nei mammiferi adulti, le cellule immunitarie come i linfociti T e B di memoria subiscono modificazioni epigenetiche durante la loro attivazione (Cronkite e Strutt, 2018). Tali modificazioni regolano l’espressione genica in modo stabile ma reversibile, consentendo una risposta più rapida ed efficace in caso di riesposizione allo stesso agente patogeno o stimolo immunitario.

Al contrario, molteplici attivazioni del processo infiammatorio nel corso del periparto generalmente comportano un indebolimento delle funzioni immunitarie e una ridotta risposta immunitaria cellulo-mediata, specialmente quando un’infiammazione grave si verifica prima del parto (Bradford et al., 2015; Trevisi e Minuti, 2018). Questa peculiare condizione immunitaria potrebbe dipendere dalla modulazione del sistema immunitario durante la gravidanza, che rende l’esposizione ripetuta ai processi infiammatori che si verificano prima del parto una potenziale minaccia per la salute della bovina, in quanto le normali funzioni di memoria linfocitaria si ripristinano solo dopo il parto.

Un ulteriore fattore che può scatenare più condizioni infiammatorie nel periparto è l’aumento della permeabilità gastrointestinale, fenomeno che si presenta principalmente in bovine più sensibili o metabolicamente compromesse. Variazioni improvvise della dieta, periodi di digiuno, stress termico e fattori di stress psicologico che colpiscono le bovine dal periodo di asciutta fino al parto sono fattori predisponenti allo sviluppo della condizione cosiddetta “leaky gut”, o intestino permeabile. Questa alterazione della barriera epiteliale favorisce la traslocazione paracellulare di molecole immunostimolanti come i liposaccaridi (LPS) dal tratto gastrointestinale verso il sistema linfatico e il fegato. Pertanto, qualsiasi evento stressante che si verifichi nella fase periparto, come ad esempio cambi gruppo, sovraffollamento o variazioni nella dieta, può agire come stimolo pro-infiammatorio, innescando ripetute attivazioni del sistema immunitario.

Conclusioni

Nella bovina in transizione, le funzioni immunitarie iniziano a mostrare alterazioni prima del parto, mentre altri aspetti come, ad esempio, il bilancio energetico o lo stress ossidativo, vengono compromessi solo dopo o a ridosso del parto. Tuttavia, prima del parto le funzioni immunitarie non risultano generalmente sopresse, ma piuttosto alterate in senso disfunzionale sia a livello locale che sistemico.

Numerosi fattori possono modulare la risposta immunitaria in questo periodo, e numerose evidenze iniziano a suggerire che gli eventi che si verificano attorno al periodo di asciutta rivestono un ruolo cruciale nel determinarne l’efficacia. Inoltre, un’infiammazione prolungata all’inizio della lattazione aumenta la suscettibilità della bovina a disordini metabolici e infettivi.

Le alterazioni della risposta immunitaria insorte prima del parto possono determinare l’entità dell’infiammazione sistemica post-partum, anche se la maggior parte dei meccanismi proposti per spiegare il “deragliamento immunitario” delle bovine nel periparto rimangono ancora in gran parte non definitivamente accertati. Queste persistenti aree di incertezza evidenziano la complessità intrinseca delle dinamiche immuno-metaboliche nel periodo di transizione. Tuttavia, i risultati ottenuti dai più recenti filoni di ricerca stanno progressivamente facendo luce sui meccanismi alla base delle risposte fisiologiche in questa fase. Tali evidenze rappresentano una base solida per orientare le indagini future, con l’obiettivo di sviluppare approcci gestionali più mirati ed efficaci per il miglioramento della salute e della produttività delle bovine nel periparto.

La presente nota è una sintesi del seguente articolo scientifico pubblicato dalla rivista Journal of Dairy Science, dove è riportata tutta la letteratura citata: Trevisi, E., L. Cattaneo, F. Piccioli-Cappelli, M. Mezzetti, and A. Minuti. 2025. International Symposium on Ruminant Physiology: The immunometabolism of transition dairy cows from dry-off to early lactation: lights and shadows. Journal of Dairy Science. doi:10.3168/jds.2024-25790.

Clicca qui per leggere la prima parte dell’articolo: “Metabolismo e immunità nel periparto bovino: un delicato equilibrio da comprendere e gestire – Prima parte”

A cura di Luca Cattaneo