Inmunologia Biologia y Patologia del sistema inmunitario

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Inmunologia Biologia y patologia del sistema inmunitario 4.a Edicion Directores Jose R. Regueiro Gonzalez Catedratico de Inmunologia Facultad de Medicina Universidad Complutense de Madrid

Carlos Lopez Larrea Profesor Titular de Inmunologia Hospital Universitario Central de Asturias Oviedo

Segundo Gonzalez Rodriguez Profesor Titular de Inmunologia Facultad de Medicina Universidad de Oviedo

Eduardo Martinez Naves Profesor Titular de Inmunologia Facultad de Medicina Universidad Complutense de Madrid

Webmaster Alfredo Corell Almuzara Profesor Titular de Inmunologia Facultad de Medicina Universidad de Valladolid

lIustrador Antonio Lopez Vazquez Jete Adjunto Servicio de Inmunologia Hospital Universitario Central de Asturias Oviedo

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panamericana

BUENOS AIRES - BOGOTA - CARACAS - MAORID - MExlCO - PORTO ALEGRE

www.medicapanamericana.com

Catalogaci6n en Publicacion de la Biblioteca Nacional Inmunologia: biologfa y patologfa del sistema inmunitario I directores, Jose R. Regueiro Gonzalez, Carlos l...6pez Larrea. Segundo Gonzalez Rodriguez, Eduardo Manfnez aves; webmaster. Alfredo Corell A1muzara : ilustrador, Antonio Lopez Vazquez. - 4' ed. - Madrid; MMica Panamericana. D. L. 2010 XVII, 257 p. : il. col. y n.• graf, ; 28 ern Material de apoyo disponible en el sitio web interactivo: http://www.medicapanamericana.com/inmunologia/regueiro Bibliograffa: p. [247]-248. indice ISBN 978-84-9835-003-6 I.Inmunologfa. I. Regueiro, Jose R. (1958-). 11.l...6pez vazquez..A. 577.27 616-097 I.'edici6n, 2.' edici6n. 3.' edici6n, 3.' edici6n 4.' edici6n,

enero 1996 ocrubre 1997 octubre 2002 revisada, enero 2008 septiembre 2010

Los editores han hecho todos los esfuerzos para localizar a los poseedores {lei copyright de/material fuente utitizado. Si inadvertidamente hubieran omitido alguno, con gusto hardn los arreglos necesarios en la primera oportunidad que SI! les presente para tat fill. Gracias por comprar el original. Este libro es producto del esfuerzo de profesionales como usted, 0 de sus profesores, si usted es estudiante. Tenga en cuenta que foiocopiarlo es una falta de respeto hacia eUos y un robo de sus derechos inrelecruales. Las ciencias de la salud estan en permanentc cambio. A medida que las nuevas investigaciones y la experiencia clinica amplfan nuestro conocimicnto, se requieren modificaciones en las modalidades terapeuticas y eo los tratamientos farmacol6gicos. Los autores de est a obra han verificado toda la informaci6n con fuentes cootiables para asegurarse de que esta sea completa y acorde con los estandares aceptados en el momento de la publicacion, Sin embargo, en vista de la posibilidad de un error humano 0 de cambios en las ciencias de la salud, ni los autores, ni In editorial 0 cualquier otra persona implicada en la preparacion 0 la publicaci6n de este trabajo, garantizan que la totalidad de la informacion aqui contcnida sea exacta 0 completa y no se responsabilizan por errores u omisiones 0 por los resultados obtenidos del uso de esta informacion. Se aconseja a los lectores confirmarla con otras fuentes. Por ejemplo. yen particular. se recomienda a los lectores revisar cl prospecto de cada farmaco que planean administrar pard cerciorarse de que la informaci6n contenida en este libro sea correcta y que 00 se hayan producido cambios en las dosis sugeridas 0 en las contraindicaciones para su administraci6n. Esta recomendaci6n cobra especial importancia con relaci6n a fannacos nuevos 0 de uso infrecuente.

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Figura 1-12. La selecci6n clonal. Los linfocicos B y T tienen receptores para anngeno muy variables, diferemes en cada linfocico. EI pat6geno selecciona de entre todos (cerca de 1010) el que mejor encaja con sus anngenos, y ese linfocito (el 2 en este caso) se expasvie basta generar un clon de linfociws identicos. Pane del cion se diferencia para desarrollar las funciones que te corresoonda. En este caso, como se trata de un linfocico B, se diferencia a celu/as que sinterizan anricuerpos, versiones solubles del BCR. Oera parte del clon se diferencia a celulas de memoria cuya misi6n es perdurar varios aiios para recordar a ese pat6geno en particular y responder mas rapido la pr6xima vez. Antonio, escoge 10 mejor de coda una para hacer la

nueva.

12

lNMUNOLOGlA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

Antigeno A Anticuerpos

105

Antigenos A Y B

!

~

104 103 102 10

o

Dias

o

7

14

21

28

35

42

Figura 1-13. Memoria inmuniraria. La respuesra primaria a los anr[genos A (0 B) induce algunos clones de linfocitos B, que se

dedican a hacer amicuerpos 0 memoria. En La respuesra secundaria aL anogeno A (primaria para B) yen las sucesivas, los linfociws de memoria responden mucho rruis rapida )' porentemenre. N6tese que los clones que responden a A son distintos de los que responden a B. BCR (8 Cell Receptor, que es un anticuerpo) y TCR (T Cell Receptor), respectivamente. Estos receptores, a diferencia de.los utilizados por los dernas leucocitos, son completarhente diferentes entre un linfocito y otro, de manera que para un patogeno concreto solo unos o algunos linfocitos van a responder (como el azul en la figura 1-6, 0 1-12). Esos linfocitos activados, perc no los dernas, son los que se involucran en la respuesta espedfica a ese pat6geno y 10 recordaran en el futuro. Para ello, como al principio son muy pocos, necesitan primero dividirse para aumentar en nurnero y constituir 10 que se llama un cion de linfocitos, todos ellos hijos, por ejemplo, del linfocito azul de la figura 1-12. Por 10 tanto las respuestas especificas son donates, es decir, lIevadas a cabo por clones de linfocitos BoT seleccionados en origen por el propio pat6geno. La selecci6n clonal garantiza la especificidad de la respuesta adaptativa. EI resto de los linfocitos que no pertenecen a ese cion simplemente ignoran a ese pat6geno, como el azul ignora a la cepa B en la figure 1-6 0 el verde ignora al patogeno en la Figura 1-12. Sin embargo, esos otros linfocitos pueden ser importantes frente a otro pat6geno, como el azul 10 es frente a la cepa A en la figura 1-6. La inmunidad adaptativa es la unica capaz de desarrollar memoria inmunitaria. Esto 10 consiguen los linfocitos B y T gracias a la seleccion clonal en dos etapas: respuesta prima ria y respuesta secundaria (Fig. 1-13). La respuesta prima ria es la que tiene lugar tras el primer contacto con el antigeno (A en la figure). En el caso de

los linfocitos B, se sintetizan anticuerpos que alcanzan cierta concentracion en el suero. Otros linfocitos del mismo cion se diferencian hacia celulas de memoria, que persisten en los tejidos dias 0 enos, esperando que vuelva a aparecer el antigeno. Cuando 10 hace, estamos ante una respuesta secunda ria. En ese caso se incorporan a la respuesta los clones de memoria del contacto anterior que, como son mucho mas numerosos que entonces, permiten una respuesta mucho mas rapida y potente que la primera. Cuando recibimos varias dosis de vacunas se pretende estimular respuestas secundarias que nos proporcionen muchos anticuerpos y memoria duradera. Los excesos, defectos, errores e inconvenientes de la inmunidad causan enfermedades EI sistema inmunitario debe protegernos de las infecciones respetando nuestros propios tejidos. Pero a veces falla debido a disfunciones 0 deficiencias heredadas 0 adquiridas. Estas alteraciones del sistema inmunitario 0 inmunopatias se pueden clasificarcomo sigue, ordenadas por su incidencia en occidente (Tabla 1-7 y Fig. 1-14): 1. Excesos, cuando responde a sustancias inocuas (como el polen del olivo). Son las alergias, que son las mas frecuentes (> 15% de la poblacion, vease capitulo 19). 2. Errores, cuando ataca a nuestros propios tejidos. Son las enfermedades autoinmunes, como la

1.

lNTRODUCC16 ALA lNMlJNOLOGiA

13

..

Ah~rgenos

Sistema Inmunitario

------- ..

_

Virus

Inmunodeficiencia

Autoinmunidad

Aloinmunidad (rechazo)

lntecclon oportunista

Autoantigeno (propio)

Aloantigeno (ajeno)

..

Trasplante

..

Figura 1-14. Inmunopatfas. El exceso de respuesraa antfgenos inocuos como el polen (denominados alergenos) se llama alergia. La [alrade respuesraa los pat6genos se denomina inmunodeficiencia. La respuesraa antfgenos propios (denominados auwantfgenos como los del pancreas en este caso) se llama auwinmunidad. El rechazo de antfgenos de orro individuo de Ia misma especie (denaminados aloant(genos, como los de un riMn) se llama aloinmunidad 0 rechazo.

Tabla 1-7. Disfunciones de la inmunidad Disfunciones

Antigenos

Enfermedades

Errores

Autoinmunidad

Excesos

Alergia

Inconvenientes

Rechazo

Defectos

Inmunodeficiencia

Propios Inocuos Ajenos Daninos

Ejemplos

Antigenos

Miastenia grave

Receptorde acetilcolina

Alergia al polvo

Polendel olivo

Rechazode rinon

Moleculas MHC

SIDA

Virus,bacterias,hongos

14

INMUNOLOGiA. Biologia y patologfa del sistema inmunitario

miastenia grave, en la que se producen anticuerpos contra nuestro propio receptor de acetilcolina, estorbando la conexi6n neuromuscular. La incidencia es del 5% (vease capitulo 20). 3. Defectos, cuando no puede defendernos de los pat6genos (vease capitulo 18). Son las inmunodefidencias, que afectan a casi un 1% de la poblaci6n. 4. Inconvenientes, cuando ataca los tejidos que se trasplantan 0 trasfunden para curar a un enfermo. Son las reacciones de rechazo (vease capitulo 21), como el de riMn, que va dirigido contra las molecules MHC. EI nombre de estas molecules precisamente se debe a su papel en el rechazo. Estas enfermedades son modernas comparadas con las anteriores, ya que son consecuencia de los avances biornedicos que permitieron los trasplantes. Son mucho menos frecuentes « 0,1%). Salvo las inmunodeficiencias, que pueden afectar a la inmunidad innata 0 adaptativa, las demas inmunopatias se achacan a la inmunidad adaptativa, que responde a 10 que no debla (como el polen 0 nuestros antigenos) 0 no interesa (como los trasplantes). Para poder diagnosticar unas u otras existen tecnicas de evaluaci6n de la inmunidad que miden la cantidad y calidad de los diversos agentes de la inmunidad (vease capitulo 24).

CORRELACION CLINICA

4~

A pesar de que la Inmunologla es una ciencia relativamentejoven ha realizadograndes contribuciones al desarrollo de la Medicina. Su origen se arribuye a Edward Jenner quien en 'i> 1796 demom6 que la inmunizaci6n con la viruela vacuna (esdecir, de la vaca)proregfa frenrea la viruela hurnana. A esre procedimiento se le denomin6 vacunaci6n y su generalizacion durante el siglo XX 10 ha converrido en eI merodo maseficazde prevenir infecciones.En 1890,EmU Von Behring y Kitasato Shibasaburo descubrieron que eI suero de los individuos vacunados contenfan «sustancias» (que ellos denominaron anticuerpos) especlficos del parogeno. Desde entonces los anticuerpos se han convertido en una herramienta indispensable en el diagnostico y en el tratamienro de numerosas enfermedades. En el afro 1901. Karl Landsreiner idenrifico la existencia del grupo sangulneo ABO y abri6 el camino de las transfusiones sangufneas. A partir de mediados del siglo xx.Ia identificacion de las causasque rigen la compadbilidad de los rejidos y su rechazo por el sistema inmunitario abri6 el camino a la realizaci6n exitosa de los trasplanres. Incluso hoy en dla, la capacidad que puede rener la manipulaci6n del sistema inrnunitario para curar el cancer 0 ciertas cnfermedadcs cr6nicas suscira numerosas esperanzas de que la Inmunologfa pueda seguir conrribuyendo en el futuro al desarrollo de la Medicina.

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RESUMEN La evolucion del sistema inmunitario se debe a la presion de los organismos parogenos. Su funcion por tanto es la defensa frente a las infecciones. Desde las enzimas de restriccion, que surgen para proteger a las bacteriasde los virus, los seresvivoshan ido acumulando sistemas de defensa frenre a las diversas caregorias de parogenos: virus, bacrerias, bongos, protozoos y helmintos. Pero su clasificacion inmunologica es mas sencilia: grandes (siernpre extracelulares] y pequefios (extracelulares y/o intracelulares). Para entenderlas mejor,las defensas (rejidos, celulas y rnoleculas coordinados frente a los parogenos] se clasifican de varias maneras: 1. Por orden de aparicion desde el punto de vista del patogeno: externas como la pie! e internas como los fagocitos. 2. Por orden de actuacion desde el puntO de vista del huesped: primera linea de defensa 0 defensas externas, segunda linea de defensa 0 defensas internas innatas y tercera linea de defensa 0 defensas internas adaptarivas.

3. Por su rapidez, memoria y especificidad: inmunidad innata como los fagociros yadaptativa como los anticuerpos). La inmunidad innata es rapida pero sin memoria ni mucha especificidad, e induye a los fagocicos.Ia inflamacion.Ios linfociros NK, eI complernento y los interferones entre otras citocinas. La inmunidad adaprariva depende de los linfocitos T y B, caracrerizados por su especificidadpara reconoccr los antigenos por seleccion donal y por la memoria inmunologica. Las respuestas de los leucocitos atraviesan tres fases: reconocirniento, activacion (que induye la proliferacion y diferenciacion de los clones seleccionados en el caso de los linfocitos T y B) Yfuncion efectora. Los excesos,defectos, errores e inconvenientes de la inmunidad generan enfermedades (alergia, inmunodeficiencia, auroinmunidad, rechazo). A pesar de su complejidad, el sistema inmunitario puede ser manipulado para estimular 0 suprimir respuestas inmunitarias especificas, EI mayor exito en la rnanipulacion del sistema inmunirario ha sido la obtencion de vacunas frenre a algunos patogenos.

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I.

INTROOUCCI6N ALA INMUNOLOCiA

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15

Celulas y tejidos del • • •• sistema mmunrtarro, Seiializaci6n

INFLAMACION Vasodaataci6n

ExtravasadOO QurmiolaXis

Edema

INTRODUCCION El sistema inmunitario y los pat6genos lIevan conviviendo muchos millones de aries. EI resulrado final esra a la vista, aunque a veces nos cuesta entenderIo. EI sistema inmunitario de losvertebrados superiores esta compuesro por una variedad de celulas morfo16gica y funcionalmente diferenres, los leucociros 0 celulas blancas, que se diferencian a partir de celulas prirnordiales pluripotenciales, Todos estos ripos celulares ejercen funciones diferentes, interaccionando constantemente entre si. Estas interacciones pueden esrar mediadas por contacto fisico 0 a cravesde facrores solubles que ejercen su funci6n en celulas con receptores especlficos.

CELULAS Practicarnente todas las celulas del sistema inmunitario se originan a partir de celulas primordiales pluripotentes que viven en la rnedula osea, siguiendo dos lineas fundamentales de diferenciacion: ellinaje mieloide y el linaje linfoide (Fig. 2-1). Los macr6fagos y los granulocitos neutr6filos son los fagocitos profesionales La manera mas intuitiva de deshacerse de un patogeno es ingestario y digerirlo. Y esto es 10 que hacen los fagocitos precisamente. Todos los fagocitos pertenecen allinaje mieloide (Fig. 2-1). Un gran grupo de celulas del sistema inmunitario con actividad fagocftica esta constituido por los fagocitos mononucleares 0 macr6fagos

Algunos leucociros se organizan a su vez en tejidos y 6rganos, esrrucruras que reciben el nombre generico

de sistema linfoide, Los tejidos y 6rganos linfoides se pueden dividir en primarios 0 cenrrales y secundarios o perifericos. Los 6rganos Iinfoides primarios son los lugares de leucopoyesis, rnientras que los secundarios o perifericos son los lugares principales de imeracci6n entre las distintas celulas del sistema inmuno16gico y tienen como misi6n proveer un ambience favorable para que esas interacciones desencadenen una respuesta inmunoI6gica eficaz. En esre capitulo se describen los distintos tipos de celulas y rejidos que componen el sistema inmunitario, y c6mo gesrionan su relaci6n con los pat6genos.

(Fig. 2-2). Sus precursores, los monocitos de la sangre, viajan hacia los tejidos donde sufren procesos de diferenciadon, hasta convertirse en rnacrofagos madurcs que viven de semanas a ar'ios. Estos macrofagos pueden tener forma y funcion diferentes segun el tejido en que se encuentren, edemas de recibir tam bien distintos nombres. Por ejemplo, los rnacrofagos presentes en el pulrnon reciben el nombre de rnacrofagos alveolares; los presentes en el higado, celulas de Kupffer; los que colonizan el sistema nervioso central se denominan celulas de la microglia; y los de los huesos, osteodastos. Perc estan pululando por todos los tejidos y cavidades (como el peritoneo), siempre palpando su entomo en busca de patogenos. Cuando los encuentra hace dos cosas: 1) los fagocita y digiere, y 2) avisa mediante facto res solubles a otras celulas para que Ie echen una mano con la infeccion y para reparar el posible desaguisado que haya hecho el patogeno. A esto ultimo se Ie llama inflamadon.

18

lNMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inruunitario

Progenitor Mieloide

Progenitor Linfoideo

Progenitor Pluripotencial

.

?

Eritroblasto

Megacariocilo

6

1 ,"I", ,,

Eritrocito

Mastocito

Bas6fi1o

Eosinofilo

Neutrofilo

Macr6fago

Celulas presentadoras de antigenos

Granulocitos

Plaquelas

Monoeito

Fagocitos Estirpe linfoide

Linfocilo B

1 Celula dendritica linfoide

Linfocilo Th (cooperador)

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">rescnra£im'asde ant[genos. Otro gran grupo de celulas con actividad fagodtica 10 constituyen los fagocitos polimorfonucleares (conocidos tambien como polimorfos). Tienen una vida media menor que los macr6fagos (dlas). Estas celulas, a diferencia de los macr6fagos, presentan tipicamente un nucleo multilobulado (de ahi su nombre) y granules abundantes en el citoplasma (de ahf su otro nombre, granulocitos). Los granulocitos viven en la sangre, de don de solo salen si alguien les avisa (por ejemplo, un rnacrotago, 0 el complemento). Responden, por 10tanto, a diversos agentes quirniotacticos, y son capaces de adherirse a las celulas endoteliales que recubren los vasos sangufneos. Posteriormente se deslizan entre elias y salen de los vases hacia el tejido infectado en un proceso denominado diapedesis. Segun reaccionen sus granules frente a ciertos colorantes histol6gicos los granulocitos se dividen en neutrofilos, eosinofilos y basofilos, aunque 5610los primeros son fagocitos profesionales.

los neutr6filos constituyen el 90% de los polimorfonucleares. Responden a una variedad de agentes quirniotacticos, como determinadas protefnas del com plemento (CSa), factores del sistema fibrinoiftico, asl como productos liberados por otros leucocitos y algunas bacterias. Estascelolas son capaces de fagocitar y destruir directamente diversos pat6genos como bacterias, virus y hengos. Iambien pueden liberar el contenido de sus granules al exterior celular y causar inflarnacion (Tabla 2- 1). Cuando el pat6geno es tan grande que no cabe dentro del fagocito, este puede optar por verter el contenido citolltico de sus vesiculas al exterior por exocitosis (Fig. 2-2). Pero hay un tipo de granulocito que es un profesional de la exocitosis: el eosinofilo, De hecho, entre su artilleria hay sustancias neurotoxicas para parasites metazoos (Tabla 2-1). los eosinofilos constituyen el 2-S% de los leucocitos sanguineos en personas sanas, aunque son, como

2. CELULAS Y TEJIDOS DEL SISTEMA fNMUNTTARJO. SENALIZAC16N

Bacterlas

19

Macr6fago

Eosin6filo Mastocito

Neuroloxioidad

I

INFLAMACI6N VasodiiatadOn

Extravasaci6n Quimiotaxis Edema

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Figura 2,2. La destrucci6n innala de /Xlwgenospequenos (bacrerias) ayuda a rec/utar a otras diu las y mo/ecuias. los macr6fagos, eminentemente tisulares. Su concentraci6n en sangre aumenta enormemente bajo determinadas circunstancias, como procesos alergicos y parasitosis. Responden a agentes quirniotacticos y tienen cierta capacidad fagodtica, aunque preferentemente estas celulas liberan al exterior el contenido de sus granulos en respuesta a parasites que no pueden fagocitarse (Fig. 2-2). Los granulos se tinen con colorantes acidos, como la eosina, que les da el nombre. Los mastocitos son inflamocitos tisulares profesionales Ciertas celulas parecen haber sido disenadas para organizar inflamaciones de emergencia, a menu do en segundos: son los mastocitos en los tejidos y, probablemente, los bas6filos en la sangre. Los mastotitos podrfan describirse como verdaderas minas del sistema inmunitario. Su proximidad a los vases

0 grandes

(parasiros) implica a ceiu/as distimns. La inflamaci6n

sanguineos, edemas, les permite regular localmente la permeabilidad vascular. EI pat6geno los activa liberando grandes cantidades de mediadores inflamatorios prefermados (por ejemplo, histamina) (Tabla 2-1, Fig.2-2). La zona se inunda rapidarnente con plasma sanguineo y leucocitos frescos procedentes de los vases locales, y el pat6geno es avasallado y reducido por la fuerza. Sus restos acaban en el ganglio mas cercano, que tarnbien se inflama, para su inspecci6n por los linfocitos. Los macrofagos pueden iniciar procesos parecidos, pero mas lentos. Los bas6filos constituyen una fracci6n muy rninoritaria de los leucocitos sangufneos (men os del 0,2%) y presentan granules dtoplasrnicos de un color azul violeta intenso. AI igual que otros granulocitos, responden a agentes quirniotacticos y pasan a los tejidos por diapedesis. Son capaces tarnbien de liberar el contenido de sus granules frente a ciertos estfmulos. Las plaquetas tambien participan en la inflamaci6n y en la reparaci6n posterior del tejido danado.

20

INMUNOLOCIA.

Btologta y patologia del sistema irununitario

Tabla 2-1. Algunas sustancias secretadas por macr6fagos

y granulocitos,

y sus funciones celulares.

Macr6fagos y neurr6fi1os

Masrocirosy bas6fi/os

Eosin6filos

Enzimas hidroliticas

Lisozima, colagenasa, gelatinasa, elastasa, catepsina G,hidrolasas acidas

Triptasa. quimasa, hidrolasas addas

Colagenasa, arilsulfatasa, hidrolasas acidas

Metabolitos del O, y otras enzimas

Mieloperoxidasa, 6xido nftrico, super6xido, peroxide de hidr6geno, radicales hidroxilo

Per6xido de hidr6geno Super6xido Leucotrienos prostaglandinas tromboxanos

Metabolltos del acldo araquid6nico

teucotrlenos prostaglandinas

Leucotrienos, prostaglandinas, tromboxanos,SRS

Citocinas y quimiocinas

IL-', -6, -S,-12 TNF-u IFN-u,~

IL-3, -4, -5, -6, TNF-u, GM-CSF factores qulmiotactlcos de neutr6fi1os y eosin6f11os

Otras

Defensinas Complemento Lactoferrina

Factor agregador de plaquetas histamina, heparina

Protefna basica, proteina cati6nica, proteina X

Fagocitosis Inflamaci6n Presentaci6n de antigenos

Inflamaci6n

Defensa frente a parasites

Funciones celulares

Los inflamocitos son tristemente celebres por su papel en la alergia (vease capitulo 19), pero en realidad son vigias imprescindibles para la respuesta inmunitaria. Los fagocitos e inflamocitos tienen receptores innatos para detectar a los pat6genos EI contacto y reconocimiento de patogenos puede ocurrir de manera innata en estas celulas mediante receptores de molecules frecuentes en la superficie de los patogenos y no en los tejidos propios (manosa, lipopolisaceridos ... ) (Tabla 2-2), 0 mediante receptores para protefnas del complemento, que pueden depositarse de manera innata sobre los agentes infecciosos y no sobre los tejidos propios. Adernas, si los patogenos estan opsonizados con Igs de la inmunidad adaptativa, el leueoeito dispondra de mas asideros, esta vez antigeno-especffieos, para reconoeer al pat6geno, para 10 cual tiene reeeptores de Igs (FeR). Los linfocitos NK son celulas citoliticas naturales Los linfoeitos NK (natural killer) son linfocitos con actividad citot6xica 0 citolitica innata. A diferencia de los linfoeitos Tc, estas celulas no expresan TCR, ni maduran en el timo. Tienen, en carnbio, receptores innatos capaees de detectar la auseneia de molecules de histocom-

patibilidad (MHC), algo muy cornun en celulas lnfectadas por virus (Fig. 2-3). [I sistema es sencillo: un receptor innate acnvador (por ejemplo, NKRP1) reeonoce azucares comunes en las celolas y otro receptor innato, perc inhibidor (KIR), sondea la membrana. Si hay MHC, no hay lisis porque el KIR 10prohlbe, Si no hay MHC, el KIR no puede salvara la diana. Ciertos herpesvirus, por ejemplo, sintetizan una protefna que impide la expresi6n de molecules MHC de clase I en la celule infectada, para evadir asl la respuesta inmunitaria adaptativa de los linfocitos Tc. Pero entonces la celula infectada se convierte en diana de los linfocitos NK (Fig. 2-3). Adernas, como pasaba con los fagocitos, la opsonizadon de la celula infectada permite su reconocimiento por los linfocitos NK a traves de sus reeeptores FcR (Fig. 2-3). Todo parece indicar que se trata de un conjunto heterogeneo de celulas, que pueden tener varios receptores diferentes (vease capitulo 14). Las celulas dendriticas, los fagocitos mononucleares y los linfocitos B son las celulas presentadoras de antigeno profesionales Todas las celulas nucleadas del organismo expresan molecules MHC de clase I en su membrana y son, por 10 tanto, susceptibles de presentar peptidos a los linfocitos Tc cuando son infectadas por virus. Sin embargo, 5610 unos pocos tpos celulares, con funciones inmuno-

2. CELULAS Y TEJ IDOS DEL SISTEMAINMUNlTARJO.

SENALlZAOON

alulo

Recepror

Anrigeno/PorOgeno

C~/ula diana

Fagocito Celula dendrftica Inflamocito

MR SR LPSR TLR FeR CR

Nativo Nativo Nativo Nativo Opsonizado Opsonizado

Pat6geno (toxina)

Linfocito NK

NKRPl KIR FeR

Azucares Peptido propio Opsonizado (Ig)

LinfoeitoT

TCRyo

Mieobacterias Herpesvirus

Nucleada

C~/ulo

Recepror

Anrfgeno/PorOgeno

C~luIodiona

Linfocito Te

COS TCR(X~

Peptidos eortos (citoplasma)

TCRI C04

Linfocito Th

CD4 TCRaf3

Peptidos largos (endoplasma)

BCR

Llnfocito B

BCR FeR CR

Nativo Opsonizado (Ig) Opsonizado (e)

MR SR LPSR

FeR

21

CR

NKRP1

--._

KIR

Receprores de 10inmunidod odopror/vo

TCRI CDS

16gicas, son capaces de expresar molecules MHC de dase II en su superficie. Estas celulas privilegiadas seran, por 10tanto, las unicas capaces de presentar peptidos a los linfocitos Th, por ello se las conoce como celulas presentadoras de antfgeno (APC) «profesionales». Las

Varios MHC·I

Nucleada

MHC·I

Nucleada

MHC·II

Celula dendritica Maa6fago Linfocito S

Ig Complemento

Pat6geno Dendritica Folicular (FOe)

APC «profesioneles» mas importantes son las celulas dendrfticas, los fagocitos mononucleares (monocitos y macr6fagos) y los linfocitos B. Tedas estas celulas tienen una caracterfstica cornun: una gran capacidad de captar antlgenos del medio que las redea, mediante endocitosis

22

INMUNOLOGiA. Biologia y patologla del sistema inmunitario

Celula infectada reconocible por linfocitos Tc pero no por NK

\7

Celula infectada reconocible por linfocitos NK pero no por Tc

l

Celula lisada

Celula infectada reconocida por inmunoglobulinas

1

'\7

Celula IIsada

1

Celula lisada

Figura 2-3. Los linfocitOs NK lisem de mancra illl1acacelli/as infectadas LJlle bo» Ilcrdido las molecttlas Mile de close I> com/)lemenrcmdo a Ios linfocitOs Te. Ambos res/)ecan a/as celuias no infeccadas /)()r'llle 110 las reconocen (Tc) ()/)(ITinhibici6n (NK). La presencia de inmunoglobulinas /mede Clc[ivara los linfociws NK de manCTaada/>!alit>a.KIR: Killing inhibitory receptor (receptor inltihidor de Lacirolisis) . o fagocitosis innata. Con una precisi6n: los linfocitos B 10 que presentan mejor son los antlgenos que reconoce su BCR (Tabla 2-2). Una vez internalizados, estos antlgenos son degradados y procesados convenientemente para que puedan ser reconocidos, en el contexto de las molecules MHC de clase II, por los linfocitos Th (veanse capltulos 7 y 8). Las APC profesionales, por 10 tanto, se localizan en los tejidos de captaci6n (piel, mucosas) y presentaci6n (ganglios, bazo, timo) de antigen os. Las celulas dendrfticas de la piel se lIaman celulas de tengerhans, y su trabajo consiste en engullir pat6genos y antfgenos y lIevarios a los ganglios para presentarlos a los linfocitos T. Paraalgunos autores las celulas dendrfticas provienen de los monocitos. Para otros existen, edemas, celulas dendrtticas de origen linfoide (Fig. 2-1). Los linfocitos T y 8 son los responsables de la respuesta inmunitaria especifica

Las celulas del linaje linfoide son los linfocitos, que se diferencian en los tejidos linfoides primarios. Estas celulas son responsables de desencadenar la respuesta inmunitaria de tipo espedfico. Existen dos tipos fundamentales de linfocitos: los linfocitos T y B. Ambos tipos

ce-Iulares poseen en su membrana receptores capaces de reconocer el antfgeno de una forma especlfica (Tabla 2-2). Las celulas B se dilerencian en los mamiferos en el hlgado durante la vida fetal y en la rnedula 6sea en adultos. La principal caractertstica de los linfocitos B es su capacidad de producir anticuerpos 0 inmunoglobulinas (Ig). Estasmolecules forman parte del receptor especifico para antfgeno de las celulas B (BCR). Existen cinco formas de Igs,denominadas isotpos porque hacen 10 mismo (reconocer antfgenos), con estructura muy similar: IgG, IgM, IgA, IgO e IgE. La mayorla de las celulas B humanas que circulan por la sangre expresan dos isotipos en su membrana plasrnstica: IgM e IgD. Las celulas B que producen Ig (celulas plesrnaticas) se encuentran en su mayor parte en la rnedula 6sea, los ganglios y el bazo y apenas circulan. Los linfocitos T provienen de precursores que se originan en la rnedula 6sea y de alii pasan al tirno, donde maduran. Los linfocitos T tienen un receptor de membrana de estructura similar a las inmunoglobulinas, conocido como receptor dellinfocito T (TCR). Mediante este receptor los linfocitos T son capaces de identificar el antlgeno de forma especifica (Tabla 2-2).

2. CELULAS Y TEJIDOS DEL SISTEMA lNMUNITARIO. SENALIZACI6N

23

A diferencia de los linfocitos S, los linfocitos T necesitan que el antfgeno sufra una serie de modificaciones antes de que 10puedan reconocer. Por un lado, las proteinas antigenicas deben ser degradadas. Tipicamente los TCR reconocen peptidos cortos, de unos 8-30 aminoacidos de longitud. Adernas, estes peptidos deben estar unidos a una molecule del sistema principal de histocompatibilidad (MHC 0 HLA), para que el TCR pueda reconocerlo. Por esta raz6n se dice que las moleculas de histocompatibilidad, que son de dos tipos conocidos como MHC de clase I y MHC de clase II, «presentan» los peptidos a los linfocitos T. Existen dos tipos fundamentales de linfocitos T: los linfocitos T citolrticos (Tc), que son portadores de la molecule CDS en su membrana plesrnatica, y los linfocitos T cooperadores (Th, helper), que expresan la molecula CD4. Los linfocitos Tc detectan los peptidos presentados por molecules MHC de clase I. Su funci6n es lisar las celulas que presentan peptidos extraiios al organismo; por ejemplo, peptidos de virus. Los linfocitos Th reconocen los peptidos cuando estan unidos a rnoleculas MHC de clase II. Su funci6n es la de ayudar a que tanto los linfocitos Tc como las celulas By los fagocitos funcionen correctamente. Todos estos conceptos se amplran en los capttulos 6 al 13. Hay un tercer tipo de linfocito T que utilize un TCR distinto a los Th y Tc y que se llama linfocito Tyll. Su funci6n parece ser la lisis de celules infectadas por virus 0 micobacterias. TEJIDOS

Las celulas que forman parte del sistema inmunitario se organizan en 6rganos y tejidos (Fig. 2-4). Estasestructuras reciben el nombre de sistema linfoide. Los 6rganos del sistema linfoide son desde el punto de vista anatomico de dos tipos: a) 6rganos con capsula bien definida (como es el caso del bazo, el timo, los ganglios linfaticos y la rnedula 6sea) y b) acumulaciones difusas de tejido linfoide (se trata de tejido linfoide no encapsulado que se asocia a las mucosas, MALT). Desde un punto de vista funcional, los 6rganos y tejidos linfoides se dividen en primarios 0 centrales (rnedula 6sea y timo) y secundarios 0 perifericos (bazo, ganglios lintaticos, MALT). Los 6rganos linfoides primarios son lugares de leucopoyesis y en ellos se generan, entre otros leucocitos, los linfocitos T (timo) y B (higado fetal, rnedula 6sea fetal y adulta) inmunocompetentes. La inmunocompetencia se adquiere cuando los linfocitos maduros forman los genes funcionales para el receptor del antigeno por reordenamiento de los segmentos geneticos V (variable), D (diversidad), J (uni6n) y C (constante), originandose genes productivos que codifican las cadenas pesadas y ligeras de las inmunoglobulinas, que son el receptor para antigeno de la celula S, 0 las proteinas a y ~ 0 y y l) del receptor para antfgeno del linfocito T (TeR). Dada la natu-

Figura 2-4. Sistema linfoide. raleza estccastice de este proceso, se formaran no 5610 receptores para antfgenos extraiios que son seleccionados positivamente, sino tarnbien para componentes propios del organismo. Por 10 tanto, deben existir mecanismos capaces de eliminar los linfocitos B y T eautoagresivos» (selecci6n negativa). La inmunocompetencia tarnbien implica la expresi6n de otras molecules correceptoras en la superficie tanto de los linfocitos S (lga e Ig~) como de los linfocitos T (C03, C04, C08) necesarias para la correcta transmisi6n de las seiiales de activaci6n celular. Finalmente los linfocitos maduros recien formados migran de los 6rganos linfoides primarios a los 6rganos y tejidos linfoides secundarios por la via sanguinea 0 linfatica. La medula 6sea contiene los precursores de las celulas del sistema inmunitario La medula 6sea esta formada por islotes de celulas hernatopoveticas situados en el interior de los huesos. Todas las celulas del sistema inmunitario se originan a

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INMUNOLOGiA. Biologta y parologia del sistema inrnunitario

partir de las celulas hernatopoyeticas primordiales pluripotenciales de la medula 6sea a traves de los linajes mieloide y linfoide (Fig.2-1). Durante la edad fetal estas funciones tarnbien son realizadas par el hlgado, que abandona esta actividad despues del nacimiento. Los precursores de los distintos tipos celulares producidos en la rnedula 6sea migran hacia otros 6rganos donde sufren ulteriores procesos de diferenciaci6n para convertirse en cefulas plenamente funcionales. Como 6rgano linfoide primario, la rnedule 6sea produce linfocitos B que sufriran in situ diferentes procesos de maduraci6n y selecci6n.

f

Corteza tfmica (Selecci6n positiva) Timocitos inmaduros

Celula epitelial cortical

EItime es el 6rgano donde se generan los linfocitos T

EI time es un 6rgano linfoide primario situado en el t6rax, en el que se distinguen una regi6n cortical y una regi6n medular (Fig. 2-5). A la corteza lIegan los precursores de los linfocitos T en los primeros estadlos de su vida procedentes de la medule 6sea y allf se dividen y se diferencian hasta lIegar a linfocitos T maduros en la medula. En el timo los linfocitos sufren procesos de selecci6n positiva y selecci6n negativa bajo la influencia de las celolas epiteliales, dendrfticas y macr6fagos residentes en el timo. Durante estes procesos, en los que participan de forma esenciallas molecules de histocompatibilidad, se eliminan los linfocitos T que pudieran ser autorreactivos y se promueve la maduraci6n de linfocitos T capaces de desarrollar una respuesta adecuada. Despues de estes procesos los linfocitos T ya maduros rnigraran a los 6rganos linfoides secundarios,donde podran reconocer los antfgenos de una forma especifica. Los tejidos linfoides perifericos (ganglios, bazo, MALT)son lugares de interacci6n entre los linfocitos y los antigenos

En los 6rganos y tejidos linfoides secundarios 0 perifericos se dan lascondicionesambientales (presenciade macr6fagosfagocfticos,variostipos de APCs,entramado celulardel 6rgano,etc.) paraque los linfocitosB y T inmunocompetentes recien formados puedan interaccionar entre sfy con los antlgenos.De este modo se podragenerary diseminar una respuestainmunitariaadaptativacelular y/o humoral especlfica.Cada 6rgano linfoide secundario es el encargadode controlaruna determinadaregion del organismo (Fig.2-4). EIbazo reaccionafrente a anttgenos lIegados por vfa sangufnea,los ganglios linfaricos frente a antfgenoscirculantesen la linfa absorbidosa traves de la piel (gangliossuperficiales)0 de viscerasinternas (gangliosprofundos) y el MALTfrente a los antfgenosque atraviesan las mucosas, ya que se trata de una via de entrada de microorganismos muy importante. Los 6rganos linfoides peritericos mas importantes son:

Medula tfmica (Selecci6n negativa) Timocitos maduros

Celula dendritica

Celuta epitelial medular

Tejidos linfoides Figura 2-5. Esquema del rima humano. Los linfocicos se filtran CI tiCIVes de una malla de celula.~e/)ireliaJes (E), a letque se Ul1en macr6fagos (M) y celu/as dendr(ticas (0) en la medula.

Bazo. Esel «granganglio»que drena los antfgenosde la sangre.Enel bazose distinguendos regiones:la pulpa roja y la pulpa blanca (Fig. 2-6). La pulpa roja participa en la destrucci6n de eritrocitosdeteriorados y es un gran alrnacen de eritrocitos,granulocitosy plaquetas.La pulpa blanca la constituye el tejido linfoide que participa en la generaci6nde respuestasinmunes frente a antfgenosliegados hasta el por via sangufnea.Enel bazo se encuentran todos los tipos celularesnecesariospara generar respuestas inmunes celulares y humorales (Iinfocitos T, B, NK, APCs/macr6fagos) edemas del entramado histico necesariopara su correcta interacci6n mutua.

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INM UNOLOGfA . Blologia y patologia del sistema inrnunitario

Receptor aetivador generico

ITAM P

Src PTK P

TCR, BCR, FcyRI, Fe Rill, FcyRI

I SyK PTK

FcyRII, CD22 KIR, CTLA-4

! Activaci6n

! Inhlbicl6n

(fosforilaci6n de sustratos)

(desfosforllaci6n de sustratos)

Receptor inhibidor generioo

r SHP PTP

ITIM P

.....

Src P PTK

Figura 2-8. Las sl!,ialesaclivat/o"cl\ C inhibidort:15indllcidru /)()T Io.~lTAJ\1.s e lT1Ms eleelit·ersosTeceplOrescompilen en el CilOlJ/asmll en t/elicado eqlliiil)l'io. La restmesta celltlar dependL·rd de ia qlle I)revale~ca. Los fClsfo-ITAMs rec/Ulan cinasas acclVat/oras (S)'k PTK) , los fosfo-1T1Ms Tedman fos[arasCisinlti[?iclorclS(SII P PTP). en otros tejidos linfoides perifericos. Los centros germ inales son lugares de proliferaci6n activa de linfocitos B estimulados por el antfgeno presentado per las FOC,y en ellos tiene lugar la hipermutaci6n sornatice de los segmentos VDJ de las inmunoglobulinas y la generaci6n de la memoria de linfocitos B (vease capitulo 7).

else encuentran tarnbien linfocitos T maduros, celulas secretoras de anticuerpos (tarnbien lIamadas celulas plasmaticas) y celulas presentadoras de antlgenos, y es el lugar donde se sintetizan la mayor parte de los anticuerpos. SENALIZACION

MALT.Son agrupaciones de tejido linfoide no encapsulado situado en la lamina propia y areas submucosas del tubo gastrointestinal (GALT), vias respiratorias (NALT, BALT) Y tracto genito urinario. Ejemplos de MALT: arnlgdalas y placas de Peyer. Las respuestas humorales desencadenadas en la mucosa son principal mente del isotipo IgA. Estas inmunoglobulinas atraviesan el epitelio y contribuyen a impedir la entrada de microorganismos infecciosos. Tarnbien existen linfocitos T intraepiteliales yO +, cuya funci6n puede ser la defensa de las celulas epiteliales del huesped infectadas por ciertos virus o bacterias. Existe una recirculacion de los linfocitos antigenoespedficos por todo el cuerpo, a traves de los sistemas linfatieo y sangufneo, con el fin de tomar contacto con los antigenos en los organos linfoides secundarios. En este transite las venulas de endotelio alto (HEV) desempenan una funcion clave extravasando a los linfocitos en los ganglios. La expresion de una serie de molecules en la superficie de la celulas endoteliales que las delimitan, que son reconocidas por otras molecules en la superficie de linfocitos (molecules de adhesion y sus ligandos), y su interacci6n mutua controlan el transite celular (vease capitulo 16). Medula osea. Como hemos visto, la medula osea funciona como organa linfoide prima rio, dando lugar directamente a los linfocitos B. Ademas, la rnedula osea es tarnbien un 6rgano linfoide secundario, ya que en

Los leucocitos integran en su citoplasma senales negativas y positivas para elaborar sus respuestas Los leucocitos reciben, a traves de sus molecules de membrana, senates activadoras, pero tarnbien inhibidoras. Este concepto esta arraigando en la Inmunologla, y se piensa cada vez con mas fuerza que cada leucocito sopesa en el citoplasma las senales positivas y negativas, antes de elaborar su respuesta final (Fig. 2-8 Y Tabla 2-2). Algunas molecules de membrana lIevan en su region lntracitoplasrnica secuencias conservadas denominadas ITIMs (immunoreceptor tyrosine-based inhibition motives 0 secuencias de inhibici6n con tirosinas), que se contrapondrian a las ITAMs (secuencias de activacion) que Ilevan otras rnoleculas. Las molecules de membrana se agregan 0 entrecruzan tras reconocer a su ligando (por ejemplo, el antigeno, 0 ciertas Igs... ). Como consecuencia, sus ITAMs0 ITIMs se fosforilan, generalmente por tirosina-cinasas de la familia Src (Lck, Blk, Fyn, Lyn). Los fosfo-ITAMs atraen tirosina-cinasas de la familia Syk (Syk, Zap70), mientras que los fosfo-ITIMs atraen tirosina-fosfatasas denominadas SHP (SHP-1, SHP-2). SHP signifiea SH2-containing protein tyrosine phosphatases o fosfatases de proteinas, con especificidad por tirosinas, que contienen dominios SH2 oSrc-homo/ogy-2, es decir, dominios hornologos a Src que se unen a secuen-

2. CELULAS YTEJIDOS DEL SISTEMA INMUNITAJUO. SENALlZACl6N

cias fosforiladas. Las tirosina-cinasas reclutadas por los fosfo-ITAMs y las tirosina-fosfatasas reclutadas por los ITIMs compiten por los mismos sustratos en pasos posteriores de la cascadade activaci6n intracelular. Si prevalecen las cinasas, la celula se activara. Si prevalecen las fosfatasas, se inhibira.

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CORRELACI6N CLtNICA ~~ .-::'1:'",

La importancia de los 6rganos linfoides primarios como el tirno, se reflejaen sindromes como el de Digeorge. Los nifios que presenran este slndrorne rienen infecciones recut> rremes debido a un dcfecro en las respuesra mediada por los linfocitosT. EIslndrorne,de origen genetico escl causado por una pequena dcleci6n en el cromosoma 22 (ql1.2) que provoca defecros en la migraci6n de rejidos derivados de la cresta neural. en particular al desarrollo de la tercera y cuarta bolsas faringeas. De la tercera se origina la gandula rirnica responsable de la maduraci6n de los linfocitos T. presenrando estes individuos una siruaci6n de hipoplasia 0 aplasia dmica

RESUMEN El sistema inmunitario escl compuesco por una variedad de celulas con funcioncs difercnres y que interaccionan entre si. Los macr6fagos y los granuJocitos neurrofilos se dedican a fagociear pat6genos 0 sus toxinas, Otros granulociros polimorfonuc1cares (basofllos, eosi116filos) y los mastocitos ahuycntan parasites de gran camano 0 parricipan en la inflarnacion dcscargando al medio sus vacuolas coxicas. Para clio disponen de recepteres innatos, aunque Ics rcsulta mas faeil si los parogenos esran opsonizados con complemcnto 0 Igs. Los linfociros NK son celulas con actividad cirolltica innara y. a diferencia de los linfocitos Tc, no requieren preactivaci6n para poder lisar a las celulas infectadas. Otras celulas, como las celulas dendrleicas.los fagocitos mononucleares y los linfociros B. capturan anrigenos de manefa innata 0 adaptativa que posrcriormcnre procesan para que puedan ser rcconocidos de una forma adecuada por los Iinfocitos T. Los linfocitos T y B son las celulas rcsponsables de la respuesta inmunitaria espedfica. Ambos tipos celulares expresan en su membrana recepto res que les perrnircn reconocer el andgeno de una forma espedfica. Las celulas que forman parte del sistema inmunitario se agrupan a su vez en tejidos y 6rganos. que reelben en conjunro el nombre de sistema linfoide. Los

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6rganos y rejidos primarios 0 cencrales [rnedula osea yel rimo) son los encargados de la linfopoyesis. La rnedula 6sea produce los precursores de rodos los tipos celuJares del sistema inmunirario yes. ademas, donde maduran los Iinfociros B. En el time los precursorcs de los linfocitos T sufren diversos proccsos de seleccion, y una vcz rnaduros migran desde alii a los 6rganos linfoidcs sccundarios. En los 6rganos linfoides secundarios 0 perifericos coexisten diversos leucociros yen ellos se dan las condiciones microambienralcs para que los linfociros B y T pucdan interaccionar con otras celulas, para reconocer eI andgeno de una forma adecuada. Los 6rganos linfoides secundarios mas importances son el bazo.Ios ganglios linfaticos, la medula 6sea y las agrupaciones de ccjido linfoide asociadas a mucosas. Cada 6rgano secundario se especializa en la rcspuesca regional a parogenos, dcpcndiendo de su via de acceso al organismo. EI reconocimienco de los pacogenos se produce por receptores de membrana que han de transmitir esa informaci6n al interior celular, En dicha serializacion participan motives inrraciroplasmicos de los propios recepcores y enzimas cirosolicas. Los leucocitos sopesan asl las sefiales posirivas, pero tambien las negarivas, antes de e1aborar su respuesta.

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I

EI complemento: ligandos y receptores

CAPiTULO 3 I

INTRODUCCI6N El sistema del complcmenco es el mecanismo efeccor mas importance de la respuesta inmunitaria humoral y. junto a los fagocicos, es eI principal responsable de la inmunidad innata. El sistema de complemenro esra formado por varias protefnas sinterizadas mayoritariarnente por el htgado, que estan presemes en forma inactiva en el plasma y los Hquidos inrersriciales. La activaci6n de estas protclnas da lugar a una reaccion en cascada que genera UJ1a scrie de respuestas biologicas, dirigidas hacia la elirninacion directa (Iisis) 0 indirccra (fagocitosis) de los microorganismos invasores.la inllamacion (que reclu-

I Nomenclatura Las protelnas de la via dasica y litica (complejo de ataque a la membrana) se nombran con la letra C seguida de un numero: C1q, C1r, CIs, C4, C2, C3, C5, C6, C7, C8 Y C9. Los componentes de la via alternativa se representan con una letra, precedida 0 no de la palabra factor (factor B, D). En la activaci6n del sistema se forman enzimas y complejos enzirnaticos activos, representados con una barra sobre el componente 0 complejo activo (C4b2b). Muchas de estas formas enzirnaticas que se originan son proteasas que digieren al siguiente componente de la cascada. Los fragmentos originados se nombran con un sufijo a para identificar a los fragmentos pequenos, y b para los grandes (asl C3a y C3b son fragmentos de C3, y C4b Y C2a proceden de la escision de C4 y C2). Algunos de estos fragmentos sufren digestiones posteriores que los inactivan, y son representados en conjunto por una i (ast iC3b procede de C3b). Finalmente, hay un grupo de receptores de C3 y sus fragmentos, designados como CR1,

1

y molecules al foco infeccioso) y la eliminaci6n de los inmunocornplejos de la sangre. EI complernento consea de tees vlas de activacion, denorninadas clasica, alternariva y de las lccrinas, que convergen en una fase terminal 0 litica, que conduce a la lisis del microorganismo exrrano que dio lugar a la activaci6n del sistema (Fig. 3-1). Nuestras celulas esran protegidas por unas protelnas denominadas reguladoras del com plememo que protegen nuestros cejidos de la acrivacion inespecffica del cornplemento. Aqul verernos que son y como trabajan las prorelnas del complernento. ta mas celulas

CR2, CR3 Y CR4. A estes receptores tambien se les han asignado nombres de marcadores leucocitarios (CD), como CD35 para CR1, CD11bjCD18 para CR3, etcetera. Las proteinas del complemento actuan en cascada para eliminar patogenos e inducir inflarnacinn

AI igual que las protefnas del sistema de coagulaci6n sangurnea, las protefnas del complemento se activan en cascada para formar el complejo de ataque a la membrana, provocando la lisis de los microorganismos invasores 0 la eliminadon de los inmunocomplejos. De esta manera, se amplifica enormemente una respuesta inicialmente debil, ya que pequenas cantidades de los componentes iniciales pueden activar muchos factores finales: una sola molecule activa a varios millones en pocos minutos. EI sistema de activaci6n en cascada se debe en gran parte a la actividad proteasa de parte de sus compo-

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INMUNOLOG(A. Biologia y patologia del sistema inmunitario

ComplejosAC.A91 (adaptativol_____j

I

C3

~OrganiSmOs

I

I

Via Clasica

Via Alternativa (innata)

I

Via de las lectinas ~oorganismo~

I

-...-.-,,,,_ ~

-

Via litica 0 complejo de ataque a membrana Figura 3,1. V(os de accivaciornes v(os diferentes: la v(a c/{LSiCCl, la v(a oltemativa )' la v(a de las lacunas, ~SI(IS vIas convergen en una rase lttica C(mUll1 denominacla C()Il1/)/ejode ataque de membrana, que genera poros en ' '1 memlml!lCl de los microcn·ganisnl().~. nentes. Estas enzimas actuan digiriendo a otras proteinas del sistema. Tanto en la via claska como en la via alternativa, la activaci6n de un componente hace que este active al siguiente, y el proceso conduce a la formaci6n de los complejos de molecules del componente terminal C9, que forman poros poniendo en contacto directo el citoplasma de la celula atacada con el medio extracelular. Como consecuencia de la activaci6n del sistema, se originan tam bien molecules con funciones biol6gicas importantes, como los fragmentos C3b y C4b, que se fijan 0 unen covalentemente a la superficie de los microorganismos favoreciendo la opsonizaci6n 0 ingesti6n de los microorganismos por los fagocitos; y los fragmentos C3a, C4a y C5a denominadas anafilotoxinas, que son responsables de inducir inflamaci6n, que permite, por ejemplo, reclutar mas molecules y celulas inrnunologicas al foco infeccioso (vease capitulo 17). La via clasica se activa en respuesta a complejos antigeno-anticuerpo

La via dasica es muy selectiva y esta unida a la inmunidad espedfica 0 adaptativa a traves de los anticuerpos. La via dasica se active cuando los anticuerpos se unen a un antigeno. Cuando un anticuerpo del isotipo IgM 0 IgG (no IgG4) se une a un antlgeno (por ejemplo, un microorganismo) sufre un cambio conformacional en su regi6n Fc (vease capitulo 4) que permite la union del primer componente de la via dasica C 1 Y la activaci6n de esta via (Fig. 3-2). C1 esta formado por tres subunidades (Cl q-Cl r-C1s) que estan presentes en el plasma

en forma inactiva. C1q es la subunidad que se une a las regiones Fc del anticuerpo y C1r y C1s son proteasas inactivas. Para que la uni6n de C 1q al anticuerpo sea estable debe establecer multiples interacciones con las regiones Fe.La IgM penternerica tiene cinco regiones Fc, por 10 que una sola molecule de este isotipo puede activar potentemente la via dasice del complemento. Para que la IgG pueda unirse a C 1q es necesaria la presencia de dos molecules localizadas a una distancia muy pr6xima. A Cl q se van a unir Cl.!:_yC1s para forma el complejo Cl activo (Cl q-Cl r-Cls). La uni6n de Cl r a C1q la activa y escinde C 15, que a su vez es capaz de fragmentar al siguiente componente de la via casica C4 para generar los fragmentos C4b y C4a (Fig. 3-3). Un enlace tioester de C4 queda expuesto en C4b, 10 que Ie permite unirse covalentemente a la superficie del microorganismo (Fig. 3-4). EI siguiente componente, C2, e5 capaz de unir5e a C4b, y al unirse se hace sustrato de C1s, que genera dos fragmentos, C2a y C2b. EI fragmento grande, C2b, permanece unido a C4b generando la convertasa de C3 de la via dasica (C4b2b). Se denomina aSIa este complejo porque es una proteasa capaz de fragmentar miles de molecules del componente central del sistema C3 generando los fragmentos C3b y C3a. Igualmente a 10 que ocurre con C4, la digestion de C3 expone en C3b un enlace tioester interne muy reactive que Ie permite unirse covalentemente a la superficie del microorganismo. C3b se asocia con C4b2b para formar el complejo C4b2b3b, que es la convertasa de C5, ya que es capaz de digerir este componente dando lugar al fragmento CSb. Este fragmento permanece unido a la convertasa y se convierte en el punto de formacion del complejo

3. ELCOMPLEMENTO:

Activacion por Anticuerpos

LlGANDOSYRECEPTORES

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Activacion por Lectinas

C1q

(C1rh

Anticuerpos en la superficie del pat6geno

Azticares en la superficie del pat6geno

Figura 3,2. La vIa cla.sicadel complementO se inicia por la uni6n de C 1q a ia regi6n constance de un amicuer/)() sobre /a superficie del microorganismo. MBL es una procefnahom61ogaa Cl q que se une a tesiduos de manosa abundances en /a superficie de muchos

microorganismos e inicia /a v(a de las lectinas. de ataque de membrana, que es la fase final de la activaci6n del complemento en la que convergen la via dasica y alternativa. Por su parte, los fragmentos pequerios Oa y C5a liberados constituyen un potentisimo promotor de las funciones de los fagocitos y la inflamaci6n. La via alternativa y de las lectinas se activan espontaneamenteen respuesta a muchos pat6genos La via alternativa del complemento se activa sobre microorganismos que son capaces de atravesar las barreras superficiales de nuestro organismo. En realidad la via alternativa constituye un estado de activaci6n permanente del componente C3 que genera C3b (Fig. 3-3). En ausencia de microorganismos 0 antigenos extrarios esta pequeria cantidad de C3b sera rapidarnente inactivada por otra prote!na del complemento denominada factor I para generar Ob inactivo. Sin embargo, ante la presencia de superficies activadoras extranas, como las paredes bacterianas, este C3b generado se va unir covalentemente a elias (Fig. 3-4), 10que Ie protege de la acci6n inactivadora del factor I y permite el inicio de la activaci6n del complemento por la via alternativa. AI C3b unido

covalentemente a la superficie del microorganismo se unira el siguiente factor de la cascada denominado B para formar el complejo C3bB, que al unirse es hidrolizado por el factor D para formar el complejo OBb, que es una proteasa. Este complejo es inestable y se descompone rapidarnente a no ser que se estabilice por la uni6n del factor P 0 properdina, fen6meno que tarnbien se ve favorecido por la presencia de microorganismos. Este complejo asi formado se denomina la convertasa de la via alternativa, pues es capaz de hidrolizar a C3, formandose asl mas molecules de Ob, que se uniran otra vez a la superficie del microorganismo, y daran lugar de formaci6n de mas complejos C3Bb. Constituye, por 10tanto, un sistema de amplificaci6n del complemento, ya que se nutre de su sustrato (C3). Este sistema no 5610amplifica la respuesta iniciada por la via alternativa, sino que tarnbien sirve de sistema de amplificaci6n a partir del C3b que se genera por la via dasica. Los complejos resultantes de la activaci6n de la via alternativa, C3bBb3b, actuan como convertasa de C5, dando lugar al fragmento C5b, que sirve tambien de punto de formaci6n del complejo de ataque de membrana. Recientemente ha sido descrita una tercera via de activaci6n del complemento por un mecanisme inde-

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INMUNOLOGiA. Biologia y patologla del sistema lnmunitario

pendiente de anticuerpos y que inicia una lectina (es decir, una proteina que se une a carbohidratos como los presentes en la superficie de muchos microorganismos) denominada MBl (mannose binding lectin 0 leetina que se une a la manosa) (Fig. 3-2). las manosas forman los residuos terminales de numerosas glicoproteinas y glicolrpidos microbianos, mientras que en los mamlferos estan formados fundamentalmente por acido sialico y N-acetilgalactosamina. MBl se une a los patogenos, activa a una serina proteasa denominada MASP que puede escindir C4 y C2, para continuar la activaci6n de la via clasice. la via de la lectina 5610se diferencia de la clasica en los pasos iniciales, por 10que muchos inrnunologos no la consideran una via independiente, sino una ruta de activaci6n de la via clasica en ausencia de anticuerpos. Existe otra proteina, denominada protelna C-reactiva, que es capaz de unirse a fosfocolina (lipido abundante en la superficie de muchos rnicroorganismos) y de iniciar la activaci6n del complemento por la via dasica. EI paso de C3 a C3b es crucial en la cascada de activaci6n del complemento EI fragmento C3b es el punto de confluencia de la via clasica y alternativa del complemento. C3b se une covalentemente a las superficies activadoras, y conduce

a la iniciaci6n de la via Iitica final a treves del fragmento CSb generado por las convertasasde C5 de la via dasica o alternativa. De todas las protelnas del complemento, el componente C3 es el que presenta la mayor concentraci6n en la sangre. la activaci6n espontanea de C3 esta prevenida, como veremos, por una serie de proteinas reguladoras. las deficiencias de estas proteinas determinan la activaci6n espontanea del sistema, con el consiguiente gasto de complemento y susceptibilidad a las infecciones bacterianas (por ejemplo, meningitis, vease capitulo 18). C3 esta formado por dos cadenas a y ~ unidas por puentes disulfuro. la cadena a contiene todas las dianas y lugares de uni6n con membranas y receptores. Cuando C3 es activado por la convertasa se producen dos fragmentos procedentes de la cadena a (C3a, C3b). Como consecuencia, un enlace tioester del fragmento C3b queda expuesto al medio (Fig. 3-4). la mayoria de las molecules de C3b (que en este estado activo se denominan metaestable), reaccionan con el H20 y no participan en la activaci6n de la cascada. Un porcentaje de molecules C3b forman uniones covalentes con los pat6genos, iniciando la via alternativa, 0 se asocian con las convertasas de C3 (C4b2b, C3Bb), dando lugar a las convertasas de C5 y, por tanto, a la fase Utica (Fig. 3-3).

C2

C3

ViA CLASICAILECTINAS

Covertasa de C3

I

I

I

Superficies bacterianas y potisacarldos

C3

Factor B Factor 0

r

C3

mt

I Properdina

Convertasa de C3

Convertasa de C5

Figura 3-3. VIa cuisica y alcemativa del camp1emento.

3. EL COMPLEMENTO: LIGANDOS YRECEPTORES

lejo nCR). La immmogloblllilUl de membrana (/gM en esce caso, pem /mede ser ellalqllier otro isoci/)(» es 11ariable )' se asocia a d()s mol&uias invariahles C1)79o.y ~ a nivel del II/rimo dominio consranre de SItS eadenas. C/)79a (espeeifiea de isoci/>o) y C/)79~ (comtin a !Odos) rransJtleen senales de (lccivaci6n a/nIl cleo . EI papel de C08l en este complejo no ha side completamente esclarecido. Existe otra molecule, C022, que tiene un papel opuesto al correceptor. C022 se asocia parcialmente con el BCR en los linfocitos Byes un inhibider negativo encargado de controlar una adivaci6n excesiva del BCR. Otra molecule accesoria que participa en la activaci6n de los linfocitos B, aunque no es especffica de este, es C045, cuya cola citoplasrnatica tiene adividad tirosina fosfatasa (elimina fosfatos de otras proteinas con el fin de modificar sus funciones enzirnaticas) y tarnbien es capaz de transducir senales de activaci6n allinfocito B. las senates generadas por el BCR y el correceptor pueden ser insuficientes para ectvar allinfocito B. Como explicaremos mas adelante, la activaci6n de los linfocitos B por antigenos solubles requiere de la colaboraci6n de los linfocitosT C04 cooperadores. Estacooperaci6n implica contactos directos entre C040, molecule presente en la superficie de los linfocitos B, que interacciona con C040l en los linfocitosT adivados. La adivaci6n de C040

Para que la respuesta humoral se inicie es necesaria la adivaci6n del linfocito B, 10 que implica la interacci6n directa con el antigeno yel posterior entrecruzamiento de sus receptores. Como consecuencia del reconocimiento del antfgeno por el complejo BCR se genera una senel que se une a las generadas por las molecules eccesorias que intervienen en cada caso (Fig. 6-2). Se cree que las senales accesorias disminuyen el umbral de activaci6n de los linfocitos B a traves del BCR. Estas senates son reacciones bioquimicas en las que intervienen muchas moleculas intracelulares, aunque no esta aun completamente esclarecido el papel de cad a una de elias. Como el complejo BCR y el complejo TCR/C03 coinciden en muchas de las reacciones bioqufmicas que desencadenan, estes se describiran con mas detalle en el capftulo 10. Basta citarlas aquf: 1) fosforilaci6n/desfosforilaci6n de diversas molecules (como la fosfolipasa C) por parte de cinasas (Lyn, Fyn, Blk, Syk) y fosfatasas (CD45); 2) hidr61isis de fosfolfpidos de membrana por parte de la fosfolipasa C, generandose los segundos mensajeros diacilglicerol (que active a la cinasa PKC) e inositol trifosfato (que moviliza el calcio intracelular); 3) aumento del calcic intracitoplasrnatico, que activa cinasas y fosfatasas dependientes de dicho cati6n. La cascada de transducci6n iniciada tras la activacion del BCR conduce al final a una modificaci6n en los perfiles de expresi6n de varies genes celulares que perrnitiran al linfocito B desarrollar sus funciones efectoras. EI resultado de la activaci6n de los linfocitos B sera su preliferaci6n y su posterior diferenciaci6n a celulas plasrnaticas productoras de anticuerpos. Los isotipos de inmunoglobulina y otras proteinas de membrana definen dos subtipos de linfocitos B EI BCR de cada linfocito B es unico, ya que su porci6n variable, la Ig, es distinta en cada linfocito B. Sin embargo, es posible agrupar a los linfocitos B por los isotipos de Igs y otras proteinas de membrana que expresan. Un subgrupo de linfocitos B expresa IgM y CD5+, que es un marcador caractenstico de los linfocitos T; sin embargo no expresa 0 expresa muy poca IgO.A estes linfocitos se les denomina linfocitos B 1 porque precede en su desarrollo a los linfocitos B convencionales. Representan aproximadamente el 5% de los linfocitos B y su localizaci6n es restringida, ya que son muy escasos en los 6rganos linfoides secundarios localizandose en el manto de los

6. LOS LINFOCITOS B Y SU RECEPTOR PARAANTfGENO

59

DAG Rat

MAPK ~

/

PKC

Fosfcrilacion de diversas proleinas

calcineunna activada

CITOPLASMA

Calcineurina

Desfosforilacion de diversas proleinas

AlguMs moleculas del interior celuLarque participan en Laactivaci6n dellinfocirc B. La agregaci6n de receptores y de sus cinasaslfosfatasas asociadas, indl4cida por el reconocimienrc de anr{geno, genera reacciones de fosforilaci6n/desfosforilaci6n en mUltiples moleculas y receptores propios. Como consecuence se reclutan Otrascinasas y se aClivan entimas cemrales para La activaci6n, como LaPLC.Los segundos mensajeros generados /)or esta (lP3, DAG) activan direaa ° indirectamel1le (a travrZsdel aumento de la concentraci6n de calcio) a orras cinasas 0 fosfatasas centrales, como LaPKC. El Tesultado{rnal es Laamplificaci6n de Lapequena senal original y la activaci6n, par fosforiLaci6n/desfosforilaci6n de [actores de trascripci6n que reguLan La expresi6n de mtlltiples genes: genes que regulan La mircsis, genes ql4l?codifican para 19s, etc. PLC: fosfolipasa C; IP3: inosirclmfosfaw; MAPK: cinasa de prote(nas aClivadapor mit6genos (mitogen-activated protein kinase). Figura 6-2.

folfculos secundarios de los ganglios linfaticos y en la zona marginal del bazo, pero son mayoritarias en la cavidad peritoneal. La IgM de los linfocitos B C05+ presenta muy poca variabilidad, tienen muy poca afinidad y son habitualmente poliespeclficos, 10 que les permite interaccionar con muchos antigenos diferentes. Se piensa que pueden ser importantes en el reconocimiento de polisacaridos bacteria nos, que estan bastante conservados molecularmente, perc son poco importantes en la producci6n de anticuerpos contra antigenos proteicos (muy variables), contribuyendo, de esta manera, al establecimiento de una respuesta inmunitaria rapida de una manera casi innata. Oebido a estas caracteristicas y a su posible funci6n primaria en la respuesta inmunitaria, para algunos autores los linfocitos B 1 son equivalentes en el linaje 8 a los linfocitos Tyo (vease capitulo 10), que tambien son linfocitos primitivos con variabilidad reducida. La mayoria de los linfocitos 8 pertenecen a la subpoblaci6n denominada linfocitos 82. Estos linfocitos

convencionales no expresan COS y la mayorla expresan IgM e IgO (aunque ambas Igs tienen identica regi6n variable y reconocen el mismo antfgeno); un pequeno porcentaje de estes linfocitos expresa IgA, IgG e IgE. Los linfocitos 8 IgM+O+son linfocitos maduros que se denaminan virgenes porque aun no han entrado en contacto con el antlgeno que reconocen. Los que expresan IgG, IgA 0 IgE ya han reconocido algun antigeno, ya que la diversificaci6n en la producci6n de diferentes isotipos de Ig se produce despues de entrar en contacto con el antigeno (vease capitulo 13). FUNCION Los linfocitos B a menudo dependen de los T para producir anticuerpos

Los linfocitos 8 tienen una funci6n esencial en el sistema inmunitario que es la producci6n de anti cuerpos.

60

lNMUNOLOGiA. Biologfa y patologia del sistema irununitario

Para generar anticuerpos no basta, en la mayorla de los casos, la sola participacion de los linfocitos B, sino que los linfocitos T juegan un papel determinante (vease capitulo 13). La respuesta de los linfocitos B a estos antigenos T- 0 Timo-dependientes requiere el contacto directo de los linfocitos T y B (Fig. 6-3). Estos linfocitos T que «avudar» a los linfocitos B en su activaci6n se denominan linfocitos T cooperadores, y proporcionan ayuda -una vez reconocido el antfgeno presentado por el propio linfocito B- mediante molecules de membrana que se unen a ligandos presentes en los linfocitos B y mediante la liberacion al medio de factores solubles (citocinas), que se unen a receptores de los linfocitos B. Pero no todos los antigenos inducen respuestas B de tipo T-dependiente, sino que ciertos antfgenos polirnericos, como polisacaridos 0 lipopolisacaridos bacterianos, pueden desencadenar respuestas B en ausencia de linfocitos T: son los denominados antigenos T-independientes.

esto es, se reconocen la estructura tridimensional de la molecule. En esto los linfocitos B difieren de los T, que son incapaces de reconocer antigenos nativos (vease capitulo 9). Una vez se produce la interacci6n con el antlgeno, ellinfocito B puede activarse y se puede poner en marcha una respuesta inmunitaria humoral. Pero para ello es necesario que reciba sefieles solubles y contactos de un linfocito T (activado por el mismo antigeno). Para activar al linfocito 1, el linfocito B debe presentar el antigeno. La presentaci6n de entigeno supone la interacci6n con el en su forma nativa y su posterior internalizaci6n y procesamiento, para, al final, presentar en la membrana dellinfocito B peptidos derivados del antigeno asociados a las molecules MHC de clase II (vease capitulo 9).

Los Iinfocitos B reconocen antigenos natives y presentan sus fragmentos a los linfocitos T

En los individuos adultos, la poblaci6n de linfocitos B se regenera constantemente durante toda la vida a partir de celolas progenitoras 0 celulas madre multipotenciales de la rnedula osea. Durante el desarrollo ernbrio16gico la linfopoyesis 0 generaci6n de linfocitos B comienza a nivel del hlgado fetal (vease capitulo 2), pero pronto es sustituido por la medula 6sea, que se convierte desde ese momento, y para el resto de la vida adulta

En el caso de los antigenos T-dependientes, edemas de la producci6n de anticuerpos, los linfocitos B desempenan otra funci6n primordial en la respuesta inmunitaria: son celulas presentadoras de antigeno allinfocito T EI BCR reconoce a los antigenos en su forma nativa;

ANTIGENOS T·DEPENDIENTES

DIFERENCIACII)N Los linfocitos B se diferencian en la rnedula osea a partir de celulas madre

ANTiGENOS T·INDEPENDIENTES

HlA·DR CD40

)

CD40L

Figura 6-3. Los !infocitos B dependen de /.oslinfocitos T para /)rooucir anticuerpos (T-de/)endienres). La. respuesta contra cienos antigenos polimbicos (como l.ipopolisacaridos 0 polisacaridos bacterianos) no requiere de fa colaboraci6n de /.oslinfocitos T (Tindependientes). La primera sefiaL para La activaci6n provrene siempre del BeR. La segunda la proporcionan los linfocitos T cooperadores 0 el propio antigeno, segan los casos.

6. LOS LINFOCITOS B Y SU RECEPTORPARAANTfGENO

del organismo, en el centro principal de producci6n de linfocitos B. En la medula 6sea, las celulas B van a comenzar a expresar las cadenas de lgs que se generan mediante recombinaci6n al azar de los diferentes segmentos genicos que forman sus cadenas pesadas y ligeras. En este proceso, los linfocitos B adquieren un repertorio practicarnente ilimitado de lgs diferentes (vease capitulo 7). AI ser un proceso estocastico, es deeir por azar, se van a generar linfocitos B cuya Ig puede tener como ligando a alguna de nuestras propias molecules, Por elio, durante la maduraci6n de las celulas B en la rnedula 6sea, tambien se eliminan aquelios linfocitos B autorreactivos. Por 10tanto, de la rnedula 6sea sale un repertorio de linfocitos B maduros capaces de reconocer practicarnente cualquier antfgeno extrai'\o, pero incapaces de responder a nuestros propios antfgenos. Los linfocitos B se generan a 10largo de toda su vida con objeto de poder defenderse de los multiples pat6genos con los que podemos encontrarnos, aunque su cantidad disminuye con la edad. No todos los linfoeitos B siguen este proceso de maduraci6n. Los linfocitos B 1 C05+ sufren un proceso de diferenciaci6n especffieo. Estas celulas tambien surgen de las celulas madre durante la epoca fetal, pero, a diferencia de los linfocitos B convencionales, esta poblaci6n se renueva despues del nacimiento por autorreplicaci6n en los tejidos peritericos fuera de la meduia 6sea. EI desarrollo de linfocitos B se produce en sucesivas eta pas que se pueden identificar por las cadenas de inmunoglobulina que expresan

La diferendad6n de los precursores de los linfocitos B2 convencionales se produce en varies etapas que son fadlmente identificables por la expresi6n de las diferentes cadenas de Ig y la adquisici6n secuencial de diferentes marcadores de superficie (Fig. 6-4). Los progenitores lin-

Celula pluripotencial

Pro-B Temprana

Pro-B Tardia

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foides de la rnedula 6sea que van a dar luger a los linfocitos B no han reordenado todavia los diferentes segmentos genicos de las Igs (se encuentran en la eonfiguraci6n de linea germinal, vease capitulo 7) y no expresan, entonces, Igs en su membrana. Mediante la interaeci6n con las celulas estromales, los progenitores se van a diferenciar primeramente a las denominadas celulas pro-B. que no expresan todavfa ninguna cadena de Ig, pero que han empezado a reordenar la cadena pesada t.t y, por 10tanto, han comenzado a diferenciarse a celulas B. Cuando se ha reordenado la cadena pesada, comienzan a expresar la cadena pesada t.t en la superficie celular unida a una cadena seudoligera monomerfica formada por la uni6n de dos protefnas, una similar a su regi6n variable (VpreB) y otra a la constante (AS), formando el receptor pre-B y denornioandose entonces celulas pre-B (Fig. 6-4). Posteriormente reordenan la cadena ligera y empiezan a expresar IgM de membrana denominandose entonces linfocitos B inmaduros. Por ultimo, se van a diferenciar a Iinfocitos B maduros que expresan IgM e IgO al mismo tiempo, aunque ambas Igs tienen la misma region variable y, por 10 tanto, la misma especificidad antigenica. Ellinfocito B maduro migra posteriormente a 6rganos linfoides secundarios, donde entrara en contacto con los antigenos para los que es especlfico, acnvandose y diferenciandose a celulas plasmaticas y de memoria (vease capitulo 13). Los linfocitos B inmaduros negativamente

son seleccionados

A diferencia de los linfocitos B maduros, si durante la maduraci6n en la medula 6sea, los linfoeitos B inmaduros (5610 expresan IgM -no IgO- en su membrana) interaccionan con antfgenos abundantes en el entorno en el que se encuentran van a ser eliminados 0 inactivados con objeto de que toleren mas tarde nuestras propias molecules. Este proceso se conoce como selecci6n

Pre-B

B Inmadura

B Madura

~

hiaJur6nico! Cl>lul. del estroma (MOOula6sea)

Figura 6-4. Diferenciaci6n y cambios fenotfPicos de los linfocitsBen Ia midula osea. El desarrollo de las c€lulas B es dependienre de las c€lulas estxomales de la medula 6sea (por contactdirecio y [aaotes solubles), pero es independienre de antfgeno. Cada estadio tiene un fenotipo peculiar, caracreriz.ado por la expresi6n de las diferentes cadenas de inmunoglofulina.

62

INMUNOLOGIA. Biologia y patologia del sistema inrnunitario

negativa de los linfocitos B (vease capitulo 7). La consecuenciafundamental de este proceso es que mayoritariamente salen de la rnedula 6sea, hacia la sangre penterica,aquellos linfocitos B que no reconocenningun antfgeno durante la selecci6n. Como la mayoria de los antigenos con los que estan en contacto en la rnedula 6sea son de origen propio, la posibilidad de encontrar linfocitos B autorreactivos en periferia es muy baja. La interaccion de los precursores de linfocitos B can otras celulas de la rnedula osea es crucial para su diferenclacion

La diferenciaci6n de los precursores hacia linfocitos B requiere la participaci6n de las denominadas celulas del estroma de la rnedula 6sea (adipocitos,fibroblastos, celotas endoteliales 0 reticulocitos). Lascelules madre multipotencialesmas inmadurasse encuentranpr6ximas a la cortezadel hueso. EIdesarrollo temprano de los linfocitos B se caracteriza por la proliferaci6n de los precursoresque a medida que maduran se van desplazando haciala parte central de la medula 6sea, aunque sin perder el contacto con las celulas del estroma, que participan en el proceso de maduraci6n ados niveles,uno inicialmediado por contactos directos y otro mas tardio mediado por factores solubles. En los estadiosmas tardies de maduraci6n, los linfocito B son rnenos dependientes del contacto con el estroma. En la etapa mas temprana del desarrollo, las celulas B necesitanel contacto directo con las celulas estromales. Primeramente las celulas del estroma establecen uniones espedficas con las celulas B a traves de moleculasde adhesi6n (Fig.6-4). Una vez unidas, las celulas estromales producen factores de crecimiento que estimulan la proliferaci6n y maduraci6n de las celulas B. Uno de estos factores denominado SCF(stem cell factor), expresado en la celula estromal, se une a c-kit en la celula pro-B. La protelna c-kit posee actividad tirosina

cinasay lasinteraccionesc-kit-SCFla activan,estimulando su proliferaci6n.Lacelula pro-Btardfainduce la expresi6n del receptor de la interleucina 7 (I L-7), citocina que es producida por la celula estromal e induce a la celula pro-B a su maduraci6n a celula pre-B y, en ultimo terrnino, disminuye la adherenciade las celolas pre-B a las celulas estromales. Lascelulas pre-B no requieren de contacto directo con las celulas estromales, aunque sf dependen de la IL-7 para madurar y proliferar. En los estadios finales de la maduraci6n, ellinfocito B se hace independiente de la IL-7. CORRELACI6N CLfNICA Un linfocico B puede rrausformarse en celula malignn en cualquier estadio de su desarrollo dando lugar a diferenres rlpos de canccres que conscrvan las caractcrlsricas fenotipicas 'I' de la celuln de la que derivan. La transformacion de los prccursores de los linfocitos B, las celulas prc-B o celulas pro-B, da lugar a una prolifcraclon ncoplasica en ln mcdula osea )' que gencl'almentc se asocin a cclulas malign:IS circulanres en sangre y que se dcnomina leucemia. Las [cuccmias se puedcn producir poria rualignizacion de cualquier lcucociro, no ~61o de los linfociros B. Las neoplasms de los linfociros B maduros creccn, al igual que estes, en los 6rganos linfoides sccundarios y a csra afcceacion nodal se Ie denomina Iinfoma. La disrincion entre leucemia y linfoma cs arbirraria plies rnuchos linfomas prcsentan nfccracion de 1:1mcdula osca y celulns malignas circulantcs al di:lgn6stico o durante su evolucion, POI' (dtimo, las prolifcrnciones ncoplasicas de las celulns plnsrnaticas sc denominan miclornas. L:lScelu las plasrnaticas proliferan en la rnedula osca y producen los anricucrpos en In medula osca causando erosiones en los huesos, Todas las celulas del rniclornn secrcran la ll1iSIl1Oanricucrpo, que sc denornina anticucrpo monoclonal porqlle dcriva de un solo cion tumoral de linfocitos B.

I

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~----------------------------------~'

6. LOS LINFOCITOS BY SU RECEPTORPARAANTIGENO

63

RESUMEN Los linfocitos B son las principales celulas efectoras de la respuesta inmunitaria humoral, ya que son las responsables de sintetizar Igs contra andgenos nativos, es decir, no procesados. Ademas, los linfocitos B actuan como celulas presentadoras de los andgenos que reconoce a craves de su Ig a los linfocitos T. La interaccion con el andgeno es llevada a cabo por los linfocitos B a rraves del receptor para andgeno (BCR) de su membrana, que es caracrerlsrico de estas celulas. EI BCR tiene dos partes estructural y funcionalmente diferenciadas. La primera de elias (cadenas variables 0 polimorficas) es una molecula de Ig anclada en la membrana plasmatica, que difiere unicarnente de los anti cuerpos (solubles) en una corta secuencia de aminoacidos transmernbranales y de cola citoplasmarica. La segunda (cadenas invariantes 0 monom6rficas) es un hererodirnero de dos prorelnas -CD79~ y ~- asociado no covalencemente a la Ig. En el BCR, la Ig es el componente implicado en la union con el andgeno y las proteinas CD79 median la posterior transducci6n de la serial hacia el nuclco celular, Perc el complejo BCR no trabaja solo. Otras proceinas de membrana cooperan con el en la activaci6n de los linfocitos B: son las molecules accesorias. Esras proteinas generan tam bien sefiales que se surnan a las del BCR para activar allinfocito B cuando la senal especifica es insuficicntc. Destaca entre elias el correceptor CD19/CD21/CD81. que coactiva a los linfociros B wando el antlgenc esta rccubierto de cornplcmenro (CD21 es un receptor de C3b). Otras moleculas accesorias (CD40. CDn. MHC-Il) acnian durante la presentacion de andgeno e inreraccion de los linfocitos B y T. Los linfociros B neccsitan estes contactos y adernas facrores solubles (cirocinas) de los T para sintetizar

anticuerpos.

La debil serial generada por el complejo BCR y las rnoleculas accesorias es amplificada en el interior celular por un conjunto de reacciones bioqulmicas. Entre ellas se incluyen la fosforilacion/ desfosforilacion de diversos sustratos intracelulares (lfpidos y prorelnas) por parte de ciertas cinasas y fosfatasas, la hidrolisis de fosfolipidos de membrana y el aurnento de los iones de calcio en el citoplasrna. E1 resultado final de las sen ales iniciadas por eI complejo BCR es la induccion de ciertos grupos de genes que intervienen en las funciones efecroras del linfociro B activado. La maduracion 0 linfopoyesis de los linfocitos B se produce en la medula osea a partir de la misma celula progenitora 0 celula madre multipotencial que da lugar I' a Otras celulas del linaje linfoide. En esre organo tiene lugar la mayor parte del proceso de rnaduracion del linfocito B, que requiere la participacion de las celulas estromales de la medula osea (proporcionan ayuda via conracro directo y via factores solubles) e implica el reordenarniento de los genes de las Igs y la adquisici6n secucncial de distinros marcadores de superficie, que van rnodificando e.1fenoopo del linfocito. Sin embargo, no todos los linfocicos B generados salen a la sangre periferica, sino que s610 aquellos que no son potencialmente aurorreactivos abandonan la medula hacia otros 6rganos linfoides. El resto de los linfocitos B es eliminado 0 inacrivado por scleccion negativa, que acrua sobre los linfocitos B inmaduros que reconocen andgenos propios en la rnedula. La mayor parte de los linfocieos B rnaduros (los virgenes) tienen IgM e IgD en sus BCR. Una pequefia parte rienen orros isotipos, en cuya slnresis se han especializado (IgG, IgA, 19E). Los lin foci cos B que expresan CDS sintetizan IgM y se cree que son de respuesta nipida y poliespeclfica a bacterias.

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La generaci6n de la diversidad de los linfocitos B y T

I CAPiTULO 7 I

INTRODUCCION Los linfociros pueden reconocer un numero casi ilimitado de antigenos difcrentes. Esto se debe a la gran diversidad de irununoglobulinas (Igs) que pueden producir los linfocitos B y de rnolcculas de TCR que pueden cxpresar los linfociros T. Exisren diferencias en la estructura y mecanismos de acci6n de los receptores de csras celulas, pero los procesos celulares y moleculares responsables de dicha diversidad son pracricarnenre

iguales. La suma total de los anticuerpos que puede generar un individuo se conoce como repcrtorio de anticuerpos, se ha esrimado que su valor esei en como a las 1011 cspeciflcidades diferentes y refle]a codos los posibles

Los segmentos genicos que codifican las cadenas variables de las inmunoglobulinas tienen multiples versiones Los genes que codifican las Igs se encuentran localizados en tres lad diferentes: El/ocus de la cadena pesada se encuentra en el cromosoma 14, el de la cadena ligera K en el cromosoma 2 y el de la cadena ligera A en el cromosoma 22 (Fig. 7-1). Dentro de cada uno de los genes de las cadenas ligeras y pesadas existen diferentes genes 0 segmentos genicos que codifican para las regianes variables y constantes (denominados genes C). En el/ocus de la cadena pesada, edemas de la region variable (que es unica) estan los genes constantes de los diferentes isotipos de Ig, que se disponen de forma secuendal La cadena ligera K tiene un solo segmento constante, CK, mientras que la cadena A tiene al rnenos seis, aunque funcionalmente no hay diferencias entre ellos.

clones de linfocitos B capaces de sintetizar y secretar Igs en respuesta a una estirnulacion antigenica. Esta diversidad sc puede explicar porque las Igs tienen una organizaci6n diferente a orros genes. Lascadenas ligeras y pesadas de las Igs esran codiflcadas por varios scgmencosgcnicos que se tienen que rccornbinar para formar un gen funcional. De cada segmenco genico existen diversas versiones que se reordenan de forma aleatoria en eI memento de su sintesis durante la maduraci6n de los linfocitos Ben la rnedula 6sea.Ademas, existen otros procesos que aurnentan la variabilidad de las Igs, como la hipermutacion somatica que afeccaselecrivamente a estos genes.

En cada gen de las cadenas ligeras 0 pesadas cada dominic constante esta codificado por un exon. En cambio los dominios variables estan codificados par dos 0JJ o tres (VH) segmentos genicos. Los dos tipos de segmentos que codifican para el dominio variable de las cadenas ligeras se denominan segmentos genicos 0 genes variables (V) y de uni6n (J). La regi6n variable de la cadena pesada incluye un segmento adicional denominado de diversidad (D). A diferencia con 10 que ocurre con otras protelnas, existen multiples versiones de cada uno de estos segmentos genicos y cada linfocito B expresara de forma aleatoria cualquiera de las versiones dispanibles que codifican para cada region variable. Los segmentos V codifican para la mayor parte del dorninio variable de las Igs, induidas las regiones hipervariables primers y segunda (vease capitulo 4). Las diferencias en las dos primeras regiones hipervariables se deben a la diferencia en la secuencia de los diferentes segmentos genicos V. La tercera region hipervariable esta determi-

66

INM UNOLOGiA. Biologla y patologfa del sistema inmunitario

CADENAS PESADAS

Cromosoma 14 Genes VII

Genes D.

Genes CII

Genes J"

CADENAS L1GERAS

CADENAS V

Genes V.

Genes J.

Gen C,

"

50

SEGMENTOS 0 J C

30

6

(9)

DIVERSIDAD POTENCIAL

9.000

40

5

200

30

3

270

Figura 7-1. Organizaci6n de los genes de In.\ inmunoglobulinm «rues de su rcordeMmienro (lfnea germinal). Existe» ml~ltil>les verstones ()seRlnemos gel1lc()s que codifican (>aralas regiones V, f).} )' C de las cadenas />csadas y ligeras. EI segmento 0 s610 cxiSle en las cCicienQs pesac/as y del segmenro C. hay unCi unicCllIcrsi6n. La dit'cl'sidad poccnciClI[9 .000 X (200 + 270) I supera los 4 mil/ones de Igs I)osib/e.~«(!xcluycndo (as 9 C", que s6/0 1110cli{iCClJ1 d iSOli/)(), no (tl cspecificidad).

nada por la uni6n de los segmentos V, 0 Y J. La existencia de multiples versiones de los diversos segmentos genicos que se reordenan de forma aleatoria es el principal responsable de la gran diversidad de BCRsposibles (y, por 10 tanto, del repertorio) de los linfocitos B. Los precursores de los linfocitos B reordenan los segmentos genicos de las inmunoglobulinas para ensamblar molecules funcionales Los segmentos genicos que codifican las regiones variables de las Igs se encuentran muy separados en el genoma en todas las celulas del organismo (10 que se conoce como configuraci6n de la I(nea germinal) excepto en los linfocitos B. Esto se debe a que durante el desarrollo de los linfocitos B en la rnedula 6sea (vease capitulo 6) los segmentos VoJ (no el C) se yuxtaponen por un proceso denominado recombinaci6n sornatica, que implica el corte del AoN y empalme de diferentes segmentos. oebido a la existencia de multiples versiones de cada uno de los segmentos, multiples combinaciones son posibles, dando lugar a un gran numero de regiones variables diferentes. La cadena ligera es codificada per la combinaci6n de un segmento genico V y un segmento J, mientras que la regi6n constante es codificada por un solo gen C. Por ello, en el caso de la cadena K se pueden formar aproximadamente 40(V) x 5(J) x 1 (C) = 200 posibles cadenas distintas (y unas 270 en el caso de K, Fig. 7-1). Iarnbien en las cadenas pesadas se produce el reordenamiento genico durante la maduraci6n de la celula B. En una primera etapa tiene lugar la aproxirnacion de los segmentos 0 y J. Posteriormente, la region V recombina con el segmento OJ reordenado, generandose una cornbinacion VoJ. La diversi-

dad potencial de cadenas pesadas por combinaci6n al azar de segmentos VoJ es superior a 9.000. Dado que una Ig esta formada por la combinaci6n de cualquiera de las posibles cadenas ligeras y pesadas, 5610 este mecanisme (denominado diversidad combinatorial) podrfa generar mas de 4 x 106 Igs distintas (Fig. 7- 1). Las secuencias que flanquean los diferentes segmentos genicos dirigen su recombinacion La recombinaci6n sornatica del AoN es realizada por un grupo de enzimas denominadas recombinasas que aproximan los diferentes segmentos mediante la formacion de un «Iazo»de AoN, que es cortado y escindido, y posterior empalme de nuevo del AoN (Fig. 7-2). La recombinaci6n de los segmentos V, 0, J esta dirigida por una serie de secuencias muy conservadas, que flanquean los diferentes segmentos genicos, denominadas senales de recombinaci6n. Estassenales estan formadas por una secuencia conservada de siete pares de bases (pb) (heptarnero) y otra de nueve (nonarnero), separadas por una region espaciadora no conservada de 12 0 23 pb. La longitud de las regiones espaciadoras desernpena un papel importante para que el proceso de recornbinacion sornatica se realice de una forma ordenada (VoJ), ya que la secuencia senal que tiene un separador de 12 pares de bases (Pb) solo se puede unir a un separador de 23 pb. Como estas secuencias espaciadoras de 12 pb Y 23 pb se encuentran situadas de forma alterna en los diferentes segmentos genicos, en una cadena pesada no puede producirse una recombinacion VJ,ya que ambas regiones se encuentran flanqueadas por espaciadores de 23 pb. Pero si pueden recombinarse con los segmentos 0, ya que estan f1anqueados por espaciadores de 12 pb (Fig. 7-2).

7. LA GENERACr6N

Cadena kappa

DE LA DIVERSIDAD DE LOS LINFOCITOS

BY T

67

Cadena pes ada p

p

Heptamero

Heptamero

Nonamero

Nomimero

p

Figura 7-2. Esquema de las secuencias 0 senales de recombinaci6n de mrrones pr6ximos a los segmentos genicos V y J (cadena ligera 1() y V, D, J (cadenas J)esadas) im/)licadas en Ia recombinati6n de estes genes. Los fen6menos de recombinati6n que intervienen en el empalme de V-J y de V-D-J escanfacilitados par las secuencias de bases de los intrones que siguen al extreme 3' de V y D y /)recedenaLextreme 5' de] yD. Las recombinasas reconocen esas secuencias, yuxtaponiendo los segmentos correspondientes y escindiendo el ADN que hay entre ellos. Los nucle6ddos P son nucle6tidos generalmente palindr6micos arrastrados

al empaLmarlos. EI proceso de recornbinacion sornatica no solo participa en la generation de la diversidad, sino que tarnbien es irnprescindible para que se expresen las Igs y, por ello, solo los linfocitos B son capaces de sintetizar estas rnoleculas. La recornbinacion del ADN permite la transcripcion de sus genes produciendose un transcrito primario -con intrones y exones-, que es posteriormente procesado (eliminando los intrones) y traducido a proteina (Figs. 7-3 y 7-4). En los linfocitos B, las Igs son codificadas como protefnas de membrana que forman parte del BCR (vease capitulo 6). Esto se debe a que el extremo carboxilo de la cadena pesada se continua con una pequena region transmembrana formada per aminoacidos hidrofobicos que la ancla a la membrana. Cuando los linfocitos B entran en contacto con el antigeno y se

diferencian a celulas plasmaticas, esta region es reemplazada, por procesamiento alternativo del ARN, por una secuencia de aminoacidos hidrofflicos que permite su secrecion al exterior de la celula en forma de Ig soluble o anticuerpo (Fig. 7-4). La diversidad del repertorio de inmunoglobulinas se amplifica por la diversidad de union La recornbinacion de los diferentes segmentos VDJ no es el unico mecanismo de generacion de diversidad de las Igs. Un mecanisme adicional que incrementa la variabilidad es la diversidad de uni6n. Este proceso se produce porque las recombinasas no son muy precisas

68

INMUNOLOGfA. Biologfa ypatologia del sistema inmunitario

Genes VK

Genes JK

ADN de la cadena ligera K reordenado Transcdpcion

ARN prima rio de la cadena ligera K ARN procesado de la cadena ligera K

Ajuste

AM

1

_J

Traducclon

Figura 7-3. Reordenmniento, tml1scripci6n y traducdon de una cadena ligera K en ull/)reCursor de los linfocitos B. Una de las versiones V ('.) se ynxw/)one a una} (1·) par recombinaci6n somatica, eliminandose g'l'andes segmentos de ADN (*). Ahara ya es I)osible fa sfntesis de un transcrito /)rimario de ARN que concene merones y exones, que son /)osteriorrnente processdos (eliIllinando los i11t1'Ones) y Lracltldclosa p1'ote[nas. La region variable de la cadena ligera esta codificada /)01' la uni6n de dos segmenros genicos (V y J). cuando cortan el AON, pudiendo cortar uno 0 unos pocos nucle6tidos arriba 0 abajo. Esta imprecisi6n incrementa la diversidad, ya que puede cambiar la pauta de lectura del AON y con ello introducirse distintos aminoacidos en la protefna (Fig. 7-5). Los nucle6tidos «arrastrades» durante la recombinaci6n sornatica entre las regiones VOJ, reciben el nombre de nucle6tidos P (suelen ser palindrornicos) y son los responsables de la posible modificaci6n de la pauta de lectura del segmento 0 oJ que les sucede. Los nucleotidos P son origen de diversidad, tanto en el caso de las cadenas pesadas como ligeras. Ademas, antes de que se religue el AON en las uniones VO y OJ (por 10 tanto, solo en las cadenas pesadas) una AON polimerasa denominada desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT) aFiade per azar unos pocos nucle6tidos extra -sin necesidad de rnolde-. Estos nucle6tidos

reciben el nombre de nucle6tidos N (no codificados en la linea germinal) y su incorporaci6n genera una considerable diversidad en los sitios de uni6n de los distintos segmentos genicos y, por 10 tanto, en la secuencia que Ie sigue. Una de las consecuencias de la gran aleatoriedad de estos procesos es que es posible que algunas posibles uniones puedan dar lugar a reerdenamientos VOJ 0 VJ no productivos, por ejemplo, por la formaci6n de cod ones de parada. Cada linfocito B expresa una inmunoglobulina con una (mica especificidad antig€mica

Cada linfocito B presenta en su membrana un unico tipo de Ig,formada por una unica cadena pesada y ligera. EI anticuerpo asl resultante tiene dos sitios de uni6n al

7. LA GENERACI6N DE LADIVERSIDAD DE LOS LINFOClTOS B YT

(U

~

E Q) E c:

Q)

~

S!.'

69

70

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inrnunitario

despues de los segmentos variables (Fig. 7- 1) Y el gen CfAes el mas proximo a los genes variables. En los estadios iniciales de maduraci6n no se expresan todavia las cadenas ligeras (que reordenan despues de las pesadas), sino que la cadena ~l se une a una cadena ligera monornorfica formada por dos protefnas, VpreB y AS estructuralmente similares a las cadenas ligeras (vease capitulo 6, Fig. 6-4). A este receptor expresado en la superficie se Ie denomina pre-BCR, y a las celulas que portan este receptor se les denomina celulas pre-B. La expresion del receptor pre-BCRinduce: 1) la proliferacion celular, 2) la inhibicion del reordenamiento de cadenas pesadas del otro cromosoma (garantizando as! la exclusion alelica), 3) el inicio del reordenamiento de las cadenas ligeras. Comienza entonces una segunda etapa en la que la primera cadena ligera que se logra sintetizar desplaza a VpreB y a A5 del pre-BCR formando el BCR definitivo, denorninandose esta celula linfocito B inmaduro. Las senates recibidas a treves de este BCR inhiben el reordenamiento de otras cadenas ligeras,garantizando asl la exclusion alelica, e inducen la maduracion a linfocito B maduro que comienzan a expresar en su superficie stmultaneernente IgM e IgD (vease capitulo 6). Ambas Igs tienen la misma region variable, pero expresan distinta region constante (Cu 0 Co) per procesamiento alternativo del transcrito primario de ARN. Figura 7-5. Diversidad de let cadena ligeracteada por im/mcisi6n en lei recombinaci6n $o)rulLicCl. El seglmdo aminoacido es uno u oero, segun donde se em/>almen los segrnentos V )' J. antigeno identicos y, por 10tanto, una sola especificidad antigenica La expresion de un unico receptor en cada linfocito B es deb ida a que, si bien existen dos genes para cada cadena de la Ig -uno en cada cromosoma-, solo uno de ellos es reordenado de forma productiva y expresado por la celula. Primero se intenta el reordenamiento en un cromosoma, y si no se obtiene un reordenamiento productivo, se intenta con el otro. Pero en el momento que se ha producido un reordenamiento productive, ya sea en la cadena ligera 0 pesada, cesan los intentos de producir nuevos reordenamientos. Este proceso recibe el nombre de exclusi6n alelica, y es el responsable de la monoespecificidad del reconocimiento de antfgeno por el linfocito B. De esta manera, ellinfocito B responde a un determinado antigeno produciendo anticuerpos exclusivamente contra el, y no contra otras especificidades que no han desencadenado la respuesta inmunitaria. Como explicamos en el capitulo 6, en la rnedula osea los precursores de los linfocitos B van a comenzar reordenando la cadena pesada. Cuando recombinan los segmentos genicos VDJ de una forma productiva, los precursores comienzan a expresar la cadena pesada f,t en la superficie celular. Esto se debe a que en nuestra especie los genes constantes de los diferentes isotipos estan ordenados de una forma secuencial (Cu, Co, Cy, CE,Co)

Los linfocitos 8 maduros incrementan su diversidad mediante mutacicn de la region variable de su inmunoglobulina

Los mecanismos de generacion de diversidad descritos hasta ahora tienen lugar durante la maduracion del linfocito B en la rnedula osea. Sin embargo, existe otro mecanisme generador de variabilidad que actue en los 6rganos linfoides secundarios, una vez que el linfocito B maduro se ha activado en respuesta a un antlgeno. Este mecanisme se conoce como hiperrnutacion sornatica, e implica la introduccion por azar de mutaciones puntuales exclusivamente a nivel de los dominies variables de las cadenas pesadas y ligeras. 5610 se produce hipermutaci6n sornatica en las regiones variables del cromosoma que ha reordenado sus genes para las Igs de forma productiva. Las mutaciones introducidas en este proceso pueden alterar la secuencia de aminoacid os de la region variable, 10que puede dar lugar a Igs que tengan mayor, men or 0 igual afinidad por el antigeno que han reconocido. Como veremos en el capitulo 13, la selecci6n de los clones de linfocitos B que tienen Igs mas afines permite refinar la respuesta inmunitaria, fenomeno que se conoce como maduraci6n de la afinidad. EI contacto con los antigenos tam bien puede producir en los linfocitos B el cambio en el isotipo de Ig que expresan los linfocitos B. Esto se produce por un reordenarniento adicional entre los segmentos VDJ reordenados de la cadena pesada con cualquier segmento .

7. LAGENERAC16NDELADIVERSIDADDELOSLINFOCITOSBYT

genico CH (vease capitulo 13). La consecuencia de este cambio de isotipo es que los linfocitos B dejan de expresar IgM y empiezan a expresar IgG, IgA 0 IgE, pero estos cambios no afectan a la regi6n variable y, por 10tanto, no afectan a la especificidad antigenlca de ese linfodto. Los linfocitos B autorreactivos son eliminados en la rnedula 6sea EI mecanismo aleatorio de generaci6n de diversidad puede producir Igs que reconocen nuestras propias molecules, Por ello el sistema inrnunitario ha desarrollado diversos mecanismos para eliminar 0 inactivar estas celulas potencialmente autorreactivas. EI primer mecanisme se denomina tolerancia central y ocurre durante la rnaduraci6n de los linfocitos B en la rnedula 6sea. Como hemos descrito en el capitulo 6, si durante la maduraci6n

Antigeno propio de superficie

71

en la rnedula 6sea, los linfocitos B inmaduros (5610 expresan IgM -no IgD- en su membrana) interaccionan con antigenos abundantes en su entorno van a ser eliminadas 0 inactivadas antes de abandonar la rnedula 6sea en direcd6n a otros tejidos linfoides, asegurandose la toleranda a 10propio (Fig. 7-6). Este proceso se conoce como selecci6n negativa de los linfocitos B y se produce por dos mecanismos. EI primero de ellos -eliminaci6n de linfocitos B autorreactivos por apoptosisactua en el caso de que los antigenos propios reconocidos sean molecules multivalentes presentes en la superficie de nuestras celulas (por ejemplo, las moleculas del grupo sanguineo ABO); el otro -inactivaci6n de los linfocitos B por anergia- en el caso de que reconozcan antfgenos pequenos solubles. S610 los linfocitos B IgM+ que no reconocen ningun antlgeno a nivel de la rnedula 6sea, continuan su proceso normal de diferen-

Antlgeno propio Soluble

No hay reacci6n frente a 10propio

Apoptosis

Deleci6n clonal

Anergia

Madura y migra a la periferia

Figura 7-6. Los Linfocitos B inmaduros que reconocen antfgenos propios en fa medu/a 6sea son delecionados 0 inactivados. La uni6n a traves de su receptor (IgM) con moleculas presences en /a supetficie de nuestras celulas Uevaa los linfocicos B inmaduros a suo deleci6n clonal 0 apoptosis. Aquellos que reconocen moleculas propias solubles sufren un proceso de inaccivaci6n funcional o anergia. Las celulas anergicas migran a /a periferia donde s610expresan 19D (dejan de expresar 19M) y se vuelven incapaces de responder ol antfgeno. S6lo aquellos linfocitos B que no reconocen antfgenos propios se conviercen en linfocitos B maduros que expresan 19M e 19O.

72

lNMUNOLOG[A.

Biologia y patologia del sistema inmunitario

ciacion. expresando IgM e IgD en su membrana y migrando hacia los tejidos linfoides secundarios. Pero no todos los antfgenospropios estan presentes en la rnedula osea. Los linfocitos B potencialmente autorreactivos que no son eliminados 0 inactivados en la rnedula 6sea cuando son inmaduros, pueden serlo en la periferia, ya maduros, por diversos mecanismos de tolerancia periferica como veremos en el capitulo 20. Los genes que codifican para el receptor antiqenico de los linfocitos T a TCR tam bien tienen multiples versiones

Los linfocitos tarnbian tienen que reordenar sus genes TCR para ensamblar genes funcionales

Los linfocitos T portan en su superficie un receptor especlfico para el antlgeno denominado complejo TCR/CD3. EITCRes una molecule de membrana constituida por dos cadenas heterodrnences. Segun la naturaleza de las dos cadenas se define dos tipos de TCR (cxr~0 yo) (vease capitulo 10). Estos receptores se asemejan a un fragmento Fabde una Ig,ya que estan constituidos por un dominic constante y otro variable, por el que reconocenal antfgeno (en realidad no 10 reconocen directamente como los anticuerpos, sino en forma de pequenos peptidos presentado por las molecules de histocompatibilidad).Como en el caso de los linfocitos B, tarnbien existen millones de linfocitos T diferentes capaces de unirse a una gran variedad de antfgenos diferentes,y al igualque ocurre con las lgs,el TCRemplea practicamente identicos mecanismos para generar esta gran variabilidad. Las regiones variables de los genes que codifican para TCRo.,TCR0,TCRyYTCRbestan codificados en pequenos segmentos (V, D, J), que deben ensamblarsepara generar una regi6n variable funcional, Este proceso se realiza durante la maduraci6n de los

po

timocitos (futuros linfocitos T) en el timo. De estes diferentes segmentos existen variasversiones,por 10 que el TCRde cada linfocito T expresara aleatoriamente cualquiera de las versiones disponibles. Este fen6meno es el primer responsable de la gran diversidad de TCRs posibles. En la figura 7-7 se recoge en detalle la disposici6n de las versiones de los segmentos de ADN que codifican para las cadenas TCRcx,TCRB,TCRyy TCRo.

La generaci6n de este repertorio de TCRsdiferentes se produce durante el desarrollo de los futuros linfocitos T en el timo. Los mecanismos por los que se genera la diversidaddel TCR(Fig.7-8) son, en general,identicos a los que hemos descrito previamente para los linfocitos B: 1. Existen multiples versiones de los segmentos V,

D, J YC en los genesde las cadenasTCR.Mediante recombinaci6n sornatica los timocitos unen aleatoriamente diferentes versiones de V, D Y J para generar cada dominic variable. Por ejemplo, en el caso del TCRB(75 versiones de V, 2 de D, 12 de J y 2 de C) esto supone unas 3.600 posibles cadenas distintas. 2. Iarnbien se genera diversidad por imprecisi6n en las uniones de los segmentos de ADN de las regiones VDJ.Adernas, la deoxirribonucleotidil transferasaterminal 0 TdT tambien se expresaen los timocitos y tambien es responsable de la adici6n de nucle6tidos N al azar entre los segmentos V, D YJ. En algunos casos incluso se eliminan

D~,

J

ID l5~ r

mil 5'

~

~ 1===~F====-=n===7=O =====--rJn. J==~=_=_=_"""""'=l~

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--_ t=' Db,

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5'

~

Figura 7-7. Organizaci6n de los genes TCR humanos antes de SII reordenamienw. Existen diversas versiones POl' gen de las regiones V, D, J y C de los cadenas TCR, salvo Da y Do (que no cxisten) y Ca y Co (que tienen una unica versi6n).

7. LAGENERACl6N

DE LA DlVERSIDAD DE LOS LlNFOCITOSBYT

73

ADN de TCR~no reordenado

ARN primariode TCR~

--====

5'

ARN procesadode TCR~

v Traduccl6n

Figura 7-8. £jemplo de reordenamiento, trascripci6n y s(ntesis de TCR~ en un timocito. Una de las versiones de la regi6n 0 se yuxrapone a una de las] en un Immel" paso. Despue.s, una V se recluta para acercarse a las anteriores. Ahora la distancia genetica s( permite la s(mesis de un trascriw primario de ARN que contiene intrones y exones, que son posrenormerue procesodos (eliminando los mrrones) y traducidos a prote(nas * Recombinaci6n somatica (se eliminan grandes segmentos de ADN). nucle6tidos al azar de los segmentos V, D 0 J; 0 se producen uniones VJ,aun cuando existen segmentes D, 0 uniones VDDJ, en los que se yuxtaponen dos versiones distintas de segmentos D. Toda esta amplia gama de imprecisiones en la uni6n de segmentos de ADN a menudo alteran la pauta de lectura normal del gen TCR,por 10que se pueden generar protetnas incompletas. Por ello, muchos segmentos D pueden traducirse en cualquiera de las tres pautas de lecture posibles sin que aparezcan codones de parade. 3. EI reordenamiento del TCR tarnbien induce la transcripci6n de sus genes produdendose un transcrito primario -con exones e intrones- que posteriormente sera procesado y traducido. La traducci6n del ARN Ileva a la expresi6n de una molecule de TCR (mica (a~ 0 yo), en la superficie dellinfocito T. 4. La union de las dos cadenas que constituyen el receptor (a~ 0 yo) aumenta enormemente la diversidad posible. Por ejemplo, las 3.600 TCR(3 posibles pueden asociarse con unas 3.500 TCRa, generando mas de 12 millones de TCRa(3sin contar con la diversidad por la flexibilidad de union VDJ.

5. Los linfocitos T no generan variabilidad adicional mediante hipermutaci6n sornanca para evitar que la introducci6n en el TCR de mutaciones al azar pueda generar la perdida de tolerancia a 10propio (vease capitulo 12). A diferencia de los linfocitos B, que reconocen antigenos solubles, los linfocitos T s610 reconocen peptidos presentados por las molecules del complejo mayor de histocompatibilidad, por 10que muchos TCRsgenerados por azar no seran tuncionales, ya que seran incapaces de reconocer dichas molecules, Por 10tanto, los linfocitos Tal3 maduros que constituyen el repertorio util de cada individuo, son meros supervivientes de un repertorio mucho mas amplio, el repertario posible generado par azar (unas 1015 especificidades distintas). Entre todos los timocitos que se generan, el time selecciona positivamente solo una pequena fracci6n de ellos, los que pueden reconocer con su TCR las molecules de histocompatibilidad propias. Adernas, se eliminan tarnbien aquellos timocitos potencialmente autorreactivos capaces de reconocer peptidos derivados de antigenos propios (selecdon negativa). En el capitulo 11 veremos c6mo se seleccionan los TCRa~ que seran utiles a cada individuo.

74

lNMUNOLOGiA. Biclogia y patologia del sistema inmunitario

CORRELACl6N CLINICA ~

Las celulas cancerfgcnas se caracrcrizan por un crccimicnro

~~.."I~-

inconrrolado, que se debe a la desrcgulacion de la expresion de numerosos oncogenes irnplicadas en el crecimicnro celular, En algunos ripos de canceres, como los linfomas 't> derivados de los linfociros B, la dcsregulacion de la proIifcraci6n se produce fi'ccuenremcme por una translocacicn crornosom ica. As! por ejemplo, en cllinfoma de Burkitt cs tlpico un cambio rcciproco entre parte del crornosomas 8 y 14. Esra rranslocacion intercambia cl gen (-myc localizado en cI crornosorna 8 )' parte del locus de la cadena pesada de las Ig, localizado en eI crornosoma 14. c-myc cs el rcgulador maestro de la proliferacion celular y el cfeceo de su craslocacion cs la inducci6n de su exprcsion constirutiva y la proliferncion continua de los linfociros B. Uno de los mccanismos por cl que las celulas dcl linforna inducen la exprcsion de Nil),' sc produce por la un i6n de su gcn con la region promorora de la cadena pesada de las Ig, que una vez que se produce ~L1 recombinaci6n sorndrica cs probablcmenrc la region prornorora m:h activa de nuestro genoma.

RESUMEN Los Iinfociros B son capaces de producir Igs que reconocen cualquier antlgeno. La suma de rodos los anticuerpos distintos que pucde generar un individuo se conoce como rcpcrtorio de anticucrpos, y su alto valor =aprcximadamcnrc 1011_ cs debido ala propia organizncion de los gene~ de las Igs y a su peculiar mecanisme de cxprcsion. Las molcculas de Ig son codificadas por genes que contiencn multiples versioncs para cada region de la cadena. De cscc modo. un linfociro B «elige» de una forma aleatoria entre codas esas opcioncs posibles y exprcsa al final en su membrana una molecula de Ig concreta. Las regioncs constantcs de las cadcnas pesadas y ligcras se encuentran codificadas por los dcnorninados segmentos C y las regioncs variables por los segmencos V }'J 0 V, D y J segun se [rate de cadenas ligcras 0 pcsadas, rcspccrivarnentc. Los segmenros codillcanres (V,J y C, y cambicn D en cI caso de las cadenas pesadas) se encuen[ran separados en cI genoma de todas las c~lulas del organisl1lo. excepto en los linfocitos B. Esto es debido aque la aproximaci6n de estOs segmentos genicos durante Ja maduraci6n dellinfocito B es necesaria para su expresi6n. Dicha aproximaci6n tiene lugar por un proceso de recombinaci6n somacica. S610 los segmenros que cod iFrcanpara la regi6n variable de cada cadena recombinan y se aproximan. Los segmentos constances permanecen separados del resto y es a nivel de mARN cuando se lUlen ala combinaci6n VOJ 0 VJ ya recombinada. EJ mecanismo basico para la generaci6n de la diversidad de las Igs es la recombinaci6n somarica al azar de las distintas versiones de los genes que codifican cada regi6n de sus

11

cadcnas, y la asociaci6n al azar de las propias cadenas pcsadas y ligeras, pero no es eI unico. La imprecision en la uni6n de los segmenros genicos a la hora de la rccornbinacion -a la que se surna la capacidad de la cnzima TdT de anadir nucvos nuclcoridos no codificados en el genoma en los puntos de uni6n VD 0 OJ de las cadenas pesadas-, y la hipermutacion sornarica que ticnc lugar postcriorrnente al rcordcnamienro -fundamencalmenre a nivcl de las rcgioncs hipcrvariablcs- arnplifican dicha divcrsidad, Cada linfocito B, sin embargo. cxprcsa y sinrcriza una Ig con una unica espccificidad antigenica. La gran diversidad potencial de los linfocitos B incluye la generaci6n de linfocitos B autorreactivos. Estes son purgados 0 inactivados ya sea en la medula 6sea (tolerancia central). 0 bien en los tcjidos (tolerancia pcrifcrica), Los mecanismos por los que se genera cI reperrorio de TCRs son practicamenre idenricos. EI cimocico (fumro linfociro T) tambien sclccciona al azar una de las I11l11riples versiones disponibles de segmentos de ADN que codifican para cada region variable (v, D,J). y las acerca a alguno de los segmencos que codifican para las regiones conStances. La combinacion al azar de los segmencos disponibles y la Aexibilidad en su uni6n generan una gran cantidad de TCRs distintos. Ademas.la imprecisi6n de uni6n y la adici6n de nucleotidos al azar poria TdT aumentan enormemence la diversidad.lo cual produce un extraordinario repertorio posible de especificidades para los futuros linfocicos T. Sin embargo. en el caso del TCR, la hipermucaci6n somatica no cs un mecanismo que introduzca variabilidad adicionaJ. I

7. LAGENERAC16NDELADNER5IDADDELOSLINFOCITOSBYT

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75

Las moleculas presentadoras de antigeno

INTRODUCCI6N Los linfocieos T reconocen los ancigenos a rraves de su recepeor de membrana. pcro, a diferencia de los linfocieos B. nccesitan que eseos andgenos sean preseneados por otras celulas que urilizan para csta funci6n las moleculas presentadoras de andgeno. Algunos parogenos tienen la desagradable cosrumbrc de oculearse de los anticuerpos. los fagocieos y cI cornplernenro en eI interior de nuestras propias celulas, iC6mo e1iminarlos? Las rnoleculas prcscntadoras de andgeno estan disenadas para delarar la presencia de esos patogenos intracelulares a los linfociros T. Funcionan como un muestrario de un mercader que solo presenca pequefios fragmentos de cada una de las tclas que rienc en su almacen.

En ausencia de infecci6n las celulas sanas rnuestran componentes propios en sus rnoleculas presenradoras de anrlgeno, sin embargo. en celulas infeccadas apareceran componentes extra nos. por ejernplo, pcpridos derivados de virus. que son reconocidos por los linfocites T. De esea forma. eIlinfocito T se une al complejo anclgeno-molecula presenradora y esta union es el primer paso para iniciar la respuesta inrnunitaria mediada por los linfociros T. Exisrcn dos grandes grupos de molecu-las presencadoras de andgeno: las moleculas de histocomparibilidad y las moleculas CD 1. En esre capitulo explicaremos la cstruccura.Ia generics y la funci6n de ambos ripos de rnoleculas,

I

I

LAS MOLl~CULAS DE HISTOCOMPATIBILIDAD

Las molecules de histocompatibilidad fueron descubiertas al ser_identificadas como los principales antigenos de trasplante, es decir, las molecules reconocidas como extranas cuando un tejido se trasplanta de un individuo a otro y, por 10 tanto, determinantes de la compatibilidad de los tejidos. Por esta raz6n, a estas proteinas se les denomin6 como molecules del complejo principal de histocompatibilidad (Major Histocompatibility Complex, MHC). Todos los vertebrados tienen proteinas MHC y en algunos este complejo recibe un nombre propio, en humanos el MHC se llama, por razones historicas, complejo HLA (Human Leukocyte Antigens) yen raton se llama H-2. La funci6n fisiol6gica de estas proteinas no es, por supuesto, provocar el rechazo de trasplantes, sino, como mas tarde se descubri6, actuar como molecules

presentadoras de antlgeno para los linfocitos T. En el capttulo 21 se explicara el papel de las molecules HLA en el rechazo de trasplante. Hay dos clases de molecules de histocompatibilidad: clase I y clase II

Existen dos tipos de molecules de histocompatibilidad diferentes denominadas de dase I y dase II. Las moleculas de histocompatibilidad son proteinas de membrana formadas por dos cadenas con una de las dos estructuras que se indican en las figuras 8-1 y 8-2. Las moleculas de clase I son un heterodimero formado por una cadena transmembrana denominada (l de 43 kDa unida no covalentemente a una pequena proteina extracelular denominada betaj-rnicroglobulina (I:~2-m)de 15 kDa. La cadena c esta formada por tres dominios extracelulares denominados 1, 2 Y 3; una regi6n transmembrana y una pequeria cola citoplasrnatica. La 132-mesta unida no

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INMUNOLOGlA.

Biologta y patologla del sistema irununitario

Dominio

(;(2

Dominlo o ,

Zona de interacci6n con COB Domlnlo

Ij2 mlcroglobulina

(:13

Figura 8-1. Estructura de las 1l101€cu.lascle ltistDcom/)atibilidclcI de clase I. A. Los moleculas de clase I estern fonnadas por una cadena tl'cmsmembrana denominada cadena a zmida no covalentemence en su IJorci6n extraceluia» a una /)equefia />rote(na denominada ~rmicroglobulina. B. Los dominios a, y 0.2 [omum unCLregi6n que u.nc /)e/Jtidos clenominClda Itencliclura/)eptfdica que interaccionCl con TCRa~. C. ELclominio a1 interacciona con el correcepror CDB/)or donde se indica. covalentemente al dominic 0.3' Los dominios 0.1 Y 0.2 son los mas externos a la celula Entre ambos se forma una cavidad don de se alberga un peptide derivado de una protelna intracelular. A esta cavidad se Ie denomina hendidura peptldica. Debido a que ambos extremos de la hendidura peptldica de las molecules de clase I estan cerrados, s610puede albergar por razones esterkas peptidos de 8- 10 arninoacidos de longitud. Las moleculas de clase II tienen una estructura tridimensional muy similar a las de clase I, aunque estan formadas por dos cadenas transmembrana de un tarnario similar denominadas a. y ~ (Fig. 8-2). Cada una de las cadenas esta formada por dos dominios extracelulares (denorninados 0.1 y 0.2 en la cadena a; Y ~, Y ~2 en la cadena ~), una region transmembrana y una pequefia cola citeplasrnatica. Los dominios 0.1 y ~1 son los mas externos y forman tarnbien una hendidura peptidica que alberga peptidos. A diferencia de las molecules de clase I, las molecules de clase II tienen una hendidura peptidica

mas abierta que les permite albergar peptidos de mayor longitud, aunque de media suelen tener entre 13 y 17 arninoacidos. Todas las celulas del organismo humano, excepto los hematies, expresan molecules de clase I. Sin embargo, solamente unas pocas celulas con funciones inmunol6gicas expresan, edemas, molecules de c1aseII: son las celulas presentadoras de antigeno profesionales (APC 0 antigen-presenting cells): celolas dendrlticas, macr6fagos y linfocitos B. Los linfocitos T activados de los seres humanos tarnbien expresan HLA de c1aseII, aunque se desconoce si estas molecules cumplen alguna funci6n espedfica en los linfocitos T. Existen varias versiones en cada celula para cada clase de molecules de histocompatibilidad La presentaci6n de peptidos derivados de un pat6geno por las molecules de histocompatibilidad de dase I lIeva casi siempre a la destrucci6n del mismo. Por ello

8. LASMOLECULASPRESENTADORASDEANTIGENO

Dominio

79

13,

Zona de interacci6n conC04 Domlnio~

Dominlolh

Dominios intracitoplasrMticos

~---------------

Figura 8-2. Estructura de las moleCtllas de hislocompatibilidad de clase 11.A. Las moleculas de clase 11estdn farmadas per dos cadenas transmembrana muy similares denominadas cadena a y ~. B. Los dominios a, y ~, forman una regi6n ql~ une peptidos denominada hendidura peptfdica que intemcciona con TCRa~. c. ELdominio ~2 interacciona con el correceptor CD4 per donde se indica. existe una gran presi6n evolutiva para que el pat6geno mute sus genes y asf evitar ser presentado por las moleculas de histocompatibilidad y ser reconocido por el sistema inmunitario. Para evitar que un pat6geno pueda evadir la presentaci6n antigenica, las molecules de histocompatibilidad tanto de clase I como de clase II son poligenicas y polim6rficas. EI que sean poligenicas significa que existen diversas versiones (genes) para cada clase de rnolecolas de histocompatibilidad en cada celole de un mismo individuo. Cada versi6n esta codificada por un gen diferente. En humanos las versiones de las molecules de clase I se denominan HLA-A, HLA-8 Y HLAC, Y las de clase II, HLA-DR, HLA-DQ Y HLA-DP. Dentro de cada clase, estas molecules tienen una estrudura identica Las diferencias entre elias se encuentran localizadas sobre todo en la hendidura peptldica. Los cambios de la secuencia de arninoacidos de la hendidura peptfdica determina que las diferentes molecules de histocompatibilidad unan peptidos disfintos, Estavariabilidad

permite unirse a un repertorio diferente de peptidos impidiendo que la mutaci6n de una determinada protelna pueda evadir la respuesta inmunitaria. Todas las celulas pueden, por 10 tanto, presentar peptidos a los linfocitos T utilizando cualquiera de sus molecules de clase I. Ciertos tipos celulares pueden hacerlo, edemas, con cualquiera de sus molecules de c1ase II. Las molecules de histocompatibilidad tienen un gran polimorfismo (muchos alotipos) en la poblacion

5i se comparan las molecules de c1aseI 0 dase II en diferentes individuos de la poblaci6n se observa que existen un gran nurnero de variantes 0 alotipos, es decir, son polirnorficas (por eso son reconocidas como antigenos de trasplante). Muchas de nuestras protefnas son polim6rficas; sin embargo, de la mayoria solo existen unos pocos alotipos y generalmente una 0 dos variantes

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INMUNOLOGfA. Blologla y patologia del sistema irununitario

Tabla 8-1. Poliformismo de las moleculas de histocompatiblidad Locus

HLA-A HLA-B HLA-C HLA-ORAl HLA-ORBl HLA-OQAl HLA-OQBl HLA-OPA1 HLA-OPBl

, Hepatocito

N."dea/e/os

573 942 307 2 497 2S 69 16 116

En la tabla se muestran el numero de alelos conocidos para cada locus HLA. Los loci mas polim6rficos son HLA-B y HLA-ORB1. Los numeros que aparecen son s610 lndicatlvos, ya que constantemente se descubren nuevos alelos de moleculas HLA en diferentes poblaciones humanas.

son muy mayoritarias. En el caso de las molecules de histocompatibilidad existen cientos de variantes (de HLAB se conocen casi mil alelos diferentes) (Tabla 8-1), Y edemas cada una de las variantes esta en una frecuencia relativamente alta en la poblaci6n. Esto hace muy improbable que dos individuos elegidos al azar compartan los mismos alotipos. En conjunto, el polimorfismo de las molecules de histocompatibilidad es, como veremos, extraordinario (hay millones de combinaciones posibles de estas molecules), ya que no hay un sistema conocido que presente tanto polimorfismo. Las diferentes variantes se han ido definiendo con el nombre de la molecule seguido de un nurnero. Asf por ejemplo para las molecules HLA-A se definen como A 1, A2, A3 ... Y asf sucesivamente. En el caso de las rnoleculas HLA-C se nombran HLA-Cwl, -Cw2, etc. Esta nomenclatura se utiliza para diferenciarlas de las moleculas del complemento (Cl, C2, C3 ... ) (vease capItulo 3). La expresi6n de estas molecules es codominante, de manera que un individuo puede expresar en sus celulas, por ejemplo, dos alotipos de molecules HLA-A, que a menudo son distintas (por ejemplo, HLA-A 1 Y HLAA29 en la figura 8-3), una codificada por un gen de origen materna y otra per un gen de origen paterno. Otro individuo, sin embargo, expresa con frecuencia otras dos molecules HLA-A distintas de las antes citadas (por ejemplo, HLA-A2 y HLA-A23). Lo mismo ocurre para el resto de las molecules de clase I y de dase II. Las diferencias entre las distintas variantes estan concentradas en los aminoacidos que forman la hendidura peptfdica. Esto implica que cada variante puede unir un repertorio de peptidos diferentes. Es decir, todas las molecules de histocompatibilidad presentan peptidos derivados de las protefnas intracelulares, pero cada una de las variantes presenta peptidos diferentes derivados de elias. Esto implica que el tipo de peptidos que presenta cada individuo depende de

Macrofago

Figura 8-3. Una misma celula ex/)resa simulu'ineamente tres versiones ele molecl.lias de histocom/Jacibilidad de elase I (HLAA, -8, -C) y close II (HLA-DR, -DQ, -01'). Para coda version exisren basta dos ~Iariames (clase 1) o mas (close II) en cada celula, unClSele origel1 I)atemo y OLrcLS de origen materno. En este ejeml>lo, ~mhe/>arociro exhibe seis moleeulas de clase I diseintas (dos /Jar version). Un macr6fago del mismo individuo expresa, ademas, seis moleculas de close 11(clos HLA-DR, clos HLA-DQ y dos HLA-DP). Existen I)robablemente mas moleculas de clase 11, /)01' Clsociacion de caclenas a /JatemClS y ~ maternas, 0 viceversa.

su fenotipo HLA y, por 10 tanto, varia de unas personas a otras. Los genes que codifican las molecules de histocompatibilidad estan ligados En todas las especies de mamiferos estudiadas se ha constatado que los genes responsables de las porciones polim6rficas de las molecules de dase I (cedena a) y de clase II (cadenas a y ~) se encuentran ligados

8. LAS MOLECULAS PRESENTADORAS DE ANTIGENO

en una pequena zona del genoma denominado complejo principalde histocompatibilidad0 MHC (Major Histocompatibilfty Complex) que se localizaen el brazocorto del cromosoma 6 en los seres humanos (Fig. 8-4). En el MHC se distinguen dos regiones, la de dase I y la de dase II, que agrupan los genes de las correspondientes molecules. En la region de clase I del MHC de los humanos (sistema HLA,Fig.8-4) se han identificado los genes HLA-A,-B Y -C, que determinan las cadenas pesadas0 (1. Sin embargo,el gen de la f32-microglobulina no esta codificado en la region MHC. En la region de clase lise encuentran los genes que codifican para las molecules HLA-DR,-DQ Y DP.En esta region se encuentran tanto 105 genes que codifican para las cadenas (1 (que se denominan HLA-DRA-DQ Y -DP) como de las cadenas f3 (que se denominan HLA-DRB1, -DQB 1 yDPB1) que forman dichas rnolecoles, Algunoscromosomas contienen, adernas, un segundo gen que codifica sirnultanearnente otra cadena para las molecules HLADR (denominado HLA-DRB3,0 -DRB4 0 -DRBS).Porello algunosindividuospresentanen la superficiede sus celulas presentadorasde antlgeno mas de dos moleculesde HLA-DRdiferentes. Adernas de los genes citados, en el sistema HLA hay muchos otros genes que codifican protelnasrelacionadascon estesy que se denominan moleculas HLA «no clasicas», Por ejemplo, uno de los genes de clase I,denominado HLA-G se cree que podrla participar en la toleranciamaternaal feto (veasecapitulo 21). Losgenes de la regi6n del MHC estan muy pr6ximos entre 51, 10 que implica que salvo que se produzca una recornbinacion durante la meiosis (Ia probabilidad es menor del 3% entre los genes mas distantesdel MHC) los aielos que codifican para cada una de las variantes se van a transmitirligados.A cadacombinaci6n particular de alelos de estes genes presentes en un cromosoma individual se Ie conoce como haplotipo (por ejemplo, HLA-DPl-DQ2-DR7-B44-Cw7-A 1). EI que heredemos los genes de HLA ligados formando haplotipos (y no

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aisladamente) implica que existe una probabilidad del 25% de que dos hermanos compartan las mismos alelos 0 haplotipos de HLA. FUNCION las moleculas de clase I presentan peptidos a los linfocitos T CD8+ I y las de clase II a los CD4+

EI papel biologico de las molecules de histocompatibilidad es la presentad6n de peptidos a los linfodtos T.Todaslas molecules de histocompatibilidad lIevan siempre un peptide anclado (Figs. 8-1 y 8-2), que es imprescindible para que la molecule sea expresadaen la membrana.Encondicionesnormalesno haymolecules MHC «vadas»en la superficiede lascelules, Lasdiferentes clases de molecules de histocompatibilidad presentan peptidos de diferentes compartimentos celulares(vease capItulo8) y se los presentana diferentessubpobladones de linfocitos T. EITCRde los linfocitos T maduros reconoce la hendidura peptldica tanto de las molecules de histocompatibilidad de clase I como de clase II. Sin embargo, la uni6n TCR-moleculaMHC es debil salvoque se estabilicemediante la uni6n de una segundamolecule correceptora denominada CD4 0 CD8. La especificidad de uni6n por las molecules de histocompatibilidad varia entre ambos correceptores.LamoleculeCD8 tiene como ligando el dominic (13 de las molecules de histocompatibilidad de clase I, mientras que la molecule CD4 tiene como ligando el dominic f32de las molecules de dase II. Portodo esto,la presentaci6nde pepndosobedece siempre la regia clase 1/(08, clase 11/(04 (Fig.8-5). Como veremos en el capitulo 9, la molecules de histocompatibilidad de clase I y II presentan peptidos derivados de protelnas presentes en diferentes compartimentos celulares (y, por 10 tanto, de distintos tipos de patogenos). Por ello el reconocimiento de las diferentes clases de molecules de histocompatibilidad por diferentes subpo-

Figura 8-4. Mapa generico del complejo principal de hiswcomparibilidad humano (sistema HLA). No todos los cromosomas conrienen dos genes para la cadena f3 de las moleculas HLA~OR. Algunos CTomosomas porum un segundo gen que codifica para otra cadena f3dando Lugara genes distintos denominados ORB3, ORB4 y ORBS (y no alelos de un mismo gen). La cadena f3de las moleculas de La clase I es monom6rfica y se codifica en orro cromosoma (f3l miCTogiobulina). Tambien se indican genes HLA no cuisicos.

82

lNMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

10 es el conjunto de molecules de histocompatibilidad Linfocito T CD8+

Linfocito T CD4+

cos

Figura 8-5. Interacci6n entre IlLsmolecuilLS de llistQcom/)ati. bilidad con el receptor TCRa~.Las moleculas de close I interacdonan con el TCR de aquellos linfodlos T que portcn el correcepror COB, mientras que IlLSde close II 10 hacen con aquello5 que ponan el correcejxor CD4. blaciones de linfocitos T CD4 0 CD8 es crucial para poder desencadenar la respuesta inmunitaria adecuada contra cada uno de ellos. En los tejidos, las celulas no tienen normalmente protelnas derivadas de petogenos, por 10 que solo presentan peptidos derivados de antigenos propios y en condiciones fisiologkas no se desencadena una respuesta inmunitaria. Esto se debe a que aquellos linfocitos T que tienen un TCR que reconoce peptidos propios son eliminados 0 inactivados en una etapa precoz de su desarrollo (vease capitulo 11) y, por 10 tanto, el repertorio de linfocitos T solo se activa cuando las molecules de histocompatibilidad presentan peptidos extral'\os. Cada variante de molecule de histocompatibilidad presenta distintos peptidos Esta es quiza la caracteristica mas destacada de las molecules de histocompatibilidad. Cada rnolecula de histocompatibilidad tiene una estructura peculiar y unica, especialmente en la region que une peptidos. Esto hace que una ciertos peptidos mejor que otros, aunque existe bastante flexibilidad 0 promiscuidad a la hora de determinar cuantos peptidos diferentes se pueden unir a una molecule HLA concreta (vease capitulo 9). Por ejemplo, la molecule HLA-B27 presentara peptidos de unos nueve arninoacidos que tengan una arginina en su segunda posicion. Las molecules de clase II son aun menos estrictas. Si se comparan los peptidos que presenta una molecule MHC con cualquier otra, siempre se observan diferencias. Se deduce, por 10 tanto, que el repertorio de peptidos que cada individuo pueda presentar es generalmente distinto, puesto que tarnbien

heredado. En realidad, el que las molecules MHC sean poligenicas y polirnorficas refleja una estrategia contra la evasion de la respuesta inmunitaria. Nuestro sistema inmunitario debe ser capaz de reconocer microorganismos que se multiplican mucho mas rapido que nosotros. Por ejemplo, algunas bacterias pueden duplicarse cada 20 minutos. Un virus pueden generar cientos de nuevos virus en unas pocas horas. Si todos los individuos de la pobladon tuvieran un solo tipo de moleculas MHC, los microorganismos podrlan acumular mutaciones rapidamente que con el paso del tiempo acabarian evadiendo la respuesta inmunitaria, puesto que ninguno de sus peptidos se unirla a la rnolecula MHC. La existencia de diferentes molecules y variantes de clase I y clase II, que unen peptidos diferentes, nos asegura que ningun microorganismo pueda evadir la respuesta inmunitaria en toda la poblacion. Se puede concluir que la manera que tenemos de competir con microorganismos mucho mas simples que pueden evolucionar mucho mas rapido que nosotros es con la variabilidad. Puede haber algun microorganismo capaz de evadir la respuesta inmunitaria en algon miembro de la poblacion, pero no en la poblacion entera. Una consecuencia directa de esta variabilidad es que cada individuo se enfrenta de diferente manera a los microorganismos y que, por 10 tanto, hay individuos que estan mas adaptados a luchar contra una determinada infeccion que otros. La variabilidad que es tan util para luchar contra los microorganismos supone, sin embargo, una barrera para los trasplantes de organos 0 tejidos y es 10 que da nombre a las molecules del sistema de histocompatibilidad (vease capItulo 21). EI que cada individuo de la poblacion presente en su superficie molecules de histocompatibilidad diferentes supone que los injertos de 6rganos portan en superficie antfgenos extral'\os que son reconocidos por el receptor y destruidos. Este fenorneno se conoce como rechazo. Por esta razon se persigue, cuando se va a hacer un trasplante, elegit el receptor que mas se parezca en sus molecules de histocompatibilidad al donante. De esta manera se reduce el riesgo de rechazo y, por 10 tanto, aumenta la supervivencia del injerto. Por otra parte, el que cada individuo de la poblacion tenga molecules MHC diferentes tiene un efecto curiosa en algunas enfermedades, generalmente autoinmunes, que se encuentran con mas frecuencia en individuos que tienen alguna variante de molecule de histocompatibilidad en particular. En este tipo de enfermedades se produce una respuesta inmunitaria erronea contra un antigeno propio 0 autoantigeno. AUn no se conoce en profundidad el mecanismo causante de estas enfermedades, pero es logico suponer que algunas variantes de las molecules MHC presentan mas eficazmente peptidos derivados del autoantigeno que otras, y por este motive se asocian mas frecuentemente a este tipo de enfermedades (vease capitulo 20).

8. LAS MOLECULAS PRESENTADORAS DE ANTI GEN 0

LAS MOLECULAS CD1

EI papel de CD 1 como molecule presentadora de antigenos fue descubierto mucho despues que el de las molecules de histocompatibilidad, por 10que los detalles de c6mo funcionan estas protelnas es rnenos conocido. Las molecules CD 1 tienen una similaridad estructural muy alta con las molecules HLA de clase I. Poseen una cadena a con tres dominies extracelulares denominados ai' a2 ya3' una regi6n transmembrana y una cola intracitoplasrnica pequena, esta cadena a se expresa en la superficie celular unida a ~2-microglobulina. EI sistema CD1, al igual que HLA de dase I es poligenico, los seres humanos tenemos cinco genes CD 1, denominados CD 1A, CD 1B, CD 1C, CD 1D Y CD 1E que se encuentran estrechamente ligados en una region del cromosoma 1, por 10tanto, estes genes no forman parte del complejo MHC. A diferencia de los genes que codifican las moleculas HLA de dase I, los genes CD1 no son polim6rficos, por 10tanto, no es sorprendente que estas molecules no sean antfgenos de trasplante, ya que todos los seres humanos tenemos molecules CD 1 practicarnente identicas. Los genes CD 1 se expresan solamente en celulas presentadoras de antfgeno profesionales, sobre todo en celulas dendrlticas y en macr6fagos, edemas CD 1d se expresa en ciertos epitelios, sobre todo en el intestino. AI igual que las molecules HLA de clase lias molecules CD 1 tienen una hendidura entre los dominies a1 Y a2 que aloja el antlgeno que presentan a los linfocitos T, esta hendidura tiene una caracter hidrof6bico por 10que los antfgenos que presentan las molecules CD 1 son de naturaleza lipfdica: la mayoria de ellos glicoHpidos. La forma en que presentan estes antfgenos es siempre la misma, la parte lipfdica se mete literalmente dentro de la «hendidura» que forma una especie de tubo que es rellenado por ellfpido, mientras que la parte hidrotrlica se coloca fuera de la molecule CD 1 Y es la que reconocerfa los linfocitos T. Los llpidos que se han identificado hasta el momento, presentados por CD 1, son en su mayoria procedentes de bacterias, aunque tambien se cree que pueden presentar llpidos de algunos parasites. Los linfocitos T que reconocen Hpidos presentados por CD 1 son mucho menos frecuentes que los linfocitos T convencionales que reconocen peptidos presentados por HLA y tienen ciertas caracteristicas fenotipicas y funcionales que los diferencian de ellos. En su mavorla son linfocitos T «ioble negativos», esto es, linfocitos que no

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tienen CD4 ni CD8. Muy especiales son los linfocitos que reconocen CD1 d, lIamados linfocitos NKT, porque poseen marcadores caracteristicos de linfocitos NK, aunque no son linfocitos NK sino linfocitos T «especialess (vease capitulo 12). Los linfocitos T que reconocen llpidos presentados por CD 1d pueden ser citot6xicos, perc tarnbien pueden sintetizar citocinas y, por 10tanto, poseen cualidades parecidas a los linfocitos T cooperadores. Se cree que el sistema CD 1 es complementario al sistema HLA; mientras que las molecules HLA presentan una muestra de los peptidos del interior celular, las molecules CD 1 presentaran Hpidos. De esta manera una celula sana s610 presentara IIpidos propios, pero una celola infectada puede presentar Ifpidos microbianos que entonces pueden ser reconocidos por los linfocitos T. La diversidad lipldica de los seres vivos es mucho menor que la de protelnas 0 peptidos, por esta raz6n las molecules CD 1 no son polim6rficas, ya que estan disenadas para alojar un nurnero limitado y bien definido de IIpidos.

CORRELACION CLfNICA Susccptibilidad genenca a las infecciones Pracricamenre en codas lasespcciesde vertebrados las rnoleculas de M HC presenran un clevadopolimorflsmo. EIpolimorfismorefleja una estrategia del sistema inrnunitario para cvitar la evasion de los parogcnos del sistema inrnunitario. Si codaslas moleculasde MHC fueran iguales.lospac6genos podrian evadir o Iimitar la rcspucsta inmunicaria mucando los pepndos capaces de unirse a dicha molecula de MHC. Pero el polimorfisrno riene una importance consecuencia en laspoblaciones,AI poseer rnoleculasde MH C diferenres, los individuos se cnfrenran a los microbios de una manera diferenre. habiendo en una decerminada poblaci6n individuos mas suscepribles y mas resistentes a una dererrninada enfermedad infecciosa. La repetida exposici6n a deterrninados agencesparogenos a 10 largo de la evoluci6n puede seleccionaraqueUosindividuosque exprcsena1dosde MH C masadecuados para responder a esa infecci6n. Asi por ejemplo eJ a1eloHLA-B53 eStaasociado con la resiscenciaa una forma leeal de la malaria. Este alelo es muy frecuenee en individuos de Africa donde abunda la malaria. pero no es frecuente en los lugares donde la malaria no es endemica,

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1NMUNOLOGiA. BioJogia y patologla del sistema inmunitario

RESUMEN Las moleculas de hisrocornpanbilidad son protelnas de membrana cuya funci6n bio16gica es la presenracion de pepridos derivados de protelnas inrracelu lares a los linfociros T. Exiscen dos tipos de rnoleculas de histocomparibilidad diferenres denorninadas de clase I y de clast:II. Cada clase se ha especializado en presentar peptides ala subpoblacion de linfociros T CD4+ y CD8+: las de clase II y las de clase L respectivamente. Para este fin las moleculas de hisrocompanbilidad cuenran con una regi6n, la hendidura peptldica, gue se encarga de unir los pepcidos e interaccionar con el TCR, y una region que ancla la rnolecula a la membrana y se encarga de interaccionar con los correceprorcs CD4 0 CDS. Las moleculas de histccornpacibilidad son poligcnicas, cs deci r, exiscen diferences versiones 0 genes tanto de clase I como de clase II. Las rnoleculas de clase I se denorninan HLA-A, HLA-B YHLA-C. Las de clasc 11sc dcnominan HLA-DR, HLADQ y HLA-DP. Sus genes se cncuentran ligados en una pcqucna region del braze corto del cromosorna 6 denominada complejo pri ncipal de histocompatibilidad (MH C). Cada uno de los gcnes presenta lin clcvado polirnorfismo en la poblaci6n. Cada una de las variances de cada una de las rnoleculas presenca un rcpcrtorio de peptidos ligeramcnrc difercnrc, aunque

la Hexibilidad exisrente permite que siernpre se produzca alguns presentacion. El extend ido polimorfismo de las moleculas de histocornpacibilidad refleja W1aestrategia del sistema inrnunitario para dificultar la evasion de la respuesm inmunitaria por los pat6genos. Sin embargo. la presencia de moleculas MHC diferenres en cada uno de los individuos de la poblacion represenca una barrera para eI trasplanre de organos, y ademas se asocia a las cnfermedades autoinmunes. Las molecules CD! se parecen estructuralrncnte a las molcculas HLA de clase 1. El sistema CDl es poligenico, los seres hurnanos tenernos cinco genes CD 1, denorninados CD lA a CD IE. aunquc a diferencia del H LA las rnoleculas CD 1 no son polim6rflcas. En lugar de presencar pepcidos a los llnfocitos T, las molcculas CD 1 presentan llpidos precedences de parogenos, como bacrerias y parasitos. Los sistemas HLA y CD 1 son, por 10 tanto, complementarios y muestrean anrlgenos muy diferentes qufmicamentc, Los LinfocitosT que rcconocen llpidos constituyen una poblacion minoriraria de cedes los linfocicos T y tienen caracrcrisricas especialcs, la mayorfa son linfocitos T «doblcs ncgacivos» y pucdcn scr cirotoxicos, pcro tambien pueden sintctizar citocinas y cooperar en la regulacion de la rcspuesca inrnuniraria.

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La presentacion de antigenos a los linfocitos T

I

CAPiTULO 9 I t.

Proteinas ~intraceIUlare~

INTRODUCCION Los linfocitos T y B son capaces de reconocer las prorelnas anrigenicas de una forma especlfica,mediante sus reccpcores de membrana. Los linfocicos B. utilizando las inmunoglobulinas, reconocen el andgeno en una forma nativa, identi6cando en este eplropos de unos 815 aminoacidos de tamafios, generalmeme, rridimensionales. En conrraposiclon, antes de que una proreina sea reconocida por un linfocito T, esea debe ser degradada o procesada de forma adecuada, ya que los Linfoci cos T s610 son capaces de reconocer pepridos aislados (de unos 8 a 30 arninoacidos de largo). Por otra pane, una sub-

Existen dos rutas para el procesamiento y la presentaci6n de antigenos peptidicos a los linfocitos T

Como hemos visto en el capitulo anterior, el tarnano de los pep tidos que pueden unirse a las molecules de dase I 0 clase II es distinto, a causa de las diferencias en la estructura del sitio de union del peptide en ambos tipos de molecules. Existe, edemas, otra diferenda fundamental entre ambos tipos de peptidos. Los que se unen a las molecules de clase I provienen de proteinas sintetizadas por la pro pia celula que esta presentando esos peptidos (aunque sean de origen viral) y se trata casi siempre de proteinas citosolicas. En contraposicion, los peptidos que se unen a las molecules de cJase II suelen tener su origen en proteinas exogenas, es door, que no han sido sintetizadas por la propia celula presentadora. Muy frecuentemente estos peptidos provienen de proteinas (por ejemplo, bacterianas) que han side internalizadas por la celula mediante endocitosis.

poblacion especializada de linfociros T reconoce Lipidos o glicoHpidos en lugar de pepridos. Todos los linfocieos T necesiran la ayuda de las moleculas presenradoras de andgeno que vimos en eI capirulo anterior para poder realizar su funcion. Aqui explicarernos los rnecanismos por los cuales una proreina es degradada y procesada hasta generar los peptidos con las caracteristicas necesarias para que puedan mas tarde unirse a las rnoleculasMHC y ser reconocidos de esta manera por los linfociros T. Tambien explicaremos como los linfocicos T reconocen andgenos lipldicos presenrados por moleculas CDl.

Hay que recordar que las celulas que expresan MHC de clase II en su superficie tienen gran capacidad de internalizar cuerpos extranos por fagocitosis 0 endocitosis mediada por receptor. Estas diferencias en el origen de los peptidos presentados por ambas familias de moleculas MHC no pueden explicarse en terrninos de la estructura de las propias proteinas. Deben existir, por 10 tanto, otros mecanismos que gobiemen esta division en la especificidad mostrada por ambos tipos de molecules. Actualmente se conocen dos rutas intracelulares para la generaci6n del complejo peptido-protetna MHC, dependiendo de si la molecule MHC es de c1aselode c1aseII. En el primer caso, las cadenas pesadas de las molecules de clase I aparecen en el reticulo endoplasrnico (RE) a medida que van siendo sintetizadas, donde se unen rapidarnente a la ~2-microglobulina y a los peptidos disponibles en el RE.Desde aqui migran al aparato de Goigi para sufrir modificaciones postraduccionales (adidon de azucares, etc.). Posteriormente, las molecules MHC de clase I, ya maduras, se dirigen hacia la membrana plasrnatica siguiendo la ruta de exocitosis comun a otras pro-

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lNMUNOLOGfA. Biologfa y patologia del sistema inmunitario

teinas secretoras y de membrana. Las molecules MHC de clase II eligen una segunda ruta: migran hacia el aparata de Goigi desde el RE,pero sin su carga de peptidos, Una vez en el aparato de Goigi las molecules MHC de clase II son desviadas de la ruta de exocitosis y retenidas en el interior celular, hasta que se encuentran con vestculas procedentes de la membrana celular que estan siendo internalizadas a traves de la ruta endocitica. Es, precisamente, en estas vesiculas endocfticas donde las molecules de clase II recogen su carga de peptidos para dirigirse posteriormente a la superficie celular. A continuaci6n detallaremos los eventos que tienen lugar en cada una de estas rutas de trafico intracelular. Las molecules de clase I presentan peptidos del citosol Como hemos anticipado, las molecules de clase I son «cargadas»con peptidos en el RE,justo despues de su biosfntesis (Fig. 9-1). Los peptidos disponibles para esta funcion son generados en el citoplasma celular a partir de protefnas que son degradadas por el proteasoma presente en el citosol EI proteasoma es un complejo enzirnatico multiproteico con actividad proteasa

responsable de degradar las protefnas citos61icas que estan mal plegadas 0 que han Ilegado al final de su vida util, que se distinguen por estar unidas a molecules de ubiquitina. La mayorfa de las celulas del organismo tienen en su citosol molecules de proteasoma que estan constituidas por una estructura central de cuatro anillos unidos formando un cilindro en el que cada anillo esta compuesto por siete subunidades proteicas. En presencia de IFN-y la cornposicion proteica del proteasoma cambia y algunas protefnas son sustituidas por otras, como es el caso de LMP2 y LMP7 (large multifunctional ptoteasome 0 gran proteasoma multifuncional), cuyos genes, curiosa mente estan localizados en la regi6n HLA de clase II. Este proteasoma inducible por IFN-y se denomina inmunoproteasoma y tiene la carcateristica de producir peptidos ligeramente diferentes del proteasoma normal, ya que suelen presentar una longitud de 8 a 30 aminoacidos y presentan en su extrema carboxilo arninoacidos basicos 0 hidrofobicos, caracteristicas que los hacen perfectos para ser transportados al interior del RE y unirse a las molecules HLA de clase I. EI IFN-y se sintetiza en presencia de infecciones, fundamentalmente intracelulares, y edemas de cambiar la composicion y funcionamiento del proteasoma estimula la trans-

MHC clase I

Aparato de Goigi

l..

Protein as ~lntraceIUlare/

Retfculo endoplasmatico

1

Calnexina

---+

......

.:..;_."

~, microglobulina

Figura 9-1. Ruta de /msentaci6n de pepticos por MHC de close 1. Presence en codas las celulas nudeadas del organismo, perrrure presentar /)eptidos de pl'ote[nas citos6licas unidos a las moleculas MHC de clase 1 en la supel'ficie celular.

9. LA PRESENTACl6N DE ANTiGENOS A LOS LlNFOCITOS T

cripcion de los genes que codifican las molecules HLA de clase I. Los peptidos generados por el proteasoma tienen que ser transportados al interior del RE para que puedan unirse a las molecules HLA de clase I. Los peptidos son incapaces de atravesar las membranas biologicas de una forma pasiva, por 10 cual no podrian introducirse en el RE sin la valiosa ayuda de las proteinas TAP (transportadores asociados con el procesamiento de antfgenos). Los polipeptidos TAP,son miembros de la familia de proteinas transportadoras con dominies ABC (ATP bin-ding cossette), es decir, tienen sitios capaces de unir ATP.Las molecules de esta familia son capaces de transportar activamente molecules, incluidos pequenos peptidos, a treves de las membranas. TAP1 Y TAP2 se asocian para formar dimeros cuya funci6n consiste en transportar los peptidos generados en el citosol hacia el interior del RE. Los peptidos preferidos para ser transportados por TAP son los que tienen de 8 a 30 arninoacidos en longitud y edemas presentan en su extremo carboxilo terminal arninoacidos basicos 0 hidrofobicos: justamente los que son generados por el proteasoma. Los heterodlrneros TAP se localizan, fundamental mente, en el RE y en el aparato de Goigi y, edemas, aparecen intimamente unidos a las molecules de clase I recien sintetizadas. Esta tocalizadon parece idonea para que el proceso de uni6n de los peptidos a las molecules de dase I sea 10 mas eficiente posible. La tapasina es una tercera molecule que actua de «puente» uniendo el heterodimere TAPa las molecules de clase I, para fadlitar la carga de peptidos. Curiosa mente los genes TAP1 Y TAP2 se localizan dentro de la regi6n HLA de dase II muy cerca de los genes LMP2 y LMP7 (Fig. 8-4) Y edemas son estimulados por eIIFN"y, por 10 que este complejo sistema constituye sin duda un bonito ejemplo de sincronizadon genetics y funcional entre genes que codifican proteasas, transportadores de peptidos y las protefnas HLA. Una vez que los peptidos han sido transportados al interior del RE todavia sufren un «recorte» final en su tamaiio. Los peptidos transportados por TAPtienen una longitud de 8 a 30 arninoaddos de largo, mientras que las moleculas HLA de clase I unen peptidos de 8 a 10 arninoacidos. La reduccion en tarnano de los peptidos mas largos la lIeva a cabo una proteasa que reside dentro del RE: la ERAAP (ER-Associated Amino Peptidase, 0 aminopeptidasa asociada al RE) que degrada los peptidos empezando por el extremo amino-terminal. EI ensamblaje del complejo trimolecular: molecule HLA de dase I, f32-microglobulina y peptide es facilitado por un grupo de proteinas chaperonas entre las que se encuentran la calnexina, la calreticulina ERp57 y la tapasina. Las molecules de clase I que no se plieguen adecuadamente, que no sean capaces de interaccionar de forma correcta con f32-microglobulina 0 que no lIeven su cargamento correspondiente de peptide son retenidas dentro del REy, posteriormente, degradadas. Estos procesos de degradacion, transporte, ensamblaje y carga

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de peptidos en las molecules de clase I se estan produciendo de forma constante durante la vida de una celula, Hemos mencionado que las molecules de dase I «vadas», es decir, sin peptidos, no salen del RE. Si pese a todo alguna de estas molecules aparece en la superficie celular es rapidarnente internalizada, de tal forma que practicamente todas las molecules de dase I en la superficie celular tienen un peptide unido. En condiciones normales estes peptidos provienen de proteinas codificadas por genes celulares, pero carecemos de linfocitos Tc autorreactivos para reconocerios, por 10 que no se activera una respuesta inmunitaria frente a ellos. Sin embargo, en el caso de que algunas molecules de dase I contengan peptidos procedentes de proteinas extraiias, por ejemplo, de un virus que se esta replicando dentro de la celula 0 de una proteina alterada por un proceso tumoral, los linfocitos Tc destruiran esta celula con el fin de evitar la propagacion del virus 0 del tumor. La funcion de las molecules HLA de clase I es pues mostrar 0 sacar hasta la membrana celular una selecci6n suficientemente amplia de peptidos de todas las proteinas que estan siendo sintetizadas por una celula para que los linfocitos T puedan detectar patogenos que se replican de forma intracelular. Las molecules de clase II pueden presentar peptidos de origen extracelular A diferencia de sus hornologas de dase I, las moleculas de c1ase II son capaces de unir peptidos procedentes de proteinas extracelulares (Fig. 9-2), generalmente de patogenos fagocitados por macr6fagos 0 celulas dendriticas 0 endocitados por linfocitos B. Las cadenas (l y f3 se insertan durante su biosintesis en el RE y se asocian rapidarnente para producir molecules de dase II. Algunos de estos heterodimeros son capaces de unirse a los peptidos presentes en el REy salir hacia el exterior por la ruta exocitica (igual que las molecules de dase I). Sin embargo, la gran mayoria de las moleculas de c1aseII se asocia en el RE con una tercera proteina conocida como cadena invariante, que recibe este nombre por no presentar polimorfismo. Esta uni6n se realize antes de que las molecules de c1ase II tengan tiempo de unir los peptidos presentes en el RE. Se forma, de este modo, un complejo constituido por tres dlmeros/de dase II unidos a un trimero de cadenas invariantes. La cadena invariante acornpanara a las molecules de clase II en su periplo celular con una doble rnision: bloquear el sitio de uni6n del peptide y retener el complejo dentro de la celula, desviandolo hacia la ruta endocitica. EI bloqueo del sitio de union del peptide impide que las molecules de c1ase II puedan unir peptidos durante su estancia en el RE y el aparato de Goigi. De este ultimo se desprenden vesiculas que mas tarde se fusionaran con otras procedentes de la ruta endodtica formando un compartimento denominado endosoma. Las molecules de clase II son de esta forma desviadas

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INMUNOLOG

LA. Biologia y patologia del sistema irununitario

MHC clase II Patogeno

Compartimento de carga de peptldos

~:::.----

Cadena mvariante

Peptldos end6genos Reticulo endoplasmatico

Figura 9-2. Ruw dt?presentaciOn de J>l!plidc>.\ /Xlr M He de c1tl\e II. Presente en d/ultl\ />re~elllculoras de Clnl(gel1().\ /Jroiesionales, pcnnill! presenter />e/>lid()sde />roreinas eXlrclcelLllaresLIllie/os a '(1.\ molJculas MHC de!ch~e 1/ en la superficie celLllar.

de la ruta de exocitosis por acci6n de la cadena invariante. En la ruta endodtica las molecules de clase II aparecenen compartimentos celularesespecialesdenominados CPL (compartiment peptide loading a compartimento de cargo de peptide) y que tienen caracterfsticas bioqulmicas diferentes de los endosomas convencionales.Estecompartimento vesicularcontiene protelnasextracelulares,presenta un pH acido y una alta actividad proteolltica. La cadena invariante comienza a ser degradadaen este ambiente acido con actividadproteolitica y continua a medida que los complejos de clase lise desvfan a los CPL desde la ruta de endocitosis.Enlos CPLsla mayorlade la cadena invarianteesta ya degradaday solamente permanece unido a las moleculas de clase II un trozo de cadena invariante, un pequeno peptide denominado CLIPy que ocupa precisamente la hendidura de uni6n del pepndo. Estepeptide debe ser extrafdode esa hendidura para que pueda ser reemplazado por los distintos peptidos endosomales que seran transportados por las molecules HLA de clase II al exteriorde la celula.Parafacilitareste intercambio de CLIPpor otros peptidos es de gran importancia la acci6n de molecule HLA-DM,un heterodlmero formado por dos cadenas denominadas Ct y I~.La estructura de este heterodimero recuerdamucho a la de las molecules tipicas HLA de dase II, incluso los polipeptidos que 10 forman estan codificados por dos genes denominados HLA-DMA y -DMB que tarnbien esta localizados en el

complejo HLA (Fig. 8-4). A pesar de su parecido con molecules HLA de clase II, HLA-DM no se expresaen la membrana plesmatica ru presenta anngenos a los linfocitos T. Su funci6n es facilitarla liberaci6n de CLIPde las molecules HLA de clase II cuando estes se locahzanen el endosoma actuandoen esta funci6n como un enzima que catalizaesta reacci6n.Loscomplejos de clase II forman entonces agregadosy estan listos para recibir peptidos. Lasproteinas antigenicasque son internalizadasson degradadas por proteasas sobre todo de la familia de las catepsinas residentes en el endosoma y que genereran, por 10tanto, los peptidos con las caracterfsticas apropiadas para que puedan ser unidos por las moleculas HLA de clese II. Se sabe, edemas, que algunos peptidos generados en el citoplasma pueden unirse a las molecules de clase II en el CPL.EI mecanisme por el cual estos peptidos IIeganhasta los CPLes desconocdo, aunque no son transportadospor las proteinasTAP que participan en la presentaci6n de antfgenos de las moleculesde claseI (no hay TAPen el CPL).Y a la inversa: de manera excepcional(y 5610en macr6fagosy celulas dendriticas) los endosomas dejan escapar peptidos al citoplasma,desde donde pueden IIegara la ruta MHC de clase I. A esta presentaci6n por la ruta de clase I de peptidos adquiridos extracelularmente se Ie llama presentaci6ncruzada.De esta manera,lasAPCprofesionales pueden generan el muestrario mas completo de pepti-

9. LA PRESENTACION DE ANTIGENOS ALOS LIN FOCITOS T

dos del patogeno susceptibles de activar linfocitos Th (clase II) 0 Tc (clase I). Una vez cargadas de peptide, las molecules de clase II, los agregados que estes formaban se disocian y los nuevos complejos peptido-dase II son transportados a la superficie celular para ser presentados a los linfocitos T cooperadores. Los peptidos presentados son seleccionados por cada molecule de histocompatibilidad entre todos los posibles Como hemos explicado en el capitulo 8, tanto las molecules de clase I como de clase II presentan una gran variabilidad. Esa variabilidad se concentra precisamente en las zonas de la proteina ocupadas por los aminoacidos encargados de interaccionar con los peptidos unidos a estas molecules. Las diferencias en estes aminoacidos situados en los alrededores de la zona de union del peptide hacen que las distintas variantes alelicas de las molecules HLA muestren preferencias dife-

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rentes por los peptidos que son capaces de unir. Las molecules de clase I unen peptidos cortos, preferentemente de nueve erninoacidos de longitud (entre 8 y 11). Se ha estimado que cada molecule HLA puede unir de 2.000 a 20.000 peptidos con secuencias de aminoaddos diferentes. Por esta razon, se dice que estas molecules son promiscuas, es decir, pueden unir un amplio rango de peptidos. Sin embargo, dentro de esta promiscuidad cada molecule de clase I muestra ciertas restricciones. Estes afectan muy frecuentemente a los arninoacidos situados en las posiciones 2 y 9 del peptido. Los aminoaddos presentes en estas posiciones son los que interaccionan de forma mas fuerte con la molecula de clase I. A estes residuos se les denomina por ello «residuos de anclaje». EI resto de aminoacidos pueden acomodarse mas facilmente, y por ello cada molecula de dase I puede admitir distintos aminoacidos en estas posiciones. EI peptide esta, pues, «andado» a la molecule de dase I a traves de los arninoacidos 2 y 9, mientras que el resto del peptide «flota» dentro de la hendidura. La figura 9-3 muestra un esquema de como se produce esta uni6n.

•••••••••• 18w GJ IT] CJ CJ I B [:J I [J • [TI [] CJ [2J HLA·A'0201

~

Peptido

«Pockets»

••• •• •

Figura 9-3. Represencaci6n esquematica de la union de pePcidosa rnoleculas MHC de clase I. La secuencia de pepcidosde 9 arninoacidos(PI a P9) de longinlil que se unen a losalelos HLA-A"0201 y HLA-8*27 se Tepresentaen c6digode una sola letra. HLA-A*020I une preferencernencepepcidos con leucina (L) en posicion 2 y t,alina (V) en posiciOn 9, miencras que la HLA8*27 une l>referentemence/)epudos con arginina (R) en la posici6n 2 y lisina (K) en la posici6n 9.

90

INMUNOLOGiA. 8iologia y patologia del sistema inrnunitario

Las molecules de clase II muestran menos restriccion respecto al tipo de peptidos que seleccionan. En primer lugar el tarnano es mucho mas heterogeneo, tipicamentese unen a peptidos de 12 a 34 arninoacidos de longitud. Los residuos centrales del peptide ocupan la «hendidura»,mientras que los dernas cuelgan 0 sobresalen por los extremos de la molecule de clase II. Los arninoacidos que muestran mayor variabilidad, cuando se comparan los diferentesalelos de clase II, son, al igual que en clase I, aquellos situados en los alrededores de la «hendidura»del peptide, De esta forma, los diferentes alelos de clase II tarnbien muestran preferencias a la hora de elegir sus peptidos, existiendo determinadas posicionesen el pepndoque pueden actuarcomo anclaje dependiendo de los distintos alelos de dase II. EIhecho de que las diferentes formas elelicas,tanto de las molecules de clase I como de clase II, sean capaces de unir y, por 10 tanto, presentar,un repertorio diferente de peptidos, puede influir en que la capacidadde respuesta del sistema inmunitario frente a un mismo antlgeno varle de unos individuos a otros. Esdecir, existiran individuos que posean mejores defensasque otros frente a un determinado pat6geno, si las molecules HLA que han heredado son capacesde unir y presentarcon gran eficaciadeterminados peptidos procedentes de las protelnas del organismo invasor. Iarnbien es conocido el hecho de que determinados alelos HLA se encuentren asociados con enfermedades autoinmunes. Esdecir, individuos poseedores de determinadas especificidades HLA tienen un riesgo mayor de padecer ciertas enfermedades autoinmunes. EI mecanisme responsablede esta asociaci6nes, por el momento, desconocido. Sin embargo, parece 16gico pensar que estos mecanismos esten de alguna manera relacionados con la capacidad de las molecules HLA de presentar determinados peptidos susceptibles de desencadenar una respuesta autoinmune. Presentaci6n de antigenos por molecules CD1

lipidicos

Como ya se ha explicado en el capitulo 8, determinados ltpidos presentados por molecules CD 1 pueden ser reconocidos por los linfocitos T. Lasmolecules CD 1 tienen similitud estructural con las molecules HLA de clase I y como elias se sintetizan dentro del REdonde se ensamblan con ~2-microglobulinaen un proceso en el que participan las chaperonasERpS7,calnexinay calreticulina. Dentro de RE,las molecules CD 1 se cargan con Irpidos que estan en la propia membrana del RE, como por ejemplo fosfatidilinositol, en un proceso que participan otras protelnas especializadasen el intercambio de Hpidoscomo por ejemplo MTP(microsomal triglyceride transferprotein). Una vezensambladasy cargadas con ellipido las molecules CD1 salenal aparatode Goigi y desde alii se dirigen a la superficie celular.A diferencia de 10que ocurre con las molecules HLA de clase I las

molecules CD 1 estan muy poco tiempo en la superficie celular ya que son rapidarnente internalizadas en vesiculas recubiertasde clatrinay se dirigen a compartimentos endodticos (Fig. 9-4). En estos compartimentos las molecules CD1 pueden intercambiar el llpido que traen unido por lipidosprocedentesde particulas(por ejemplo, bacterias) que han sido fagocitadas0 internalizadaspor la celula En estes compartimentos existen diversasproteinas, como por ejemplo las saposinas,que degradan los IIpidos procedentes de la endocitosis y que ayudan a intercambiarlos con el Ifpido endogene que lIeva la molecule CD 1. Una vez completado este proceso, la molecule CD 1 vuelve a salir hacia la superficie celular exponiendo ahora llpidos que pueden provenir del medio extracelular,como par ejemplo de bacteriasfagocitadas para que puedan ser reconocidos por los linfocitos T. Una vez en la superficie celular, si no son reconocidaspor ningun IinfocitoT lasmolecules CD1 vuelven a ser internalizadas repitiendo el ciclo de intercambio de llpidos en las vesiculas endoclticas. De esta forma las molecules CD 1 muestrean de forma continua los lipidos presentesen lasvesiculasendocfticasde las celulas. Los linfocitos T que reconocen ltpidos presentados por CD 1 no se conocen tanto como las que reconocen peptidos. Se sabe que existen linfocitos T capaces de reconocer y responder frente a antlgenos lipldicos de determinadas bacterias,como por ejemplo Mycobacterium tuberculosis y tarnbien frente a lipidos de algunos parasitoscomo Leishmania. Los superantigenos son una categoria especial de antigenos proteicos

Algunas proteinas no requieren degradaci6n ni procesamiento para poder estimular a los linfocitos T. Este es el caso de algunasglicoprotemesmuy especialesque redben el nombre de superantlgenos. A diferencia de un peptide normal, los superantlgenos se unen 0 interaccionancon las zonas lateralesde las cadenasdel TCR, especialmenteen la pord6n V de la molecule.Asimismo, estossuperantlgenosse unen a lasmolecules de dase II, aunque de un modo nada convencional: no ocupan la cavidad de uni6n del peptide, sino que se unen en la parte externa 0 lateral de la estructura de dase II. Esta forma tan especial de unirse, tanto a las molecules de clase II como a los TCR,provoca la activaci6n de los linfocitos T de una forma muy eficiente. Se ha estimado que un determinado peptide antigenico es capaz de estimular,una vez unido a su correspondiente molecule de clase II, menos de un 0,001% de los linfocitos Ten un tubo de ensayo. Sin embargo, un superantlgeno puede lIegar a activar hasta un 20% de los linfocitos T. A la vista de estos datos, se comprende facilrnente por que los inrnunologos denominan a estas protelnas con el nombre de superantlgenos. Algunos de estos superantrgenos son sintetizados por pat6genos como bac-

9. LAPRESENTACI6NDEANTiGENOSALOSLlNFOClTOST

CD1

91

Patoqeno

Fagosoma

Lipidos _ endogenos .....

-::.. CD1

-

~mictOglobutina

Reticulo endoplasmatlcc

~ CD1

Figura 9-4. Ruca de presencacion de ifpidos por moieculas COl, presence en c€lulas tnesentadoxas de antfgeno profesionales. Permite presentar /{pidos unidos a moleculas CD 1 en La superficie celular. terias 0 virus, sin embargo, la respuesta que producen no es de ninguna utilidad sino que al contra rio, puede producir patologia. Este es el caso de determinadas enterotoxinas responsables de algunos tipos de intoxicaciones alimentarias agudas 0 del sindrome del shock texico por Staphylococcus oureus. La activacion de un nurnero tan elevado de linfocitos T por parte de estas enterotoxinas superantigenicas, provoca la liberacion de grandes cantidades de citocinas, 10 que, en ultima instancia, produce la aparicion de diversos sintomas, como fiebre, nauseas y diarrea. Asimismo, existen cada vez mas evidencias que indican la intervencion de algunos superantigenos en el desarrollo de diversas enfermedades relacionadas con el sistema inrnunologico.

CORRELACION CLINlCA ~~

-:;.r-,.,

Sindrome de shock roxico por Stapbyloccocus aureus

EIslndrorne de shock roxico es una enfermedad poco frecuenre pero porencialrnenre muy grave.Los sintomas incluyen fiebre alta, hiporension, vornitos, diarrea, dolor de cabeza e insuficiencia de cierros organos,generalmeme rifion e higado. La enfennedad se produce por infecciones bacrerianas, como Stapbyloaocus aureus. Esra bacteria produce la toxina-I 0 TSST·l [roxina -I del shock toxico esrafilococcico). Se ha demostrados que la TSST-I acnia como un superandgeno activando especificamenre un subgrupo muy grande de linfociros T (aquellos que Llevanen su TCR la subfamiLiaV~2). La activacion de un mimero ran elevado de Iinfociros T produce 10 que se conoce como rormenra de citocinas (una produccion exagerada e inconrrolada de citocinas) que produce en ultimo termino los sinromas caracteristicos de este sindrorne. ~

15

92

TNMUNOLOGiA. Biologta y patologia del sistema inmunitario

RESUMEN Los Iinfocicos T reconocen andgenos que les presentan otras cclulas en su membrana celular a craves de las moleculas presenradoras de andgeno. Las moleculas de hiscocompatibilidad unen pepudos procedenres de proreinas que previarnente han sido degradadas. para proporcionar lin rnuestrario conrinuamcntc actualizado de los andgenos potencialcs, canto citcsolicos como extracelularcs, para su cscrutinio por los linfocitos T. Las molecules de clase I unen pepridos procedentes de protcinas citosolicas (generalmenre virales). Estos peptidos son generados poria accion del proteasoma. Los hcccrodlmeros TAP son los encargados de transportal' estes pepcidos desde eI cirosol hacia eI interior del rerlculo endoplasmico (RE). donde se unen a las rnoleculas de clase 1 recicn sinterizadas, Los cornplejos MHC-pcptido abandonan d RE. pasan al aparato de Golgi y dcsde alll se dirigen hacia la membrana celular siguiendo la ruta de exocitosis. Las molcculas de clasc II linen prcfcrcnrerncnre peptidos precedences de proteinas cxrracclularcs que han side internalizadas por In cclula prescnradora de andgenos mediante cndocitosis 0 fagocitosis. Los hetcrodimeros de clase II sc unen, una vez sinterizados en cI RE, a una tcrccra proreina: la cadena invarianre, La uni6n de la cadcna invariante impide que las molcculas de clasc 11pucdan unir los pcpridos presences en cI RE. Las molcculas de clasc II son desviadas desdc el aparato de Goigi hacia la ruta endoclrica, don de iran a parar a comparrimcnros cspccialcs, En estes compartimcntos la cadena invarianre es degradada quedando enronccs libres las moleculas de clase II para intcraccionar con los pcptidos

presences en estas vesiculas y que proceden, en su mayor parte. de protelnas que han sido intemalizadas por la ruta de endocitosis y. posteriorrnente, degradadas. Las moleculas de clase II. ahora cargadas con sus correspondientes pepridos, salen hacia la membrana celular. Las molcculas CD 1. a diferencia de las anreriores, un en lipidos. Ticnen el aspecto de las molcculas de clase I. pero las costumbrcs de las de c1ase II. ya que pueden presenrar andgenos lipidicos exrracclulares. Las rnoleculas CD 1 salen del RE cargando lipidos cndogenos y lIegan a la membrana cclular desde dondc son rapidamente intcrnalizadas para pasar pOl' vesiculas cndociticas donde se cargan de llpidos cxrracelulares que han sido previarnenrc inrcrnalizados y degradados pOl' las celulas. Una vez inrcrcarnbiados los lipidos, las rnoleculas CD 1 salen a la supcrficic celular para volver a ser intcrnalizadas repitiendo estc ciclo una y orra vcz hast" que son reconocidas por un linfocito T. Exisren ciertas proreinas que son capaces de estirnular a los linfocitos T sin neccsidad de ser procesadas pOl' ninguno de los rnccanismos antcriores, A estas proteinas se les conocc con cI nornbrc de supcranclgcnos, Se unen a las molcculas de clase II de una forma l11uyespecial. No ocupan el sirio de uni6n del peptide, sino que se unen a los lareralcs de la rnolecula. Tarnbien inreraccionan lateralrncntc con In regi6n variable del TCR. Los superantfgenos son producidos pOl' dcrcrminados virus y bacterias y tienen la cualidad de acrivar un nurncro enorme de linfocitos T. Esm activacion no produce una respucsta inmunitaria uril sino que induce una liberaci6n excesiva de citocinns que pueden provocnr diversas patolog{as.

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Los linfocitos 'r y su receptor para antigeno

INTRODUCCION Los linfociros T reciben esre nornbre por haber sido producidos en eI rimo. Constituyen un hererogenco conjunto de celulas que com parten una manera caracrerlsrica de reconocer antfgenos y un receptor para andgeno tam bien caracrerfstico. Por 10 demas,

como ahora verernos, existe una gran disparidad fenotlpica y funcional entre unos subripos de linfocicos T y orros, El papel de los linfociros T es esencial para el control y la rcgulaci6n de la respuesta inmunitaria especffica.

FENOTIPO

tumorales. Adernas, secretan citocinas mayoritariamente del tipo Th 1 (vease capitulo 12). los linfocitos Ta~ y y6 comparten un grupo de proteinas que se denomina CD3 y que forma parte del complejo TCR/CD3. EI marcador CD3, por 10tanto, es muy util para identificar a todos los linfocitos T.

Morfol6gicamente los diversos tipos de linfocitos son indistinguibles. Pero tanto por sus molecules de membrana (fenotipo) como por sus funciones, los linfocitos son muy distintos. EI tipo mayoritario de linfocito en la sangre de los mamiferos es el linfocito T. Todos los linfocitos T expresan en su membrana un agregado de proteinas denominado receptor para antigeno del linfocito T la molecule de membrana caracteristica de los linfocitos T maduros es su receptor para antigeno, que se denomina receptor para antigeno de linfocito T 0 TCR. EI TCR consta de varias cadenas (Fig. 10-1), pero cada linfocito T s610 expresa una de elias: TCRa~ 0 TCRyS. Hay, por 10tanto, dos tipos de linfocitos T si atendemos al TCR:los linfocitos Ta~ y los linfocitos Ty6. los primeros son mayoritarios en sangre periferica y son los mejor estudiados. los linfocitos TyS son minoritarios en sangre periferica de humanos y se encuentran localizados mayoritariamente en tejidos epiteliales, sobre todo en el epitelio intestinal. los linfocitos Ty6 participan en una respuesta inmunitaria casi innata eliminando celulas infectadas y destruyendo una amplia variedad de celulas

En el complejo TCR/CD3 de funciones

hay division

5610 las cadenas variables del complejo TCR/CD3 se dedican al reconocimiento de peptidos antigenicos (TCRa, TCR~, TCRy y TCR6) Y son diferentes en cada don de linfocito T (por eso cada linfocito T puede reconocer un peptide diferente). las cadenas restantes son invariables (iguales en todos los linfocitos T), y su funci6n es la transducci6n de senales (Fig. 10-1). Estas cadenas tienen grandes dominies intracitoplasrnaticos con secuencias conservadas denominadas ITAMs(immunoreceptor tyrosine-basedactivation motifs 0 secuencias de activaci6n con tirosinas). Tres de las cadenas invariables del complejo TCR/CD3 son parecidas entre st y se denominan colectivamente CD3 (CD3y, CD36 Y CD3£, que no deben confundirse con las cadenas variables TCRy 0 TCRS).La cuarta cadena invariable la constituye la cadena 1; (zeta), que se asocia al complejo TCR/CD3 en forma de dime-

94

INMUNOLOGiA. Biologla y patologia del sistema inmunitario

Figura 10,1. Esuuctura y fund6n del comt>lejoTCRICD3. Los dominins variables de las cadenas a y f:3 reconocen el peptido tmsencado POl' las moieculas de hislOcompaeibilidad. Las caJet1ClSin variables (CD3 y t;) transmiten la informacion al interior celular a craves de sus motiws con drosinas (ITAMs), que una vez josforilados reclutan cinascis como Za/) 70 a la membrana. APC = antigen presenting ccii 0 celula /)rcsencadora de ane(geno. En los (res rect~adrosse indica los nombre de cada una de las cadenas y. 6, e, Y t; del CD3 as( como las cadenas mriables (Va y V(3) y las cadenas consrames (CO)' C(3) del TCR. ros l;',1; unidos covalentemente. Esta cadena es completamente distinta en su secuencia de las cadenas CD3. Es parecida, en cambio, a una cadena que forma parte del receptor para el fragmento Fc de la IgE (FcERI) y transmite senates. Otra diferencia entre las cadenas de la familia I; y las de la familia CD3 es que 1;, pero no CD3, se asocia a otras protetnas edemas de al TCR: forma parte, por ejemplo, del receptor para el fragmento Fc de la IgG en linfocitos NK (FcyRIII), para el que tambien transmite senates. En resumen, los linfocitos T pueden presentar complejos TCR/CD3 con cadenas variables (.(~ eel mas cornun) 0 cadenas variables yo (el menos frecuente en la mayorla de animales). En el complejo TCR/CD3 de los linfocitos 1. las cadenas variables son las responsables del reconocimiento de pep tidos unidos a molecules del MHC, mientras que las cadenas invariables y, 0, E Y I; son necesarias para la senalizacion intracelular. Otras protein as de membrana definen subtipos de linfocitos T EI complejo TCR/CD3 es caracterlstico de los linfocitos 1. pero no es la unica molecule de membrana que tienen estas celulas para ejercer su funci6n (Fig. 10-2). Los linfocitos Ta~ pueden subdividirse en dos grandes subtipos, mutuamente excluyentes, atendiendo a la expresi6n de las molecules CD4 y CD8: los linfocitos Taf3 CD4+ y los CD8+. EI papel biol6gico de cada uno de ellos es completamente distinto, como 10 es su manera de reconocer peptidos antigenicos (ver apartado de FUNClON). La mayoria de los linfocitos Tyo carecen de CD4 y de CD8.

Otra protelna de membrana que subdivide a los linfocitos T es CD45, que regula la sel"lalizaci6n intracelular del complejo TCR/CD3. Esta protelna adquiere varias formas de distinto tarnano por el corte y empalme de los exones de su gen. La isoforma CD45RA se expresa en linfocitos T vfrgenes y en linfocitos T que se han diferenciado a linfocitos T efectores, mientras que la isoforma CD45RO se expresa mayoritariamente en linfocitos T que ya han side activados. Los linfocitos de memoria estarfan entre estos ultimos y expresan altos niveles de molecules de adhesi6n para facilitar la migraci6n a diferentes tejidos para iniciar una respuesta repida, Otras protefnas denominadas colectivamente moleculas de activaci6n se expresan en un bajo porcentaje de linfocitos T en condiciones normales « 10%). Estas molecules, a diferencia de CD45RO, se inducen tras la activaci6n de los linfocitos T durante cortos perfodos de tiempo (dfas), para despues desaparecer. Cabe destacar entre elias el receptor de la interleucina 2 (IL-2Ra o CD25), el de la transferrina (CD71), molecules de histocompatibilidad, CD95L (Iigando de Fas) y otras protefnas inmunorreguladoras de funci6n desconocida (p. ej., CD38, CD69). Algunas de estas molecules participan en la expansi6n y activaci6n de los clones seleccionados por el antfgeno. Recientemente se ha demostrado que el analisis de la expresi6n del receptor CCR7,un receptor de quirnioquinas que controla la «circulaci6n» a 6rganos linfaticos secundarios permite distinguir las subpoblaciones de linfocitos T vfrgenes (CCR7+) de aquellos linfocitos T efectores y memoria/efectores que han side activados (CCR7-).

10. LOS LINFOCITOS TY SU RECEPTORPARAANTiGENO

-

Linfocitos Tyl>

1

95

inespedfica, en la que participan un conjunto de moleculas invariables que se denominan genericarnente molecules accesorias. Estas molecules unen a los dos tipos celulares para que tenga lugar la segunda fase de reconocimiento especifico por el complejo TCR/CD3 (Fig. 10-4). Pero el adjetivo «accesorias»no hace justicia al papel biol6gico de estas molecules: su participacion es crucial para el proceso de activacion del linfocito T, como luego veremos. Las molecules accesorias tambien transmiten sen ales de activaci6n 0 inhibici6n

Selie linfoide dela sangre

Figura 10-2. Proporciones relativas de linfociws T y de sus tipos y subtipos en sangre humana.

FUNCION Los linfocitos T son celulas centrales en la funcion y regulaoon del sistema inmunitario. Adernas de tener funciones directas, como la citotoxicidad 0 citolisis, regulan el funcionamiento de su propio linaje y de otros linajes (Iinfocitos B, monocitos, etc.) mediante contactos celulares y/o mediadores solubles denominados citocinas.

Durante la interacci6n entre un linfocito T y la celula presentadora 0 diana, las molecules accesorias, que antes se encontraban libres en la membrana del linfocito T, interaccionan con sus ligandos en la zona de contacto entre las celulas, formando la denominada sinapsis inrnunologice (Fig. 10-4). Esta agregacion local, junto a la propia interaccion con sus ligandos, origina una red de senales de activadon intracelular. Estassenates accesorias son distintas de las que genera el complejo TCR/CD3, pero no son rnenos importantes, ya que en algunos casos modifican profundamente el comportamiento dellinfocito T que las recibe. Aunque ni las seriales ni sus consecuencias biologicas se conocen con precision, es posible que el linfocito T las utilice para identificar 0 seleccionar a su interlocutor celular, mientras

Los linfocitos Ta~ reconocen peptidos presentados por molecules de histocompatibilidad A diferencia de los linfocitos B, que son capaces de reconocer antigenos intactos y solubles con su receptor especffico (una inmunoglobulina de membrana), los linfocitos Ta~ se han especializado en el reconocimiento de peptidos presentados por molecules de histocompatibilidad de otras celulas (Fig. 10-3). Este hecho representa una diferencia crucial entre linfocitos T y B, Y tiene implicaciones inmediatas: los linfocitos T de cada individuo tienen que aprender a interaccionar con las moleculas de histocompatibilidad de ese individuo en particular, porque es en elias donde tendra que reconocer los antigenos ex6genos.

I EI. complejo TCR/C03

no trabaja solo

Cuando un linfocito T se aproxima a una celula para inspeccionar el contenido de sus molecules de histocompatibilidad con su complejo TCR/CD3, se aprecian dos fases consecutivas. Una primera fase es de adhesi6n

Figura 10-3. Los linfociws Taf3reconocen el conjunco peptido/MHC utilizando para ella su TCR espedfico. Los linfocitos B, en cambio, pueden reconocer antfgenos nativos en fase soluble (sin que incervengan onus celulas 0 moleculas) mediante su receptor especifico (una inmunoglobulina de membrana) .

96

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

LinfocitoT cooperador CD11a CD18

CD11a CD18

CD45RO

CD28

CD54

CD102

CD22

CD86

CD4-TCR

CD28

CD2

CD5

CD2

CD29 CD49d

CD40L

MHC de class II CD80

CD58

CD72

CD59

CD106

CD40

Celulapresentadorade anUgenos LinfocitoT citolitico

CD54

CD11a CD18

CD11a CD18

CD8-TCR

CD2

CD2

CD54

CD102

MHCdedase I

CD58

CD59

Celuladiana Figura] 0-4. LA sinapsis imml!1ol6gicCl.M()lecl~la.~accesm·ia..~ del com/)/ejo TCH/CD3a{3 en los dos I;/)OS /)ril1cipalesde linfociws Taf3 en euodo de repose. S610 se representcn /tlS molicultts I)ara las que 51! conoeen los ligandos. En e/ caso de los IinfocitOs T cilO/{licos (Te) , debido a que se relacionan COil muchos mas til>oScelltlcn'esqlle los linfoeitos T cooper adores (Til), sow se represenrzm Itts moleclilas accesorias cuyos ligand()s lienen 14M amplia dislri/mcion lislilar. Ell el cuadto inferior /Ulyque lIIiadir Itts molecllltts C045RO), C028 en ellinfocilO T ciwlrlico y los receptores CD22, C080 y CD86 enla celllia dianll. UIS illleracciones han de ser: CD45RO-CD22, CD28-CDBO y CD28-CD86.

inspeccionasus rnolecetasde histocompatibilidady deci- superfamilia de las integrinas CD 11aCD18 (LFA-1) Y de cual sera su respuestaespecffica.Lasmoleculesecce- C049dC029 (VLA-1) son mas «adhesivas»que senelisoriasde la superfamiliade las inmunoglobulinas (CD4, zadoras (vease capftulo 16), aunque tarnbien activan CD8, CD2, CD28) son especialmente «senalizadoras». PTKdtoplasrnatlcas. Lasde la superfamilia de las muciTodasse han encontrado asociadas,directa 0 indirecta- nas (C043, C045) constituyen un grupo heterogeneo. mente, con cinasaslntracitoplasmaticas(proteinas capa- C043 es mas adhesivay parece que transmite senales ces de fosforilara otrasmoleculesde la celola -proteinas inhibidoras, mientras que CD45 es mas senalizadora. o lipidos- con el fin de modificar sus funciones enzirna- De hecho, la enorme porci6n intracitoplasrnatica de ticas). Merece la pena destacar la asociaci6n de CD4 y C045 tiene actividadtirosina-fosfatasa(es capaz de eliCD8 con la tirosina-cinasade protefnas (protein-tyrosine minar los fosfatos unidos a otres molecules de la celula kinase 0 PTK) denominada Lck (0 p561ck,que refleja con el fin de modificar sus funciones enzirnaticas). Por su peso molecular). Las molecules accesorias de la ultimo, C05, de la superfamilia de los receptores cerro-

10. LOS LINFOCITOS T Y SU RECEPTOR PARA ANTtGENO

neros 0 scavenger, se cree que es mas adhesiva, aunque -como las integrinas- activa ciertas cinasas. Hay dos grandes grupos de linfocitos Ta~: los cooperadores y los citoliticos Atendiendo a la funci6n de los linfocitos T, se distinguen dos subtipos principales: los cooperadores (Th, por helper) y los citoliticos (Tc). Se denomina cooperadores a los linfocitos T que interaccionan con los linfocitos B 0 con otros linfocitos T y les ayudan a dividirse, a diferenciarse hacia linfocitos T efectores y, en el caso de los linfocitos B, a sintetizaranticuerpos. Los linfocitos T cooperadores tam bien potencian la activaci6n de macrofagos ayudando a destruir pat6genos. Esta cooperaci6n consiste, como se vera mas adelante, en la generaci6n de senales por parte dellinfocito T sobre la celula con la que coopera (Iinfocito B, fagocito). Para emitir las senales. ellinfocito T utiliza bien

RECONOCIMIENTO Y ACTIVACION

molecules de su membrana plasrnatica que interaccionan con otras molecules de la celula con la que coopera (molecules accesorias), 0 bien molecules solubles que son sintetizadas por el linfocito T y que interaccionan con receptores de la celula con la que coopera y con otras celulas mas lejanas. Estas molecules, verdaderas hormonas inmunol6gicas, se denominan genericarnente citocinas (Fig. 10-5). Por otro lado, los linfocitos T citeliticos interaccionan con las celulas diana (generalmente celulas infectadas por virus, 0 celulas tumorales) y liberan unas protelnas denominadas perforinas que las lisan en pocos minutos. EI poro formado por las perforinas permite edemas el acceso a la celula diana de unas proteasas denominadas granzimas que inducen la muerte celular programada 0 apoptosis en la celula diana. Ademas, estas granzimas pueden entrar en la celula diana a treves de receptores de membrana. En algunos casos, la lisis de las celulas diana se produce, sin intervenci6n de perforinas, tras la interacci6n de cierta molecule de

EFECTO INMEDIATO

EFECTO FINAL

LlNFOCITOS T COOPERADORES Acdvacion de macr6fagos: destrucci6n de pat6genos Inflamacion Activaci6n (proliferacion y diferenciacion) de linfocitos T cooperadores y citoliticos.

Macrofago

Linfocito T

Activacion (proliferacion y diferenciacion) de linfocitos T cooperadores y citoliticos. Sintesis de Ig

Linfocito B

LlNFOCITOS T CITOLiTICOS

97

r Perforinas Lisis y apoptosis de la celula diana

Celula diana Apoptosis de la celula diana

Figura 10-5. Subtipos de linfocitos y sus [unciones bio16gicas.Lossignos positivos intracelulares representan activaci6n.

98

INMUNOLOGIA. Biologia y patologia del sistema inrnunitario

la membrana dellinfocito T (CD95L) con una molecule de la celula diana (CD95), las seiiales de CD95 inducen apoptosis de la celula diana. La regulaci6n de la apoptosis es necesaria para el desarrollo normal del sistema inmunitario y el mantenimiento de la homeostasis. Los linfocitos Texl3 que tienen funciones distintas expresan en su membrana moleculasdistintas En efecto, la mayor parte de los linfocitos T cooperadores expresan en su membrana la molecule CD4, mientras que la mayor parte de los dtollticos expresan CD8. Como se vera en detalle mas adelante (capitulo 12), estos dos subtipos celulares (CD4+ y CD8+) difieren profundamente en su manera de reconocer peptidos: los linfocitos TCt~CD4+ 5610 reconocen peptidos presentados por molecules de histocompatibilidad de clase II,y los linfocitos TCt~CD8+ 561010hacen en moleculas de clase I (Fig. 10-5). Tarnbien, como se explico anteriormente (ver apartado de FENOTIPO), los linfocitos virgenes expresan CD45RA, mientras que los linfocitos que han side activados expresan CD4SRO. Los linfocitos T cooperadores (Th) se clasifican en dos subtipos principales atendiendo a las citocinas que producen (Th1. Th2) Entre los linfocitos T cooperadores, se aprecian dos subtipos que difieren en algunas de las citocinas que pueden sintetizar. Uno de los subtipos se distingue por secretar interleucina-2 (lL-2), TNF-~ e interferon y (IFN-y), Y a este subtipo se Ie denomina Th 1. EI otro se denomina Th2, y su especialidad es sintetizar IL-4, IL-S, IL-6, IL-10 e IL-13. Se cree que los linfocitos Th 1 son los principales responsables de la cooperacion con los rnacrofagos y otros linfocitos T, mientras que los Th2 participan en la activacion de los linfocitos B (Fig. 10-5). Recientemente, se ha descrito la existencia de una subpoblaoon de linfocitos T cooperadores, denominados Th 17 por su capacidad de producir la citoquina proinflamatoria IL-17. Iarnbien se ha identificado una poblacion de linfocitos T CD4+ denominados linfocitos T reguladores que se caracterizan por expresar altos niveles de CD25 y el factor de transcripcion FoxP3.Estas celulas tienen la capacidad de suprimir la activaci6n del sistema inmunitario estando implicadas en el mantenimiento de la homeostasis y la tolerancia inmunol6gica (veanse capftulos 12 y 20). Los linfocitos T necesitan activarse para desarrollar sus funciones efectoras La tarea principal de los linfocitos T es reconocer peptidos y elaborar respuestas efectoras (sintetizar citocinas o sintetizar perforinas, por ejemplo). Para poder hacer

este trabajo, es necesario que el reconocimiento que se produce en las molecules de la superficie de la celula se transmita al interior de la celula para que ellinfocito T pueda desarrollar una respuesta concreta. A este proceso, por el cual el reconocimiento da lugar a la respuesta celular, se Ie denomina activaci6n (Fig. 10-5). La acti.vaci6n dellinfocito T es un proceso complejo en el que estan implicadas multiples molecules de la membrana y del citoplasma celular (vease capitulo 12). EI fin de la activacion de los linfocitos T es la induccionde ciertos grupos de genes La seiial, en forma de reacciones bioqulrnicas, originada por el complejo TCR/CD3 y las molecules accesorias en la membrana dellinfocito T tiene como objetivo informar al nudeo celular de que se ha reconocido un antlgeno. Como respuesta, el nucleo comienza a transcribir ARN mensajero de un conjunto de genes que perrnitiran allinfocito T desarrollar sus funciones efectoras. Algunos genes son comunes a todos los linfocitos T (genes que intervienen en la mitosis). Otros son especificos de ciertos tipos de linfocitos T (los linfocitos T CD8+ se especializan en sintetizar perforinas; los CD4+, en sintetizar citocinas). Paralograr este prop6sito existen protelnas reguladoras (0 factores de transcripci6n) que se unen a ciertas regienes de los genes implicados, hadendolos mas atractivos para la ARN polimerasa. Pero, para que los factores reguladores puedan unirse al ADN, necesitan activarse. Una manera muy generalizada en los linfocitos T de activar facto res de transcripci6n es mediante fosforilaci6n/desfosforilad6n, aunque no es la (mica. En estas reacciones de fosforilaci6n/desfosforilaci6n intervenen multiples dnasas y fosfatasas como las descritas antes. No se conocen aun todos los genes que se inducen cuando se activa un linfocito T, ni todos los factores implicados en su regulaci6n. CORRELACI6N CLfNICA ~

Inmunodeficiencias

!

de CD3

~':I~

'"

Se han descrieo varios paciences, codos ellos de pocos meses, con mutaciones en los genes 'l' que codifican para las molecules CD3. Debido al papel de estas cadenas en la expresion y funci6n del complejo TCR/CD3 durante el desarrollo de dicho linajc, los pacienres apenas rienen linfocitos T y los pocos que ticnen presenran una expresion IllUY pobre del TCRiCD3 en la membrana. Tampoco pueden sinterizar anticuerpos a pesar de tener linfocicos B, debido ala falta de cooperacion TB. Los pacientes presenran infecciones graves que requiercn hospitalizacion y deben ser crasplanrados con rnedula osea de donanres sanos, a rnenudo familiares, para reemplazar SliS linfocicos T.

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--

10. LOS LINFOCITOS T Y SU RECEPTOR PARA ANTiGENO

99

RESUMEN Los linfocitos T se caracterizan por expresar en su membrana plasmatica el complejo TCRlCD3 en cualquiera de sus dos versiones (a~ 0('0). Ambos compacten las cadenas invariantes CD3 y ~ que transrniten sefiales de activacion tras el reconocimiento especifico. Orras moleculas de membrana llamadas accesorias asisren al TCR en su trabajo enriqueciendo la informacion transmitida, Los linfociros Ta~no reconocen anrigenos extranos solubles, sino que reconocen peptidos antigenicos presencados por las .moleculas de histocompatibilidad en celulas presentadoras de antigenos 0 celulas diana. No se conocen exactamenre las caracteristicas del reconocimiento de andgenos por parte de los linfocitos T (,0, sin embargo, participan como respuesta inmunitaria innata en respuesta a infecciones y rumores, Entre los Iinfociros T a~ se disringuen dos grandes subtipos: los CD4+ y los CD8+. Los primeros se denominan cooperadores (Th, por helper), porque interaccionan con OtrOS

tipos celulares (Iinfocitos B, T, macrofagos) y les ayudan a dividirse y a desarrolJar sus funciones inmunologicas (p. ej., sintetizar anricuerpos, expandirse, destruir patogenos). En esta inreraccion intervienen moleculas de membrana de ambos tipos celulares, pero tarnbien moleculas solubles, las citocinas, sintetizadas por el linfocito T, que se unen a receptores de los orros tipos celulares. El segundo tipo de Iinfocicos se denominan citoliticos (Tc), porque interaccionan con otros ripos celulares (celulas infectadas) a los que lisan. Entre los Iinfocitos Th se distinguen principalmente dos subtipos: los Th 1 Ylos Th2. Esros dos subripos no se diferencian por las rnoleculas de membrana que expresan, sino por el perfil de citocinas que sinrerizan. Recienremenre, se han identificado dos nuevas poblaciones de los linfocitos T CD4+ denominados Thl7 y linfociros T reguladores. Todos los Iinfocitos T necesitan activarse previamenre para desarrollar sus funciones de cooperacion 0 cirolisis,

~------------------------------------------------------------------------~~II Visita la pagina web para este capitulo Evalua tus conocimientos: AUTOEVALUACl6N (contesta a preguntas en linea y comprueba tu nota) AmpUa tus conocimientos: ANIMACIONES (Ia inmunidad en movimiento) ENLACES(videos, paginas con informacion complementaria, etcetera)

La generacion del repertorio restringido de los linfocitos T

I CAPiTULO 111

INTRODUCCI6N Una vez descrito c6mo son y que funci6n poseen los linfociros T. conviene conocer de d6nde provienen. Esto nos ayudara a comprender su comportamienco. La linfopoyesis, producci6n de nuevos linfociros, tiene lugar en los 6rganos Iinfoides primaries, medula 6sea para los linfocitos B de los mamiferos (vease capitulo 6) y timo para los linfocitos T de donde deriva su nombre. En estos 6rganos linfoides primarios se lleva a cabo un proceso de maduraci6n de los linfocitos a partir de un precursor linfoide generado en la medula 6sea. Durante su proceso de maduraci6n en el timo los linfocitos T en desarrollo se denominan timocitos. La generaci6n del repertorio de linfocitos T se produce durante la maduraci6n de los linfocitos Ten el tirno por recombinaci6n al azar de cada una de las versiones de los diferenres segmemos genicos que constiruyen las regiones variablesy constantes de cada una de sus cadenas (veasecapitulo 7). Debido a que este proceso es esrocastico, se van a generar muchas celulas cuyo TCR no es ucil, bien porque es incapaz de reconocer a las moleculas del complejo mayor de histocompatibilidad

(MHC) propias, 0 porque reconoce pepridos derivados de anclgenospropios, es decir, porque no es restringido o porque es autorreacrivo, respectivameme.Por 10 tanto. loslinfocitosTa~ maduros que constiruyen e1 reperrorio utit de cada individuo de una especie (unos 25 x 106 disrinros segun los ultirnos datos], son seleccionados a partir de un repertorio mucho mas arnplio.Entre rodos los rimocitos que se generan al azar, el rimo selecciona una pequena fracci6n de ellos.Ios que pueden reconocer con su TCRa~ peptidos presentados por rnoleculas de histocompatibilidad propias (fen6meno que se conoce como selecci6n positiva). pero se eliminan aquellosque reconocen, con gran afinidad, peptidos derivados de anclgenospropios (selecci6n negativa). En este capitulo se describen las diferenres etapas del desarrollo de los linfocitos Ta~ desde sus precursoresy como seseleccionan los linfocicos que expresan TCRal3 uriles. Los linfocitos Tyo constiruyen una poblacion, en general. minoritaria de los linfocitos T en sangre periferica, cuyo proceso de diferenciacion no se conoce con exactitud, ....

Los precursores de los linfocitos T provienen de la rnedulaosea pero maduran en el timo Los linfocitos T cooperadores 0 citoliticos que podemos encontrar en la sangre 0 en los tejidos, provienen de la rnedula osea, pero maduran en el timo. En este organa los linfocitos Ta~ generan el repertorio de TCRsdiferentes, aprenden a reconocer los peptidos presentados por las molecules de histocompatibilidad propias y a tolerar sus tejidos. AI final de este proceso rnenos del 5% de los

•

~

1-

timocitos que se producen en el time sobreviven y se convierten en linfocitos T maduros y funcionales.

La interaccien de los timocitos con otras celulas del timo es crucial para su diferenciacion Las celulas epiteliales timicas, las celulas dendriticas

y los macrofagos (colectivamente celulas estromales) son los principales responsables de la «educaci6n» de los

102

fNMVNOLOGI'A. Biologia y patologfa del sistema inmunitario

timocitos para reconocer antgenos en el contexto del MHC propio. Para ello expresan en su superficie molecules de histocompatibilidad de clase I y de clase II, multiples moleculas accesorias y, edemas, producen un amplio espectro de citocinas con las que interaccionan los timocitos. Una de estas molecules accesoriasHamadaTAPA(0 CDSl ), por ejemplo, es crucial para el desarrollo de los linfocitos Ta~. Los timocitos utiles van a recibir senales de actvacion a traves de su recien estrenado complejo TCR/CD3, de sus molecules accesoriasy de sus receptores de citocinas, 10 que perrnitira su selecci6n, como luego veremos. Los precursores de los linfocitos T tienen que reordenar los genes del TeR para ensamblar molecules funcionales La mayor parte de los timocitos han nacido de la proliferaci6n de unos pocos precursores que provienen de la rnedula 6sea y alcanzan el timo por su corteza (Fig. 2-5). A 10 largo de su diferenciaci6n y seleccion, los timocitos cambian mucho su aspecto externo (fenotipo) y tarnbien sus funciones. Los timocitos mas inmaduros carecen de TCR,CD4 y CDS (Fig. 11-1). Esta sub-

MEDULA6sEA

poblacion es minoritaria « 5% de los timocitos), pero se divide muy rapidarnente y contiene a los precursores que estan recombinando los diferentes segmentos genicos que forman las cadenas del TCR (a~ 0 yo) tratando de ensamblar una molecule funcional en su membrana (vease capitulo 7). Durante un corto periodo de su desarrollo, los timocitos CD4- COS- expresan un tipo de TCR, denominado pre-TCR porque precede al receptor a~ definitivo. EI pre-TCR contiene una cadena TCR~ reordenada asociada a C03 y a una protelna invariante que suple a TCRo.y se llama pre-To. Como el pre-BCR (vease capitulo 7), el pre-TCR informa al timocito de que ha reordenado con exito TCR~ y, por 10 tanto, detiene dichos reordenamientos, expande a ese timocito e inicia el reordenamiento de TCRo.que, una vez logrado, desplazara a pre-To.y terminara con todo reordenamiento para garantizar la exclusion alelica (un unico TCR en cada linfocito T). Cuando consiguen ensamblar el receptor a~ (y no todos 10 hacen), los timocitos expresan, edemas, CD4 y COS sirnultaneernente. Esta subpoblaci6n es mayoritaria (hasta el SO% de los timocitos). Los timocitos yo, en cambio, no expresan generalmente C04 ni CDS.

TIMO

l

pre-

Precursor ~

r C04COB· TCR·

Linfocito Th CD4+ CDS· TCRa~

CD4· CDS· pre·TCR

Linfocito CD4· CDS·

Tyo

TCRyb

Figura 11-1. Diferenciaci6n y camhios fen()L{picosde los linfociws T durante SI{ proceso de maduraci6n en ellimo. Cambios en /a ex/)resi6n de las TlIolecHlasde sHperficie TCH, CD3, CD4 y CD8/JCl1nicen distingt~i)"diferenres estadios de maduraci6n de los linfociLOSTen el rima. En Hna primera [ose los timocitos 110 exlmsan el complejo TCR/CD3 ni los correceprores CD4 y COB ttimociio: dobles neRwivos). En eLsi[,ruienteesradiode diferenciaci6n se inicia eLreordenamiento de los genes del TCR un IJorcemaje minoritario de los cirnociws reordencn los ~enes que danlugar al TCRyo. La mayor(a de los cimociros reordenan/a cadena ~ del TCR que se c!Socia a una cadena prelimina)" denominada pre- To. consueuyendo eL pre- TCR que se expres« en la superficie clel rimociw asociado a CD3. Posrenormenre se reordena /a cadena 0. dando Iligar al TCRaB definiri'IJoy los rimocitos cambian su fenori{>oexpresando en SI4 superficie las moleculas CD4 y COB (rimociws dobles j>Osirivos).Los nrnocuos dobles {JOsicivosse encuentran en condiciones de interaccionaT conlJeptidos IJTesentadospor las moleculas del MHC e inicilln los procesos de selecci6n ((mica que daran lu~ar a su madul"aci6n bacia linfociros T CD4+ (cool)eradores) 0 linfocitos T CDB+ (ci(o/{ricos). I

11. LA GENERACI6N DEL REPERTORlO RESTRJNGIDO DE LOS LlNFOCITOS T

TCRaf3/C03 y los correceptores C04 0 C08. S610los timocitos que se unan a las molecules MHC y reciban las seneles de las molecules accesorias sobrevivirsn. Los timocitos que no son capaces de reconocer las molecules de histocompatibilidad propias sufriran un proceso de apoptosis. Adernas, la seleccion posit iva determinara el futuro linaje de los linfocitos T. En este momenta los timocitos expresan C04 y C08 sirnultanearnente en su membrana, edemas del complejo TCRaf3/C03. EI TCRa~ recien reordenado puede tener afinidad por peptidos presentados por las molecules MHC de clase I 0 clase II. Los timocitos cuyo TCRtiene afinidad por complejos peptido/MHC de dase I dejan de expresar C04 y conservan CD8 (se convertiran en linfocitos T citolfticos), y los timocitos con afinidad por complejos peptido/MhC de clase II dejan de expresar C08 y conservan CD4 (se convertiran en linfocitos T cooperadores). No esta dare si los timocitos dejan de expresar C04 0 C08 por decision propia (al azar) 0 instruidos por las celulas estromales de acuerdo con la especificidad de su TCRal3.Por ultimo, debido a que cada individuo tiene varias molecules de histocompatibilidad distintas de cada clase (p. ej., HLA-A I, -B7, -OR3, etc.), cada uno de los linajes citados puede dividirse, a su vez, en sublinajes con TCRa~ restringidos para cada molecule de histocompatibilidad.

La selecci6n positiva rescata a los timocitos corticales cuyo TCRa~ reconoce antigenos restringidos por las molecules de histocompatibilidad propias Una vez que cada timocito ha reordenado su TCRa~/CD3, la especificidad de su TCRya no se puede cambiar. Sin embargo, debido a que el TCR se genera por azar, es posible que los timocitos sean incapaces de reconocer las molecules MHC propias que Ie presentan peptidos. Adernas, hay que tener en cuenta que estas molecules son muy polim6rficas (vease capitulo 8) y, por 10tanto, varian de un individuo a otro. Por ello, entre todos los TCRa~ posibles (el repertorio posible: unas 1015 especificidades distintas), es necesario seleccionar los que sirvan en ese individuo en particular (repertorio util 0 restringido: unas 25 x 106 especificidades distintas). Esta selecci6n es la que se denomina positiva, porque persigue rescatar los timocitos utiles (Fig. 11-2). Se cree que, en realidad, todos los timocitos estan programados para morir y 5610los que reciben ciertas senates son rescatados (menos del 5%). Estas senales provienen de las celulas epiteliales de la corteza del timo. Estas celulas ofrecen al timocito moleculas accesorias para anclarse y molecules de histocompatibilidad de clase I y II con peptidos propios en su sene para que el timocito las sondee con su

-

TIMO

MEDULAOSEA

CORTEZA

103

~====

MEDULA

~...

~

I

No

No

> II-

Sf

No Linfocito T maduro

Sf

Sf

Diferenciaci6n )' selecci6n posiriva )' negao{1(!de los linfociws T af3. SOlolos omociws con un TCRa~ capaz de unirse a il.JsmolecuLasMHC pteseraes en il.Jsce/uLasepitelialesson seleccionados posicivamenre en Ia correza Iimica. Los rimociws tuaorreaccioos que reconocen /J¬ ptUlos propios presenrados por las moleculas del MHC expresat.iasen Ia super/be de celuil.Jspresenradoras (macr6fagos o celuil.Jsdendr(ticas) son eliminados ell Ia medula riinica (selecci6n negao\.\:l). De esre modo, sOlomaduran )' salen a Ia sangre perifrnca aquellos linfociws T capaces de reconocer peptUlosextraiios presentados por las moleculas del MHC propio. Figura 11-2.

104

INMUNOLOGiA. Biologla y patologla del sistema inmunitario

La seleccion negativa elimina a los timocitos medulares autorreactivos . ~ntre los timocitos rescatados por la selecci6n positiva eXlstlra~ algunos con una gran afinidad por los peptidos p~ovenlentes de protefnas propias (albumina, hernoglobina, histonas, etc.). Obviamente no puede tolerarse que estos timocitos se desarrollen, porque son daninos. Esto es 10que hace la selecci6n negativa: eliminar los timocitos autorreactivos. La selecci6n negativa se produce en la medula timica y en este proceso intervienen las celulas presentadoras de antfgeno (macr6fagos, celulas den?rftlcas y celulas epiteliales timicas) de la medula del nrno, que presentan peptidos propios en sus moleculas de histocompatibilidad. EI resultado de la selecci6n negativa es una poblaci6n de timocitos o.p maduros utiles, capaces de reconocer peptidos extranos presentados ~or n:oleculas de histocompatibilidad propias. Estos nrnootos abandonaran el timo en forma de linfocitos T maduros virgenes que pasaran su vida recirculando entre la sangre y los 6rganos linfoides en busca del peptide para el que son espedficos. Los macr6fagos y las celulas dendrlticas son las celules encargadas de presentar anttgenos a los linfocitos T en los 6rganos linfoides secundarios. Debido a que los timocitos que reconocieron con alta afinidad complejos peptido/MHC fueron elimi~ado~ en el time (selecci6n negative), el repertorio de lintocitos T vfrgenes generando 5610 podra reaccionar con alta afinidad y convertirse en celolas efectoras frente a peptidos extranos no presentes en el timo (por ejemplo, frente a un agente infeccioso). Como se puede observar, el mecanismo que tiene lugar para la selecci6n positiva y negativa es el mismo, aunque sus consecuencias son diametralmente opuestas. LD6nde esta la diferencia? Para muchos autores es la mayor 0 menor afinidad del TCR(,,Lr~por su ligando 10que ~eCld~ el resc~te 0 muerte del timocito (Fig. 11-2). Los nmootos que tienen una afinidad muy baja por los com-

plejos peptido/MHC no son rescatados durante la selecci.6n positiva por no existir ligandos para ellos en el tirno. Sin embargo, aquellos que tienen una afinidad muy alta (por reconocer peptidos propios) son seleccionados negativamente y mueren par apoptosis 0 muerte celular programada. ~~r 10tanto, 5610sobreviviran aquellos que trenen una afinidad media pues son capaces de reconocer peptid.os presentados par el MHC propio y no son autorreacnvos. Entre ellos existen timocitos con TCRo.~ capaces de reconocer peptidos extranos. Se calcula que al menos 1 de cada 1.000 a 10.000 linfocitos T adultos reconocen un peptide extrano cualquiera determinado. No se conocen aun con precisi6n los mecanismos selectivos que operan en los timocitos y6 pero quiza sean similares a los descritos para los (1.~, a~nque desde luego su selecci6n es independiente del MHC.

CORRELACION CLfNICA Slndrome de Di George La imporrancia del rimo en eI desarrollo de los Iinfoci tOST se pone de rnanificsto en cl slnd rome de Di George ell humanos y en los ratoncs nude 0 dcsnudos (dcnorninados asl por 1:1auscncia de pclo), en los que cxistc un dcfccto en eI desarrollo del tirno y como consecucncia no se produccn linfocitos T rnaduros. Alorreacrividad

de los linfocitos T

Las rnoleculas del MHC se idenrificaron por su participaci6n en cI rcchazo de tejidos cxrranos. En csras situacciones, los linfociros T reaccionan frenre a molecules del M H C proccdcntcs de otro individuo de la misma cspecic pero

gcnctic:\mencc distinto (alogenico) quc :lctU:1I1 como andgenos y dcscncadenan 1:\rcspuesca inmunol6gica que conduce al rcchazo del aloinjcrto.

11. LA GENERACION DEL REPERTORIO RESTRINGIDO DE LOS UNFOCITOS T

105

RESUMEN Los Iinfocitos T reciben ese nombre porque maduran en el timo a partir de un precursor generado en la rnedula osea. Su paso por el timo es necesario para garantizar que sean capacesde responder a los anrigenos excrarios, pero resperando los propios, presenrados ambos en las rnoleculas de hisrocornpatibilidad presencesen las celulas de cada individuo. Durante su paso por el timo, los Iinfocitos T en desarrollo 0 timocitos experimenran profundos cambios fenoripicos e interaccionan activameme con las celulasdel estroma timico, Como resultado de estas interacciones, la mayor parte de los timocitos mueren por carecer de un TCRu(3 uti! o por poseer un TCRu(3 autorreactivo. Una pequeiia parte de los timocitos sobreviven por cumplir los requisitos indicados anteriormente, E1repertorio de celulas que se genera a partir de los precusores que ingresan en el timo contiene rimocitos coo TCRu(3 cuya afinidad por los complejos peptido/Ml-IC existencesen las celulas presenradoras de andgenos del timo es baja, media 0 alta. Los primeros rnueren en el rimo por falra de seleccion al no ser Milespara el huesped, Los rimo-

citos con afinidad media y alta son rescaradosen la corteza timica por seleccion posiriva: entre ellos estan los precursores de Iinfociros Tu(3 que, en el futuro, seran capaces de reconocer pepridos extrafios presemados por las rnoleculas de histocompatibilidad propias. Pero, para que se rcspeten los tejidos y moleculas del huesped, es necesario eliminar los timocitos con alta afinidad (autorreactivos], algo que ocurre eo la medula dmica y se denomina seleccion oegativa. Tanto la seleccion positiva (que garantiza la restriccion] como la negativa (que garantiza la autotolerancia) se Bevan a cabo mediante senales generadas por las moleculas de histocompatibilidad de las celulas del estrorna tirnico (epitelio y celulas presenradoras, respecrivamenre) y recibidas por el timociro a craves del TCRu(3 y los correceptores CD4 0 CD8. Por 10 tanto, el repertorio final de Iinfocitos Tu(3 es el resulrado de los procesos de seleccion que rienen lugar en el timo para garantizar que solo maduren aquelios timocitos con capacidad de reconocer peptidos extrafios resrringidos por el MHC propio.

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I

La generacion de linfocitos T efectores

CAPiTULO

121

INTRODUCCION Los linfocitos T pueden enconrrarse en la sangre en rres esrados funcionales distintos: linfociros T virgenes, linfocitos T memoria y linfocitos T efecrores. Los linfociros T vlrgenes son aquellas celulas que todavia no han estado en contacto con eI anrigeno desde que salieron del timo; los linfocitos T memoria son aquellos que han esrado en conracro con el andgeno al menos una vez, pero que han vuelro posteriormente al estado de reposo 0 inactivacion (resting) preparados para responder de nuevo al andgeno frenre al que se estimularon. Cuando se pone en marcha la respuesra irununiraria especifica, estos linfociros T virgenes y de memoria se activan, dando lugar al cabo de varios dias a los linfocitos T efecrores con capacidad para eliminar parogenos. Los linfociros T efecrores, se caracterizan fenotipicamente por tener determinados marcadores de activacion y, funcionalmenre, por ser las celulas que llevan a cabo las funciones Tsdependientes de la respuesra inmuniraria espedfica.

I'

La activacion de los linfocitos T se inicia en los organos linfoides secundarios. En estos organ os, los anrigenos son procesados y presentados por las rnoleculas delMHC en las celulas presenradoras. Los linfocitos T CD4 reconocen peptidos presentados en las rnoleculas del MHC clase n y los linfocitos T CD8 reconocen peptidos presentados en las moleculas del MH C clase 1. Para la adecuada activacion de los linfociros T se requieren, adernas de las sefiales mediadas por el complejo TCRlCD3, otras sefiales mediadas por rnoleculas coestimuladoras y/o citocinas. Una vez acrivados, los linfocitos T CD4 se convertiran en linfocitos T cooperadores (Th) producrores de citocinas y los linfociros T CD8 en cirotoxicos (Tc). A partir de esra esrirnulacion los linfociros Th efecteres comienzan a coordinar la respuesta de anticuerpos de los linfociros B, 0 bien inducen la estimulacion de macrofagos 0 de linfociros Tc. Estos, por su parte, se encargaran de la elirninacion de parogenos intracelulares por cirolisis. -_.

Los linfocitos T se activan en los 6rganos linfoides secundarios

Como hemos visto en el capitulo 11, los precursores de los linfocitos T provienen de la rnedula 6sea pero maduran en el timo. Del time sale un repertorio casi ilimitado de linfocitos T virgenes, cooperadores 0 citoliticos, cada uno de los cuales expresa un TCR diferente. Para favorecer que este amplio repertorio de linfocitos T pueda entrar en contacto con cualquier antigeno extrafio que penetre en el organismo, los linfocitos T virgenes van a recircular por los organos linfoides secundarios,

._---

en cada uno de los' cuales se van a concentrar los antigenos de una determinada zona del organismo (vease capitulo 2). Cuando en los organos linfoides secundarios un linfocito T virgen se encuentre un antigeno especifico presentado por una celula presentadora se va a activar y va a sufrir una expansion clonal para generar un nurnero suficiente de linfocitos T espedficos para ese antigeno. Por ultimo, estos linfocitos expandidos se van a diferenciar a linfocitos T efectores que van a destruir a los patogenos 0 las celulas infectadas. Los linfocitos Th2 efectores, especializados en eliminar pat6genos extracelulares,van a permanecer en los organos linfoides

108 lNMUNOLOGfA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

donde van a cooperar con los linfocitos B en la producci6n de anticuerpos. Los linfocitos Th 1 Y Tc, especializados en eliminar pat6genos intracelulares, migran a los sitios de infecci6n, don de van a participar directamente en la eliminaci6n de los pat6genos. Los linfocitos T activados tarnbien se van a diferenciar a linfocitos T de memoria que nos protegeran de infecciones futuras por ese mismo microorganismo. Una vez activados. los linfocitos su fenotipo y sus requerimientos

T modifican funcionales

Cuando un linfocito T se une a una celole presentadora y se produce un reconocimiento efectivo del complejo peptido/Ml-C a traves del receptor dellinfocito T (TCR), se inducen determinadas molecules de membrana que tienen como objetivo el reforzamiento del contacto celular entre ambas celulas y la transmisi6n de las seneles de activaci6n al interior celular (Fig. 12-1). As!, hay un aumento de expresi6n de molecules de adhesi6n como C02 y CO 18 en la membrana del linfocito T, que al unirse a C058 ya C054 respectivamente en la celula presentadora, favorecen el contacto entre ambas celulas, Otras molecules implicadas en estos

Celula presentadora profesional

contactos son COS, C028 0 C043. Adernas del aumento de expresi6n de estos marcadores, los linfocitos T activados comienzan a expresar otras molecules de membrana que los definen como celulas efectoras y los diferencian del resto de los linfocitos T. Entre elias estan C025, que forma parte del receptor de la IL-2; C038, que tarnbien aparece en linfocitos B secretores de anticuerpos; C095L, que mediante su interacci6n con C095 induce la apoptosis en la celula diana; C069, marcador de activaci6n temprana, y la molecule coestimuladora C026. Adernas de la serial de activaci6n generada par el contacto TCR-complejo peptido/Ml+C, los linfocitos T necesitan recibir senales adicionales de activaci6n, basadas fundamentalmente en la uni6n de las molecules C080 (tarnbien Hamada B7-1) 0 C086 (tarnbien llamada B7-2) con la molecule C028 del linfocito T. La senal coestimuladora a traves de C028 es mas necesaria en las celulas virgenes que en las de memoria, y tiene gran importancia en los procesos de tolerancia (vease capitulo 20). La activaci6n del linfocito T a traves del TCRy C028 induce un incremento en la expresi6n de otra molecule en la membrana, CTLA-4, que compite con C028 por la uni6n a C080 0 C086 y transmite senates de inhibici6n para extinguir la respuesta del linfocito T. Junto con los contactos entre molecules de membrana, en el proceso de activaci6n participan toda una serie de citocinas. Los linfocitos T efectores sintetizan IL-2 en el primer momento de la activaci6n; la autoestimulaci6n por IL-2, unida a la estimulaci6n mediada por otras citocinas secretadas por las celulas presentadoras, provocan el inicio de la proliferaci6n celular y la diferenciaci6n del cion seleccionado hacia linfocitos T efectores. Los linfocitos cooperadores (Th) se pueden diferenciar a Th1. Th2 0 Th17

Los linfocitos T C04 poseen una gran plasticidad en

10 relativo a su potencial de diferenciaci6n. Trasel reco-

CD18

Figura 12-1. Principales rnoleculas de contacto de los linfocicos T. En el proceso de reconocimiento ejecuvo del cO'mplejO' peptidO'/MHC, esros coneccros uuevceluioses aumentaran (al sintetizarse mas mO'leculasde membrana) prO't/O'candola transmisi6n de sefiales adiciO'nales de activaci6n (a inhibici6n) al incerior celular.

nocimiento del antigeno pueden convertirse en distintos tipos de celulas efectoras que participan en variadas respuestas inmunitarias, tanto protectoras como patol6gicas. Este proceso de diferenciaci6n es de naturaleza compleja y depende de forma crftica de las senales iniciadas por el TCR y posteriormente de la abundancia relativa de ciertas citocinas en el entorno celular. De esta forma, los linfocitos T C04 efectores pueden dividirse, atendiendo a la funci6n que realicen y al patr6n de citocinas que sintetizan, en linfocitos Th 1 (activadoras de macr6fagos y linfocitos Tc), linfocitos Th2 (activadoras de linfocitos B y eosin6filos), 0 linfocitos Th 17 (activadoras de neutr6filos). EI primer encuentro dellinfocito T cooperador con el pat6geno determiners el perfil de citocinas que sera secretado y estas citocinas estimularan 0 inhibiran las funciones biol6gicas de otras celoles durante la respuesta inmunol6gica.

12. LA GENERACION DE LlNFOCITOS T EFECTORES

Tras el reconocimiento antigenico, ellinfocito T CD4 activado pasara por un estado intermedio de diferenciacion lIamado ThO. EI desarrollo de una respuesta Th 1, Th2 0 Th 17 depende de las senales que reciba la linfocito ThO en el momento del reconocimiento antigenico, Las citocinas presentes en el ambiente, la naturaleza del patogeno y la dosis de antigeno contribuyen a la diferenciacion hacia Th 1, Th2 0 Th 17. En respuesta a patogenos intracelulares, los macrofagos adivados y celulas dendrlticas producen IL-12, una citocina fundamental en el desarrollo de linfocitos Th 1. EIIFN-y producido por los linfocitos NK y linfocitos T tarnbien induce un aumento de la produccion de IL-12 por los rnacrofagos y celulas dendriticas. Por el contrario, la IL-4 (producida por algunas subpoblaciones de linfocitos T) induce la diferenciacion hacia Th2. Normalmente, los patogenos intracelulares estimulan la diferenciacion hacia Th 1, mientras que los extracelulares hacia Th2 (Fig. 12-2). Por otro lado, la cornbinacion de IL-6, TGF-~ e IL-23, una citocina de la familia de IL-12 producida por las celu-

RESPUESTA Th1

109

las dendrfticas, promueve la diferenciacion hacia ellinaje Th 17. La accion de estas citocinas inductoras resulta en la adivacion de factores de transoipcion especificos para cada linaje Th (T-bet para ellinaje Th 1, GATA-3 para el linaje Th2, y RORyt en los linfocitos Th 17) que actuan como controladores «maestros» del proceso de diferenciacion y determinan las propiedades caraderisticas de cada linaje Th, a la vez que inhiben la polarizacion hacia linajes alternativos (Fig. 12-3). Las respuestas de tipo Th 1 parecen desencadenarse, preferentemente, frente a antigenos intracelulares (virus, bacterias); estas respuestas se caracterizan por la alta produccion de IL-2 e IFN-y. Ademas, elIFN-y induce en los linfocitos B el cambio de isotipo y la produccion de anticuerpos opsonizantes (lgG 1 e IgG3), como se vera en el capitulo 13. Los linfocitos Th2 estan especializados en la activadon de linfocitos B para la secrecion de anticuerpos con produccion mayoritaria de IgG4 (muy util para neutralizer virus) e IgE que promueve la desgranulacion de rnasto-

RESPUESTA Th2

j-III IlrL~?

Macr6fago aclivado

..

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Diferenclaci6n yactivaci6n

Figura 12-2. Coiaaetisticas de las respuesws inmunolOgicas mediadas par los linfocitos Thl y Th2. Los linfociws Thl favorecen la eliminaci6n de pat6genos intracelulores), son activadores de La respuesta inmunitaria celufar mediante ia producci6n de IFN-y que potencia fa capacidad microbicida de los macr6fagos )' tambien acriva a los linfociros NK y a los lmfociros T CDB. Los linfocitos Til2 producen lL--4 y participan en La activaci6n de los linfociros B favoreciendo el desarrollo de una respuesta inmunicaria humoral. Ademas, mediante La secreci6n de IL-5 activan a los eosin6filos. Los linfociros Th2 estdn especializados en la eliminaci6n de pat6genos exiracelulases (por ejemplo ilelminros). I

110 INMUNOLOGTA. Biologia y patol.ogiadel sistema inmunitario

TIMO

I

IFN-y ---

IL·4 "

/TGF'[3

7

'IL.10

~ 6

/IL.17

IL·17F

IL·S

'IL.22

IL.13/ IL.23/

Re/>resencaci6nesquematica de leIdiJerenciaci6n de las sub/>oblacianesde linfocitos T CD4: /)anel de citocinas secretadas, Jactores de cransC1'ipci6n caracwr(sricos y t>rincipales cirocin(L~impLicadas ell su cliferenciaci6n. Figura 12-3.

citos (implicados en las reacciones alergicas) yeosin6filos (Iiberan mediadores que destruyen parasitos). Los linfocitos Th2 secretan principalmente IL-4, IL-S, IL-10 e IL-13, y la respuesta parece estar especializada en la defensa frente a pat6genos extracelulares (Fig. 12-2). Los linfocitos Th 17 producen las citocinas pro-irflarnatorias IL-17 (IL-17A), IL-17F e IL-22 (Fig. 12-3). Estascitecinas inducen la liberaci6n de mediadores inflamatorios y quimiocinas por macr6fagos, fibroblastos y celulas endoteliales y epiteliales, con el consecuente reclutamiento de neutr6filos durante las respuestas inmunitarias dirigidas contra bacterias extracelulares y hongos. Por otro lade, las citocinas Th 17 parecen desemper"lar un papel importante en el crecimiento, diferenciaci6n e integridad de la uni6n de las celoles de las superficies endoteliales y epiteliales. Los linfocitos T efectores son controlados par linfocitos T reguladores (Treg) Existe un tipo de linfocitos T denominados «reguladores» (Treg), con capacidad de inhibir la proliferaci6n y funci6n efectora de diversos linfocitos T principalmente a traves de la secreci6n de las citocinas inmunosupresoras IL-lO y TGF-~. Algunos linfocitos Treg provienen

directamente del timo (Treg naturales). Otros se generan a partir de los linfocitos T CD4 vlrgenes tras el reconocimiento del antigeno en presencia de TGF-~ (Treg inducibles) (Fig. 12-3). Los linfocitos Treg se caracterizan por la expresi6n en la superficie celular de CD4 y CD2S. Adernas, expresan de forma especifica el factor de transcripci6n FoxP3, el cual actus como controlador maestro de su desarrollo y funci6n. Los linfocitos T citoliticos pueden activarse de varias maneras La gran mayorfa de los linfocitos T CD8 que se diferencian a celulas efectoras cumplen una funci6n citolitica, eliminando celulas que se encuentran infectadas por patogenes intracelulares (sobre todo virus) y celolas tumorales. La activaci6n de los linfocitos T CD8 requiere, en general, una mayor coestimulaci6n que los linfocitos T CD4, quiza porque son potencialmente mas peligrosos. Dicha coestimulaci6n puede ocurrir de tres formas distintas (Fig. 12-4): 1. Los linfocitos Tc pueden ser directamente activedos por celulas presentadoras de antfgeno (por

12. LA GENERACION DE LINFOCITOS T EFECTORES

A

111

B

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I

Figura 12-4. Mecanismosde coestimulacum necesarios para Ia activaci6n de los linfocitos Tc. A. Ellinfocito Tcesdirectamente activado por una celula presentodora de ant(genos (APC. antigen presenting cell) con alta capacidad coestimuladora, B. La interaeei6n con ellinfocito Thl induce moleeulas coestimuladoras en fa APC poterciando su capocidad para aetiVQrallinfocito Te. C. Ellinfoeito Tid sintetiza IL-2 que aetiva allinfocito Te. ejemplo, celulas dendrfticas) con altos niveles de molecules coestimuladoras (fundamental mente CD80), induciendo la slntesis de IL-2 y su funcion citolltica sobre esa y otras celulas infectadas por el mismo virus. 2. Cuando la coestirnulacion es debil, los linfocitos Tc necesitan la presencia y colaboradon de los linfocitos Th 1, que deben reconocer antigenos del mismo patogeno. La union allinfocito Th 1 puede inducir un incremento en la actividad coestirnuladora de la celula presentadora, siendo capaz de activar allinfocito Tc, como en el caso anterior. 3. 0 bien, el linfocito Th 1 activado por la celula presentadora puede sintetizar IL-2, que es capaz de inducir la diferenciacion dellinfocito Tc efector. EI complejo TCR/CD3 y las molecules accesorias dirigen y localizan la actividad de los linfocitos T efectores Los linfocitos T efectores necesitan ejercer su funcion unicarnente sobre las celulas diana, sin afedar al resto de

celolas del entorno (Fig. 12-4). Por ejemplo, si un linfocito Tc efector secreta al medio las perforinas sin una direcdon concreta, ademas de eliminar las celulas infectadas con virus, podria daiiar otros tejidos no infectados del propio organismo. La union del receptor dellinfocito T al complejo peptido/MHC de la celula que 10presenta no s610incrementa la intensidad con la que ellinfocito T se une a la diana, sino que tarnbien polariza la celula efectora para dirigir la liberacion de las molecules efectoras (citocinas, perforinas y granzimas) en la zona de contacto intercelular o sinapsis inmunol6gica (Fig. 12-1). La asocadon de moleculas de membrana en la zona de contacto se denomina polarizadon 0 capping, yes crucial para activar y dirigir la funcion de los linfocitos T efectores. Los linfocitos T efectores (CD4 0 CDS) ejercen su funci6n a traves de molecules de membrana y/o liberando moleculas solubles La mayoria de las funciones mejor estudiadas de los linfocitos T efectores (CD4 0 CD8) son ejecutadas por molecules solubles cuya secrecion se encuentra estirnu-

112 INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

lada por el reconocimiento especifico del antigeno. Estas molecules se pueden agrupar en dos tipos: citotoxinas, tarnbien lIamadas citolisinas, que son secretadas por los linfocitos Tc, y las citocinas, que son sintetizadas fundamentalmente par los linfocitos Th. Las citotoxinas son secretadas sobre cualquier celula diana en la que el linfocito T CD8 reconozca de forma especffica el complejo peptido/MHC dase I. Las citocinas, en cambio, unicarnente actuan sobre aquellas celulas que posean receptores de citocinas en la membrana. Estas citocinas actean como verdaderas hormonas inmunologicas, transmitiendo las senales de activacion de la celula efectora a las posibles celulas diana. Hay molecules de membrana de los linfocitos T que tambien participan en la elaboracion de la funcion efectora. Los linfocitos Th mediante la union de CD40L a CD40 0 mediante la union de CDS a CD72 transmiten senales allinfocito B que inducen el cambio de isotipo de las inmunoglobulinas 0 la activacion del linfocito B. De igual forma, en los mecanismos de citolisis mediados por los linfocitos Tc cumple una fuocion muy importante

la union del ligando de CD95 (CD95L) a CD95 en la celula diana. Los linfocitos T citoliticos pueden utilizar varios rnetodos de lisis Todos los virus y algunas bacterias, hongos y protozoos proliferan en el citoplasma de las celulas que infectan. Una vez dentro, estos patogenos no son accesibles a los anticuerpos, y la unica forma de elirninarlos es mediante la destruccion de la celula infectada. Los linfocitos Tc efectores que se han activado en los organos linfoides secundarios van a los tejidos infectados, donde son los principales encargados de realizar esta funcion de elirninacion de patogenos intracelulares, lIamada citolisis mediada por linfocitos T, para diferenciarla de la citolisisque tarnbien ejercen los linfocitos NK, que participan en la respuesta inmunitaria innata (vease capitulo 14). Cuando una celula se encuentra infectada par pategenos intracelulares (virus, protozoo 0 bacteria) se inician los mecanismos de procesamiento y presentaci6n de

A

1

~

~~------------~

V

APOPTOSIS Y MUERTE Formaci6n de poros en la membrana mediados por las perforinas y apoptosis mediada por granzimas

Figura 12-5. Mecanismos de /isis celu/ar mediacla por los linfociws Tc. A. /nducci6n de rnuerte celu/ar /n'ogramadaa traves de CD95. B. Secreci6n de perforinas que producen pores en la membrana de fa cllula diana y granzimas que inducen la aJ)()pwsis de /a celu/a diana. Esros mecanismos de ciwcoxicidad son compartidos con los /infociLOsNK, aunque estas se activan por orras

v(as.

12. LA GENERACr6N DE LINFOCITOS T EFECTORES

antigenos en la superficie de la celula infectada. En este proceso, los peptidos, que se derivan de los antigenos, son presentados por las molecules del MHC clase I formando el complejo peptide extrano/MHC clase I. Los linfocitos Tc, mediante el reconocimiento espedfico por el TCR de estos complejos peptide extrano/MHC I, son capaces de distinguir aquellas celulas que se encuentran infectadas del resto de celulas vecinas sanas. Una vez que ellinfocito ha identificado y se ha unido a la celula diana, polariza tanto las molecules de membrana (el TCR y el resto de molecules accesorias que intervienen en la interaccion) como los facto res solubles implicados en la destruccion de la celula infectada (citolisinas, citocinas), en la zona de reconocimiento de antigeno, aumentando de este modo la precision de la lisis celular. La polarizacion en un punto de la membrana de las molecules implicadas en el reconocimiento de la celula diana genera una serial de activacion intracelular en ellinfocito Tc, que causa el reclutamiento a esa zona de los granules cargados con las sustancias implicadas en la lisis celular, que seran liberados al espacio de reconocimiento (Ia lIamada sinapsis inrnunologica) mediante exocitosis. Ellinfocito Tc tiene dos mecanismos principales de lisis (Fig. 12-5). Por un lado, los linfocitos Tc expresan una proteina denominada C095L, que induce a traves de su intereccion con C095 en la celula diana la activacion del fenorneno conocido como apoptosis 0 muerte celular programada. Este mecanisme se cree que es el responsable de la elirninacion de los linfocitos B anergicos que presentan autoantigenos a los linfocitos Tc (Fig. 13-2). Pero quiza el mecanisme mejor conocido se basa en la secrecion de granules cargados con distintas protetnas que producen la lisis de la celula diana (de ahi el nombre de citolisinas). Entre estas proteinas se encuentra la perforina, que es una proteina que forma poros en la membrana de la celula diana, y tiene una gran similitud con la proteina C9 del complemento. Junto con la perforina, se secretan las granzimas A y B que inducen la apoptosis de la celula diana y diversas citocinas como TNF(3e IFN-y que tarnbien participan en los mecanismos de lisis celular. Por ultimo, cuando ellinfocito Tc ha secretado al medio los componentes implicados en la lisis, se separa de la celula en busca de una nueva diana. Los linfocitos Th1 activan a los macr6fagos y a los linfocitos NK para eliminar patcqencs

113

IFN-y (Fig. 12-2) Y la IL-12. De igual manera, eIIFN-y y la IL-2 activan y expanden a los linfocitos NK, cuya actividad citolitica natural frente a celulas infectadas con virus se ve asl intensificada. Cuando un linfocito Th 1 reconoce espedficamente peptidos de un patogeno sobre un macrofago infectado que produce IL-12, el linfocito Th 1 sintetiza IFN-y, que a traves de sus correspondientes receptores genera una serie de seriales bioquimicas que convierten a los macrofagos en potentes celulas efectoras. En primer lugar, se produce la fusion de los lisosomas a los fagosomas que contienen las bacterias fagocitadas, potenciandose la actividad de las enzimas lisosornicas. Del mismo modo, los rnacrofagos activados producen radicales de oxigeno y oxide nitrico, con alto poder bactericida, asl como peptidos con funcion antibacteriana (Tabla 2- 1). Tarnbien se potencia la presentacion de antigen os, la fagocitosis y la expresion de receptores para Igs. La gran efectividad de los rnacrotagos en la eliminacion de los diferentes patogenos puede causar danos al organismo, ya que, cuando los macrotagos se encuentran activados, secretan al medio sustancias antimicrobianas originando destrucdon del tejido de la zona infectada. Por esa razon, los linfocitos T necesitan controlar de forma estricta este tipo de respuesta, utilizando para ello la secrecion de citocinas. Asi, el TNF(3es el encargada de eliminar aquellos rnacrotagos que ya no son capaces de destruir patogenos. Otras citocinas producidas por el linfocito Th 1 dirigen la rnigracion de nuevos rnacrofagos al sitio de infeccion. En el caso de que los rnacrofagos no sean capaces, ni siquiera con la ayuda de los linfocitos Th 1, de eliminar total mente los patogenos intracelulares, se puede desarrollar una infeccion cronica con inflarnacion, apareciendo una estructura caracteristica denominada granuloma. Los individuos que carecen del receptor de IFN-y son incapaces de formar granulomas y son victimas de infecciones por micobacterias (vease capitulo 18). EI granuloma esta formado por una acurnulacion de macrofagos infectados, rodeados de linfocitos T efectores (en su mayo ria C04), y su fundon es actuar como pared de contencion para detener el progreso de la infecdon. Esta estructura tarnbien es caracteristica de reacciones de hipersensibilidad tipo IV y de otras inmunodeficiencias (veanse capitulos 18 y 19). Los linfocitos NKT constituyen un nuevo linaje de linfocitos T efectores

intracelulares Hay algunos patogenos intracelulares que se han especializado para resistir dentro de los fagosomas de los rnacrofagos (como las micobacterias). Para eliminar estos patogenos que viven en el interior de los macrofagos y, por 10 tanto, a salvo de la accion de los anticuerpos, es necesaria la participacion de ciertas citocinas secretadas por los linfocitos Th 1, especial mente el

Los linfocitos NKT se distinguen de los linfocitos T convencionales por la expresi6n en la superficie celular de marcadores caracteristicos de los linfocitos NK (de alii su nombre) y complejos TCR con una cadena TCRn invariable. Estos TCRreconocen glicolrpidos presentados por COld, una molecule similar a MHC de clase I, pero rnonornorfica. Tras el reconocimiento del antigeno, los linfocitos NKT adquieren funciones efectoras entre

114 INMUNO.LOGiA..

Biologia y patologia del sistema inrnunitario

las que destacan la secreci6n rapids de grandes cantidades de IFN-y y capacidad citolitica directa. Estas propiedades de los linfocitos NKT parecen ser relevantes en la amplificaci6n de las respuestas inmunitarias innatas en el contexte de la infecci6n y la inmunidad antitumoral.

CORRELACION

CLfNICA

~_. \._~. ~. ..,.;;1·"

La irnportancia de CTLA-4 en la homeostasis de los linfocitos se ha esrudiado en ratones rnodificados geneticamente (knock out) que no expresall CTLA -4. En estes ratones se pro't' duce una proliferaci6n masiva de los linfocitos T que origina linfoadenoparfas, esplcnorncgalia y finalmente la rnuerte a las pocas scrnanas del nacimiento. En la parogenesis de las enferrnedadcs autoinmunes se ha dernosrrado la participaci6n de los linfociros Th 1 Y mas recientemcnte de los linfocitos Th17. Estos linfocitos Th 17 secrcran potentes citocinas pro-inflamarorias como la IL17 Yse han relacionado con el desarrollo de enferrnedades autoi nrnuncs y enfcrrnedadcs inflamatorias cr6nicas.

RESUMEN Los linfocicos T efectores son celulas que han side accivadas a craves de Sll TCR por un andgeno y cuya mision es desarrollar la respllesca inrnunitaria especffica. Una vez activados, los linfocitos T rnodifican tanto su fenoripo como sus caracterlscicas funcionales. Por un lado, aurnentan la expresion de dererrninadas moleculas de membrana al mismo tiempo que comienzan a expresar otras nuevas, quedando codas reunidas en la zona de contacto con la celula presentadora, Esta enviara senales de coescimulacion, mediante conractos CD80CD28 y secrecion de cicocinas, nccesarias para que comiencen a proliferar y a difercnciarsc en linfocitos T efectorcs. Dcpcndiendo de la funcion que realizan y las citocinas qlle sinrerizan, los linfocitos T CD4 efcccores se dividen en linfocitos Th 1 (encargados de coordinar la inrnunidad celular, mediante la slncesis de 1L-2 c IFN-y), linfocitos Th2 (que coordinan la respuesta humoral, sinrecizando IL-4, IL-5, IL-1 0 elL-B) y linfocitos Th 17 (secrecores de IL-17 e IL-22 que regulan la rnovilizacion de los neutrofilos y la inregridad de los epitelios). La funcion principal de los Iinfocitos Th l es acrivar, mediante la secrecion de IFN-y, a los macr6fagos

y a los llnfocitos NK 0 Tc para 13 elirninacion de pategenos inrracelulares, Los linfocitos Tc efecrores, a su vez, cumplen una funci6n de eliminacion de pat6genos inrracelulares mediante la lisis de las celulas infectadas. Para activarse y realizar la funcion cirollcica, ellinfocito Tc nccesira una fuerre scfial coestimuladora, que proviene de la celula que Ie presenta eI andgeno 0 de los linfocitos Th 1. Los linfocicos Tc efecrores utilizan dos mecanisrnos difercnrcs de lisis: a) induccion de muerte celular programada (apoptosis) en las cclulas diana a craves de moleculas de membrana cspecializadas (CD95L1CD95), 0 b) destruccion de la celula mediante la formaci6n de poros en la membrana (perforinas) 0 por la induccion de apoptosis (granzimas). Las Funciones de los linfociros T efectores se desarrollan mediante moleculas de membrana y/o cicocinas, y tienen lugar de mancra focalizada y selectiva sobre las celulas que presentan el andgeno para el que son cspeclficas. De esre modo se garanriza, por ejernplo, que solo se eliminan las celulas infectadas, 0 solo se activan los macrofagos 0 linfocitos B implicados en la defensa frenre a ese andgeno.

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11

I

La generacion de linfocitos B efectores

CAPiTULO 131

INTRODUCCION La respuesta inrnunitaria adaptativa humoral esta mediada por la producci6n de anticuerpos por los linfocitos B. Los ancicuerpos son capaces de neutralizar a andgenos y pat6genos, y ademas favorecen su elirninaci6n mediante la activaci6n de elementos efectores de la respuesta innaca como los fagocicos y d complememo. Los anticuerpos desernpefian un papel fundamental en la eliminaci6n de los pat6genos extracelulares (0 sus andgenos) yen evirar la diseminacion extracelular de los patogenos inrracelulares (por ejemplo, los virus). Para que nuestro sistema inmunitario sea capaz de eliminar cualquier andgeno extrafio, se genera en la rnedula osea un repertorio casi ilimitado de linfocitos B vfrgenes que pasan su vida recirculando entre los

organos linfoides secundarios en busca del antigeno especifico de su receptor (vease capitulo 6). Cuando los linfocitos B reconocen a cravesde su BCR un andgeno exrrafio, se acrivan, proliferan y, por ultimo, se diferencian a celulas plasmaricas producroras de anticuerpos. En d curso de la activacion y proliferacion, la respuesta inmunitaria va rnejorando conrinuarnente ya que los linfocitos B carnbian el isoripo de su inrnunoglobulina (lg) y aurnenran progcesivamenre su afinidad por el andgeno. Como resultado de la respuesta inmunitaria a un parogeno se produce una expansi6n de clones de linfociros B especificos, muchos de los cuales permanececln en nuestro organismo como linfocitos B de memoria que nos proregeran de infecciones futuras por ese mismo microorganismo. ...-

Recanacimientadel antigena par el linfacito B La respuesta inmunitaria humoral comienza con el reconocimiento de un antigeno par un linfocito B especffico a traves de su BCR. Los linfocitos B virgenes, que salen de la medula 6sea, expresan en su superficie IgM e IgD (vease capitulo 6). Existe un repertorio casi ilimitado de estos linfocitos B, cada uno de los cuales expresa Igs que tiene una especificidad antigenica diferente. Para favorecer que este am plio repertorio de linfocitos pueda entrar en contacto con cualquier antigeno extrano que penetre en nuestro organismo, los linfocitos B van a recircular por los 6rganos linfoides secundarios, en cada uno de los cuales se va a concentrar los antfgenos presentes en una determinada zona del organismo (vease capitulo 2). La activaci6n de los linfocitos B solo va a

-

_ _f~

tener lugar en los 6rganos linfoides, porque es el unico sitio donde se van a reunir los linfocitos B, los antigenos y otras celulas accesorias necesarias para su activacion. Los linfocitos B lIegan a los organos linfoides, por ejemplo a los ganglios linfaticos, a traves de la sangre. Los antfgenos "egan a los ganglios linfaticos por los vasos linfaticos aferentes, 0 bien en forma soluble en la linfa que drena el tejido infectado, 0 transportados por las celulas presentadoras que los captan en los tejidos. En los organos linfoides secundarios los linfocitos B se van a activar cuando el antlgeno produzca el entrecruzamiento de su BCR.Como explicarnos en el capitulo 6, la Ig de membrana va a ser la responsable de la interaccion con el antigeno y las proteinas (D7ga y f3 las encargadas de transducir las senates de activacion al nudeo (Fig. 6-1). Sin embargo, la senal que genera el BCR es necesaria, pero para la activaci6n de los linfoci-

116 INMUNOLOG[A. Blologfa y patologla del sistema inmunitario

tos B se requiere frecuentemente de senates coestimuladorasgeneradaspor las molecules accesorias.En particular, el correceptor desernpena un papel muy importante en la activaci6n de los linfocitos B, ya que a traves del receptor CR2 tarnbien se une al antigeno recubierto de complemento (C3b) y coopera con el BCR en la activaci6n de los linfocitos B (vease capftulo 6, Fig. 6-2). Pero incluso la senal del receptor y el correceptor puede ser insuficiente para activar el linfocito B contra ciertos antigenos. Algunos antigenos presentes en la superficie de los microorganismos se caracterizan por epftopos repetidos 0 polirnericos (como polisacandos o protelnas polirnericas). Estosantigenos se denominan Timo- 0 T-independientes porque pueden activar a los linfocitos B sin necesidad de colaboraci6n de los T (Fig. 6-3). Sin embargo, la respuesta de los linfocitos B contra la mayoria de antigenos no polirnericos requiere de senales de activaci6n provenientes de los linfocitos T cooperadores 0 Th (antigenos T-dependientes). Los linfocitos Th colaboran con los linfocitos B en fa produccion de anticuerpos frente a ciertos antigenos

La mayor parte de los antfgenos reconocidos por los linfocitosB son protelnasu otrasmoleculesno polrnericas, Paraproducir una respuestacontra este tipo de antlgenos es necesariosenalesadicionalesque 5610son producidas por un linfocito Th especffico que ha reconocido y se ha activadopor el mismo antigeno. Por 10tanto, los linfocitos B y T deben reconocer el mismo antigeno, aunque no reconocen necesariamente los mismos epftopos. Para que un linfocito Th se active es necesario que una celula presentadora Ie presente peptidos derivados del antigeno a traves de las molecules de MHC de clase II (vease capitulo 12). Los linfocitos B tarnbien

Primera serial de activacion

Endocltosis

desernpenan un papel destacadoen este proceso.Cuando un linfocito B se une al antfgeno a traves de su BCR, edemas de recibir una primera serial de activaci6n, va a internalizar el antfgeno por endocitosis mediada por su receptor, 10que permite su procesamiento en los lisosomas y su presentaci6n al linfocito T a traves de MHC de clase II (Fig. 13-1). Los macr6fagos y celolas dendriticas tambien pueden presentar a los linfocitos Th aquellos antfgenos solubles que pueden reconocer sus receptores, pero dado que el linfocito B se une al antlgeno mediante su Ig espedfica, es capaz de presentar antigenos que estan a concentraciones entre 1001.000 veces mas bajas.Por ello los macr6fagosy celulas dendrfticas5610pueden presentarciertos antlgenosextracelulares eficazmente cuando estan a concentraciones altas,y usualmente son los linfocitos B la principal celula presentadora de antrgenos a los linfocitos Th. Una vez que el linfocito Th se ha activado va a dar la segunda serial de activaci6n allinfocito B (Ia primera serla la que ha recibido a traves del BCR),tanto a traves del contacto directo, como mediante la producci6n de citocinas (Fig. 13-1). Por un lado, se induce la expresi6n de CD40L (CD 154) en la superficie dellinfocito T, que interacnia con CD40 en ellinfocito B, induciendo su proliferaci6n. Adernas, para que los linfocitos B se diferencien a celulas plesrnaticas resulta esencial la secreci6n de citocinas (IL-4, IL-5) que se unen a receptores en la superficie del linfocito B. Si la interacci6n con ellinfocito T no se produce, ellinfocito B que ha reconocido el antfgeno no logra diferenciarsea celula plasmatica,sino que se transforman en linfocitos B anergicos, es decir, linfocitos B que pierden su capacidad de responder al antfgeno (vease capitulo 20). La necesidad de colaboraci6n con ellinfocito T tiene un papel clave en asegurarla tolerancia de los linfocitos B a los antlgenos propios. Como

Presentaci6n antigenica

Segunda serial de activaci6n

C~ocInas

Figura 13,1. La activaci6n de los IinfocitOs Ben resplIesta a los ant(genos T,dependientes requiere la colaboraci6n dellinfociw Th2. La IIni6n del BCR al ant(geno Ie da allinfocito B la primera senal de activaci6n. En el casa de los anogenas T,dc/Jcndiences los linfocitos B deben rccibir una segt~nda senal de un linfociw Th2 eS/Jccfjico del mismo cmt(geno. Para acrivar allinfociw Th2. ellinfociw B debe caprar et ant(geno (por endocitosis mediada por su receptor), pracesarlo y presencarselo a craves de moUrulas MHC de clase II. Ellinfociw Th2 activado Ie da Ia segunda senai de activaci6n allinfociw B a trav~s del conracto dirccto de las moUculas de membrana CD40/CD40L y mediante citocinas.

J 3. LA GENERACl6N

DE UNFOCITOS

B EFECTORES

117

veremos a continuadon, durante la respuesta inmunitaria los linfocitos B van a sufrir mutaci6n al azar de la region variable de sus Igs, 10 que puede Ilevarie a que reconozca, por ejemplo, antfgenos propios. Sin embargo, un linfocito B mutado no va recibir la segunda senal del linfocito T (que no sufren procesos de rnutacion en su receptor), por 10 que se volvera anergico, Los linfocit05 B activados comienzan a proliferar formando centros germinales Una vez que los linfocitos B activados reciben la segunda senal de activaci6n del linfocito Th se forman pequenos focos de linfocitos B que empiezan a proliferar. Algunos de los linfocitos B que proliferan se desplazan a los cordones medulares de los ganglios y se diferencian de forma precoz a celulas plasrnaticas que secretan IgM. La producci6n temprana de IgM convierte a este isotipo en la Ig mas abundante de la respuesta primaria. EI resto de los linfocitos B emigra a los folkulos primaries donde se van a dividir cada 6 u 8 horas aumentando rapidarnente el nurnero de linfocitos B especificos. Cuando el nornero de celulas que proliferan aumenta mucho (aproximadamente al cabo de una semana), la morfologra del folrculo primario cambia denorrmandose entonces folkulos secundarios, en los que se aprecia una zona central mas densa, formada por unos pocos clones de linfocitos que estan proliferando, que se denomina centros germinales, y una zona periferica menos densa formada por los linfocitos B que no proliferan denominada manto (Fig. 13-2). Los linfocitos B que estan proliferando en el centro germinal cambian notablemente su morfologia distinguiendose facilmente de los linfocitos B en reposo por su gran tarnano. Debido a este cambio morfol6gico, los linfocitos B en este estadio de su maduraci6n se denominan centroblastos. Cuando cesan de proliferar se vuelven otra vez mas pequenos y se denominan centrocitos. Las Ig5 de los linfocitos B sufren mutaciones y son seleccionados por su afinidad

al antigeno Las respuestas mediadas por anticuerpos mejoran en el curso de la respuesta inmunitaria, respecto al primer contacto con antigeno. Este perfeccionamiento de la respuesta humoral se conoce como maduraci6n de la afinidad, y es consecuencia de los procesos de hipermutaci6n sornatica de los genes variables de las Igs y posterior selecci6n de los clones de linfocitos B de mayor atinidad. La hiperrnutacion sornatica tiene lugar durante la proliferaci6n de los centroblastos en los centros germinales y se produce por la activaci6n de una enzima denominada citidinadesaminasa inducida por activad6n (AID), que desamina las citidinas (C) del ADN convirtiendolas en uracilo (U). La reparaci6n de estos errores (emparejamiento U:G) introduce multiples mutaciones

Figura l3·2. Represencaci6n de un centro germInal.

somatcas en la cadena de ADN. La hipermutaci6n somatica afecta exdusivarnente a los genes variables de las Iss ya reordenados -y la posterior selecci6n hace que la mayorla de las mutaciones se concentre a nivel de las regiones hipervariables-, pero no afecta las constantes u otros genes diferentes de las Igs (vease capitulo 7). Una vez que el centroblasto termina de dividirse cambia su morfologia y se denomina centrocito, el cual esta destinado a rnorir por apoptosis a no ser que sea capaz de captar el antfgeno y volver a presentarselo a los linfocitos Th. EI linfocito T entonces 10 va a rescatar y Ie va a permitir seguir proliferando. Consecuentemente, esto va a favorecer la proliferaci6n de aquellos centrocitos cuyas Ig mutadas sean mas afines. En este proceso los linfocitos B son ayudados por unas celulas accesorias presentes en los foliculos linfoides denominadas celulas dendrfticas foliculares. Se lIaman dendriticas por su aspecto estrelIado, pero no deben confundirse con las celulas dendrlticas interdigitadas que presentan antrgenos a los linfocitos T. Estas celulas tienen como funci6n captar los antigenos y presentarselos a los linfocitos B, aunque no como son presentados los antigenos a los linfocitos T (vease cepnulo 9). Simplemente concentran en su superficie aquellos antigenos que estan oposinizados por el complemento 0 por la IgG, uniendose a ellos a traves de los receptores del complemento (CR) 0 FcyR presentes en su superficie (Fig. 13-3). La primers vez que entramas en contacto con el antigeno no hay todavia IgG espedfica, sin embargo, como hemos descrito previamente, algunos linfocitos B activados van a producir de forma precoz IgM en el ganglio linfatico. La uni6n de la IgM soluble al antigeno y la activacion de la via dasica del complemento permiten su captaci6n por la celula dendritica folicular durante la respuesta prima ria. Durante la respuesta

118

INMUNOLOGfA. Biologla y patologla del sistema inmunitario

Celula dendrllica folicular

ceiulas dendr(ticas foliclI/ares presenran los ant{~enos en SII slIl)er[icie. La celula dendr(Lieafolicular expresa en sU{Jerficietecetnotes para el com/)Iemenw (como CR3) y para la regi611 Fe de la /gO que Ie permuen unfrse a los ancigenos o/Jsonizados por el complemenw (fragmelllo C3b) 0 por la /gG. Figu ra 13 -3. Las SII

secundaria tarnbien puede unirse al antlgeno opsonizado por IgC a traves del FcyR.Los centrocitos para sobrevivir deben captar de la superficie de la celula dendrltica folicular el antlgeno a naves de su BCR (y cuanto mas affn sea 10 hare mas eficientemente), endocitarlo y volver a presentarselo allinfocito Th (a traves de MHC de clase II). Ellinfocito T espedfico Ie dara, entonces, la serial de supervivencia a los centrocitos mediante la interacci6n entre CD40L dellinfocito T y CD40 del centrocito, que Ie perrnitira seguir proliferando. Consecuentemente, los linfocitos T tienen un papel esencial, no 5610en la activaci6n de los linfocitos B, sino tarnbien en la selecci6n de los linfocitos B mas afines. Este fen6meno de selecci6n positiva por la afinidad al antfgeno es el responsable de la maduraci6n de la afinidad en el curso de la respuesta inmunitaria. EI cambio de isotipo de los linfocitos B requiere de la cooperaci6n de los linfocitos T Las primeras Igs que expresan en su membrana los linfocitos B virgenes cuando salen de la rnedula 6sea son IgM e IgD. Sin embargo, durante la proliferaci6n de los centroblastos en el centro germinal tarnbien pueden cambiar el isotipo de la cadena pesada y empezar a sintetizar IgC, IgA 0 IgE. EI cambio de isotipo modifica la funci6n efectora de los anticuerpos (Iisis, fagocitosis, inflamaci6n, etc.), aunque mantiene la misma especificidad antigenica, que depende de los segmentos variables VDJ los cuales se han reordenado irreversiblemente durante el desarrollo de los linfocitos B en la rnedula 6sea (vease capitulo 7). De este modo, la regi6n variable reordenada puede ser utilizada por anticuerpos de diferente isotipo en el transcurso de una respuesta inmunitaria. EI cambio de isotipo esta dirigido por la existencia de sitios espedficos de recombinaci6n en los genes constantes de

las cadenas pesadas (Fig. 13-4). Durante el cambio de isotipo se produce la recombinaci6n entre dos de estes sitios, con la consiguiente perdida del ADN contenido entre ellos. La recombinaci6n permite que la transcripci6n pueda realizarse desde la regi6n Vft hasta la regi6n constante de un nuevo isotipo. Los linfocitos B que han sufrido cambio de isotipo pueden volver a cambiar a otro isotipo, perc nunca pod ran, por ejemplo, volver a expresar IgM e IgD, ya que la perdida de ADN es irreversible. Por este motivo, la IgM, que es el isotipo mayoritario al inicio de la respuesta prima ria, va siendo sustituida progresivamente por otros isotipos. Los sitios de recombinaci6n se denominan de switch (5) y se localizan en posici6n 5' de todos los genes C excepto del &, que siempre es coexpresado con ~t por transcripci6n alternativa del ARN. EI cambio de isotipo tiene lugar en los linfocitos B activados por antlgeno y es dependiente de la cooperaci6n de los linfocitos Th (Th 1 Y Th2). EI linfocito Th regula el cambio de isotipo del B mediante contactos directos a traves, nueva mente, de CD40jCD40L y por factores solubles (citocinas). Mientras que los contactos CD40jCD40L son imprescindibles para el cambio a cualquier isotipo, ciertas citocinas favorecen el cambio selectivo a un isotipo concreto, haciendo mas accesibles las regiones S de ese isotipo a las recombinasas (Fig. 13-5). Por 10tanto, los linfocitos Th regulan tanto la producci6n de anticuerpos por los linfocitos B (Th2) como su isotipo (Th 1 y Th2), que determina, en ultima instancia, la funci6n efectora de dicho anticuerpo. Los linfocitos B seleccionados se diferencian a celulas plasmaticas 0 de memoria Una vez que los linfocitos B han proliferado y madurado en los centros germinales van a diferenciarse a

13. LA GENERACI6N DE LINFOCITOS B EFECTORES

119

ADN antes del cambio de isotipo

ADN tras el cambio de isotipo

ARN prima rio para IgE

Traduccion___

A_R_N procesado para Ig~

Figura 13-4. El cambio de isoripo de IgM a 19G, IgA 0 IgE implica a nivel molecular una recombinaci6n sol1Uiricaentre genes constsntes con perdida de ADN. S: regi6n de switch (cambio de isotipo). Una vez hecho el cambio a IgE, )'a no es posible hacerlo a IgO, pero sf at reves . celulas plasrnaticas 0 a linfocitos B de memoria. La diferenciaci6n hacia celula plasrnatica va acornpanada de importantes cam bios fenotipicos. Las celulas plasrnaticas no se dividen, no cambian de isotipo, ni sufren mutaci6n sornatica. Adernas, no expresan en su membrana ni Igs ni MHC de clase II, por 10 que se hacen independientes de los antigenos y de los linfocitos Th. Iarnbien existe un importante cambio en la morfologia de las celulas plasmaticas, con un aumento del reticulo endoplasmatico y el aparato de Golgi, debido a que comienzan a producir una gran cantidad de la forma soluble de su Ig de membrana (que en muchos casos habra cambiado de isotipo y sera IgG, IgA 0 IgE Y habra sufrido la hiper-

mutaci6n sornatica). A diferencia de los linfocitos B, las celulas plasrnaticas comienzan a procesar el ARN de la cadena pesada de forma alternativa, por 10 que dejan de sintetizar la Ig de membrana y empiezan a secretaria al exterior en forma soluble (vease capitulo 7, Fig. 7-4). Debido probablemente a que los 6rganos linfoides secundarios estan muy poco vascularizados, las celulas plasmaticas emigran a la rnedule 6sea donde se produce mas del 90% de todas las Igs. En los estadios iniciales de la respuesta inmunitaria, cuando es necesaria una producci6n rapida de anticuerpos para controlar la infecci6n, la mayor parte de los centrocitos se diferencian a celulas plasmaticas. Cuando

120 IN~UNOLOGiA.

Biologfa y patologia del sistema inmunitario

IFN-y

TGF·~

I

IgE

Figura L3-S. Los linfocitOs Th regttlan el cambio de isotipo a traves de conrecros direccos (CD40ICD40L) y [acuxes soillbies (cirocinas). Las selia/es de membrana vIa CD40 son impresdndibles (Jam eI cambia a cualquier isotipo, Diferentes cicocinas

liheradas 1>01' los IinfocitOsTil favorecen el cambio a un isoci/)()dererminado, la infecci6n ya ha sido controlada, los centrocitos se van a diferenciar a linfocitos B de memoria. Estos linfocitos vuelven a recircular por los 6rganos linfoides y seran los responsables de la respuesta inmunitaria secunda ria. Debido a que la respuesta primaria aumenta el nurnero de los linfocitos B de memoria especificos de un determinado pat6geno (10-100 veces mas) y a que ya han sufrido maduraci6n de la afinidad y cambio de isotipo, la respuesta inmunitaria secundaria sera mucho mas rapida y eficiente, y generalmente capaz de acabar con el pat6geno antes de que produzca sintomatologfa elfruca

EI papel clave de los linfocitos Th en la activaci6n y maduraci6n de los linfocitos B se pone de manifiesto en una inmunodeficiencia congenita denominada slndrome de hiper-lgM en la que ellinfocito Th no expresa CD40L (vease capitulo 18). Estos enfermos 5610producen IgM y no otros isotipos, sus Igs no sufren hipermu-

taci6n sornatica, ni generan centros germinales ni linfocitos B de memoria. Los linfocitos B de memoria son los responsables de la respuesta inmunitaria secundaria La segunda vez 0 sucesivas que entramos en contacto con un microorganismo van a ser los linfocitos B de memoria, y no los virgenes, los encargados de la respuesta. La activaci6n de los linfocitos B virgenes, que no tienen hipermutaci6n sometica ni maduraci6n de la afinidad, serla un gasto inutil, Por ello, la presencia de anticuerpos espedficos contra un determinado antfgeno (10 que implica que ya se ha respondido a el previamente) va a inhibir la activaci6n de los linfocitos B virgenes. Esta inhibici6n se produce a traves del receptor de IgG de los linfocitos B denominado FcyRil (Fig. 13-6). 5i existen

13. LAGENERACI6N

DELINFOCITOS

Respuesta primaria

Respuesta secundaria

(Sin anticuerpos preformados)

(Anticuerpos preformados)

Produccion de anticuerpos por la celula virgen

Inhibicion de la celula virgen

BEFECTORES

121

Produccicn de anticuerpos por las celulas de memoria

Figura 13-6. Inhibici6n de los linfociLoS B v(rgenes /)OT ancicller/)Os prefcmnados. Durante Ia respuesca primaria, los linfocitos B v(rgenes se activan cuando reconocen el anngeno a traves de Sll receptor BeR. Sin embargo, durance la respuesca secllndmia, si exisren anticuerpos IgG preformados, cambien lo reconocerdn mediante su receptor FcyRll. Este correconocimiento tlevara a los linfocitOs de memoria a Ia activaci6n )' a los v(rgenes a la inhibici6n. IgG preformados, los linfocitos B vfrgenes se van a unir sirnultanearnente al antigeno a traves del BCR y del FcyRIl (que se une a la IgG que 10 recubre). La uni6n a traves de ambos receptores indudra la inhibici6n del linfocito B virgen, pero no dellinfocito B de memoria (el que desarrollo originalmente la respuesta), ya que este sf responde al antfgeno. La inhibidon de los linfocitos B virgenes por IgG tiene importantes implicaciones en Medicina. Como explicamos en el capitulo 4, durante el embarazo, la IgG materna confiere inmunidad pasiva al feto y los reden nacidos tienen altos niveles de IgG materna que les protegen durante las primeras semanas de vida. La presencia de IgG materna contra ciertos patogenos es la responsable de que la inmunizaci6n con ciertas vacunas en los primeros meses de vida pueda ser ineficaz. Este es el rnotivo por el que algunas vacunas, como la triple vfrica (que inmuniza contra el sararnpion, rubeola y parotiditis) se incluyan en los calendarios de vacunacion a partir del primer ano de vida. Este mecanismo tarnbien puede explicar el denominado pecado original antigenico, por el que nuestro sistema inmunitario desarrolla anticuerpos exclusivamente contra los antfgenos de la primera cepa del pat6geno que nos infect6. Contra aquelIos patogenos que mutan mucho sus antigenos (como el virus del SIDA 0 de la gripe) el sistema inmunitario va a ser incapaz de producir anticuerpos contra los antigenos de una nueva cepa 0 variante, incluso aunque posea nuevos antigenos mas inrnunogenicos y eficaces, hasta que la nueva cepa no comparta ningun antigeno con la original (y, por 10 tanto, no existen IgG especlficas).

Sin embargo, este fenorneno, que puede limitar la respuesta inmunitaria en algunas ocasiones, puede ser utilizado de forma terapeutica para prevenir algunas respuestas inmunitarias no deseadas. Por ejemplo, las madres Rh- producen, despues del primer embarazo de un feto Rh+, anticuerpos anti-RhoEsto se debe a que durante el parto se rompe la barrera placentaria y los hematies fetales Rh+ entran en contacto con el sistema inmunitario materno. Si se produce un nuevo embarazo de un feto Rh+, las IgG especfficas atravesaran la placenta y causaran la destruccion de los hematies fetales, 10 que se manifiesta como una anemia hemolltica en el recien nacido. Estaenfermedad se previene tratando a la madre Rh- con anticuerpos IgG anti-Rh en cada embarazo, 10 que inadiva a los linfocitos B virgenes y evita la sensibilizaci6n materna. FcyRIltambien inhibe a los mastocitos, 10 cual pod ria explicar el efecto beneficioso de la vacunacion/desensibilizacion con alergenos (Ia induccion de IgG bloquearia via FcyRIl la activaci6n de mastocitos via FCERpor la IgE 0 via FcyRIlIpor la IgG) (vease capitulo 19). La produccion de anticuerpos contra ciertos antigenos no requiere la colaboracion de los linfocitos T Existen antfgenos polirnericos frecuentes en numerosos pat6genos (como lipopolisacaridos, polisacaridos bacterianos 0 proteinas polirnericas) que pueden generar respuestas de anticuerpos en ausencia de linfocitos T (antigenos T-independientes 0 n) (Fig. 6-3). Los antigenos Tl generan una IgM con muy poca variabilidad,

122

INMUNOLOGiA. Biologia y patologla del sistema inmunitario

Tabla 13-1. Propiedades de las distintas clases de antigenos T·Dependientes

Tl-I

TI·}

Individuos norm ales

51

sf

sl

Individuos sin Iinfocitos T

no

sf

sf

Cambio de isotipo

si

no

no

Maduraci6n de afinidad

51

no

no

Respuestasecundaria

sf

no

no

Activaci6n B pollclonal

no

sf

no

Epitopos repetitivos

no

no

SI

proteinas

LPS

pollsacaridos

Produaion de anticuerpos en:

Caracterlsticasde /a tespuesta:

Ejemplos

no inducen cambio de isotipo (5610producen IgM) y no generan maduraci6n de la afinidad (que son fen6menos dependientes de los linfocitos 1). Sin embargo, al existir muy poca variabilidad, los linfocitos B que responden a estes antfgenos no necesitan proliferar de una forma tan intensa, por 10que producen una respuesta mucho mas rapida (48 horas). Este tipo de respuesta genera rapidamente anticuerpos capaces de unirse (aunque no de una forma muy ann) a ciertos antigenos bastante conservados en numerosos pat6genos, constituyendo un respuesta inmunitaria casi innata. Los antigenos TI pueden agruparse en dos categorfas: TI-1 y TI-2. Los antfgenos TI-1 son molecules reconocidas por los linfocitos B a traves de receptores diferentes al BCR (por ejemplo el lipopolisacarido bacteriano). Por ello a altas concentraciones son capaces de inducir la proliferaci6n y diferenciaci6n de linfocitos B policlonales no especificos del antlgeno. A estes antigenos tambien se les denomina mit6genos. A bajas concentraciones sr inducen respuestas especificas. Este tipo de antlgenos . genera respuestas completamente independientes de los linfocitos T. Los antlgenos TI-2 no poseen, a diferencia de los TI-1, esa capacidad estimuladora inmnseca de linfocitos B, y 5610activan a linfocitos B espedficos maduros, normalmente LB1 CD5+ que sintetizan IgM (vease capitulo 6). Estos antlgenos, al ser polimericos, se unen a multiples BCRsen la superficie dellinfocito B, causando el entrecruzamiento de los receptores, 10que produce un estimulo intense y prolongado que no requiere de la colaboraci6n de los linfocitos Th para producir anticuerpos. En las respuestas contra estes antigen os, la colaboraci6n con los linfocitos Th mejora el nivel de respuesta, e incluso permite el cambio de isotipo,

Algunas de las caracterfsticasmas importantes de las distintas clases de antlgenos se recogen en la tabla 13- 1. Existen importantes diferencias entre la repuesta prima ria y secunda ria Los antlgenos T-independientes no generan memoria inmunol6gica y, por 10tanto, este tipo de respuesta va a ser siempre igual. Sin embargo, la respuesta inrnunita ria contra antlgenos T-dependientes verta significativamente (Fig. 13-7). EI primer contacto con un antigeno T-dependiente desencadena una repuesta prima ria que esta mediada por los linfocitos B virgenes. Debido a su gran variabilidad, estes linfocitos deben proliferar, durante al menos una semana, antes de que se alcance una producci6n significativa de anticuerpos. Durante la respuesta prima ria se produce fundamentalmente IgM, aunque la proporci6n de otros isotipos se incrementa a medida que se va produciendo el cambio de isotipo. Como consecuencia de la respuesta primaria se generan linfocitos B y T de memoria, que pueden persistir toda la vida del individuo, y seran los encargados de desencadenar la respuesta secunda ria. Estos linfocitos de memoria estan expandidos y se activan con mas facilidad, por 10que este tipo de respuesta es mucho mas rapids y duradera. Se generan mucha mayor cantidad de anticuerpos y edemas tienen mayor afinidad que en la respuesta primaria y abundan otros isotipos diferentes de IgM. En las respuestas inmunitarias contra bacterias u hongos el isotipo predominante que producen las celulas plasmaticas de los ganglios linfaticos 0 el bazo es IgG, mientras que en los tejidos linfoides asociados a mucosas producen fundamentalmente IgA. Sin embargo, en las respuestas inmuni-

13. LA GENERACI6N DE LINFOCITOS B EFECTORES

Respuesta primaria

123

Respuesta secundaria

Linfocito B virgen

Linfocito B memoria

~

y>

V I ~================~ IgM

IgG

r!l'> Y

Baja afinidad por el antigeno

Alta afinidad por el antigeno

Bajo nivel de hipermutacion sornalica

Alto nivel de hipermutacion somatica

Respuesta en 7-10 dias

Respuesta en 24-48 horas

Exposicion al Ag

Exposicion al Ag

!i

o

-L_L~C--"":::::::;::==::;===:;::E:::::"'r----~Dias o

7

14

21

28

35

42

Figuras 13-7. Diferencias entre fa respuesw inmuniwria primaria y secundaria. tarias contra los helmintos se incrementa significativamente la producci6n de IgE. En conjunto, la respuesta secundaria es mucho mas eficaz que la prima ria,

por 10 que normalmente s610 pasamos clinicamente una determinada enfermedad infecciosa una vez en la vida.

124 INMUNOLOGiA.Biologia y patologia del sistema inmunitario

CORRELACI6N

II

CLfNICA

~~ .-::':I'~",

El sindrome de hiper-Igt\1 cs una inmunodeficiencia congenira en la que sc produce una deficiencia en la produccion de IgG, IgA e IgE. Sc produce por una falra de colabora'Ii cion de los linfocieos Th y los B. EI defecro mas cornun se cncuentra en el gen CD40L (ligando de CD40), localizado en eI cromosoma X, y que cs responsable de que los linfocitos T no expresen CD40L funcional en su membrana. La falta de colaboraci6n de los linfociros Th impide cl cambio de isotipo pOl' 10 que estes individuos producen grandes canridades de IgM, pero rienen una deficlencia en la produccion de otras Igs. Adcmds las IgM de estos individuos no sufrcn hipcrmuracion somaricn, no generan centres germlnales, ni linfocitos B de memoria, que son fen6menos Tvdcpendienres. EI deficit de CD40L rambien causa una dcficicncia en las respuestas Th I Ylos nines que 10 padecen sufren infecciones rcspirarorias graves de rcpericion.

RESUMEN Los linfociros B mediante sus produccos (las 19s) son las cclulas efecroras de la rcspuesrn inmuniraria humoral, y tienen como principalcs tareas la eliminacion de pacogenos exrracelularcs y el control de la posible expansion de las infecciones intracclulares. Los linfocites B se generan en la rnedula osca y pasan su vida recirculando entre los 6rganos linfoides secundarios, donde se concentran los ancigenos de una dcrerrninada parte de nuestro organismo. La acrivacion de los linfocites B implica eI reconocirnienro de un antigeno extrano a craves de su BCR. Para 13 activacion de los linfocites B contra la rnayorta de los andgenos no polimcricos (antfgenos Tvdepcndicnccs) cs adcrnas nccesarin la colaboracion de un linfocito Th2 especlfico del mismo andgeno que emite sefiales accesorias al linfocito B en forma de conractos BIT y citocinas. Los linfociros B acrivados cornienzan a proliferar en el6rgano linfoide secundario y, posteriormcnre, se diferencian a celulas plasrnaticas, producroras de anticuerpos, 0 linfociros B de memoria, que nos prorcgeran de infeccioncs futurns pOl' esc mismo rnicroorganlsrno. En el curso de la activaci6n y proliferaci6n, In respuesta inmunitaria va mejorando conrinuamenre, ya que los linfociros B cambian el isotipo de su 19y aumeman progresivamente su af'lnidad por el andgeno. Los linfocitos B virgenes que saien de la medula 6sea expresan IgM e IgD en su superncie y los primeros linfocitos B que se diferencian a "Hulas plasmaticas van a secretar fundamenralmente

IgM. Sin embargo, y con objero de general' una respuesta inmunitaria mas eficaz, los linfocicos B cfecrores pueden modificar cl isotipo de la Ig que produccn y con ello las funciones efeceoras que depcndcn de cl. EI cambio de isotipo eSta conrrolado tambien por linfociros Th (Thl y Th2, esra vcz), tanto a rraves de conracros BIT -especialrncntc CD40/CD40L- como mediante la secreci6n de distinras citocinas, Adernas, la afinidad de la respuesra humoral mcjora con el riernpo respecto a la existence en cl primer conracto con cI andgcno. Esta rnaduracion de In aflnidad es la consecuencia directa de los procesos de hipcrmuracion sornarica +quc afccta a los segmento V de los genes de las 19, pero no a los C- y la posterior sclcccion de los clones B de mayor afinidad. La maduraci6n de la afinidad tiene lugar en los centres germinales de los 6rganos linfoides secundarios yes fundamental para su consccucion la participaci6n de las dcnominadas celulas dendrlncas foliculares. S610 los linfocitos B cuyos nuevos receptores poseen una mayor afinidad abandonan el centro germinal y pucden dar lugar a celulas plasmaricas 0 linfocieos de memoria. EI rcsto muere pOl' apoptosis. Existcn cicrtos antigenos polimericos que son capaces de inducir una respuesta rapida de anticuerpos (IgM) en auscncia de lin focitOSTh. Son los denominados andgenos TI 0 timo-independientes. £Ste tipo de andgenos no genera mcmoria, pero constituye una Fuente rapida de anticuerpos COntra cienos pat6genos extracelulares. -

I

13. LA GENERACI6N DE LI1\'FOCITOS B EFECTORES

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125

I CAPiTULO 141

Los linfocitos NK y sus receptores

INTRODUCCION Los linfocitos NK (del Ingles Natural Ki/let·) fueron idenrificados originariamente por su citoroxicidad, es decir, por su capacidad de matar in vitro algunas celulas de origen tumoraL Hoy dla sabemos que estas celulas no solarnente son cap aces de marar rurnores sino que juegan un importance papel en la defensa frente a

11

paeogenos, especialmente virus. turnores e incluso en el rechazo de 6rganos trasplantados, Adernas de su fundon citotoxica los linfocitos NK tienen capacidad para producir diversas citocinas y. por tanto. tambien tienen una funci6n reguladora. Aunque funcional y morfologicamente recuerdan mucho a los linfocitos T citotoxicos, se diferencian clararnenre de eUos tanto fenotipicamente

como en la forma que rienen ambos ripos celulares de reconocer sus dianas, Una de las caracteristicas mas diferenciadoras de los linfocitos NK es que para ejercer su acrividad cirollrica no necesiran una inrnunizacion del individuo ni de preacrivacion sx vitro. De ahl el nombre de Natural Killer cuya traduccion literal seria asesinas naras, Esra forma de citolisis las diferencia de los linfocites T citoroxicos que necesican ser preactivados mediante complejos mecanismos en los que intervienen otras celulas como los linfocitos T cooperadores y las celulas presentadoras de aotigeno profesionales. Por esta raz6n se considera que los linfocitos NK corresponden a la respuesta inmunitaria de tipo innate.

FENOTIPO

I

Aunque los linfocitos NK son linfocitos, no expresan el marcador CD3 ni reordenan los genes del TCR, es decir, no son linfocitos T. Tampoco expresan BCR ni reordenan los genes de las inmunoglobulinas, luego no son celulas B. Por 10tanto, se puede afirmar que constituyen un tercer tipo de celulas de linaje linfoide. A diferencia de los otros dos tipos de linfocitos no existe un marcador universal que permita identificar todos los linfocitos NK, por 10que su definicion sigue siendo mas funcional que fenotipica. Sin embargo, existen algunos marcadores de membrana muy utiles para la identificaci6n de los linfocitos NK (Tabla 14-1).

Citolisis

Los mecanismos que utilizan los linfocitos NK para matar a sus celulas diana se cree que son muy similares a los utilizados par sus parientes los linfocitos T citoliticos. Tabla 14-1. Comparaci6n de algunos marcadores de superficie de los linfocitos NK y los linfocitos T citot6xicos Morcodor

C03 COS CDS CO2

FUNCION Las principales funciones de los linfocitos NK son: citolisis y producci6n de citocinas.

COS7 C016 COS6

Linf06tos T citot6xicos

+ + + + (algunas) (algunas)

Linfocitos NK

(algunos)

+

+ + +

128

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

Los linfocitos NK contienen en su citoplasma granules portadores de protefnas que una vez liberadas al medio inducen la citotoxicidad de las celulas diana. EI contenido de estos granules esta formado fundamentalmente por perforina, una protefna que polimeriza sobre la membrana de las celulas diana formando poros muy similares a los que aparecen como consecuencia de la polimerizaci6n de C9 durante la adivaci6n del complemento. Ademas de perforina estos granulos contienen granzimas: serina proteasas que actuan en conjunci6n con la perforina para activar mecanismos que inducen apoptosis en las celulas diana.

I Produccion

Citotoxicidad independiente de anticuerpo: el papel de las molecules MHC de clase I

de citocinas

Cuando los linfocitos NK se activan son capaces de produdr una variedad de dtocinas y, por 10tanto, pueden ejercer funciones de adivaci6n de otros linajes celulares importantes en la erradicaci6n de tumores 0 agentes infecci 0505. Las principales citocinas producidas por los linfocitos NK son IFN-y, TNF-a, GM-CSF e IL-3. Adernas los linfocitos NK tambien pueden responder a citodnas ya que expresan en su membrana algunos receptores especialmente para IL-2, IL-12 Y TNF-a. Respedo a la producci6n de citodnas se pueden distinguir dos poblaciones prindpales de linfocitos NK. Por un lade estan las celulas que expresan CO 16 Y C056, este ultimo con baja intensidad (por eso a estas celulas se les denomina NK C056dim C016+), son mayoritarias en sangre periferice y presentan una intensa actividad citot6xica, pero producen pocas citocinas. Por otro lade estan los linfodtos NK que no expresan CO 16 pero no expresan mucho C056 (NK C056 bright CD 16-), estes linfocitos NK son rnenos abundantes en sangre peri ferica, aunque se pueden concentrar en algunos tejidos, tienen baja activided citotoxica, pero producen una elevada cantidad de citodnas, por 10que se les atribuyen una funci6n reguladora.

Los linfocitos NK tarnbien son capaces de lisar celulas que no esten recubiertas de anti cuerpos. Para reconocer sus celulas diana de esta forma, los linfocitos NK utilizan un complejo sistema de receptores activadores e inhibidores que tienen como ligandos diferentes molecules de la familia MHC de clase I. Algunos virus, como por ejemplo los citomegalovirus 0 los herpesvirus, interfieren con diversos mecanismos de las celulas que infedan y estes pierden la expresi6n de molecules HLA de clase I. De una forma analoga, algunos tipos de tumores acumulan mutaciones que les producen perdida de expresi6n de molecules HLA de clase I. En estos casos las celulas (iofectadas por virus en unos casos 0 tumorales en otros) se convierten en invisibles para los linfocitos T citot6xicos y evitan de esta forma ser atacadas. Los linfocitos NK sin embargo son extraordinariamente eficientes en detectar celulas sin HLA de clase I en su superficie y de esta manera complementan el papel de los linfocitos T citot6xicos. LC6mo detedan los linfocitos NK la falta de expresi6n de rnolecues HLA de clase I en la superficie?LC6mo toman la decisi6n de matar a una celula diana cuando se ha detectado alguna alteraci6n de ese tipo? EI modele mas aceptado para explicar esto se llama de doble receptor.

I EI modelo

MECANISMOS DE ACTIVAC(()N DE LOS L1NFOCITOS NK

La activaci6n de los linfocitos NK puede producirse a traves de muchas senales, aunque podemos distinguir claramente una forma dependiente de anticuerpo y otra forma independiente de anticuerpo. Citotoxicidad dependiente de anticuerpo

(Fig. 14-1), el receptor transmite una sene I de adivaci6n allinfocito NK. Esta celula adivada puede entonces ejercer su acci6n citot6xica ylo producir y secretar citocinas al medio. La transducci6n de la senal de adivaci6n se realiza a traves de una protefna que se asocia no covalentemente con CD 16. Esta protefna es en algunos casos la cadena y del receptor FcyRIy en otros la cadena t del TCR.Ambas cadenas son muy parecidas y contienen motivos de activaci6n ITAM (/mmunoreceptor Tyrosin-based Activation Motifs) que se describen en el capitulo 2.

(ADCC)

Los linfocitos NK son capaces de lisar otras celulas que presentan anticuerpos de isotipo IgG unidos a algun componente de su superficie. Para reconocer estas celulas utilizan las molecules C016 0 FcyRIII,que es un receptor de baja afinidad para IgG. Esta molecule se expresa en casi todos los linfocitos NK edemas de en monodtos y en algunos linfodtos T. Cuando CD 16 se une a moleculas de IgG, que a su vez esten unidas a un antfgeno de superficie derivado de un virus 0 de un antfgeno tumoral

de doble receptor

Aunque no se conoce en detalle el funcionamiento de la citotoxicidad NK independiente de anticuerpo el modelo mas aceptado se basa en que los linfocitos NK funcionan combinando senales a traves de receptores de activacion y receptores de inhibici6n (Fig. 14-1). En este modelo la sena I inhibidora es dominante sobre la activadora, esto es, ellinfocito NK matara su diana si esta recibiendo una sella I activadora en ausencia de una serial inhibidora. Pueden darse tres situaciones, que se ilustran en la figura 14-1. Las celulas que expresen en su superficie ligandos para receptores activadores y para receptores inhibidores no sera lisadas. ya que los receptores inhibidores transducen una senel dominante sobre los adivadores en ellinfocito NK. Las celulas que 5610poseen ligandos para receptores inhibidores tampoco seran lisadas, puesto que los receptores activadores no transduciran ninguna sella I al interior dellinfocito NK. Solamen-

14. LOS LINFOCITOS NK Y SUS RECEPTORES

129

Figura 14-1. A. Mecanismo de citotoxicidaddeperuliencede anticuerpos (ADCC). B. Mecanismo de citotoxicidad mdependiente

de anticuerpos. EI modelo de doble receptor. R1: Receptor inhibidor; RA: Receptor activador. te aquellas celulas que expongan ligandos para receptores activadores, perc que no tengan ligandos para receptores inhibidores seran lisadas por ellinfocito NK. RECEPTORES ACTIVADORES E INHIBIDORES. ESTRUCTURA Y FUNCU)N

Existen un gran nurnero de receptores activadores e inhibidores de los linfocitos NK, pero ninguno de ellos se parece al receptor de los linfocitos T, ni estan codificados por genes que sufran reordenamientos. De acuerdo con el ligando que unen los receptores para NK se pueden dividir en dos grupos, aquellos que unen moleculas de la familia MHC de clase I y un segundo grupo de receptores que une molecules que no pertenecen a la familia MHC (Tabla 14-2). Atendiendo a su estructura estes receptores se pueden dividir a su vez en dos grupos: los formados por protefnas que pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas y los formados por protefnas de la superfamilia de las lectinas. Receptores de NK pertenecientes a la superfamilia de las inmunoglobulinas Estos receptores tienen al menos un dominic similar a los de las inmunoglobulinas, de ahf su nombre. Se han descrito un gran nurnero de genes que codifican protefnas de este tipo y todos ellos aparecen en una region del genoma relativamente pequena denominada LRC (Leukocyte Receptor Cluster) que se halla en el brazo largo

del cromosoma 19. De ellos los mejor conocidos son los KIR (Killer Immunoglobulin-like Receptors), aunque en este complejo se encuentran multitud de genes relacioTabla 14.2. Receptores de linfocitos NK

? Carbohidratos NCR

Actlvacion Proteoglicanos Heparansulfato

FcyRIIIA

Activacion

KIR-L

Inhibici6n

MHC-I

Activacion ILT

MHC-I Inhibici6n Activadon

NKG2

MHC-I Inhibici6n

130

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

Celula diana

Linfocito NK

,.------"

/ I

\

/

\ Reticula endoplasmaUco \

I I

/--, I

I I I I

HLA-E

~'-l

"

I I I I

I I I I

)

~ \

I I

\

~

I

/

..... _--

_

I I _.- ,./

Figura 14-2- Las celulas con ex/)resi6n de HLA-A, B, C)' G, expresen HLA-E. En ausencia de las /)rimcras, HLA-E 110 c011sigueUegar a la Stt/)eljicie por falca de /)e/)tidos lrderes apro/)iados. nados, como los ILT 0 LAIR,cuya funci6n todavla no esta demasiado clara. Los KIR son protelnas de membrana que tienen en su regi6n extracelular 2 0 3 dominios de tipo inmunoglobulina. Existen KIR activadores y KIR inhibidores. Los KIR inhibidores se caracterizan por tener una cola dtoplasmica larga en la que aparecen motivos ITIM (/mmunoreceptor Tyrosine-based Inhibitory Motifs) 0 de inhibici6n. Estos motivos se caracterizan por tener ciertas tirosinas muy conservadas y, al reves que los motivos ITAM, cuando el receptor se une a su ligando los ITIM transducen una senal de inhibici6n (Fig. 2-7). Los KIR activadores tienen una cola dtoplasrnica mas corta y no tienen ITAM por sf mismos sino que se asocian de forma no covalente a otra protema (generalmente DAP12) que sf tiene ITAM yes la que transduce la senal de activaci6n. Esta asociaci6n es similar a la que se encuentra en el receptor CD 16 que media la citotoxicidad dependiente

de anticuerpo, como ya hemos visto. Todavia no se conocen con detalle los ligandos de estos receptores y hasta el momento los mejor caracterizados son rnoleculas HLA de dase I que pueden ser HLA-A, -B, 0 -G Y que se unen a diferentes receptores inhibidores.

I Receptores

de tipo lectina

Estos receptores tienen como caracterfstica cornun dominios de tipo lectina y son, por 10tanto, protelnas sin relaci6n evolutiva con las de la familia de las inmunoglobulinas. Los genes que codifican estos receptores estan agrupados en una region del cromosoma 12 denominada NKC (NK Complex). Existen varios receptores de esta familia y al igual que en el caso anterior existen receptores inhibidores y activadores, aunque los que mejor se conocen son los de tipo inhibidor.

14. LOSLINFOCITOSNKYSUSRECEPTORES

131

Celula epitelial

I

Celula epitelial

Radiaciones ionizantes

»: Figura 14-3. En situaciones de estres, linfociws NK.

I

0

Estrescelular

en ciertas infecciones viricas, las celu/as inducen la expresi6n MIC,

Receptores CD94-NKG2

Estos receptores estan formados por dos cadenas polipeptfdicas unidas covalentemente: CD94 y NKG2, ambas de la familia de lectinas tipo C. Mientras que CD94 esta codificado por un solo gen, hay varios genes que pueden codificar las protefnas NKG2 que se denominan NKG2A, NKG2C Y NKG2E. EI heterodfrnero CD94-NKG2A es el mejor conocido de todos ellos y tiene una funci6n inhibidora, mientras que CD94-NKG2C y CD94-NKG2E tienen funciones activadoras. Ambos tipos de receptores siguen la regia general respecto a la transducci6n de senales: los receptores inhibidores tienen colas otoplasrnices mas largas que contienen motivos ITIM. Los receptores activadores se ayudan de una tercera protefna adaptadora (DAP 12) que contiene los motives ITAM necesarios para transducir la senal. CD94-NKG2A es un detector de niveles de HLA de clase I EI ligando del heterodimero CD94-NKG2A es la molecule HLA-E. HLA-E es una protefna no polim6rfica muy similar a las molecules HLA de dase I-A, -8 Y -C Y

/0

que activa los

que depende de elias para su expresi6n, ya que necesita los peptidos lider de estas protefnas para poder salir del retlculo endoplasrnatico y lIegar a la superficie celular. EI receptor CD94-NKG2A se expresa en una gran cantidad de linfocitos NK y de esta forma estes son capaces de monitorizar la expresi6n de molecules HLA de una forma indirecta que les permite utilizar un solo receptor para detectar muchas variantes polim6rficas de HLA-A, -8, -C 0 -G, a traves de HLA-E. NKG2D es un receptor activador que detecta molecules MIC Otro receptor de la misma familia es NKG2D que, aunque comparte nombre con los anteriores, tiene una estructura claramente diferenciada y no se une a CD94. En realidad NKG2D, como casi todos los receptores activadores, se une a una proteina adaptadora (denominada DAPlO) que transduce la senal de activaci6n al interior celular. Su ligando son las protefnas MIC (MHC Class I Chain-related) parientes lejanos de las molecules HLA. Las molecules MIC curiosamente estan codficadas por genes situados dentro del complejo HLA y, aunque la homologfa aminoaddica entre MIC y HLA es limitada,

132

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

la estructura tridimensional de ambos tipos de moleculas tiene rasgos comunes, aunque las molecules MIC no se unen a ~2-microglobulina ni presentan peptidos en su hendidura. MIC se expresa fundamentalmente en situaciones de estres celular (por ejemplo en celulas sometidas a altas temperaturas) y se postula que la celula utiliza esta estrategia para lIamar la atenci6n de linfocitos NK que pueden activarse en presencia de esta molecule a traves de NKG2D (Fig. 14-3). Tarnbien se ha descubierto que la infecci6n por algun virus, como los citomegalovirus, induce la expresi6n de MIC en la superficie celular; por 10 tanto, este sistema pod ria tambien permitir el reconocimiento de celutas infectadas por algunos virus. Iodavta se desconocen muchos detalles del funcionamiento de estes receptores y de c6mo las senales activadoras e inhibidoras se combinan. Tampoco se conocen las reglas que gobiernan la expresi6n 0 no de los numerosos tipos de receptores de los linfocitos NK que se conocen, aunque se acepta que debe de existir un cierto tipo de selecci6n que dependera de los distintos alelos HLA de clase I de cada individuo.

CORRELACI6N

CLfNICA

CelulasLAK Los Iinfociros NK fueron dcscubiertos por su capacidad de marar en vitro algunas celulas de origen tumoral. aunque en uiuo la mayoria de las celulas cancerlgenas son rcsistcntes a estas celulas, Los inrnunologos han cxplorado difcrcnces mancras de activar cJ sistema inrnunitario {lo que se conoce como inmunoterapia} para cJiminar las celulas canccrfgenas. Una esrraregia muy promctcdora es la gcncraci6n de las celulas LAK (del ingles Lymphokine-Activilted Killer cel[). Las celulas LAKson lcucocitos (fundamcnralmcnee !infocites N K) accivados por IL-2 de forma artificial en laborsrorio, Las celulas LAK exhiben una capacidad cicollrica aurnenrada que les pcrrnirc lisar una gran variedad de celulas rurnoralcs.Ias cuales son generalmenrc rcsisrentes a los linfocicos NK sin acrivar, Estudios pioncros realizados en el ano 2000 dcmosrraron que cuando las celulas LAK eran rcinycccadas en d misrno individuo del que fucron cxrraldas producian una rcspuesca anti-tumoral signincariva en pacienres con melanoma y con ocros tumorcs s6lidos. Esca rcrapia pucdc scr incluso cxitosa en la reducci6n de las metastasis, :lunquc In cnsufstica es rodavln mlly pcquena.

~------------------------------~~~__jl: RESUMEN Los linfociros NK tienen capacidad cirolirica y reguladora de la respuesta inmuniraria e inrerviencn en la defensa de tipo innate frcnrc a parogenos virales, tumores c incluso en el rechazo de algunos trasplantes. Su capacidad citolltica puede activarsc por una via dependiencc de anticuerpo (ADCC). y que csta concrolada por la rnolecula CD16 expresada pOl' la mayoria dc los linfociros NK. Tarnbien puede ejcrcer cicotoxicidad indepcndienrc de anticuerpo. En cstc caso la acrivacion de los linfocicos NK es mucho mas cornpleja y depende

de un delicado equilibrio entre scfialcs acrivadoras y senates inhibidoras que reciba la celula en cada caso. Los ligandos de esros receptorcs son molcculas que pcneneccn a la familia HLA de clasc J. Algunas celulas turnoralcs 0 que han sido infcctadas por cicrtos virus picrdcn la cxprcsion de 1110ICculas HLA de clase I y. por 10 tanto, pueden escapar al control de los linfocicos T cirotoxicos. Los linfocitos NK son muy cficienres en la dcteccion y eliminaci6n de estes tipos de ce-

lulas.

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I CAPiTULO 151

Mensajeria inmunologica: las citocinas y sus receptores INTRODUCCION Todas las celulas del sistema inrnunitario necesiran esrar conecradas entre sf para e1aborar de forma conjunta y ordenada una respuesta que rerrnine con la eliminaci6n del patogeno. Para ello, las celulas urilizan dos medics principales de comunicaci6n: uno es el conracto directo mediante las distlnras moleculas de membrana. Otra forma de relacionarse, igualmente irnporrante, es mediante la sintesis y Iiberaci6n de pequenas proreinas que reciben eI nombre gene rico de citocinas. Estas citocinas son producidas en los primeros instances de la activaci6n celular, alertando a Las

diferenres celulas que poseen receptores de cirocinas en la membrana, de que hay una respuesta inrnunitaria en marcha. A menudo tienen un efecro local. acruando en el espacio de reconocimiento anrigenico, aunque tambien pueden actuar sobre dianas que se encuenrran mas alejadas.Sus funcionesson regularla duraci6n y la arnplirud de la respuCStainmunitaria, tanto innata como especifica, reclurar celulas a la zona en conflicro (in8amaci6n), e inducir la generaci6n de nuevas celulas a partir de los precursores hernaropoyeticos. --

CARACTERisTICAS

GENERALES

Aunque hay un gran nurnero de citocinas distintas, todas comparten ciertas caracteristicas: a) tienen bajo peso molecular; b) son producidas de novo cuando comienza la activacion celular y tienen una vida media muy limitada; c) solo son capaces de estimular a aquelias celulas que posean receptores especificos, generalmente formados por varias cadenas polipeptidicas.

I Las citocinas son pequeiias proteinas Se denomina genericarnente citocinas al conjunto de protelnas de bajo peso molecular, a menudo glicosiladas y generalmente rnonornericas que sintetizan las celulas del sistema inmunitario (y otras) en respuesta a los patogenos, 0 sus productos 0 a otras senates relacionadas. Dentro de este nombre se agrupan las proteinas lIamadas linfocinas, monocinas, quimiocinas, interleucinas, interferones y factores estimuladores de colonias. Estos nombres hacen referencia a como se

-

I!

descubrieron, par ejemplo, producidas por linfocitos (linfocinas), monocitos (monocinas) 0 funci6n de las citocinas (quimiotaxis, inhibici6n viral, hematopoyesis ... ). Los productores mayoritarios de estas proteinas son los maa6fagos y los linfocitos T, ya que actuan como los principales reguladores de fa respuesta inmunitaria innata y espedfica respectivamente, aunque otras celolas del sistema inmunitario (y tam bien celulas sin funci6n inmunologica) sintetizan distintas citocinas cuando se adivan. Los endoteliocitos, los mastocitos y los hepatocitos, en particular, son grandes productares de citocinas (Fig. 15-1). Los receptores de las citocinas pertenecen a varias familias diferentes Paraejercer su fundon, las citocinas necesitan unirse a receptores de membrana en las celulas diana. Estosreceptores son glicoproteinas de membrana, compuestas generalmente par varias subunidades, las cuales a menudo son compartidas par mas de un receptor, cuya funci6n es transmitir las senales de activaci6n al interior celular (Fig. 15-2).

134

INMUNOLOGiA. Biologta y patologia del sistema inmunitario

Celulas endoteliales

Fibroblastos

Mastocito

!TNFoa

Neutr6filo

17 NF_a

4 5 Celula

~

Eosin6ft1o

Proliteraclon

Anticuerpos

Linfocito NK

Linfocito Tc (citolftico)

Celulas endoteliales

Figura 15-1. Los linjociros T constiwyen el eje central de la respl.les[(I inml.lnicaria espec{fica. y los macr6jagos y maslOcicos, eL de la innaw. Para com'dinar a los restantes subci/>osceLulares es necesa1'ia La comunicaci6n de las celulas mediante diferentes citocinas (re/>resentadas />01' Las flechas rojas) ,

IS. MENSAJERiA INMUNOL6GlCA:

Analizando la estructura proteica, tanto de la zona de rear nocimiento del receptor por su ligando como de la zona citoplasmica de transrnision de serial, se han clasificado los receptores dentro de distintas familias (Tabla 15-1):

0) Receptores de citocinas de clase I (de factores de crecimiento hernatopoyetico). caracterizados

b)

c)

d)

e)

por la presencia de una regi6n extracelular con uno 0 mas dominies con dos pares de cisteinas conservadas y una secuencia tipica de triptofanoserina-X-tript6fano-serina 0NSXWS), donde X es cualquier arninoacido, Receptores de citocinas de clase II, son similares a los receptores de clase I al poseer una region extracelular con residuos de cisteina conservados, pero estos receptores no contienen la secuencia WS>0NS. Receptores de la superfamilia de las inmunoglobulinas, con varios dominies extracelulares parecidos a los dominies constantes de las inmunoglobulinas. Receptores del factor de necrosis tumoral, forman parte de una extensa familia de receptores, algunos de los cuales no son receptores de citocinas, con dominies repetidos ricos en cisterna en la region extracelular. Receptores de quimiocinas, caracterizados por tener siete helices-a que atraviesan otras tantas veces la membrana plasrnatica y que estan acoplados a proteinas G.

LAS OTOCINAS Y SUS RECEPTORES

135

f) Receptores de factores de crecimiento transformante (TGF), donde cabe senalar la presencia de un dominic serina/treonina-cinasa en la region citoplasrnica. FUNCION Las citocinas tienen multiples funciones biologicas y participan en un gran numero de actividades dentro y fuera del sistema inmunitario. Cuando una celula se activa en respuesta a ciertos estimulos (por ejemplo, una bacteria), comienza a sintetizar citocinas para advertir de 10 que esta sucediendo al resto de las celulas del sistema inmunitario. Como se ha indicado antes, las citocinas ejercen su fundon en las celulas blanco a treves de receptores especificos. La union de la citocina a su receptor genera una senal intracelularen la que intervienen un gran numero de proteinas, por ejemplo, quinasas de la familia JAK que reclutan yactivan factores de nensoipdon de la familia STAT.Cada receptor activa un nurnero limitado de rutas. Como consecuencia de esta cascada de reacciones bioquimicas, se inducen ciertos genes, que median las actividades biologicas de las citocinas. Las citocinas actuan como hormonas del sistema inmunitario Las citocinas son extremadamente potentes, actuando generalmente a muy bajas concentraciones, ya que tienen una gran afinidad por sus receptores. Las hormo-

Expansion clonal Figura 15-2. Las celulasactioodasproducen dwcinas con e[ectosauwcrinos (Ia celula duma es Ia misma que simecjza Ia ciwcina) 0 paracrinos (ClIandoes disl.inca).Dichos eJectoSse ejercen a cravesde recepunes espedficos (par 10 canto, sOlD en celulasque los expresen) y par rncasintracelularespredefinidasque inducen gruposseleCtoSde genes y ocras funciones. En el ejemp/o, un macr6fagoproduce IL-12 que escimulaallinfocilO Thl al que l)TesencaeLallligeno. a su vez esce produce lL-2 e IFN-y (con efecroaUlo 0 paracrino, respeccivamence).JAK: Janus kinase (cinasa de la familia Janus. el dios romano de dos caras, como los dos dominios cinasa -PTK activo y PSK inactitlD- de escafamilia de protefnas); STAT: Signal transducer and activator of transcription (cransdllccQT de senales y aaivador de Ia cranscripci6n).

136

INMUNOLOG

fA. Biologia y patologia del sistema inrnunitario

Tabla 15-1. Receptores de citocinas Tipo

Esrructura

UgandO

Receptores para citocinas de clase I (Receptores de hematopoyetinas)

IL-2,IL-3,IL-4,IL-S,IL-6,IL-7,IL-9, IL-12,IL-13, IL-1S,GM-CSF,G-CSF,EPO

Receptores para citocinas de clase II

IFN-a, IFN-~, IFN-y IL-l0,IL-20, IL-22, IL-28

Receptores de tipo 19

IL-l, IL-16,IL-18, c-klt

Receptores para la familia de TNF

TNF-a, TNF-~, C040, Fas

Receptores para quimlocinas

CCL2, CCL3,CClS, ... CXCll, CXCl8, ... CX3CL1, XCL1

Receptores para TGF-Il

..

TGF-a, TGF-f3

nas suelen tener efecto endocrine, esto es,actuan sobre celules 0 tejidos que pueden estar muy lejos del 6rgano secretor.Aunque algunas citocinas pueden tener efecto endocrino, en la mayorIa de los casos tienen preferentemente una acci6nlocal,que puede ser autocrina,cuando la propia celula productora es a la vez diana, 0 paraerina, cuando la celule productora y la celute diana son distintas pero estan eercanas(Fig. 15-2). Determinadas citoeinas pueden tener efectos pleiotr6picos, es decir, ejereenvariasfunciones diferentes sobre distintascelules blanco. Por ejemplo, la Il-2 puede inducir 0 aumentar la actividadcitolftica de los linfocitos NK, la proliferaci6n de los linfocitos T y la slntesis de inmunoglobulinas en los linfocitosB.Iarnbien es relativamentefrecuente la redundancia,es decir,el hecho de que distintascitocinastengan efectos similares. Por ejemplo, Il-2, Il-4, Il-7, Il-9 e Il-15 pueden actuar como factores de crecimiento de linfoeitos T en distintas situaciones fisiol6gicas. Algunas citocinas tienen efectos sinergicos, es deeir, la aeei6n

combinada de dos 0 mas citocinastiene un efecto superior a la suma de los efectos de estas citocinas cuando actuan de forma individual.Otras eitocinastienen efectos antag6nicos, es decir, el efecto de una citocina inhibe 0 suprime el efecto de otra.Porejemplo, eIIFN"')'promueve la difereneiaci6n de linfocitos Th1 mientras que inhibe la diferenciaci6nde linfocitosTh2, al contrariola Il-4 promueve la diferenciaci6nde linfocitosTh2 e inhibe la diferenciaci6n de linfocitos Th 1. Algunas citocinas son mediadoras de la inmunidad innata y la inflamaci6n

Si un pat6geno consigue atravesarlas barrerasftsicas y qulmicas de un organismo y alcanzarun determinado tejido, se encontraracon los macr6fagosy los mastocitos que se loealizan en ese tejido. la uni6n del pat6geno provoca la activaci6n de estas celulas que cornenzaran a sintetizardiversascitocinas,que actueranpromoviendo

15. MENSA]ERiA lNMUNOL6GICA:

la inflarnacion del tejido. Dentro de estas citocinas, lIamadas a veces monocinas, ya que son producidas principalmente por celulas del linaje rnonocito/rnacrofago, se incluyen, entre otras, la IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, IL-23 Y el factor de necrosis tumoral (TNF) (Tabla 15-2). EI TNF es el principal iniciador de la respuesta inflamatoria (una respuesta innata inducida), ya que actUa sobre los vases sanguineos de la zona infectada, provocando un incremento del diarnetro y la permeabilidad vascular, permitiendo con ello la acumulacion de inmunoglobulinas, complemento y otras proteinas sangulneas en el tejido. Por otro lado, el TNF tambien induce la expresion de rnoleculas de adhesion en el endotelio, facilitando

LAS CITOCINAS Y SUS RECEPTORES

137

la union de los leucocitos circulantes y la migraci6n de estes al interior del tejido infectado (proceso conocido como extravasaci6n) bajo la direcci6n de gradientes quirniotacticos (anafilotoxinas, peptidos formilados, quimiocinas, etc.). Las funciones principales de la IL-1, IL-6 e IL-12 son la elevadon de la temperatura corporal (Ia fiebre es muy beneficiosa, ya que a temperatura elevada la respuesta inmunitaria espedfica funciona mejor y la tasa de crecimiento de los pat6genos se reduce) y el inicio de la respuesta de fase aguda (mediante la cual el higado comienza a secretar distintas proteinas que facilitan fa opsonizadon de bacterias), aunque tarnbien cumplen una funci6n importante como activadores de

Tabla 15-2. Algunas citocinas de la inmunidad innata Ciuxina IL-l

Prindpales celulas producroras

Macrofagos,monocitos, celulas epiteliales

CeJulas diana

Funci6n princial

Macr6fagos Activadon UnfocitosT

IL-6

Macr6fagos,linfocitos T

Hipotalamo

lnducdon de fiebre

Vasossanguineos

lnflamacion

Higado

Inducci6n de protefnas de faseaguda

Vasossanguineos

Inflamaci6n

Hipotalamo

Inducci6n de fiebre

Higado

Inducci6n de protefnas de faseaguda

Linfocitos B

Activaci6n y proliferaci6n

IL-12

Macrofagos,celulas dendriticas, neutr6filos

Linfocitos NK,linfocitos Th1, linfocitos Tc

Acttvadon Inducci6n de sintesisde IFN-y

IL-18

Macr6fagos

Linfocitos T y NK

Acnvadon Inducci6n de sintesisde IFN-y

IL-23

Macr6fagos,celulas dendriticas

Linfocitos Th

Diferenciad6n a Th17

TNF-a

Macr6fagos,monocitos, linfocitos NK, linfocitos T

Neutr6filos, monocitos

Activaci6n

Vasossanguineos

Inflamaci6n

Hfgado

Inducci6n de protefnas de faseaguda

Diversostipos celulares

Citotoxicidad

IFN-a

Macr6fagos y otros muchos tipos celulares cuando se infectan porvirus

Casitodas lascelulasnudeadas

Actividad antiviral,incrementa a la expresi6n HLAde dase I

IFN-~

Fibroblastos,celulas epiteliales

Casitodas lascelulasnudeadas

Actividad antiviral,incrementa a la expresi6n HLAde dase I

138

INMUNOLOGiA. Biologla y patologfa del sistema inmunitario

Iinfocitos T, NK Y B. Los leucocitos y los fibroblastos se defienden de manera innata de las infecciones virales sintetizando interferones de tipo I (a y ~) , estas citocinas se denominaron asl porque se descubri6 que interferian con la replicacion viral, por ejemplo, son capaces de inhibir la stntesis de protefnas con 10 que se consigue que los virus que infectan celulas sean incapaces de replicarse en su interior. Los interferones de tipo I tarnbien contribuyen a activar los linfocitos NK, que tienen un papel importante en la contendon inicial de algunas infecciones virales como, por ejemplo, los citomegalovirus. Las quimiocinas a los leucocitos

atraen selectivamente

Las quimiocinas son citocinas quirniotacticas (Fig. 15-3) producidas por varios tipos celulares (monocitos, macr6fagos, linfocitos T, fibroblastos, celulas endoteliales) (Tabla 15-3). Sus funciones proinflamatorias son independientes de la respuesta inmunitaria adaptativa, proporcionando, de este modo, una respuesta prima ria frente a una variedad de esttmulos, dentro de los cuales se incluyen los agentes infecciosos. Dentro de esta superfamilia se encuentran mas de 50 proteinas, que se pueden clasificar en familias de acuerdo a la configuraci6n de los puentes disulfuro intracatenarios situados cerca del extrema amino-terminal de la protefna. La familia de las CC quimiocinas se caracteriza por poseer dos residuos de cisteina adyacentes, cada una de elias implicada en un puente disulfuro. Para poner orden en la nomenclatura de las quimiocinas a las del grupo CC se las denomina con un nombre sistematico como CCLI, 2, 3, etc; dentro de esta familia se encuentran quimiocinas como RANTES (CCL5 en su nombre sistematico), protefnas inhibidoras de rnacrofagos, como MIP 1-1a (CCL3) y proteinas quimioatrayentes de mono-

cites, como MCPl (CCL2) 0 la eotaxina (CCL 11) que actus sobre eosinofilos, basofilos y mastocitos. La familia de las CXC quimiocinas posee dos residuos de cisterna, cada uno implicado en un puente disulfuro, separados por otro eminoacido cualquiera (X); dentro de este grupo se encuentran, entre otras, la IL-S (CXCLS en nomenclatura sistematica), el SDF-l (CXCLl2) 0 el GROa (CXCL1). La tercera familia de quimiocinas es la CX3C que tiene un unico representante, la fractalcina (CX3CL1). La fractalcina tiene un dominio de tipo mucina, una region transmembranal y una region intracitoplasrnica, por 10 que este es una quimiocina que esta anclada a la membrana plasmatica Una proteasa espedfica puede cortar la protefna liberando el dominic extracelular del dominic transmembranal y de esta manera se convierte en una quimiocina soluble como el resto del grupo. EI ultimo grupo 10 constituye la familia de las XC quimiocinas, que tiene un unico puente disulfuro y cuyo representante es la linfotactina (XCL1). Las quimiocinas ejercen su funcion por uni6n a receptores de membrana que pertenecen a una superfamilia de receptores que se caracterizan por poseer siete dominies transmembranales y estar acoplados a protelnas G. Los receptores de las diferentes familias se denominan CCR, cxca CX3CR y XCRI, cada uno de estes receptores pueden unir mas de una quimiocina, pero siempre que sea de la misma familia (Tabla 15-3). Algunas quimiocinas se han hecho muy populares por interferir con la infeccion por HIV, ya que algunos receptores de quimiocinas son utilizados por el HIV para invadir sus celules diana (vease capitulo IS). CCR7 y sus ligandos CCL19 Y CCL21 coordinan de una forma muy precisa la interacci6n de los linfocitos T con sus celolas presentadoras de antfgeno. Cuando las celulas dendriticas inmaduras fagocitan antigenos y se convierten en maduras comienzan a expresar CCR7 y son atraidas

Neutr6fi1o

CAPllAR

Figura 15·3. Efecta ql~imioatrayente de fa quimiocina CXCL8 0 fL8. La quimiocina se sintetiza en los aLrededores de fa infecci6n yactUa atrayendo mediante gradiente quimiotilctico (I un leucocito con el recepror IXlra diclUl qlJjmiocina (CXCR I).

15. MENSA]ERiA

INMUNOLOGICA:

LAS CITOClNAS

Y SUS RECEPTORES

139

Tabla 15-3. Quimiocinas y sus receptores Familia

CC

CXC

CX3C

xc

Quimiocina

Recepror

Funci6n principal

CCl2 (MCP-l)

CCR2

CCL3 (MCP-1a)

CCR1,CCRS

CCLS(RANTES)

CCRS

CCLll (Eotaxina)

CCR3

Quimioatrayente para eosin6filos, bas6filos, mastocitos y linfocitos Th2

CXCL1 (GROa)

CXCR2

Quimioatrayente para neutr6filos y monocitos

CXCL8(lL-8)

CXCR1,CXCR2

CXCLl2 (SDF-l)

CXCR4

Quimioatrayente para diver50S tipos celulares

CXlCL 1 (Fractalcina)

CX)CRl

Quimioatrayente de macr6faqos.Iinfocitos Ty NK

XCL1 (Linfofactina), XCL2

XCRl

Quimioatrayente para diversos tipos celulares

Quimioatrayente para linfocitosTyNK

hacia los ganglios gracias a CCL19 Y CCL21. Lo mismo les ocurre a los linfocitos T virgenes, y una vez dentro de los ganglios tanto los linfocitos T virgenes (CCR7+) como las celulas dendrlticas maduras (CCR7+) siguen el gradiente de CCL19 Y CCL21 hasta lIegar al mismo sitio: la zona T del ganglio donde podran de esta manera encontrase y empezar una respuesta adaptativa. Oentro del ganglio los linfocitos B que se activan por antigeno aumentan su expresi6n de CCR7 y esto hace que se muevan hacia la zona de linfocitos T donde podran interaccionar con los linfocitos Th para recabar su ayuda y diferenciarse a celulas productoras de anticuerpos. Otro ejemplo de quimiotaxis mediada par quimiocinas 10 tenemos en las celulas de Langerhans (dendriticas de la pier) que expresan CCR2 cuando acaban de salir de la rnedula 6sea, 10 que las atrae a la piel inflamada, rica en CCL2. Citocinas mediadoras de la inmunidad adaptativa Estas citocinas son producidas fundamentalmente por linfocitos T. Los linfocitos T activados comienzan a secretar un gran nurnero de citocinas que regulan y dirigen la respuesta inmunitaria, tanto adaptativa como innata. En un primer momento, los linfocitos Th activa-

Estruaura

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dos secretan IL-2, el principal factor de crecimiento y diferenciaci6n de linfocitos T, 10 que les permite expandirse y diferenciarse en dos subtipos de linfocitos T C04+ colaboradoras, linfocitos Th 1 0 Th2, que difieren en las citocinas que producen. As! pues, los linfocitos Th 1 (cuya formaci6n se induce mediante interferon gamma (lFN-y) e IL-12 regulan la respuesta inmunitaria de tipo celular basada fundamentalmente en la sintesis de IL-2, IFN-y Y TNF-a, mientras que los linfocitos Th2 (inducidos por IL-4 e IL-10) se encargan de coordinar la respuesta de tipo humoral basada en la sintesis de IL-4, IL-5, IL-6 e IL-10, produciendo en ambos casas la proliferaci6n y diferenciaci6n de linfocitos T y B, respectivamente (vease capitulo 12). Una caracteristica de estas citocinas es que la inducci6n de un tipo de respuesta inmunitaria (por ejemplo, Th 1) produce edemas la inhibici6n de los componentes que actuan en el otro tipo de respuesta (Th2). La respuesta inmunitaria requiere de una gran expansi6n de clones hasta obtener el nurnero necesario de celulas para poder eliminar la infecci6n. Una vez que el peligro desaparece, el numero de celulas debe volver a valores normales. Las citocinas tarnbien regulan la vida media de las celulas del sistema inmunitario y su nurnero total por mecanismos aun no esclarecidos.

140

lNMUNOLOGfA.

Biologfa y patologia del sistema inmunitario

Lascaracteristicasfuncionales de algunas citocinas que actuan en la respuesta inmunitaria adaptativa se encuentran resumidas en la tabla 15-4. Ladasificacionde lascitocinasen los diversosgrupos no es completamente estanca.Por ejemplo, el IFN-yes producido por linfocitosTh y es una de las citocinasmas importantes en la respuesta de tipo Th 1. Sin embargo tarnbien es producido por linfocitos NK, que forman parte de la respuesta innata, y puede contribuir al desarrollode una respuestaadaptativa.De forma recfproca la IL-2, npica citocina de respuesta adaptativa,tambien puede activar a los linfocitos NK.

liferaci6n de celulas maduras capaces de enfrentarse con el antlgeno. Las citocinas encargadasde estimular la hematopoyesis, lIamadasa menudo factoresde crecimiento, tienen efectos redundantes, esto es, cuanto mas inmadura es una celula mayor numero de citocinas es capazde estimularla,potenciando as! su rnaduracion y proliferaci6n. La mavorla de las citocinas conocidas participande algunaforma en la hematopoyesis,aunque las que intervienen mas activamente son el factor estimulador de colonias granulodto-macrofago (GM-CSF), el Stem cell foctor (Iigando de c-kit) 0 factor estimulador de celulas precursoras,la IL-3, el factor estimulador de colonias de Granulocitos (G-CSF),el factor estimulador de colonias de rnacrofagos (M-CSF), la eritropoyetina (Epo) y la IL-7. Las ceracterlsticasde estos factores se resumen en la tabla 15-5.

Citocinas que estimulan la hematopovesis

La elaboracion de la respuesta inmunitaria supone un gran costa de celulas. Este descenso en el nurnero celular debe ser repuesto con la mayor rapidez posible a partir de precursores hematopoveticos, Las citocinas son las encargadas de mantener ese numero celular, tanto en el crecimiento de celolas progenitoras inmaduras,cornprometiendolas en la formaci6n de un determinado linaje celular,como en la estimulaci6n de la proTabla 15-4. Algunas citocinas de la inmunidad Citocina

Las citocinas pueden estimular 0 inhibir a ciertos subtipos de linfocitos T

Como ya vimos en capttulos anteriores, dentro de los linfocitosT CD4 se pueden definir dos subtipos atendiendo al patron de citocinasque secretany a la fundon

adaptativa

Principalesc~/ulasptoduaotas

alulas dIana

Funci6nprincipal

IL-2

LinfodtosT

Linfocitos T,linfocitos B y linfocitos NK

Actlvaci6n y proliferaci6n

IL-4

Linfocitos Th2

Linfocitos T

Diferenciaci6n a Th2

Linfocitos B

Induce cambio de isotipo a IgE Activaci6n y proliferaci6n

IL-S

Linfocitos Th2

Eosin6fi10S,IInfocitos B

IL-B

Linfoci tos Th2,Iinfocitos NK, mastocitos

Linfocitos

IL-17

Linfocitos Th 17

B

Celulas epiteliales

Aumenta producci6n de moco

Macr6fagos

Induce

Celulas endoteliales, macr6fagos, celu-

Induce smteslsde clrcdnas proinflamatorias

las epiteliales IFN-y

TGF-f3

Linfocitos Thl,linfocitos linfocitos NK

Linfocitos T,macr6fagos

Tc,

Induce cambio de Isotlpo a IgE

slntesis de citodnas

Macr6fagos

Activaci6n

LinfodtosT

Dlferenclaci6n a Thl

Muchos tipos celulares

Incrementa la expresi6n de moleculas MHC

Linfocitos T

Inhibe la proliferaci6n

Linfocitos B

Inhibe la proliferaci6n, induce cambio de Isotlpo algA

Macr6fagos

Inhibici6n

IS. MENSAJERiA INMUNOLOGICA:

LAS CITOCINAS Y SUS RECEPTORES

141

Tabla 15-5. Citocinas hernatopoyeticas Principales celulas produaoras

Otocina

Celulas diana

Fund6n principal

Celulasestromalesde la medula osea

Celulasprogenitoras pluripotencIales

Proliferaci6n y diferenciaci6n de progenitores

IL-3

LinfocItos T

Celulasprogenitoras pluripotenciales

Proliferadon y diferenciaci6n de progenitores

IL-7

Celulasestromalesdel timo y de la medula 6sea

Progenitores linfodticos inmaduros

Proliferaci6ny ~ferenciaci6n de linfocitos T .: B inmaduros

GM-CSF

Linfocitos T,macr6fagos,celulasendoteliales

Progenitores,mielomonodticos y pluripotenciales

Diferenciadon de progenitores mielomonodticos

Macr6fagos inmaduros

Activaci6n

SCF(Stem cell factor) de c-kit

0

ligando

G-CSF

Macr6fagos,celulas endoteliales

Progenitor mieloide comprometido

Oiferenciad6n de progenitores mieloides

M-CSF

Macr6fagos,celutas endoteliales

Progenitor monodtico comprometido

Diferenciaci6nde progenitores de monocitos/macr6fagos

Celulasperitubulares renales

Progenitor eritroide

Oiferenciaci6n y proliferaci6n eritroide

EPO

que realizan: Th I Y Th2. Los linfocitos Th2 son activadores muy efectivos de los linfocitos B, mientras que los linfocitos Th I son muy importantes en la activaci6n de macrofagos. Dependiendo del tipo de pat6geno se pone en funcionamiento un tipo u otro de celulas CD4, cornenzando a sintetizar las citocinas correspondientes de cada subtipo, necesarias para elaborar la reacci6n inmunitaria (vease capitulo 12). Sirnultaneamente, estas citocinas inhiben la proliferaci6n y la funci6n del subtipo alternativo, es decir, las citocinas producidas por el subtipo Th I inhiben al subtipo Th2 y viceversa (Fig. 12-2). La diferenciacion de estes subtipos tarnbien se encuentra estimulada por las citocinas disponibles en el entorno: la IL-4 favorece la activaci6n de los linfocitos Th2, mientras que la IL-12 y el IFN-y favorecen la diferenciaci6n de las Th I . Dentro de las citocinas producidas por los linfocitos Th2, la IL-IO y el TGF-~ son los principales mediadores de la inhibici6n. EI TGF-f3se une a su receptor en ellinfocito Th 1 produciendo una inhibicion directa de la activaci6n dellinfocito Th 1. Por su parte, la IL-IO actua a traves de los macr6fagos (celula presentadora); esta citocina se une a su receptor en el macr6fago e inhibe la activaci6n de este a traves del bloqueo de la sintesis de IL-12, citocina imprescindible para la activaci6n del macr6fago. AI no activarse la celula presentadora, no se activa tampoco el linfocito Th I. EI IFN~y es la principal citocina de las sintetizadas por los linfocitos Th I, encargada de producir la inhibici6n del otro subtipo de linfocito T CD4. En este caso, la acci6n de esta dtocina se produce directamente por la uni6n a su receptor en el linfocito Th2.

Los linfocitos reguladores tienen como funci6n regular 0 suprimir la respuesta inmunitaria controlando la proliferaci6n y producci6n de citocinas de los linfocitos T CD4 Y CD8 efectores, la proliferaci6n de los linfocitos NK, la maduraci6n de las celulas dendrlticas y la producci6n de anticuerpos mediante mecanismos que no se conocen con detalle. Algunos tipos de linfocitos T reguladores controlan la respuesta inmunitaria secretando citocinas inhibidoras, fundamentalmente TGF-f3e IL-IO. Los sistemas inmunitario y neuroendocrino estan intercomunicados por factores solubles Es conocido desde hace tiempo que el estres puede agravar algunas enfermedades de base inmunitaria, como la psoriasis, 0 dificultar la resoluci6n de ciertas infecciones. Esta apreciaci6n intuitive de que el estres perjudica al sistema inmunitario comienza a tener ya una s6lida base molecular. Existe una comunicaci6n bidireccional entre el sistema inmunitario y neuroendocrino por el hecho de com partir una serie de senates moleculares solubles que actuan sobre un conjunto de receptores comunes a ambos sistemas. Tanto el sistema inmunita rio como el sistema neuroendocrino producen citocinas, (lL-I, IL-2, IL-G,IFN-"f, TNF, etc), neuropeptidos (encefalinas, sustancia P, peptide intestinal vasoactivo, MSH, etc.) y hormonas (ACTH, GH, TSH, CRH, ~-endorfina, etc) para las que ambos tienen receptores. Ademas, la mayorla de los 6rganos linfoides como los ganglios linfaticos, el bazo 0 el time tienen inervaci6n simpatica. Se ha sugerido tarnbien que las terminaciones nerviosas

142 INMUNOLOGiA. Biologla y patologla del sistema inmunitario

presentes en la piel pueden incrementar la respuesta inmunitaria local. Por otra parte, el sistema inmunitario es tarnbien responsable de numerosos cambios bioqufmicos y neuroendocrinos que modifican el comportamiento. Hoy en dfa ya se conocen algunos ejemplos de las numerosas interacciones que se producen entre el sistema inmunitario y neuroendocrino. Por ejemplo, la IL-l sintetizada en tejidos inflamados activa el eje hipotalarno-hipofisis produciendo efectos tan variados como la fiebre, el dolor (al inducir ciclooxigenasa) y el sueno o la liberaci6n de ACTH, que induce la producci6n de glucocorticoides en la corteza suprarrenal con la intenci6n de autolimitar la respuesta inmunitaria. Adernas, se conoce que los corticoides, las endorfinas y las encefalinas generadas durante el estres tienen tarnbien una importante actividad inmunosupresora. Tarnbien se sabe que los linfocitos y los macr6fagos activados sintetizan opioides, sobre todo ~-endorfina, que son reconocidos por las terminaciones nerviosas locales, mitigando el dolor en los tejidos inflamados.

I Antagonistas de citocinas La producci6n y el efecto biol6gico de las citocinas estan fuertemente regulados en varios niveles. Una forma de inhibir la acci6n de las citocinas es mediante protefnas que funcionan como antagonistas de determinadas citocinas. Estos antagonistas son de dos tipos: los que se unen al receptor de la propia citocina, bloqueandolo, y los receptores solubles de citocinas. Entre los que se une al receptor de la citocina el mejor caracterizado es al antagonista del receptor de la 1L-1, denominado IL-l Ra. Se trata de una protefna que se une

al receptor de IL-l sin que el receptor transmita senates de activaci6n, de esta forma, aunque tengamos IL-l en el medio, esta no tendra acceso a su receptor y la celule diana no responders. Los receptores solubles de citocinas se liberan al medio a partir de los receptores de membrana que son liberados de ella mediante escisi6n por enzimas proteolfticas. Estos receptores solubles se unen a la citocina en el medio e impiden que esta pueda unirse al receptor de membrana. Entre los receptores solubles identificados estan los receptores de IL-2, IL-4, IL-7, TNF 0 IFN-y. Se cree que la funci6n de estos antagonistas es moderar la acci6n de las citocinas cuando estes se secretan en exceso para impedir efectos indeseados, por ejemplo, en inflamaci6n cr6nica.

CORRELAcr6N CLfNICA Psoriasis Enferrnedad inflarnaroria cr6nica que afecra sobre rodo a la picl. EI slntorna mas cornun es la aparici6n de lesioncs cscarnosas, engrosadas c inflamadas en la piel, en las que aparcce un infllrrado linfocltario y donde sc produce la liberncion de divcrsas citocinas proinflarnacorias. La causa de la cnfcrrncdad cs desconocida, aunque exisren Factores gcnericos y arnbienrales que conrribuyen a su aparicion, Se crce que pueda tcner etiologla autoinrnune. Se rrara con analgesicos y and-inflamarorios, si hay infecci6n csra indicado cl uso de anribioticos.

RESUMEN Una de las formas de cornunicacion entre celulas mas utilizada en el sistema inmunitario cs la sintesis de citocinas. Las citocinas son pequcnas prorelnas sintetizadas por muchos tipos celularcs, pero espccialrnenrc por maer6fagos y linfociros T. cuando se aetivan en respucsta a disrinros estimulos (pat6genos. roxinas ...). Esras cicocinas se unen en las celulas diana a reeeptores especfflcos, caracrerizados por tencr una gran afinidad por su ligando. La union de la citocina a su receptor provoea una easeada de reacciones bioqulrnicas en el interior cclular, que dan como resultado la regulaci6n de la acrividad de la celula diana. acrivando 0 inhibiendo su funei6n 0 su expansion. Las citocinas acnian como «hormonas» del sistema inmunitario, aunque de acci6n generalmenre local y esran implicadas en la elaboraci6n de la respuesta inmunitaria tanto innata (inflamaci6n. quimioraxis), a craves

de la activacion de macr6fagos y linfocitos NK. como adaptativa, humoral 0 celular (acruando sobre los linfocitos T y B). sirviendo de eoncxi6n entre los dos ripos de rcspuestas. Por otto lado, esras prorelnas cumplcn una funci6n muy importantc en la regulaci6n de la hcmaeopoycsis, indueiendo el crecimiento y diferenciaei6n de los precursores de los distintos linajes hcmaropoyecicos segun van sicndo necesarios para manrcner al organismo procegido de los pat6genos. EI sistema inmunirario y el sistema ncuroendocrino sc cornunican mediante facto res solubles, para los quc tam bien compareen receptores. La acci6n de las cirocinas em} fuerrernenre regulada por varios mecanismos, uno de ellos es la existcncia de antagonistas quc son capaces de inhibir la acei6n de las citocinas para evitar efeccos perjudiciales en eI easo de una sinresis excesiva.

i

II

15. MENSAJERiA lNMUNOL6GlCA:

LAS ClTOCINAS Y SUS RECEPTORES

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143

Las moleculas de adhesion y sus ligandos. EI trafico leucocitario. Inflamaci6n

I CAPiTULO 161 Un_T

INTRODUCCION La medula osea genera continuamente leucocitos que libera en el rorrenre circularorio, pero que desarrollan biograflas muy dispares, Algunos circulan y se exrravasan a los rejidos (rnastocitos, macrofagos, celulas dendriricas, eosinofilos) esperando un encuentro con patogenos, hasta que mueren en unas semanas. Orros se mantienen en la circulacion donde viven tan solo unos dlas (granulociros), Los precursores de los linfociros T se dirigen al rirno, donde se extravasan para sufrir eI proceso de maduracion y posteriormenre volver a la sangre (si sobreviven ala seleccion). Los linfocitos T y B maduros, por su parte, recirculan, una curiosa cosrumbre diaria que consiste en abandonar la sangre precisarnenre en los ganglios linfaticos, pasar al estroma del ganglio en busca de un andgeno espedfico para ser acrivados, de alll son recogidos de nuevo al vasa linfarico eferenre, para volver a la sangre a la altura de las venas subcLavias y de nuevo volver a empezar. La idea es que al circular una y otra vez por los sumideros de los tejidos (0 sea. los ganglios). aurnente la probabilidad de que el linfocito se encuentre con un andgeno que sea capaz de reconocer. Algo que a veces no llega a ocurrir en la comparativamenre larga vida del linfocito virgen (semanas). Cuando un tejido se infecca.Ia cosa cambia: los vasos sanguineos cercanos se hacen mas permeables y permiten el paso de granulocicos, monociros, celulas dendriricas y linfocitos. Algunos de esros leucocitos se quedan en la zona desrruyendo parogenos, y avisando a orros para que se acerquen. Otros, como las dendrlricas, migran por la crecienre corrienre del liquido intersticial hasra el ganglio zonal donde se detienen unos dias para organizar mediante contacros celulares la respuesta adaptativa. Los linfocitos T y B efecrores generados en el gan-

glio pasan al vaso linf:inco eferenre y de aqui vue1ven al rorrente sanguineo. En esra siruacion los linfocitos T se exrravasan en los rejidos inflamados mas que en los ganglios. Los B. en cambio, se refugiaran en la rnedula osea (0 en el MALT si se rrara de 19A) para producir sus anticuerpos (Fig. 16-1).

t0mn controla este intrincado

trdfico leucocitariai

La decision de un leucocito de extravasarse a un tejido concreto en condiciones fisiologlcas (clrculaclon /recirculacion] 0 parologicas (inflamacion), esta determinada por la existencia de factores quimiotrayenres especlficos, como quirniocinas, anafiloroxinas, etc. Por ejernplo, los monocitos se extravasan del torrenre circulatorio y migran a los rejidos donde se diferencian a macr6fagos residences atrafdos por las quimiocinas MCP-l y MCP-3. Los linfociros pro-T se extravasan al timo atraldos por la quimiocina CCL2S, migran del correx a la medula timica durante el proceso de seleccion y finalmenre emigran al rorrente circulatorio arraidos por la quimiocina CCL19. En procesos patologicos como el inflamarorio, los neurrofilos, rnonociros y linfocitos son atraidos al foco inflamacorio por la expresion de citocinas proinflamarorias como IL-l. lL-8 0 TNFa y anafiloroxinas como C3a y CSa que rccluran nuevos leucocitos al foco de inflamacion. Pero, adernas, existe un conjunto de moleculas que, junto a las quirniocinas, orquestan y permiten de forma selecriva el wlflco leucocirario a los distintos tejidos. Estas son las moleculas de adhesion y sus ligandos que no solo conrrolan la inreraccion de los leucociros con el endorelio vascular. sino tambien su exrravasacion al rejido subyacente y la retencion de los leucociros en los disrinros tejidos.

JJ

146

INMUNOLOGiA. Biologia y patologfa del sistema inmunitario

14UM})

MIW}W CORAZ6N Tejido infectado

Linfocitos recirculanles

Celulas plasmaticas

Medula 6sea

Celulas pre·T

Linfocitos T maduros

Figura 16·1. Tt'afico leucocitario, Los leucocitos resideraes (macTClfagos, mastocitos, dlu/as dendr{Licas) debe» exrravescrse en los lejidos concinuamenle. Los Im~Cltrsores de linfocitos T debe II csenrerse en el Limo. Los linfocitos mad1ll'os recirculan una y oLTavez />01' el sistema linfatico. Ell los rejidos infecuu:los se eXlrava.~CLJ1 grandes canridades de ieucocito: efectores. Las molecttlas de ad/1esi6n y sus ligandos se discrilmyel1 de Itwnera seiecuoa en lellcociros, endocelios Y Lejidos para que coda celula reconozce su Iwrada. Las qaimiocinas y sus receptores Rl~(al1sus pasos.

I Moleculas

de adhesion

Las molecules de adhesi6n son glicoprotefnas de membrana con una pardon extracelular que interacdona con el ligando, una porcion de transmembrana y una

pequena cola citoplasmatica que puede intervenir en la transmisi6n de senates al interior celular. Se expresan en la superficie de los leucocitos y de las celulas en doteliales y permiten la interacci6n de las celulas entre si (Ieucocitos-endotelio, linfocitos-APC) y con la matriz extracelular.

16. LAS MOLECULAS DE ADHESl6NY SUS LlGANDOS. EL TWICO

LEUCOCITARlO.lNFLAMACI6N

147

que los leucocitos cuando son arrastrados por la corriente del flujo sanguineo ruedan sobre la superficie del endotelio vascular. Se distinguen tres tipos de selectinas: selectinaL, que se expresa en leucocitos y linfocitos T virgenes; selectina-E, que se expresa s610cuando el endotelio vascular esta infiamado (activado); y la selectina-P, que se expresa en plaquetas y endotelio activado. Se almacena en granules otoplasmaticos en el endotelio vascular que son transportados a la superficie celular cuando el endotelio se activa en respuesta a la inflamaci6n.

Las rnoleculasde adhesion pertenecen a cuatro familias diferentes Atendiendo a su homologia estructural, las molecolas de adhesi6n se pueden clasificaren cuatro grandes farnilias (Fig. 16-2): 1. Las selectinas (asi lIamadas por tener un dominic extracelular de tipo lectina). Desarrollan un papel fundamental en la uni6n inicial de leucocitos con el endotelio vascular. Interaccionan a traves de su dominic lectina con la porci6n azucarada de glicoproteinas de membrana, en concreto con un tetrasacarido fucosilado y sializado lIamado sialil Lewis (sLeX). La interacci6n entre selectinas y sus ligandos azucarados son debiles y transitorias, se establecen y se rompen con rapidez, de forma

2. Ligandos de selectinas: mucinas

y diriginas.

- PSGL-l 0 glicoproteina ligando de P-selectina es una glicoproteina de tipo mucina que se expresa de forma constitutiva en las puntas de

L ~::~:r Selectinas

Selectina ~

Inician la adhesiOn leucocitoJendotelio

~

Endotelio activado

_j.!::===~ ..... :u.~..... ....e..... t~o"",\==__J

r-:::~~

Integrinas

Ll

IIJlI

AdhesiOn entre leucocitos y la matriz extracelular. Asentamiento en los 6rganos linfoides como eI limo oeiGALT

VLA·1 (Ctl~') VLA-4 (a.~.) VLA·5 (ast\.) LFA·1 (at6get1os 1>Orlos difcrct1tes componenres del sistema inmunicario innaw (sistema del com/)Iemenco)' de las cininGs, mac1"6fagos 0 mcstocuos) induce la rcs/>ucsrain/lamarori(1.

hidr6geno, como hemos visto en el capitulo S. Estos mediadores,junto con la activaci6ndel complemento,las cininasy la desgranulaci6nde los mastocitostisulares,son responsablesde la respuestainflamatoria(Tabla 16-1). Una consecuencia del proceso inflamatorio son los cambios que tienen lugar en el endotelio vascular, inducidos por citocinas proinflamatorias especialmente TNF-a e IL-l, que tienen como resultado una amplificaci6n en la cascadade adhesi6n leucocitaria (Fig. 163B). EIendotelio vascular inflamado se caracterizapor un incremento en la expresi6n de molecules de adhesi6n tanto de selectinas como de los ligandos de integrinas.En primer lugar,la selectina-Pque se encuentra almacenada en granules citoplasrnicoses rapidemente transportadaa la superficie celular del endotelio (rninutos). Posteriormente, se induce la expresi6n de selectina-Een un procesoque requiereactivaci6nde la transcripci6ny traducci6nde su ARN mensajero(horas). Este incremento en la expresi6n de selectinas favorece el atrapamientode leucocitosen la superficiedel endotelio vascularen la zona inflamada. A continuaci6n se inicia la fase de adhesion firme en la cascada de adhesi6n leucocitaria.Estaes mediada por la acci6n de quimoatrayentes, como citoquinas, productos bacterianos (fMLP), prostaglandinas, CSa, LTB4 que tras unirse a sus receptores en los leucocitos inician cascadas de senates intracelulares que inducen la activaci6n de las integrinasleucocitariassobre todo VLA-4 y LFA-l. A su vez, en el endotelio inflamado se induce la expresi6n de los ligandos de integrinas, ICAM-l y VCAM,con 10 cual el resultadofinal es un incremento en la adhesi6n firme delleucocito al endotelio que finalizacon las fases de migraci6ny diapedesis.Una vez que el leucocito ha atravesadoel endotelio vascularmigra al foco inflamatorio siguiendo un gradiente quirniotactico proporcio-

nado por molecules liberadas en el foco de infecci6n (CSa,C3a,fMLP,etc.) paraIIevara cabo su funci6n fagocltica y microbicida. Otros procesos en los que intervienen las molecules de adhesion

Las integrinas y sus ligandos edemas de participar en la cascadade adhesi6n leucocitaria durante el procesode inflamaci6ny de participaren el treficofisiol6gico de linfocitos entre los 6rganos de producci6n, los de maduraci6n, los de interacci6n (ganglio,bazo) y los tejidos (Fig.16-1), participanen la activaci6ny funci6n efectora de los linfocitos. Laactivaci6nde los linfocitos T y su funci6n efectora se consiguepor una interacci6ncoordinadade los receptoresaruigenicosy las moleculesde adhesi6nexpresadas en la superficie de los linfocitos T, con sus ligandos en las celulaspresentadorasde anngeno 0 las celulasdiana (vease capitulo 12). EIcontacto entre el TCRy el complejo formado por el peptido-MhC es insuficiente para activar por sl solo allinfocito T. Lasmolecules de adhesi6n contribuyen a la activaci6n de los linfocitos T por dos mecanismos: a) aumentan la adhesi6n de ambas celulas y b) transmiten senales coestimuladoras que sinergizan la cascadade senales intracelularescomenzada par el TCR.La citolisisde los linfocitosToNK tambien precisadel concursode las rnoleculasde adhesi6n, para vencer la repulsi6n natural entre membranas (Fig. 16-S). Adernas de un papel en la activaci6n y la funci6n efectora de los linfocitos T, las molecules de adhesi6nestan implicadasen el procesode maduraci6n linfocitaria.Parala maduraci6n dellinfocito Ten el timo es necesariala interacci6nde lasintegrinasVLA-40 a4~1 y VLA-S0 a5~1' con la fibronectina, un componente de

16. LAS MOLECULASDEADHESIONYSUS

LlGANDOS.EL TRAFrco

153

CEllulapresentadora de antigenos

CEllulapresentadora de antigenos

Figura 16-5. La afinidad

LEUCOCITARlO. INFLAi\1.ACrON

de las moleculas de adhesi6n par sus ligandos aumenta rras Ia activaci6n.

la matriz extracelular. EI proceso de rnaduracion por el que las celulas de la rnedula osea se convierten en linfocitos B, requiere tambien la union de VLA-4 a fibronectina y de CD44, una glicoproteina de membrana de linfocitos que es el receptor de acido hialuronico del estroma ( vease capitulo 6). La activaci6n incrementa la adhesion celular En el proceso de activacion de linfocitos T estan implicadas las integrinas y moleculas de adhesion de la familia de las inmunoglobulinas que ayudan a estabilizar la interaccion celular por dos mecanismos: 1) induccion de nuevas y/o mas molecules de adhesion, 2) aumento de la afinidad de las integrinas por sus ligandos (Fig. 16-5). Estos sistemas son utilizados por muchos otros tipos celulares, como las plaquetas, que modifican su adhesividad en respuesta a ciertas quuruocmas.

CORRELACI6N CLiNICA ~~ .: ~I·.;...

La imporrancia de las moleculas de adhesion se pone de manifiesto en las deficiencias de adhesion leucociraria (LAD, vease capltulo 18). Exisren rres geupos de inmunode~ ficiencias LAD: LAD-I ocasionada por la falta de expresion de la integrina LFA-l, LAD-II ocasionada por defecros en eI rnerabolisrno de la fucosa induciendo un deficit en la sintesis de sLeX, e1ligando de selectinas y LAD-fiI originada por defecros en componentes de la via de sefializacion que inducen activacion de las integrinas. En pacienres con inmunode6ciencias LAD. los neurrofilos y rnonocitos no sc adhieren ni migran a rraves de las celulas endoreliales, como consccuencia estos pacienres sufren numerosas infecciones. Por la relevancia de su funcion, exisren anticuerpos monoclonales dirigfdos frenre a integrinas que son usados en eI tratamiento de la psoriasis (efalizumab) yen el tratamienco de esclerosis multiple (natalizumab). Efalizumab reconoce la cadena o.L (CDlla) de la incegrina LFA-l e impide su union a ICAM-I. inhibiendo e1 recluramiento de los Iinfociros T y su inreraccion con las celulas presenradoras de antfgeno en la placa psoriasica. Nacalizumab reconoce a la incegrina VLA-4 e impide su interaccion con VCAM. inhibiendo el paso de linfociros T a craves de la barrera hematoencefilica en el SNC.

154

INMUNOLOGiA. Biologia y patologla del sistema inmunitario

RESUMEN Las moleculas de adhesion son prorelnas de la membrana de los leucocitos y de los endoteliociros que parricipan en multiples procesos de la respuesta inrnunitaria. Son imprescindibles para su maduracion y activacion en presencia del andgeno, parricipan en su organizacion en 6rganos linfoides y en la recirculacion a craves de la sangre, vasos linfaricos Yorganos linfoides. Las moleculas de adhesion se pueden clasificar en cuarro grandes familias. Las selectinas y sus ligandos las diriginas, estan implicadas en la fase inicial de adhesion lcucociraria, favorececiendo el contacto inicial 0 rodarniento del leucocito sobre las celulas endoteliales. Las integrinas junto sus liganclos las moleculas de adhesion de la familia de las inmunoglobulinas (IgCAMs) parricipan en Ia fase de adhesion firme al endotelio, rnigracion y extravasacion al rejido inflarnado. Durance

una infeccion los rnediadores de la inflamaciou activan el endorelio vascular incrernenrando la expresi6n de moleculas de adhesion y permiriendo la activacion de los leucocitos atrapados. Los leucocitos activados mandan senales que inducen cam bios en afinidad de sus integrinas leucocirarias favorecen la adhesion al endorelic. EI resultado es un incremento de la adhesion y reclutamiento de leucocitos al foco de inflarnacion. Las integrinas y sus ligandos tam bien participan en la rnaduracion y activacion linfocitaria favoreciendo eI contacto dcllinfocito T con las celulas prescntadoras y generando las seriales dc activacion adicionales que esra produce. La adhesion sc incrementa tras la activacion por dos rnecanisrnos complementarios: induccion de nuevas integrinas y aumenro de la afinidad de esras pOl' sus ligand.os.

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I CAPiTULO 171

La inmunidad a patogenos

frente

INTRODUCCION Como hem os visto en los caplrulos anteriores, el sistema inrnunirario es un conjunro coordinado de celulas y moleculas con gran capacidad para la elirninacion de pat6genos. Nuestro organismo esta consranremenre expuesto a diferenres parogenos, pero muchas veces basran las barreras fisico-quimicas para irnpedir Lainfecci6n. Orras veces,la inmunidad innata resuelve la situacion, pero cuando esto no es suficiente se necesita una respuesta adaptativa que remate el trabajo de las anreriores y garanrice una proteccion duradera que colaborara con las anteriores en futuros conractos con ese mismo parogeno. La inducci6n de una respuesta adaprativa perrnire proteger aJ huesped para

LA INMUNIDAD

FRENTE A VIRUS

Los virus son microorganismos que deben replicarse dentro de las celulas que infectan, y que parasitan la maquinaria biosintetica de las celulas huesped, por 10 que carecen de patrones moleculares caracterfsticos y bien diferenciados de las celulas eucariotas, 10 que dificulta su reconocimiento por parte del sistema inmunitario innato. Los virus se unen a receptores de las celulas mediante protefnas especfficas, 10 que determina el tipo celular que infectan. Una vez dentro se replican y pueden producir la muerte (Iisis) de la celula infectada, este es el caso de los virus citopaticos. Otros virus no tienen un ciclo lltico sino que mantienen un equilibrio con la celula infectada en la que pueden incluso integrarse en su genoma y permanecer durante largo tiempo en forma «silente» sin que sean capaces de ser detectados por el sistema inmunitario.

futuras infecciones, A este fen6meno caracteristico de la respuesta inmunitaria adaptativa se Ie conoce como memoria inmunol6gica y es la cualidad que se exploca con la vacunaci6n. En este capitulo veremos de una forma general los mecanismos de la respuesta inmunitaria frente a los distinros tipos de pat6genos: virus, bacterias, bongos y parasites. La lucha entre el sistema inmunitario y los microbios ha conrribuido a modelar estos mecanisrnos desde eI punro de vista evolutivo, y viceversa, los diferentes pat6geoos han desarrollado estrategias que les permiten evadir la respuesta inmunitaria, son 10 que se conoce como rnecanismos de escape.

La respuesta inmunitaria innata frente a los virus esta mediada por los interferones y los linfocitos NK

La sintesis de interferones de tipo I (IFN-a e IFN-~) constituyen probablemente la respuesta inmunitaria mas temprana frente a virus. Muchos tipos celulares son capaces de sintetizar interferones de tipo I cuando se infectan por virus y 10 hacen en respuesta a la deteccion de ARN y ADN virales por los receptores de tipo Toll (TLRs) 0 por la activacion de cinasas citoplasmicas por el ARN viral. Los IFN de tipo I actuan interfiriendo en la replicacion viral mediante diferentes mecanismos, por ejemplo inhibiendo la sintesis de protelnas, degradando el ARNm 0 promoviendo la apoptosis de las celulas infectadas para evitar que el virus se propague. Los IFN de tipo I tarnbien son secretados por las celulas infectadas al medio y actuan sobre las celulas vecinas,

156

INMUNOLOGlA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

produciendo una respuesta preventiva en estes que dificulta la replicaci6n viral en caso de infecci6n. Los IFN de tipo I tam bien ayudan a incrementar la respuesta de tipo adaptativo por parte de los linfocitos T ya que incrementan la stntesis de molecules MHC de clase I y II. La respuesta innata celular frente a virus esta mediada por linfodtos NK. Algunos virus, especialmente de la familia de herpes virus, son capaces de interferir en los mecanismos de presentaci6n de antigenos per MHC de clase I, 10que se traduce en que las celulas infectadas por estos virus disminuyen el nurnero de molecules MHC de clase I en su superficie. Los linfocitos NK son especialistas en detectar celulas con bajos niveles de MHC de clase I (vease capitulo 14) a traves de sus receptores activadores e inhibidores. Algunos virus (por ejemplo, citomegalovirus) tarnbien inducen la slntesis de protefnas como MIC (vease capitulo 12) que activan los linfodtos NK a traves del receptor NKG2D. La activad6n de los linfodtos NK lIeva a que estes maten a las celulas infectadas, impidiendo la diseminaci6n del virus

a celulas vecinas. Los linfocitos NK activados tarnbien producen interfer6n de tipo II (IFN-y) que contribuye a poner en marcha otras respuestas celulares como la activad6n de celulas presentadoras de antfgenos y de linfocitos Tc. La respuesta inmunitaria adaptativa frente a los virus Probadamente en la mayoria de los casas la respuesta innata frente a los virus 5610 logra retrasar su creelmiento, pero no su eliminaci6n efectiva. Para ello es necesaria la respuesta inmunitaria adaptativa que consiste en la producci6n de anticuerpos y en la activaci6n de linfocitos Tc. Los anticuerpos protectores frente a las infecciones virales suelen ser bloqueantes, esto es, se unen a las partfculas virales impidiendo que estes se unan a sus celulas diana y, per 10tanto, impidiendo su replicaci6n, ya que los virus son pat6genos intracelulares estrictos (Fig. 17-1). EI tipo de anticuerpos mas adecuado

~l

~OO~ ~Virus

Celula Infectada

Figura 17-1. Acci6n de los anticuerpos ji'ente a los virus. Los anticuerpos pueden bloquear al vinlS ( J) y aaivar el complemenro

o los fagocitos (2). Ademtl~, algunas c€lu/as infectadas exponen anc{genos virales en StLstL/)e?jicie. Estos ant{genos son reconocidos por JgC que activa a los linfocitos NK /)ara que lisen a la ceLula infeccada. A esre mecanismo de reconocimiento se LeLlama cicotoxicidad de/)endiente de an ticuerpo (3) .

17. LA INMUNIDAD FRENTE A PATOGENOS

para protegernos de las infecciones depende del tipo de virus, por ejemplo frente a los virus que infectan el huesped a traves de las mucosas los anticuerpos neutralizantes mas efectivos suelen ser de isotipo IgA, ya que bloquean el virus en la propia mucosa impidiendo que acceda a su celula diana. Los anticuerpos bloqueantes tarnbien pueden ser de isotipo IgG, que seran eficaces para impedir la diseminacion del virus en la sangre. La activacion del complemento 0 de los fagocitos a traves de anticuerpos unidos a las particulas virales tarnbien pueden ser mecanismos de respuesta antiviral. Finalmente, en algunas infecciones las celulas exponen en su membrana plasrnatica antigen os virales que pueden ser reconocidos par anticuerpos circulantes. Estos anticuerpos pueden provocar la lisis de la celula infectada por activacion de la via clasica del complemento, su muerte celular por citotoxicidad dependiente de anticuerpo 0 su fagocitosis por mecanismos dependientes de opsonizacion. Los linfocitos T son las principales celulas implicadas en la defensa frente a virus. Por una parte, en la inmensa mayoria de los casos la produccion de anticuerpos antivirales depende de la cooperacion T-B, por 10 que es necesario activar clones de linfocitos Th espedficos de peptidos virales, estos linfocitos Th son imprescindibles para que los linfocitos B, que tienen inmunoglobulinas en su membrana espedficas de antigenos virales, se puedan diferenciar a celulas plasmaticas que produzcan la sintesis de anti cuerpos antivirales. Por otra parte, los virus que ya se encuentran en el interior de las celulas son inaccesibles a los anticuerpos. En este caso los encargados de eliminar celulas infectadas por virus son los linfocitos Tc, que detectan la infeccion viral inspeccionando las molecules MHC de dase I de la superficie celular mediante su receptor de membrana (TCR) y respond en secretando perforinas y granzimas que matan a las celulas infectadas. Algunos virus han desarrollado mecanismos de evasion frente a la respuesta inmunitaria

A 10 largo de la evoludon los patogenos pueden desarrollar mecanismos 0 estrategias para escapar de la respuesta inmunitaria del huesped. Estos mecanismos son fundamentalmente de dos tipos: la variaci6n antigenica y la interferencia inmunitaria. Algunos virus, como por ejemplo el virus de la gripe 0 el virus del SIDA presentan una enorme variation antigenica, que puede producirse por mutaciones 0 por recombinaciones de su material genetico. La respuesta inmunitaria (ya sea de anticuerpos 0 de linfocitos Tc) frente a una variante del virus no es eficaz cuando el virus cambia esos antigenos, 10 que permite la seleccion de viriones que resisten los mecanismos efectores. EI desarrollo de vacunas eficaces frente a virus que presentan alta variabilidad es, por 10 tanto, muy complejo. Los mecanismos de interferencia viral con la respuesta inmunitaria son muy variados, algu-

157

nos virus, por ejemplo el virus de Epstein-Barr, han desarrollado mecanismos que les permiten bloquear el efecto de los interferones de tipo I. Los poxvirus producen receptores solubles que se unen a diversas citocinas como la IL-1, IL-18, el TNF-a 0 elIFN-y y que actuan como antagonistas de estas proteinas, bloqueando su efecto. EI virus de Epstein-Barr produce una proteina con un efecto similar ala IL-lO, una citocina de tipo Th2, que inhibe la respuesta inmunitaria celular (de tipo Th 1) eficaz frente al virus. EI virus vaccinia produce proteinas homologas de las reguladoras del complemento del huesped impidiendo asi que este sistema se active. Finalmente, varios tipos de virus han desarrollado estrategias para interferir en la presentacion de antigenos por moleculas MHC e impedir de este modo la activacion de la respuesta de los linfocitos T. Algunos adenovirus son capaces de inhibir la transcripcion de molecules MHC de clase I (Fig. 17-2) Y tambien producen, como el citomegalovirus humano, proteinas que se unen a las moleculas MHC de dase I en el reticule endoplasmico (RE) donde son retenidas evitando aSI que puedan salir a la superficie con su carga de peptidos. Algunos Herpes virus sintetizan proteinas que se unen al transportador TAP bloqueandolo, con 10 que consiguen impedir que los peptidos pasen desde el citosol al interior del RE para que sean unidos por molecules MHC de clase I. EI virus del Sarcoma de Kaposi tiene proteinas que se unen a las molecules MHC de dase I en la superficie celular y provocan su internalizadon hacia el citosol. La inmunidad frente

a bacterias

y hongos

Las bacterias son microorganismos mucho mas complejos que los virus y son capaces de replicarse de una forma autonoma. Desde un punto de vista inrnunologico podemos dividir las bacterias en dos grandes grupos: bacterias intracelulares y bacterias extracelulares. Algunas bacterias tienen muy poca 0 nula capacidad invasiva y generalmente no pasan de los epitelios y pueden generar patologia por la secrecion de toxinas que sl pueden tener efectos sisternicos. Las bacterias intracelulares son el ejemplo opuesto a las anteriores, ya que tienen gran capacidad de invasion y cumplen su cido vital dentro de las celolas del huesped, generalmente en los rnacrofagos, Los mecanismos de replicacon bacteriana, de infeccion y de patogenicidad son los que condicionaran el tipo de respuesta mas eficaz frente a una infeccion bacteriana. Aunque existe un gran numero de especies de hengos, solamente unas pocas son patogenicas para el ser humano. La mayoria de las infecciones por hongos ocurren en personas inmunocomprometidas por padecer algun tipo de inmunodeficiencia 0 por estar sometidos a tratamientos de quimioterapia 0 inmunosupresores. Se conace poco acerca de la respuesta inmunitaria espedfica frente a hongos, pero en terminos generales podemos considerar que los mecanismos son comunes a la respuesta frente a bacterias.

158

It--TMUNOLOGiA. l3iologiay patologia del sistema inmunitario

MHCclase I

Aparato de Goigi \... Proteinas ~intraceIUlare/

Reticulo endoplasmatico

I

Figura 17-2. Mewnisn1()s tlirales de eV{lsic)nimmmitaria. J) Algunos adenovirus inllibl.'l1/a rranscri/)ciotl de /(IS mo/ecufas de Mf lAC de ciase J. 2) Vines de UI familia ller/)cs sinW!izan prmefl1f1S qlte bloqllcan et TAP, im/)idiene/o cI/)ClS()de los /)c/)tidos del ciw/>Iasma al rel(wlo f!l1d()plasmtitico. 3) A/g-ullOs virus inducen la incemaliZClci6n de las n10licu/as de MIIC de close I de fa su/>criicie de la ce/u/a

La respuesta inmunitaria innata frente a bacterias y hongos Estos microorganismos son muy complejos antigenicamente y la evoluci6n ha desarrollado multiples mecanismos para que el sistema inmunitarro los reconozca utilizando receptores de respuesta innata que reconocen patrones moleculares asociados a pat6genos (PAMP), como, por ejemplo, el Lipopolisacarido presente en las

bacterias Grern-. La respuesta inmunitaria innata humoral frente a beeterias y hongos esta mediada por la via alternativa y la via de las lectinas del complemento (vease capitulo 3). La activaci6n de estas vias del complemento ocurre de forma espontanea en la superficie de determinados procariotas, produciendo la activacion y el deposito de los componentes terminales del complemento sobre la superficie bacteriana y la posterior lisis celular. Ademas de este efecto, la activaci6n del complemento produce la liberaci6n de anafilotoxinas que inducen la inflamaci6n y la atraccion de celulas al foco de infeccion. Los fagocitos pueden activarse mediante receptores de su rnern-

brana que reconocen los PAMP 0 mediante receptores de opsonizacion que reconoceran los factores del complemento C3b y C4b que se depositan sobre el microbio tras la adivaci6n del complemento. Los fagocitos, una vez internalizado el microbio, pondran en marcha los mecanismos bactericides que destruyen los patogenos, Finalmente, los fagocitos activados mediante sus receptores de fagocitosis y de anafilotoxinas liberaran al medio citocinas proinflamatorias como IL-l, TNF-cx,IL-6 y diversas quimiocinas que contribuiran a la activacion de las celulas endoteliales para producir inflamaci6n y extravasaci6n celular. Los fagocitos estimulados tarnbien pueden producir lL-l2 que a su vez estimula los linfocitos NK que responden sintetizando IFN-y, que a su vez estimula los fagocitos facilitando la eliminaci6n de las bacterias que han fagocitado. La respuesta iflmunitaria adaptativa frente a bacterias y hongos En la mayorfa de los casos la inmunidad innata a traves de los fagocitos es capaz de controlar los estadios

17. LAINMUNIDAD FRENTEA PAT6GENOS

iniciales de las infecciones bacterianas y por hongos. En el caso de que la respuesta innata no sea suficiente se pondra en marcha la respuesta adaptativa activando dones de linfocitos T y B especificos. EI papel defensivo de los anticuerpos frente a las infecciones bacterianas y por hongos incluye diferentes mecanismos. Los anticuerpos neutralizantes (de isotipo IgG e IgA) pueden unirse a las bacterias impidiendo su adhesi6n a celulas 0 tejidos que son, de otra forma, colonizados por los microbios. En el caso de bacterias no invasivas productoras de exotoxinas bastara con producir anticuerpos neutralizantes frente a las toxinas para bloquear su efecto patogenico. Los anticuerpos tarnbien pueden inducir respuestas indirectas activando el complemento (lgM, IgG) por la via dasica, 10 que llevara a la activadon de los factores terminales y a la lisis bacteriana. Los anticuerpos unidos a la superficie miaobiana tarnbien pueden activar la fagocitosis mediante la union a receptores para Fc de las inmunoglobulinas. Finalmente los fagocitos activados de esta manera producen citocinas proinflamatorias que ayudaren a coordinar la respuesta defensiva. La capacidad de activacion de las celulas fagodticas a traves de receptores para inmunoglobulinas es muy superior respecto a la que se consigue mediante los receptores innatos de estes mismos fagocites, asi que si tenemos anticuerpos preformados frente a un microbio nuestra respuesta inmunitaria sera mucho mas eficaz. Los linfocitos Th tienen un papel muy importante en la coordinecion de la respuesta adaptativa frente a bacterias y hongos. Por una parte, los linfocitos Th son importantes en la cooperacion T-B para la diferenciacion de celulas B a celulas plasrnaticas productoras de anticuer-

159

pos, especial mente en las respuestas por IgG e 19A.Por otra parte, las citocinas secretadas por los linfocitos Th 1 son importantes para producir inflarnadon y la activacion de los fagocitos. En generalla respuesta adaptativa frente bacterias extracelulares poco invasivas y con patogenicidad por toxinas como Corynebacterium diphteriae 0 Vibrio cholerae esta dirigida fundamental mente por anticuerpos neutralizantes. La respuesta frente a bacterias mas invasivas como Neisseria meningitidis 0 Staphylococcus aureus se basa en la respuesta por anticuerpos que activan el complemento y producen opsonizaci6n que activa de forma eficiente la fagocitosis del patogeno. Algunas bacterias, como por ejemplo Mycobacterium tuberculosis 0 Mycobacterium leprae, se han especializado en sobrevivir dentro de los fagocitos, especialmente los rnacrofagos. Para ello han desarrollado caracteristicas que las hacen muy resistentes a los mecanismos bactericidas de los fagocitos, protegiendose de los anticuerpos que estan en el medio extracelular. La respuesta inmunitaria frente a estas bacterias es mas parecida a la que se pone en marcha frente a los virus, por 10 que se necesita la activaci6n de los linfocitos T. Los macr6fagos infectados por estas bacterias presentan, a traves de las moleculas HLA de dase II, peptidos derivados de elias a los linfocitos Th 1 que responden produciendo citocinas, sobre todo IFN-y, que se unira a su receptor en la superficie del macr6fago. La activaci6n del macr6fago dependiente delIFN-y seaetado por ellinfocito Th 1 Y de senales de contacto celular directo a traves de CD40-CD40l son imprescindibles para la elimination de la mayo ria de las bacterias intracelulares (Fig. 17-3).Adernas, los macrofagos y celulas dendriticas son capaces de presentar lipi-

IFN-yR

~

Linfocito Th Figura 17-3. Presentaci6n por MHC de close II de bacterias intracelulares,

160

INMUNOLOGtA. Biologla y patologia del sistema inmunitario

dos de micobacterias a treves de las molecules CD 1 (veanse capftulos 8 y 9) a subtipos especiales de linfocitos T, como por ejemplo los linfocitos NKT.Los linfocitos NKT son capaces de matar a celulas infectadas por bacteriasintracelulares,impidiendo su diseminaci6n.Adernas, secretan citocinas como IFNI' Ytambien liberan granulisina, un antibi6tico capaz de matar las bacterias intracelulares.Porotra parte,los linfocitosTctarnbien son capaces de matar las celulas infedadas por algunos tipos de bacterias intracelulares dtoplasmaticas, como por ejemplo Lysteria 0 Salmonella cuyos peptidos son presentados a los linfocitos Tc por las molecules MHC de clase I. Mecanismosde evasi6nbacteriana frente a la respuesta inmunitaria

AI igual que los virus, algunas bacterias han desarro"ado mecanismos que les permiten evadir la respuesta inmunitaria. La generaci6n de variantes antlgenicas es uno de estes mecanismos que utilizan bacterias como Neisseria meningitidis, Neisseria ghonorreae 0 bacterias del genero Borrelia (causantede la enfermedad de Lyme) que disponen de diferentescopiasde los genes que codifican las protefnas mas antigenicas y que expresan de forma aleatoriapara escaparde la acci6n de los anticuer-

pos. Muchas especiesbacterienashan desarrolladomecanismos para impedir la acci6n del complemento, mediante protefnasque impiden el dep6sito de los componentes terminalesdel complemento, que mimetizan las protefnas reguladoresdel complemento humane 0 que tienen proteasas que inadivan los componentes del complemento una vez que se activa. Las bacterias intracelulares son capaces de vivir dentro de los rnacrotagos y otras celulas fagodticas, porque tienen mecanismos que interfieren con su activaci6n (Fig. 17-4). Algunas bacterias, como por ejemplo Mycobacterium tuberculosis, una vez fagocitadasimpiden la fusion entre el fagosomay ellisosoma. Iambien pueden inhibir la bomba de protones necesaria para la acidificaci6n del fagosoma. Otras, como los estafilococos,producen catalasaque descompone el per6xido de hidrogeno (agua oxigenada) evitando asl su poder bactericida. Mycobacterium leprae tiene una cubierta externa muy resistente y en la que posee compuesto fenolicos que inadivan los radicaleslibres generados en el fagolisosoma. Brucella abortus es capaz de inhibir la presentaci6nde antlgenos por MHC de clase II,impidiendo asf la colaboraoon entre los fagocitosy los linfocitosTh. Algunasbaderias, como las del genero Listeria 0 Shigella, simplemente son capaces de escapar del fagolisosoma y salen al citoplasma celular donde se replican.

MHC declaseII

I

0C-)J CD

Fagosoma

o @0

lIsosomas

00

Figura 17·4. Mecanismos de escape baaeiiaro [rente a fagocilOSis. I) Mycobacterium tuberculosis im/>ide la [usi6n del fagosoma y ellisosoma. 2) Algtmas boaesios bloquean los mecanismos bacteiicidas de los lisosomas. 3) La cubierta exrema de Mycobacterium leprae resiste Lacapacidad Uricade los lisosomas. 4) Algunas baaetios, como la Listeria, escapan del [agolisoma hacia el citopLasma. 5) Brucella abortus bloquea Itt presentaci6n antigenica y la accivacion de los macr6fagos.

17. LAINMUNIDADFRENTEAPATOGENOS

I

La inmunidad frente a parasitos

Las infecciones parasitarias son producidas por protozoos y helmintos. La mayoria de los parasites tienen ciclos de vida muy complejos que frecuentemente se desarrollan en parte en el hombre u otros animales, mientras que otras partes del cido dependen de otros organismos intermediarios invertebrados, por ejemplo insectos. Los parasites que infectan al hombre pueden efecterlo de muy diversas maneras, algunos colonizan la sangre, como los tripanosomas, otros pueden vivir dentro de los eritrocitos, como Plasmodium, en el higado, como algunas especies de Leishmania, el intestino como las tenias 0 induso el cerebro como toxoplasma. La respuesta inmunitaria frente a muchos parasites tiene un resultado sola mente limitado debido a los complejos mecanismos que estos microorganismos tienen para interferir con ella. Como ejemplo podemos poner una infeccion con una tenia que puede lIega! ~ medir un metro de longitud y, sin embargo, puede vrVtr en el interior de nuestro intestino sin provocar ni siquiera una inflarnacion intestinal. Las infecciones parasitarias son a menudo cronicas y afectan a un gran numero de personas especialmente en paises en vias de desarrollo y constituyen un serio problema de salud ya que no existen vacunas eficaces contra ellos y los tratamiento farrnacologicos tienen muchas veces una eficacia limitada.

I

La inmunidad innata frente a parasites

La respuesta inmunitaria innata frente a la mayoria de los parasites es muy poco eficiente. Algunos parasites como Trichinella spirolis pueden activar el complemento, aunque esto no suele ser suficiente para eliminar el pat6geno. La respuesta innata mas importante es la de la fagocitosis, aunque en la mayoria de los casos tampoco es completamente eficiente para poder eliminar el parasite.

I

La inmunidad adaptativa

frente a para sitos

Una respuesta inmunitaria eficaz contra los parasites casi siempre depende de la activaci6n de la inmunidad adaptativa. EI tipo de respuesta frente a los parasites depende mucho de las caracteristicas de su cicio de vida y de su fisiologia, que son extraordinariamente variables y complejos. Incluso algunos de ellos alteman ciclos de vida intracelulares y extracelulares infectando distintos tipos de tejidos y celulas, con 10 que en cada caso la respuesta inmunitaria mas efectiva tiene que ser diferente. En el caso de aquellos parasites que tienen cidos de vida extracelulares, como por ejemplo Tripanosama brucei, que vive libre en la sangre, la respuesta mas efectiva es la de anticuerpos. Estos anticuerpos pueden ser neutralizantes, por ejemplo los

161

anticuerpos contra Plasmodium pueden bloquear los parasites impidiendo su entrada en los eritrocitos, 0 pueden activar mecanismos efectores como el complemento 0 la fagocitosis para destruir el pat6geno. En las infecciones por helmintos suele producirse una respuesta de tipo Th2 con sintesis de IgE especifica frente antigenos del parasite (Fig. 17-5). En este caso las celulas presentadoras de antfgeno profesionales fagocitan antigenos del helminto y presentaran peptidos del parasito a treves de las molecules MHC de clase 11a clones de linfocitos Th2. Los clones de linfocitos Th2 producen citocinas de tipo Th2: IL-4, IL-5, IL-lO que son cruciales para coordinar esta respuesta. Por un lado, los linfocitos B que presentan en su membrana inmunoglobulinas especificas de antlgenos parasitarios presentan los peptidos de estes a los clones de linfocitos Th2 que responden produciendo IL-4, citocina que favorece el cambio de isotipo a IgE; por esta raz6n podemos encontrar niveles de IgE elevados en las enfermedades parasiterias. La IgE producida de esta manera se unira a la superficie del parasite y permitira la ectivacion de mastocitos y eosinofilos que seran daves para la elirninacion del parasite. La IL-5 es tambien un factor de diferenciaci6n y activacion de eosinofilos, con 10 que los niveles elevados de IL-5 incrementa ran el nurnero de eosinefilos que nuestra rnedula osea produce en casos de parasitosis. Los mastocitos producen liberaoon de sustancias pro-inflamatorias en repuesta a la union de la IgE al parasite, alertando de su presencia al sistema inmunitario, mientras que los eosin6filos liberan sustancias t6xicas que perrnitiran la elirninacion del parasito. Muchos parasites tienen cidos de vida exclusivamente intracelulares, como es el caso de Leishmania, protozoo que infecta sobre todo macr6fagos y que vive y se replica dentro de ellos. La producdon de anticuerpo frente a estos parasites es poco efectiva porque se internalizan dentro de las celulas fagocfticas rapidarnente evitando la accion de estos anticuerpos. En estos casos la respuesta inmunitaria mas eficaz es la de tipo Th 1, como en el caso de las infecciones virales y las bacterias intracelulares con la activacion de celulas productoras de IFN-y que activa los rnacrofagos infectados para que puedan eliminar de forma eficiente los parasites que han sido fagocitados. Mecanismos de evasion de parasltos a 18 respuesta inmunitaria

frente

La mayoria de los parasites han desarrollado a 10 largo de la evolucon mecanismos muy sofisticados para escapar de la accion del sistema inmunitario, 10 que provoca que sea muy difJ1eliminarlos, y por eso muchas de estes infecciones son cronicas, Una vez mas podemos observar que la variacion antigenica es un rnecanismo de escape muy eficaz en algunos parasites. EI caso mas notable es el de Trypanosoma brucei, cau-

162

TNMUNOLOGIA. Biologla y patologia del sistema inmunitario

C)

(!)

Celula dendritica

0

~

ct Antfgeno

,ll-4 Linfocito B

Il-13 " Il·4 Il-S

J~ Celula plasmatica

Inflamaci6n

Parasito

Figura 17·5. RespuesUi Th2 contra helminLos. Los helmincos son IIslwlmeme IxmisiLOsex(racellliares qlle indllcen llna respuesta humoral. En CSUl respuesr«, los linfocitos Tit 2 , adem{1$de ac(ivar a los linfociws S, producen gJ·andescantidades de fL·4 e fL· 5, que favorecen el cambio eleisoti/>onocia fgE y I" acrivacicjnde los eosin6filos. Los eosin6jic/os acLivaelosson ca{'Clcesde reconocer all,lllSanOo/>sonizadopor la fg£ Y sabre el cxocucn el camenicio cc5xicode sus granrclos. sante de la enfermedad del sueno en Africa. La parte externa de este parasite esta constituida por una proteina denominada VSG (Glicoprotefna Variable de la Superficie). Esta protefna es muy antigenica y los individuos infectados producen anticuerpos frente a ella de una forma eficaz, sin embargo el parasite posee hasta 1.000 genes diferentes que codifican distintas versiones de esta proteina y que va cambiando a 10 largo del tiempo. Cuando los parasites cambian su VSG los anticuerpos son incapaces de unirse a la nueva version y se produce una expansi6n de nuevos parasites, hecho que se repite una y otra vez a medida que el individuo va fabricando anticuerpos contra las distintas versiones de la VSG. Otros mecanismos de evasi6n parasitaria incluyen interferencia

con el complemento, por ejemplo Trypansoma cruzi, que causa la enfermedad de Chagas en Sudamerica, posee una proteina hornologa a DAF, factor que regula la activaci6n del complemento en celulas humanas. Los parasites intracelulares como Leishmania, Toxoplasma o Trypanosoma tienen diferentes mecanismos que los hacen resistentes a la acci6n de los fagocitos, utilizando rnetodos muy similares a los que usan las bacterias intracelulares. Algunos parasites se aislan fisicamente del organismo huesped, produciendo un quiste dentro del cual pueden sobrevivir durante enos, como es el caso de Trichinela spiralis. Otros simplemente tienen cubiertas tan resistentes que el sistema inrnunitario no puede danarlos, como es el caso de la gruesa cuticula que recubre los

17. LAINMUNIDAD FRENTE A PAT6GENOS

nematodes. Algunos parasites como los esquistosomas se disfrazan recubriendose de proteinas del huesped, con 10 que se hacen invisibles para el sistema inmunitario, Finalmente, la mayoria de parasites interfiere con la respuesta inmunitaria del huesped produciendo un cierto grade de inmunosupresi6n por diferentes mecanismos, como por ejemplo produciendo protefnas enalogas a factores inmunosupresores como TGF-~. Las vacunas: terapia preventiva para las infecciones Las vacunas aprovechan el desarrollo de la memoria inmunol6gica de la respuesta adaptativa. Una respuesta adaptativa prima ria tarda algo mas de una semana en ser funcional, tiempo que puede ser insuficiente si la inmunidad innata no es capaz de controlar al pat6geno. La vacuna contra un pat6geno consigue activar la respuesta adaptativa primaria en ausencia de infecci6n, de tal manera que cuando el individuo se enfrente a este pat6geno se pone en marcha una respuesta secunda ria, mucho mas rapida, potente y eficaz para luchar contra el microorganismo, evitando que aparezca la patologia infecciosa 0 esta sea mucho mas leve que en ausencia de vacunaci6n. En el capitulo 22 se aborda el tema de las vacunas de forma espedfica.

163

CORRELACION CLiNICA Vacuna de la tuberculosis Aunque se han desarrollado vacunas contra numerosas bacrerias y virus rodavia debe encontrarse vacunaseficaccsContranumerosos pat6genosque causan infeccionescronicas. En particular, no existen vacunas eficacescontra patogenos en losque la respuestaprotecrora debe ser una respuesrainmuniraria celuJar ripo Th l, como es eJ caso de la bacteria responsable de la tuberculosis =Micobacterium tuberculosis= y de numerosos protozoos. Para esre tipo de pat6genos no es uril emplear vacunas subunirarias 0 inactivadas, pues estas gencran una respuestahumoraJmediada por anticuerpos que no cs lltU para eliminar estos pac6genos intracelulares.Para generar respuescastipo Th l cs necesarioque los parogenos esren vivos.peco arenuados, El unico logro significarivoen este ripo de vacunasfue realizadode los microbiologosfrancesesAlbert Calmerre y Camille Guerin que desarrollaron una vacunacontra la rubercuJosisa partirde unacepaviruJenra de Micobaaerium tuberculosisde origen bovino. El culnvo continuado de esta cepa durante 13arios (1908-1921) rermin6 rransformandola en una cepa acenuadaque se conoce accualmenrecomo BCG (Bacilo de Calmene-Guerin). Esra cepa confiere una cierra inmunidad contra la tuberculosis y seadminisrraen algunospaises europeos, No seha conseguido ninguna vacuna eficaz mas contra este tipo de patogenos, aunque la secuenciacion recienredel genoma de numerosos pat6genoshumanos abre nuevasvias parael desarrollofuturo de esre ripo de vacunas.

~------------------------------~--~I! RESUMEN Nuestro organismo esci proregido de una forma muy eficaz por barreras fisico-quimicas que acnian de una forma pasiva conreniendo la entrada de la mayor parre de microorganism os, Cuando esras barreas no son e6caces o pierden su inregridad, el sistema inrnunitario enrra eo acci6n para detener y eliminar los par6genos. La respuesra inmuniraria varia en funci6n de las caracteristicas fisiol6gicas, bioquimicas y anrigenicas de los diferemes parogenos: virus, bacterias, hongos y parasiros, La respuesra inmunitaria innata freme a los virus se lleva a cabo sobre rodo por los interferones de tipo I y los linfociros NK. Esta respuesta no es eficaz en la mayoda de los casos, pero permite conrener a los virus en primera insrancia y alerrar al organismo para que se ponga en marcha la respuesra adaptativa. La repuesta adaptativa frenre a los virus consisre en la producci6n de anticuerpos y la activacion de linfociros Tc. La respuesta inrnuniraria innara frente a bacterias es llevada a cabo por el complemento y los fagocites, es muy eficaz y nos defiende de la gran mayoria de

las infecciones bacterianas, Cuando esto no es suficienre necesiramos poner en marcha la respuesra adaprariva, En general las bacterias extracelulares inducen una respuesra basada en la producci6n de anticuerpos mienrras que la respuesta celular, de ripo Th 1 es la mas e6caz frente a las bacterias intracdulares. Los parasites son muy complejos y diRciles de eliminar por el sistema irununirario y la respuesra innara no suele ser eficaz en la rnayorfa de los casos. AJ igual que en el caso de las bacrerias, la respueSta adaptat iva mas eficaz contra los parasitos exrracelulares se ~ basa en la producci6n de anticuerpos, rnientras que los parasitos intracelulares son conrrolados por respuesras ceJuJaresde tipo Th l. Las infecciones por helrnintos acrivan respuesras de tipo Th2 en la que seproduce 19E y acrivaci6n de eosinofilos y mastocitos. Algunos par6genos rienen mecanismos que les permiten evadir uno 0 varios tipos de respuesra inmunitaria, dificultando de esra manera ser dereccados 0 eliminados de forma eficiente,

164

lNMUNOLOGfA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

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Defectos de la inmunidad: las inmunodeficiencias

1

CAPiTULO

181

INTRODUCCION I

El sistema inrnunitario esta formado por un conjunto de organos, celulas y moleculas que colaboran entre S1 para defender al individuo de agemes infecciosos, respetando los rejidos propios. Por 10 tanto, los fallos en el sistema inrnunirario favorecen el desarrollo de infecciones y, a veces, de enfermedades autoinmunitarias. A las enfermedades causadas por defecros del sistema inmunirario se les denomina inrnunodeficiencias. Las inrnunodeficiencias pueden afecrar a un componente unico del sistema inmunitario, alrerandose una funcion determinada (eliminacion de inmunocomplejos, sinresis de 19A) 0 bien producir un dererioro global d la respuesta inmuniraria, como ocurre en eI sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). El esrudio de

Las inmunodeficiencias son defectos conqenitos 0 adquiridos del sistema inmunitario

Las inmunodeficiencias se clasifican como inmunodeficiencias congenitas 0 adquiridas. En las primeras la alteracion se debe a un defecto genetico, bien en algun componente del sistema inmunitario 0 bien en protefnas que Ie afectan indirectamente. En las segundas la alteradon es adquirida, por ejemplo tras una infeccion vfrica (como ocurre en el SIDA), o por rnalnutricion (Ia falta de aporte energetico reduce la funcion de todos los sistemas, induido el inmunitario), o induso par depresion.

estas enfermedades, sus caracteristicas clinicas (infecciones, herencia}, los componentes y las funciones que se encuentran alteradas, ha sido de gran ayuda para conocer mejor aI propio sistema inrnunitario, e incluso ha permitido abordar aspectos desconocidos del mismo. Por ejernplo, los linfocitos T y~ se aislaron por primera vez en una inmunodeficiencia. Algunos de los rraramientos mas revolucionarios de la historia se ensayaron por primera vez en inmunodeficiencias, como el erasplante de medula osea 0 la rerapia genica. El disefio por ingenieria generica de ratones deficientes (KO 0 Knock-out) de prorelnas del sistema inmun itario ha perrnitido definir sus funciones y en muchos casos sirven de modelo de las inmunode6ciencias humanas. ._.

EI tipo 0 gravedad de las infecciones a la celula 0 rnolecula afectada

Ii

delata

EI rasgo mas caracteristico de las inmunodeficiencias es la tendencia a desarrollar infecciones cronicas 0 repetidas de origen vfrico, bacteriano, fungico 0 parasitario, a menudo por microorganismos que raramente causan enfermedades. Las infecciones pueden ayudar a descubrir que celulas 0 proteinas del sistema inmunitario se encuentran afectadas (Tabla 18- 1). Dos hallazgos muy comunes en individuos con inmunodeficiencia son la diarrea cronies y el retraso en el crecimiento. Tarnbien son frecuentes las enfermedades autoinmunitarias.

166

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

Tabla 18-1. Infecciones asociadas a las inmunodeficiencias Pat6genos

Fagocitos

mas asociados

Protozoos

Bacteriasy hong os

Staphylococcus Proteus Klebsiella Serratia Nocardia

Candida Aspergillus

Bacteriaspi6genas y hongos

Neisseria Haemophilus

Aspergillus

(1)

Complemento

Bacterias

(2)

Linfocitos NK

Herpesvirus

Herpes

Linfocitos B

Bacteriaspi6genasy protozoos extracelulares

Staphylococcus Haemophilus Streptococcus

Giardia

Enterovirus (polio, echo)

Linfocitos T o combinadas (3)

Pat6genos intracelulares

Mycobacterium· Listeria* Streptococcus

Toxoplasma Cryptosporidium Microsporidios

Citomegalovirus Vacuna Herpes Parotiditis

• Intracclulares Otras caracterfstlcas clfnicas: (1) Granulomas, (2) lupus, angioedema (inhibidor de C1), (3) dlarrea, retraso del crecimlento y autolnmunidad

Los defectos conqenitos de los fagocitos se asocian a infecciones por bacterias y hongos

Los fagocitos constituyen la primera lInea de defensa celular frente a infecciones bacterianas 0 fungicas (vease capitulo 5), Su funci6n es detener el crecimiento de la infecci6n en los tejidos mediante fagocitosis, pero para ello necesitan alcanzar los tejidos desde la sangre (neutr6filos), reconocer y engullir a los pat6genos, y descargar en las vesIculas fagocfticas su armamento t6xico (Tabla 2-1). En algunos casos necesitan, edemas, pedir y recibir ayuda en forma de citocinas (Fig. 18-1). Distintos defectos congenitos de los fagocitos en cada una de estas funciones se asocian a la persistencia de infecciones bacterianas y fungicas. La deficiencia de adhesi6n leucocitaria (LAD, Leucocyte Adhesion Deficiency) es una enfermedad causada par mutaciones en el gen que codifica CD 18, que es la cadena B de una serie de molecules de superficie de la familia de las integrinas (LFA I, por ejemplo, es CD11a/CD18). Con elias los fagocitos se unen a los endotelios, para posteriormente migrar al interior del tejido infectado (vease capitulo 16 y Fig. 18-1). Los fagocitos de los pacientes, aunque son funcionales, no pueden entrar en los tejidos y no pueden controlar la infecci6n. Existe otra deficiencia en la que la adhesi6n y movilidad de los fagocitos es normal, pero 10que falla es la

Candida Histoplasma Pneumocystis Crytococcus (CD9s).

senalizacion que sigue al reconocimiento de ciertos pategenos por los TLR y que activa la inflamaci6n local. Se trata de la deficiencia de IRAK-4 (Interleukin-l Receptor-Associated Kinase 4), una cinasa que transmite senales para e11L-1R y para diversos TLR (Fig. 18-1). EI resultado es una susceptibilidad a bacterias Grarn+, sobre todo Streptococcus pneumoniae. En la enfermedad granulomatosa cr6nica (CGD, Chronic Granulomatous Disease) los fagocitos pueden moverse y reconocer bacterias, pero son inca paces de eliminarlas una vez fagocitadas. La raz6n es que no pueden producir el radical super6xido, agente fundamental en la funci6n bactericide, debido a distintas mutaciones que afectan a los componentes que forman el sistema NADPH oxidasa, enzima imprescindible en la generaci6n del radical (Fig. 18- 1). En muchas de estas deficiencias se forman granulomas, un intento inmunol6gico de esconder bajo la alfombra epitelial los pat6genos persistentes. Existe otro grupo de sfndromes que com parten una gran susceptibilidad a la infecci6n por Micobacterias. En algunos casos se han identificado mutaciones en el dialogo molecular que establecen los macr6fagos y los linfocitos (Th 1 Y NK sobre todo), que podrla resumirse como sigue. EI macr6fago infectado advierte que tiene problemas sintetizando IL-12. EI linfocito 10 registra mediante el receptor correspondiente (IL-12R), yemite ayuda en forma de una popula r citoci na, el IFN-y. EI

167

18. DEFECTOSDELAINMUNIDAD:LASINMUNODEFlClENClAS

Pre-BCR

Linfocito pre-S

Precursor linfoide

N·"{R

Linfocito B

Linfocito Th ~

Endotelio

v

Figura 18-1. Mecanismos de algunas inmunodeficiencias congeniws humanas. Las mutaciones en las protefnas que se resaltan en roja impiden el desalTollo (arriba) 0 La funci6n (abajo) de cieJ·rosleucocuos, )' nos recuerdan las fllnciones en las que participan: Ia modi{icaci6n 0 Ia reparaci6n del ADN para La generaci6n de La diversidad 0 e1 cambio de i$oripode !g, La sfntesis y e1 reconocimienro de citacinas, ia presentaci6n y el reconocimienro de peptidos, La cicolisis, la adhesi6n 0 La fagocitosis. macr6fago recibe esa inestimable ayuda con el receptor apropiado (IFN-yR), 10 que Ie autoriza a poner en marcha mecanismos de destrucci6n mas efectivos que, ahora sf, eliminan la molesta Micobacteria. Pues bien, la falta de IL-12, de IL-12R, de IFN-yR 0 incluso de un factor de transcripci6n que trabaja para este ultimo (STAT-l, vease capitulo 15 y Fig. 18- 1) se asocian a la susceptibilidad a las Micobacterias. No se habra escapado al sagazlector que, en el segundo caso, el defecto reside en el linfocito, no en el fagocito. Por ultimo, las deficiencias de los linfocitos NK se asocian a susceptibilidad a herpesvirus, que son grandes maestros de la latencia. Los defectos congEmitos del complemento dificultan, adernas, la eliminaci6n de los inmunocomplejos

Lasdistintas deficiencias del sistema del complemento se asocian con infecciones por bacterias pi6genas (que inducen la formacion de pus) y dificultad en la elirninacion de inmunocomplejos, 10 cual nos da idea de su papel en el sistema inmunitario (veanse capitulos 3 y 17). Se han descrito deficiencias congenitas de casi todos los componentes del complemento, y hay una

gran variedad en las caracteristicas clfnicas y gravedad de la enfermedad desarrollada. En las deficiencias de la via alternativa 0 de las lectinas no hay dificultad en la eliminaci6n de inmunocomplejos, puesto que esas vias no depend en de los anticuerpos. Aparecen, en cambio, infecciones graves causadas por pneumococos, estafilococos y Neisseria. En las deficiencias de la via dasica la enfermedad se origina por la dificultad de opsonizar bacterias pi6genas y eliminar inmunocomplejos, 10 cual puede causar dane tisular e inflamaci6n debido a la activaci6n de macrofagos, con consecuencias elinicas graves como ellupus y otras enfermedades autoinmunitarias por inmunocomplejos. La infecci6n con Neisseria es tarnbien cornun en aquellos individuos con deficiencias en los componentes terminales, ya que la fase Iftica es crucial para la destruccion de este tipo de bacterias. Las protefnas reguladoras controlan el sistema del complemento, evitando su activaci6n espontanea y manteniendo el nivel de todos los componentes que 10 forman. Cuando hay una deficiencia de alguna de elias se puede producir un consumo continuo de ciertos componentes (las deficiencias del factor Hoi conllevan un agotamiento del C3). Estas deficiencias se parecen elinicamente a las deficiencias de la via dasica 0 lltica. En

168

INMUNOLOGlA. Biologfa y patologfa del sistema inmunitario

otros casos (deficiencia de C1 inhibidor, C4bp, C055, C059, HRF) se produce una activaci6n masiva del complemento, danando los tejidos mas expuestos a los antigenos (Ia piel y las mucosas en los dos primeros casos) o simple mente mas sensibles (como los eritrocitos en las restantes deficiencias, ya que carecen de otras moleculas protectoras). Los defectos de los Iinfocitos 8 se asocian a infecciones por patoqenos extracelulares AI igual que ocurre con los defectos del complemento, los individuos con deficiencias de linfocitos B son susceptibles a las infecciones recurrentes causadas por bacterias encapsuladas, como H. influenzae, S. pneumaniae y S. aureus (ilamadas tam bien pi6genas, porque inducen la formaci6n de pus), siendo las enfermedades mas comunes que desarrollan estes enfermos la neumonla, la otitis media y la sinusitis. En 1952 Bruton describi6 la primera inmunodeficiencia, caracterizada por la ausencia de linfocitos B y, por 10 tanto, con ausencia de inmunoglobulinas en suero. Como edemas esta enfermedad era hereditaria y 5610afectaba dlnicarnente a los varones se denomin6 agammaglobulinemia ligada al X (XLA). EI gen defectuoso en esta inmunodeficiencia codifica para una proteina tirosincinasa que se encuentra en todos los linfocitos B y en leucocitos polimorfonudeares, denornineda Btk. Esta cinasa se asocia en las celulas B al receptor (BCR), transmitiendo senates al interior celular. AI igual que ocurre con la cinasa Lck 0 Zap70 en linfocitos T, la ausencia de la protelna Btk impide la diferenciaci6n de los linfocitos B, que permanecen en el estadio pre-B (vease capitulo 6 y Fig. 18-1). Las mutaciones que afectan a otras protefnas de la misma ruta (u, 1.5, C0790., BLNK) producen raras agammaglobulinemias autosomicas. En ciertas inmunodeficiencias asociadas a linfocitos B no se observa reducci6n del numero de celulas de este linaje, sino que las celulas B son incapaces de sintetizar uno 0 varios isotipos de inmunoglobulinas. EI caso mas cornun dentro de estes es la deficiencia de IgA, ya que se da en uno de cada 800 individuos. Los slntomas mas caracterlsticos son infecciones sinopulmonares, colitis y enteritis, es decir, infecciones de las mucosas. A menu do se encuentra asociada a enfermedades autoinmunitarias (como lupus eritematoso sisternico 0 artritis reumatoide) 0 a enfermedades alergicas. Algunos individuos tarnbien desarrollan una deficiencia de IgG2. Otro sfndrome interesante es la hiper-lgM, en el que se han identificado mutaciones que alteran el dialogo T-B necesario para el cambio de isotipo (vease capitulo 13 y Fig. 18-1). AI fracasar este, ellinfocito B sintetiza por defecto IgM (pero no IgG, A o E), y de ahf el nombre del sfndrome. En dicho dialogo intervienen molecules como C040L (C0154) por parte

del primero, y C040, IKKy 0 la enzima AID (activationinduced deaminase) por parte del segundo. Esta ultima molecule, edemas. participa en la hipermutaci6n sornatica Iarnbien se han descrito individuos con deficiencias selectivas de uno 0 varios isotipos de IgG. Estos pacientes con frecuencia desarrollan infecciones del tracto respiratorio. EI defecto, en algunos casos, esta localizado en mutaciones de los genes que codifican para las cadenas pesadas. Otro defecto tradicionalmente asociado a linfocitos B es la inmunodeficiencia cornun variable (IOCV). En esta enfermedad el numero de celulas B es normal, pero hay una reducci6n de los niveles de Igs en el suero. En algunos de estos pacientes el defecto reside en los linfocitos T C04+, que no cooperan bien con los B por falta de una molecule coestimuladora inducible (ICOS). Finalmente podemos incluir en este apartado a las deficiencias de slntesis de inmunoglobulinas en individuos menores de un ano. Las IgG de origen materna permanecen activas en el recien nacido hasta los 612 meses, solepandose con la slntesis de las primeras IgG propias. Pero si esta sfntesis inicial se retrasa, se origina un deficit de inmunoglobulinas, pudiendo producirse infecciones. Esta deficiencia es transitoria y desaparece cuando el individuo comienza a sintetizar sus propias IgG. Para algunos es algo fisiol6gico. Los defectos de las molecules de histocompatibilidad alteran el desarrollo de los linfocitos T Las molecules de histocompatibilidad de dase I y II juegan un papel fundamental en la maduraci6n de los linfocitos T en el tirno, donde, mediante contactos con el receptor del linfocito T, regulan la selecci6n positiva y negativa de los timocitos que seran utiles posteriormente para elaborar la respuesta inmunitario (vease capitulo 11 y Fig. 18-1). Por 10 tanto, la falta de moleculas de histocompatibilidad altera el proceso de diferenciaci6n de los linfocitos T, irnpidiendo su selecci6n tlmica. De hecho, la deficiencia de MHC de clase II en las celulas presentadoras de antfgeno se asocia con una grave disminuci6n de linfocitos T C04+. Esta ausencia de linfocitos T cooperadores provoca una deficiencia de la respuesta humoral (el defecto de presentaci6n de antlgeno al escaso nurnero de linfocitos T C04+ causa un defecto de colaboraci6n entre linfocitos T y B) Y celular (por el defecto intrfnseco en el nurnero de linfocitos T C04+). Los pacientes sufren infecciones de repeticion, particularmente del tracto digestive. EI defecto genetico de esta grave inmunodeficiencia se encuentra en varias proteinas reguladoras de la transcripci6n de los genes HLA de clase II (Fig. 18-2).

18. DEFECfOS DE LA INMUNIDAD: LAS INMUNODEFICLENCIAS

......

Trn..ns.~.·p.cio.·n ...........

169

~

Moleculas HLA de clase II

1 Figura 18-2. Regulaci6n de los genes HLA de clase 11en individuos nonnales (arriba) yen pacientes con deficiencia de HLA de clase II (abajo). En los pacientes, las mucaciones en CIITA (rransactivadar de clase 11) RFXANK, RFX5 0 RFXAP impiden la expresi6n de HLA-DR, -DQ, -DP y -DM, ademas de Ii (CD74). Los individuos con deficiencia de MHC de clase I tienen un defecto selective de linfocitos T C08+, con ausencia de funci6n celular (citotoxicidad), desarrollando infecciones asociadas al tracto respiratorio. En este caso la molecule que se encuentra afedada es la proteina transportadora de peptidos, TAP (vease capitulo 9). Los defectos de los linfocitos T afectan a los linfocitos Boa los macr6fagos, pero no al reves Las inmunodeficiencias son un buen modele para estudiar la funci6n del sistema inmunitario. Como acebamos de ver, los defectos de linfocitos B, complemento o fagocitos afecten unicarnente a la funci6n concreta que realiza cada uno de estos agentes. Pero debido al papel central que ocupa ellinfocito T dentro del sistema inmunitario, ejerciendo tanto funciones efedoras como funciones de coordinaci6n de la respuesta de linfocitos B y macr6fagos, gran parte de los defectos de linfocitos T afectan en mayor 0 menor medida a los linfocitos B y a los macr6fagos. Por

esta raz6n, a las inmunodeficiencias de linfocitos T se les suele lIamar tarnbien combinadas y, si son dlnicamente graves, severas (una mala traducci6n del ingles SOD). Oebido al papel biol6gico de los linfocitos T en la defensa frente a pat6genos intracelulares, bien directamente (Tc) bien a traves de los macr6fagos (Th 1), las deficiencias de los linfocitos T suelen asociarse a infecciones por ese tipo de pat6genos. Un buen ejemplo ya se cit6 antes: la susceptibilidad a Micobacterias por defecto de IL-12R. Pero tarnbien se observan infecciones por pat6genos extracelulares (Tabla 18-1), como demuestra el sind rome de hiper-lgM explicado en el apartado de los linfocitos B, ya que los linfocitos Th2 controlan la sintesis de Igs. Alguna de las deficiencias de los linfocitos T se deben a la ausencia casi total de dicho linaje, a menudo acornpanado por la ausencia de linfocitos NK. Es el caso de las deficiencias de ciertos receptores de citocinas que comparten la cadena y comun (SOD ligada al X) 0 de una cinasa que transmite sus senales (Jak3) (capitulo 15 y Fig. 18-1).

170

INMUNOLOGiA. Biologla y patologia del sistema inrnunitario

En el sind rome de Di George hay un defecto congenito en la formaci6n prenatal del timo, con 10 que estes individuos nacen con un time muy reducido 0 practicarnente ausente, con la consiguiente ausencia o reducci6n tanto en el numero como en la funci6n de los linfocitos T. Los pacientes que sobreviven el perlodo neonatal desarrollan numerosas infecciones recurrentes o cr6nicas. Otros defectos descritos afectan al TCR (deficiencias de CD3y, (), e, 1;), 0 a cinasas (Lck, Zap70), 0 fosfatasas (CD45) que transmiten sus senates. En algunos casas el linaje T no desaparece totalmente, pero se encuentra funcionalmente incapacitado (Fig. 18-1). En algunas ocasiones, son los linfocitos citoliticos (Tc, NK) los que pierden molecules necesarias para sus funciones normales, como CD8 en la membrana, SAP (SLAM/ CD I 50-associated molecule) en el citoplasma o perforina en las vesiculas citoliticas. Las consecuencias clinicas son generalmente infecciones respiratorias, pero merece la pena destacar el sind rome linfoproliferativo ligado al cromosoma X, que parece deberse a la incapacidad de los linfocitos citollticos sin SAP para controlar a un patogeno ubicuo, el virus de Epstein-Barr. Este virus convierte en tumores a los linfocitos B, perc los Tc y NK se encargan de eliminarlos en condiciones normales. Para ello necesitan reconocerlos mediante protelnas de la familia CD 150, pero estes necesitan a SAP para senelizar (Fig. 18-1), de modo que los enfermos sufren un proceso linfoproliferativo del linaje B que con frecuencia es Ieta I. Por ultimo, varias inmunodeficiencias combinadas son debidas a mutaciones en enzimas que participan en el metabolismo del ADN, quiza porque los linfocitos se dividen muy activamente. Es el caso de la adenosindesaminasa (ADA), que se ha hecho famosa por ser la primera enfermedad tratada por terapia genica (ver mas abajo y Fig.18-3). Otras protelnas (PNP, NBS, ATM) participan tarnbien en el cuidado y reparacion del ADN. Los productos de los genes Rag (recombination-activating gene) y Artemis participan durante la recombinacion somauce, puesto que su ausencia impide la generacion de genes funcionales para el TCR y el BCR y, por 10 tanto, la seleccion de los linajes T y B, pero no NK (Fig. 18-1). Los tratamientos de los defectos conqenltos pretenden suplir la celula, la molecule o el gen afectado Los diferentes tratamientos administrados en la actualidad a los individuos inmunodeficientes tienen como rnision restablecer una respuesta inmunitaria adecuada, supliendo la celula 0 bien la proteina que se encuentra afectada en cada caso. En las deficiencias que afectan al complemento 0 a los fagocitos, el tratamiento mas eficaz es la administracion preventiva 0 terapeutica de antibi6ticos 0 antimi-

c6ticos dirigidos contra las infecciones potenciales, aunque tarnbien, en ciertos casos, se puede realizar un trasplante de medula osea (como en la deficiencia de adhesi6n leucocitaria). En otras ocasiones, como en algunos de los sindromes asociados a las Micobacterias, elIFN-y puede controlar la enfermedad. En las deficiencias que afectan a linfocitos B, el tratamiento mas indicado es la adrninistracion intravenosa de inmunoglobulinas. Debido al papel central del linfocito T, las deficiencias que afectan a este linaje celular tienen a menudo consecuencias cllnicas graves, ocasionando en muchos casas la muerte del individuo. Debido a ello, el trasplante de rnedula osee es el tratamiento mas utilizado. Las condiciones necesarias para la realizacion del trasplante de rnedula osea y los problemas que pueden tener los individuos con este tipo de tratamiento se analizan en detalie en el capitulo 21. En la deficiencia de ADA, sin embargo, el tratamiento con dicha molecule es bastante efectivo. Recientemente se ha demostrado que es posible curar algunas inmunodeficiencias congenitas por terapia genica (Fig. 18-3). EI objetivo es corregir el defecto genetico mediante la introduccion de una copia correcta del gen que se encuentra mutado en los pacientes. Para ello, en primer lugar se introduce el gen sano en un vector (en la mayo ria de los casas es un retrovirus) del que se han eliminado todos los genes salvo los necesarios para expresar la proteina de interes, Estos vectores, que lIevan insertada la copia de ADN del gen sano, se introducen in vitro en progenitores hernetopoveticos del enfermo, en cuyo genoma se integran. Cuando estas celulas se vuelven a introducir en el enfermo se diferencian y son capaces de expresar la protelna debido a la transcripcion del gen sano, corrigiendose asl el defecto bioquimico y celular. EI sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) es la tase terminal de una intecci6n por el virus de la inmunodeficiencia humane (VIH) En 1981 se describio esta enfermedad, que afecta directa y profunda mente al sistema inrnunologico y al sistema nervioso, causando un amplio espectro de manifestaciones clinicas (con numerosas infecciones oportunistas y neoplasias) que terminan siendo letales para el individuo, y que se denornino sind rome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Dos enos mas tarde se identifico el causante de esta enfermedad: el virus de la inmunodeficiencia humana, 0 VIH. Desde entonces el aumento del nurnero de casos, (unos 50 millones en 2009, buena parte en Africa), la alnsirne mortalidad en ausencia de tratamiento (mayor del 90%, mas de 2 millones en dicho ano), el desconocimiento de los mecanismos patogenicos y la falta de una vacuna hacen del SIDA una de las enfermedades mas importantes del siglo XXI.

J 8. DEFECTOS

DE LA INMUNIDAD:

171

LAS INMUNODEFICIENCIAS

Copiasana del gen afectado

Genoma retroviral

1

Eliminaci6n de gene.svirales

LTR

LTR

LTR Extracci6n de sangre o rnedula

Vector retroviral con el gen sana

LTR

Celulas precursoras con el gen afectado

Celulas precursoras corregidas con el gen sana Reinfusi6n de celulas corregidas

Figura 18-3. Procedimiemo de r.erapiagenica utilizado para corregir la deficiencia.de adenos(n desaminasa (ADA) y de y comun. LTR (long terminal repeat) = rel)etici6n r.erminallarga (secuencias que permiten la inserci6ndel retrovirus en el genolna del huesl)ed y su transcripci6n) . EI VIH pertenece a la familia de los retrovirus: su material genetico esta formado por ARN, que necesita ser copiado a una doble hebra de AON para integrarse en el genoma de la celola que infecta (Ieucocitos (04+). Este proceso 10 lIeva a cabo gracias a la enzima transcriptasa inversa 0 retrotranscriptasa (se denomina inversa por realizar el proceso contra rio al de cualquier transcripci6n celular). EI material genetico esta recubierto por una nucleocapside central (denominada core) y una envoltura lipidica externa (que proviene de la bicapa lipidica de la celula que infect6) don de se insertan varias protefnas virales, como gp 120 Y gp41 (Fig. 18.4). Cuando un individuo es infectado por el VIH puede permanecer esintornatico 0 desarrollar una primera fase con fiebre, nauseas. v6mitos y exantemas (erupciones cutaneas generalizadas). En este punto ya se produce la seroconversi6n (generaci6n de anticuerpos) y la aparici6n de linfocitos Tc anti-VIH, y se puede detectar en suero el antigeno p24 del core. Tras esta fase inicial apa-

rece un periodo de duraci6n variable (de dos a diez alios) en la que el individuo permanece asintornatico (Fig. 18-5). En algunos casos puede aparecer linfoadenopatia persistente generalizada (ganglios inflamados). De todas formas, aunque durante este periodo la sangre presenta menos virus, el VIH continua replicandose en los tejidos linfoide y nervioso. La infecci6n cr6nica causa una reducci6n progresiva y continuada del nurnero de linfocitos T, con el consiguiente deterioro del sistema inmunitario. Este periodo asintornatico term ina con la aparici6n de las primeras manifestaciones clinicas (fiebre, perdida de peso, diarreas, anergia cutanea, etc), que se denomina en conjunto «complejo relacionado con el SIDA», junto con las primeras infecciones oportunistas (Herpes zoster, candidiasis oral, tuberculosis), que son los indicadores de la progresi6n a SIOA en poco tiempo. Una de las primeras manifestaciones del SIOA es la neumonfa, que es la causa de muerte en muchos casos,

172

INMUNOLOGfA. Biologia y patologla del sistema inmunitario

,

Union virus-CD4 y un RQ de la celula diana via gp120

Fusion de la envuelta viral con la membrana celular via gp41

Copia de la cadena de RNA viral en cADN por la transcriptasa Inversa

CD4

Entrada del ADN viral en el nucteo e integracion en el ADN del hospedador

Activacioncon induccion de la transcripcion del provirus y sintesis de sus proteinas

Liberaci6n de nuevas particulas virales infecciosas. Muerte dellinfocito

CD4

~gag

Fig. 18-4. Ciclo de infecci6n del VIH. RQ- receptor de quimiocina (CCR3. CXCR4. CCR5). a la que siguen numerosas infecciones oportunistas (es decir, debidas a microorganismos que no son patogenicos en individuos inmunocompetentes), diferentes neoplasias (sarcoma de Kaposi, linfoma no Hodgkin) y trastornos neurol6gicos (encefalopatia), que en conjunto terminan siendo letales para el enfermo. EI VIH infecta leucocitos CD4+a traves

de la rnoleculaCD4. pero se apoya en otras molecules: los receptores de quimiocinas EI VIH infecta leucocitos C04+ (Fig. 18-4), en su mayorfa linfocitos T C04+ Y algunos monocitos/macr6fagos 0 celulas dendriticas que expresan esa proteina,

ya que utiliza dicha molecule como receptor espedfico de su protefna gp 120. Pero esto no es suficiente. Ademas de expresar C04, la celula diana debe expresar al menos algunos de los receptores de quimiocinas (RQ) que el virus utiliza como correceptor: CCR3,CXCR4(fusina) 0 CCR5 (vease el capitulo 15). De hecho se distinguen dos cepas de virus VIH: los monotr6picos (mas frecuentes al principio de la infecci6n, gustan de infectar monocitos y macr6fagos) y los linfotr6picos (predominan al final, y prefieren infectar linfocitos). Las cepas ternpranas utilizan como correceptor CCR5 para infectar macr6fagos (0 tarnbien CCR3 en el caso de la microglia, los macr6fagos del cerebro), mientras que las tardlas utilizan CXCR4 para infectar linfocitos. Tras la uni6n gp 120-

18. DEFECTOS DE LA INMUNIDAD: LAS INMUNODEFIClENClAS

Sintomas leves

o

6

9

Sin sintomas (Iatencia)

12

Semanas

5

6

I

SIDA

8

10

173

11

Mos

Figura 18-5. Evduci6n de fa infecci6n par VIH en ausencia de tratamiemo. CD4/RQ, la proteina gp41 de la envoltura lipidica del VIH induce la fusi6n del virus a la membrana de la celula diana perrnitiendose la entrada al interior celular. Una vez dentro de la celcla huesped la maquinaria enzirnatica del virus comienza a trabajar para convertir la hebra de ARN en una doble hebra de ADN (retrotranscripci6n), que se integrara dentro del genome celular. La copia de ADN viral puede permanecer integrada durante meses o anos. Solo comenzara la transcripdon del genoma viral cuando la celula infectada se active, ya que algunos de los factores de transcripcion implicados en la activacion celular se unen a determinadas regiones del genoma viral, induciendo la transcripcion del genoma y de las proteinas de los nuevos virus que saldran al exterior para infectar nuevas celulas CD4+. Adernas, el virus muta rapidamente 10 cual puede explicar el paso de cepas monotropicas (relativamente latentes) a linfotropicas (mucho mas agresivas). Asi, aunque la infeccion inicial no es mayor del 1% de los linfocitos T, la infeccion progresiva de celulas CD4+ va minando el sistema inmunol6gico del individuo (recordemos que, debido al papel central de los linfocitos T CD4+, cualquier alteracion en este subtipo celular afecta a todo el sistema inmunitario). EI nurnero de celulas CD4+ en la sangre del paciente es, con la carga viral, el mejor indicador del progreso de la infeccion (Fig. 18-5). Cuando el nurnero absoluto de linfocitos T CD4+ baja de los 400 cels/ul, el enfermo comienza a perder la inmunidad celular, alterandose la capacidad funcional de los linfocitos T y NK. Las celulas dendriticas foliculares parecen implicadas en la acumulaci6n de parttculas virales al principio, pero al final se desbordan y mueren. Se produce una activa-

cion policlonal de linfocitos B, posiblemente debido a infecciones por citomegalovirus 0 por virus de EpsteinBarr, aparicion de autoanticuerpos, hipergammaglobulinemia y disminucion de la respuesta a vacunas. EI deterioro profundo, progresivo y generalizado del sistema inmunitario facilita la aparidon de numerosas infecciones oportunistas, que obligan a activar a los pocos linfocitos restantes. Esta activaci6n es aprovechada por el virus para replicarse, reanudando su cido infectivo. AUn no esta claro si el propio virus mata a los linfocitos T, 0 si es la respuesta inmunitaria contra ellos la responsable de su progresiva desaparici6n. Los tratamientos combinados han convertido la lnteccion por VIH en una enfermedad cronica La terapia disponible contra el VIH bloquea la actividad viral en tres momentos de su ciclo biol6gico (Fig. 8-4): la fusion (con peptidos que se unen a gp41), la retrotranscripcion (por ejemplo con dideoxinudeosidos como la azidotimidina 0 AZT) y la produccion de proteinas virales (con inhibidores de la proteasa responsable de la escisi6n de otras proteinas virales). EI uso cornbinado de estos agentes antivirales reduce el nurnero de viriones en suero en un 99% en dos semanas, y ha logrado hacer del SIDA una infeccion cronica, perc no mortal. La enorme capacidad del virus de esperar en estado de latencia (por ejemplo en linfocitos T de memoria) y de mutar hace diftcil, sin embargo, predecir la efectividad a largo plazo de este tipo de terapias y resta esperanzas de obtener una vacuna.

174

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

4t~

CORRELACION CLiNICA

Dos afios librc de SIDA .., Existe un gran inreres en cI cscudio de las quimiocinas Y SlIS receptores dcbido a su potencial urilidad para eI traramicnro del SIDA. 't' Hace anos se obscrv6 que las personas que carecian de CCR5 eran resisrenres a la infecci6n por eI VIH. La razon cs que eI VIH necesira CCR5 para infecrar a los leucociros (Fig. 18-4). En 2008 sc observe que un enfermo de SIDA cuyos lcucociros (que renlan CCR5) fueron susriruidos (mediante rrasplanre de rnedula 6sea) por los de un donante que no tenia CCR5 se cur6 de la enfermedad. Esto dcmuesrra que manipulando CCRS sc pucde curar eI SIDA. £1 hecho de que las quimiocinns rcconocidas pOl' CCR3 (CCLII). CXCR4 (CXCLl2) y CCR5 (CCL3, 4.5) scan capaccs de inhibit eI acccso del VIH a sus correspondicntcs dianas sugicre posibles esrrnrcgias inmunol6gicas para prorcgcr a los individuos expuescos. En eodo caso, la mcjor csrrarcgia contra cI SIDA siguc siendo la prevenci6n, por cjemplo mediante cl uso de prcscrvarivos,

RESUMEN Las inrnunodcficicncias son un grupo hcrcrogcnco de cnfcrmedades debidas a altcracioncs en el sistema inrnunirario. Esras altcracioncs pucdcn ser causadas por un defccco genetico en alglln componence del sistema inmunitario, denorninandosc inmunodcficicncia congcnita. 0 bien por una alteracion posnatal en el organismo (por cjcrnplo una infecci6n), denominandose inrnunodcficiencia adquirida. Las consecuencias cllnicas son intcccioncs repctidas 0 ndpicas, y cl cipo de infecci6n nos pucdc ayudar a localizar cJ dcfccco prirnario. Las infcccioncs por bacterias pi6gcnas y hongos son indicativas de un defecto en la funci6n de los fngocicos. 5i adcmas hay una dificulrad en la climinaci6n de irununo cornplcjos 0 de Neisseria cs probable que exista un defecto del complernenro, Los defccros de linfocitos B se a ocian a infeeciones por parogcnos cxrracelulares (bacccrias y prorozoos en particular). Las infccciones causadas por pac6genos inrracelulares sc asocian, en cambio, a un dcfccro en los linfociros T. Esras inmunodeficiencias suelen tenet mayo res consccuencias cllnicas, afee-

cando a menu do no s610 a los u nfoci tOST, sino tarnbicn a la inrnunidad mediada por cclulas B 0 macr6fagos. Esco se debe al papcl central que ocupa c1linfociro T. coordinando tanto la respuesta humoral como la celular. Los rrararnientos para csras cnfermedades esran basados en la adminisrraci6n de antibioticos para la eliminaci6n de los agcnccs infecciosos, 0 bien traran de suplir la cclula (por rrasplanre de rnedula osca), la protelna (adrniniscrando inmunoglobulinas principal mente). 0 cl gen (por ccrapia genica). La infecci6n de los leucociros CD4' por el virus de la inmunodcficiencia humane (VIH) produce un eonjunto de alrcraciones inmunol6gicas progresivas que dan flnalmenre lugar al slndrornc de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). El sistema inrnunitario del individuo se dctcriora profundarnenre dcbido en gran parte a la paulatina desaparici6n de los linfocitos T CD4+. siendo incapaz de reaccionar frence a otras infecciones oportunistas, quc acaban siendo lerales a no ser que se insenure Lin tratarnienro cornbinado con antivirales.

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Excesos de la inmunidad: las alergias y otras hipersensibilidades

I

CAPiTULO 191

INTRODUCCION Existe una gran proporcion de individuos que e1aboran una respuesta inmuniraria adaptativa frenee a moleculas inofensivas para e1 organismo. Este tipo de respuestas inmunitarias frenre a anrigenos exrrafios no infecciosospuede producir una parologia clinica que se conoce como reaccion alergica, reaccion de hipersensibilidad 0 sirnplernente alergia (que significa respuesta extrafia). Otro rermino muyutilizado es atopia (fuera de lugar) 0 inrolerancia (para alimenros). A los antigenos extrafios inofensivos que desencadenan las reacciones de hipersensibilidad se les denornina alergenos. Las alergiasse caracterizan porque generalmente el primer conracto con e1 alergeno no origina ningun tipo de sintornarologfa, ya que esca no es producida por los alergenos, que adernas son frecuenremenre catabolizados 0 adarados rapi-

Las alergias son respuestas inmunitarias contra antigenos extraiios inofensivos (alergenos) Las reacciones alergicas estan originadas por el desencadenamiento de una respuesta inmunitaria adaptativa frente a los alergenos, que son molecules inocuas para el organismo. La exposici6n inicial del individuo a estos alergenos (polen, alimentos, scares, determinados antibi6ticos, restos de distintos animales, etc.) origina una respuesta inmunitaria adaptativa, en la que se produce una activaci6n de linfocitos T, que coordinan la sintesis de anticuerpos y la activaci6n de distintos tipos celulares. Esta respuesta inicial lIeva tiempo, ya que los linfocitos deben de proliferar durante varios dias antes de producir una respuesta efectora, y normalmente no causa ningun sintoma clinico (generalmente los alergenos son elirninados previamente). Una vez producidos los anticuerpos o los linfocitos T que reaccionan contra el alergeno, cual-

damente (a diferencia de los patogenos, que se rnultiplican en el foco infeccioso), sino por la respuesta inrnunitaria, Por ello eI primer contacto 0 Easede sensibilizacion no suele producir ninglin ripo de manifeseacion clinica, aunque S1 se generan celulas de memoria y anticuerpos especificos para ese alergeno, de tal forma que tras una reexposicion al rnismo alergeno se producira la reaccion alergica con sintomaeologia clinica. Podemos agrupar las alergias en cuatro tipos disrinros arendiendo a los componentes del sistema inmunitario adaptarivo que inician la respuesta (IgE, IgG, inmunocornplejos o linfocitos T). Denrro de cada alergia, veremos como dependiendo de la ruta de entrada y de la dosis del alergeno varian las caracterfsticas clinicas desarrolladas.

quier exposici6n posterior al mismo alergeno originate una reacci6n alergica con diversos sintomas: desde la rinitis caracteristica en la fiebre del heno 0 las reacciones esrnaticas, hasta un choque anafilactico y muerte en respuesta a picaduras 0 mordeduras de ciertos animales (en individuos altamente sensibilizados). Una vez que un individuo esta sensibilizado, las reacciones alergicas pueden agravarse con cada nueva reexposici6n al alergeno, ya que va aumentando el nurnero de linfocitos T y B que reaccionan frente a el. Hay cuatro tipos de alergias sequn las molecules 0 celulas irnplicadas en la respuesta inmunitaria AI igual que ocurre con la respuesta inmunitaria adaptativa frente a pat6genos, las reacciones alergicas pueden originar respuestas de tipo humoral 0 celular, de pendiendo del tipo de alergeno y de c6mo es presentado

176 TNMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inrnunitario

a las celulas del sistema inmunitario. Asi podemos diferenciar cuatro tipos de respuestas alergicas, las tres primeras mediadas por anticuerpos y la cuarta mediada por celulas: a) Hipersensibilidad de tipo I. Iarnbien lIamada hipersensibilidad inmediata, alergia at6pica 0 simplemente atopia (que significa reacci6n an6mala o fuera de lugar). La mas cornun es la rinitis alergica primaveral que sufren todos los alergicos al polen durante esta estaci6n. EI organismo reaccion a frente a alergenos solubles liberados por el polen que entra en contacto con la mucosa nasal. La reacci6n depende de la producci6n de IgE contra estos alergenos y la activaci6n de los mastocitos sensibilizados con IgE reactiva frente a estos alergenos (Fig. 19-1). Este tipo de reacci6n es practicarnente inmediata, deserroliendose la respuesta en segundos 0 minutos. b) Hipersensibilidad de tipo II. En este caso el alergeno es tarnbien una molecule soluble, pero se

Celula

dendritica

->

une a la superficie de las celulas 0 de la matriz extracelular, donde genera neoantigenos, que son reconocidos por anticuerpos del tipo IgG; los anticuerpos activan el complemento y reacciones mediadas por Fc (fagocitosis, citolisis celular mediada por anticuerpos), destruyendo las celulas que Ilevan unido el alergeno, Ejemplo: Anemia hemolitica tras la administraci6n de penicilina. c) Hipersensibilidad de tipo III. Si los alergenos son solubles, tarnbien se pueden formar inrnunocomplejos con anticuerpos de isotipo IgG; estos inmunocomplejos al depositarse causan reacciones inflamatorias locales Fc-dependientes, activandose tarnbien el sistema de complemento y provocando la destrucci6n de estos complejos par fagocitosis. Ejemplo: Alveolitis alergica causada por alergenos de ciertos hongos de la paja en agricultores (pulm6n del granjero). A diferencia de 10 que ocurre en la hipersensibilidad de tipo I, las de tipo II y tipo III generalmente tardan unas

Alirgeno ~ Mastocito

1 Desgranulaci6n

Figura 19-1. Origen y formaci6n de las reacciones aiergicas (ti/)o I). En leiprilllera eX/Josici6n al alergeno los Linfocitos TI12 inducen la acuvaci6n de linfociros B secretores de IgE, los wales se van a unir ol receptor FCERl de alta afinidad en la super{icie de los mascociros. En Hila segunda eX/XJsicion,el mastociro oaivado secretard las moleculas vasoacuvas {n'oduciendose la reacci6n alergica.

19. EXCESOS DE LA INMUNIDAD:

cuantas horas en producir sintomas tras la exposici6n al alergeno. d) Hipersensibilidad de tipo IV. Esta originada por la respuesta de linfocitos T, tanto frente a anngenos solubles como a antigenos asociados a celulas. EI elergeno es una proteina extrena 0 una molecule que reacciona y modifica a las protein as propias, generando neoantigenos que son reconocidos por los linfocitos T. Su reexposidon a los linfocitos T, tanto CD4 como CD8, da lugar a una reacci6n de hipersensibilidad, lIamada de tipo retardado, ya que tarda varios dias en producirse, causando dana en los tejidos debido a la secreci6n de citocinas inflamatorias 0 a procesos de citolisis. EIejemplo dasico es la alergia a las correas metalicas de reloj (dermatitis por contacto). las alergias mediadas por IgE producen sintomas distintos sequn la via de entrada del ahflrgeno Constantemente la mayoria de los individuos inhalan ciertos alergenos (por ejemplo el polen) sin que se produzca respuesta inmunologica 0, en todo caso, se producen pequenas cantidades de IgG contra el alergeno inhalado. Sin embargo, existen ciertos individuos, denominados atopicos, que tienen una tendencia genetics a desarrollar intensas respuestas mediadas por IgE contra estos alergenos. Hoy dia, se considera que al menos un 30% de la poblaci6n desarrolla este tipo de alergia en paises occidentales. Las respuestas mediadas por IgE se observan fisiol6gicamente durante las infestaciones por helmintos y no se conocen las razones por las que dertos alergenos evocan este tipo de respuestas. Estas molecules no tienen patr6n cornua, excepto que suelen ser glicoprotemas de bajo peso molecular que difunden facilrnente a traves de piel y mucosas. Se ha sugerido que la posible semejanza con los patrones moleculares que son reconocidos por el sistema inmunitario en estes parasites, puede favorecer este tipo de respuestas. La fase de sensibilizacion se produce la primera vez que entramos en contacto con estes alergenos (Fig. 19-1). Los alergenos que son inhalados 0 atraviesan la piel 0 mucosas son captados por las celulas presentadoras de antlgeno, principal mente las celulas de Langerhans, que los transportan a los ganglios linfaticos donde son presentados a los linfodtos Th2 a traves de molecules MHC de c1ase II. Los linfocitos Th2 promueven la proliferaci6n y diterenciacion de los linfodtos B espedficos del alergeno y favorecen mediante la secrecion de citocinas -principal mente la IL-4 e IL-13- su cambio de isotipo hacia celulas productoras de IgE (vease capitulo 13). EI resultado de la fase de sensibilizadon es, por 10 tanto, la producci6n de IgE especifica que se va a unir al receptor FceRIde alta afinidad en la superficie de los mastocitos que se encuentran localizados debajo de la piel y mucosas y asociados a los vases sanguineos.

LAS ALERGlAS Y OTRAS HIPERSENSIBILIDADES

177

La fase de sensibilizaci6n no va a producir ninguna sintomatologia dlnica, perc si un individuo previamente sensibilizado es reexpuesto al mismo alergeno, su reconocimiento por la IgE va a causar la desgranulacon de los mastocitos produciendo una reacci6n inflamatoria inmediata (en segundos 0 minutos). Las reacciones inmediatas se continuan con una reaccion tardia (con un pico a las 6-9 horas) mas 0 menos intensa dependiendo de la cantidad de alergeno y el grade de sensibilizaci6n. La reacci6n inmediata depende fundamentalmente de la secreci6n de molecules vasoactivas preformadas y almacenadas en los granules de los mastocitos como la histamina y triptasa, mediadores lipidicos derivados de su membrana como leucotrienos, prostaglandinas y el factor activador de plaquetas. Su liberadon produce un rapido aumento del flujo sanguineo local, aumento de la permeabilidad vascular y la contraccion del musculo liso. Esta respuesta es identica a la que se produce en respuesta a una infecci6n, y 10 que pretende es redutar elementos de la respuesta inmunitaria allugar de la inflamaci6n. La contracoon del rnusculo lisa intenta la expulsi6n del pat6geno, en este caso del alergeno, y sus manifestaciones varian desde la secrecion de moco (por contracci6n de la musculatura lisa de las glandulas mucosas) hasta la tos, los vornitos 0 la diarrea. La reaccion tardia es inducida por la sintesis de nuevos mediadores de la inflamaci6n por el mastocito activado que ejercen su efecto biol6gico a 10 largo de las siguientes horas. Entre ellos estan los mediadores lipidicos (prostaglandinas, leucotrienos y factor activador de plaquetas) sintetizados por el mastocito a partir de fosfolipidos de su membrana. Iarnbien por la produccion de quirniocinas y citocinas como IL-4, IL-S, IL-9, IL-13, TNF-a, etc., que prolongan la reacci6n inflamatoria y redutan a eosin6fi1os, basofilos, monocitos y linfocitos al foco inflamatorio. Las celules reclutadas, especialmente los eosinefilos, secretan molecules vasoactivas que prolongan la inflamaci6n inicial y son responsables del dana tardio y la producci6n de moco asociado con las reacciones alergicas cr6nicas. los sintomas de las reacciones alergicas de tipo I varian sequn la via de contacto con el alergeno Aunque en la respuesta alergica de este tipo siempre estan involucradas la IgE y los mastocitos, la forma de entrada y dosis del alergeno, determinaran el desarrollo de distintas formas de reacciones alergicas con una sintomatologia muy variada (Tabla 19-1). La ruta de entrada por inhalaci6n de pequenas dosis de alergeno (polen, acaros ... ) es la mas frecuente. Si el alergeno inhalado entra en contacto con la mucosa nasal provoca la lIamada rinitis alergica primaveral 0 fiebre del heno, caracterizada por estornudos, mucosidad nasal, picor, etc., que se produce por desgranulaci6n de los mastocitos de la mucosa nasal y vlas aereas superiores. Si el alergeno

178

INMUNOLOGiA. Biologla y patologfa del sistema inmunitaria

Tabla 19-1. Alergias mediadas por IgE Eniermedad

Iipo de alergena

Ruta de entrada

Respuesta

Rinitisalerqlca, asmabronquial

Polen,restosde insectos 0 animales de comparua

Respiratoria

Edemae irritaci6n de la mucosa nasal 0 bronquial

Alergia alimentaria

Leche,huevos,pescado

Digestiva

V6mitos, diarrea,prurlto, urticaria

Inflamaci6n local

Picadurasde insectos,pruebas cutaneas de alergia

Subcutanea

Vasodilataci6n local,edema local

Anafilaxis slsternlca

Medicamentos (penicilina), venenos de avispas y abejas

Intravenosa

Edema, vasodilataci6n, oclusi6n traqueal, colapso circulatorio, muerte

penetra hasta las vias respiratorias inferiores produce un sindrome mas grave lIamado asma alergico. La contractura de la musculatura lisa de las vias aereas inferiores y la secreci6n exagerada de moco en las cavidades bronquiales, puede lIegar a comprometer la respiracion. Una consecuencia inevitable del asma cr6nico es la hiperreactividad de las vias aereas ante agentes inespecificos (el frio, la poluci6n, el ejercicio, etc.), que perpetuan la reaccion inflamatoria induso en ausencia de una reexposicion al alergeno, por 10 que muchas veces es muy difreildiscernir cual es la causa de este tipo de reacciones. En algunos nines at6picos (nines que tienen antecedentes familia res 0 personales de rinitis alergica, asma, etcetera) se observa frecuentemente una respuesta alergica prolongada en la piel que se denomina dermatitis at6pica. Esta respuesta tiene una patogenia similar a la que ocurre en el asma, sin embargo, mientras que la rinitis y el asma duran usualmente toda la vida, la dermatitis at6pica suele aparecer en nines muy pequenos y suele de-saparecer antes de la pubertad. No es facil asoeiar esta enfermedad con un determinado alergeno y, por ello, no se conocen muy bien sus causas. Cuando el alergeno es ingerido (alimentos, por ejemplo, el marisco 0 los frutos secas) la desgranulaci6n de los mastocitos de la mucosa intestinal produce v6mitos y diarreas. Si los alergenos son absorbidos a traves de la mucosa intestinal y pasan a la sangre pueden deseneadenar la desgranulaci6n de los mastocitos del tejido conectivo subcutaneo, dando lugar a la formaci6n de habones o ronchas en la piel, fen6meno conocido como urticaria. Si el elergeno se suministra por via intravenosa (un medica mento, por ejemplo), pueden distribuirse por el torrente sanguineo por todo el organismo y causar la desgranulaci6n de todos los mastocitos del tejido conectivo que se encuentran asociados a los vases sanguineos, ocasionando un slndrome de graves eonsecuencias caracterizado por una vasodilataei6n sisternica, asociada a una gran perdida de presion de todos los vases sanguineos y constriccion de las vias respiratorias. A este sind rome se Ie llama anafilaxia. La anafilaxia se deseubrio intentando buscar proteeci6n frente al veneno de

la anemone marina, inyectando pequenes dosis de veneno con objeto de buscar protecci6n frente a el (profilexis). Lo que se encontr6 fue justamente 10 contra rio, de tal forma que con este procedimiento se hizo mas sensible al organismo frente al veneno (anafilaxis: falta de protecci6n). En personas con anticuerpos IgE contra la penicilina, por ejemplo, la administraci6n de penicilina mtravenosa puede causar un choque anafilactico e induso la muerte en pocos minutos. Las quimiocinas participan en los procesos inflamatorios generados por la alergia Aunque existen diferentes factores que contribuyen al dana y desarrollo de las reacciones de hipersensibilidad de tipo I, los procesos inflamatorios parecen irnplicados en las respuestas mas severas. EI infiltrado inflamatorio rico en eosin6filos y bas6filos es caracteristico de las reacciones alergicas y de las infecciones parasitarias, estando practicamente ausente en otro tipo de infeceiones. Las quimiocinas estan implicadas en este proceso, a traves del control de la migraci6n de diferentes poblaciones de linfocitos (Fig. 19-2). Como se explic6 en el capitulo 15, las quimiocinas se unen a reeeptores de membrana acoplados a proteina-G que por su estructura molecular se han dividido en dos grandes grupos, exe y ec. Las celulas que contribuyen fundamentalmente a la producci6n de quimioeinas en los asrnaticos son celulas residentes epiteliales y macr6fagos pulmonares. La liberaci6n de quimiocinas tiene un efecto inmediato sobre el ambiente celular relacionado con el tejido pulmonar. Se ha identificado un conjunto de quimiocinas en procesos asrnaticos tales como MIP-l a (CCL3), RANTES (CCLS), MCP-3 (CCL7) Y MCP-4 (CCL13) que inducen redutamiento de eosin6filos a traves del receptor . CCR3, altamente expresado en estas celules. Por otra parte, las celulas epiteliales pueden proporcionar un segundo gradiente de quimioeinas, como eCLS, CCL13 Y sobre todo la eotaxina (CCL 11) que edemas de quimioatrayente para los eosinofilos es un potente factor relaeionado con la desgranulaci6n (aunque no el unico).

19. EXCESOS DE LA INMUNIDAD: LAS ALERGlAS Y OTRAS HIPERSENSmILIDADES

179

... ......

-

....

Epitelio respiratorio

Eosin6filo

Figura 19-2. Quimiocinas implicadas en los procesos inflamawrios generados durante las alergias de ripo 1. Las quimiocinas parricipan en el reclucamienw y fat!OTecen la desgranulaci6n de los eosin6filos. uno de los principales resporuables del dafto que se produce durante la reacci6n cardia.

La exocitosis de los productos t6xicos de los eosin6filos es uno de los principales responsables del dane que se produce durante la reacci6n tardfa. Las mismas quimiocinas pueden tarnbien afectar a otras poblaciones celulares tales como bas6filos y linfocitos Th2. En resumen, la fase inicial de localizaci6n de los eosin6filos en pulm6n es dependiente fundamentalmente de CCL3, mientras que la segunda fase de reclutamiento y desgranulaci6n esta asociada a la eotaxina (CCL 11). Estas molecules pueden ser futuras dianas terapeuticas. Ciertas molecules de histocompatibilidad predisponen a la alergia mediada por IgE frente a ciertos alerqenos La mayorla de los individuos at6picos tienen una predisposici6n genetics a producir grandes cantidades de IgE frente una variedad de alergenos desarrollando una o varias enfermedades alergicas (rinitis elergice. asma, eczemas at6picos, etc.). Adernas de la predisposici6n genetics a la atopia, se ha observado que determinadas variantes de molecules de MHC de c1ase II favorecen que la respuesta alergica se desencadene contra un determinado alergeno, probablemente porque dichas

molecules presentan mas eficazmente peptidos derivados de ese elergeno y no de otro. En los ultimos enos estas enfermedades han sufrido un gran incremento en su prevalencia en los parses desarrollados. Hasta un tercio de las poblaciones en algunos pafses occidentales pueden presentar enfermedades alergicas en algun momento de su vida, constituyendo los procesos patol6gicos cr6nicos mas prevalentes en estas poblaciones. Esto indica que los factores ambientales tarnbien desernpenan un papel clave en el desarrollo de estas enfermedades. Entre ellos se baraja la contaminaci6n ambiental de las ciudades (por ejemplo, productos de la combusti6n del diesel) y una disminuci6n en la exposici6n a los pat6genos, por el aumento de la higiene y el uso de antibi6ticos, que puede favorecer el desencadenamiento de respuestas exageradas contra antfgenos inofensivos. Las alergias mediadas por IgE provocan reacciones inflamatorias que se pueden tratar con antihistaminicos 0 corticosteroides EI efecto de la estimulaci6n de los mastocitos en las reacciones alergicas mediadas por IgE es la liberaci6n

180

INMUNOLOGfA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

de aminas vasoactivas, principalmente histamina, y de prostaglandinasy leucotrienos, provocando un aumento del flujo sangufneoy de la permeabilidad vascular.Pero edemas,los mastocitosactivadospueden redutar allugar del deposito del alergeno a linfocitos T, monocitos, basofilos y eosin6filos (reacci6n de fase tardla). Se pueden tratar los slntomas de las reaccionesalergicas mediante la utilizaci6n de distintos farmacos que tratan de bloquear los diferentes mediadores inflamatorios. Paratratar las reaccionesagudasse emplean antihistamlnicos y relajantes musculares que ectuan unicamente en las primeras fases de la reacci6n alergica, mientras que el uso de corticosteroides, se emplean paratratar las reaccionesinflamatoriascr6nicasasociadas a la respuesta elergica. Tarnbienexisten terapiasque tratan de desensibilizar a los individuosatopicosmediante el suministrocreciente y prolongado de los alergenos con los que el individuo esta sensibilizado. Aunque este tipo de inmunoterapia (tarnbien lIamadasvacunasantialergicas)se utilizedesde hace mas de un siglo,su mecanisme de acdon es complejo y no del todo conocido. En llneas generales consisteen la lnduccion de una respuestaTh1 frente a esos elergenos, con la producci6n de anticuerpos IgG bloqueantes especificos y de celulas que suprimen la respuesta Th2, necesaria par la respuesta IgE. Las alergias mediadas por IgG producen sintomas distintos, sequn la naturaleza y via de entrada del alerqeno

Aunque las reacciones alergices mediadas por IgE son con mucha diferencia las mas prevalentes, existen otros tipos de reacciones que tarnbien estan mediadas por anticuerpos, en este caso de isotipo IgG. En estas reacciones elerglcas,Ilamadas hipersensibilidad de tipo II y de tipo III, no hay irnplicacion directa de los rnastocitos. En la hipersensibilidad de tipo II, se produce una respuesta mediada por IgG contra alergenos que se unen a la superficie celular 0 a la matriz extracelular.Esta union provoca la activacion de la cascada del complemento y de la fagocitosis.Lascelulas mas afectadaspor esta reaccon alergiceson los eritrocitos,porque son mas sensiblesa la accion del complemento. La alergiaa cier-

tos medicamentos se produce a veces por este mecanismo. Algunos medicamentos por sl mismos son incapaces de inducir una respuesta inmunitaria (actuan como haptenos), sin embargo, cuando se unen a la superficie de una celula generan neoantigenos que st son inrnunogenicos. La naturaleza del medicamento determina su afinidad por una u otra celula y, por 10 tanto, los efedos biologicosde la alergia.AsI,la penicilina, la quinina y la sulfamida se unen a la superficie de los eritrocitosde ciertos individuos induciendo la produccion de IgG que causaanemia hemolftica. En cambio, ciertos tranquilizantes producen purpura trornbopenica por su afinidad por las plaquetas. La hipersensibilidad de tipo III ocurre tras la produccion de IgG contra alergenos solubles, 10 que arigina la deposicion de inmunocomplejos en ciertos tejidos. Se denomina inmunocomplejo a la union de un antigeno con el anticuerpo especifico y normal mente es eliminado durante el desarrollo de la respuestainmunitaria por las celulas fagocfticas. La elirninacion de los inmunocomplejos que se forman en el torrente circulatorio depende en gran medida de su tamario. Los de mayor tarnano fijan el complemento y son transportados por los eritrocitos hasta el hlgado y el bazo, donde son rapidamente eliminados par los fagocitos(vease capitulo 3). Los inmunocomplejos de menor tarnano son dificiles de eliminar de la circulacion, tendiendo a depositarse y generar reacciones inflamatorias sobre los glornerulos renales (donde se filtra la sangre) y en pequenos vasos sangulneos donde el flujo sangulneo es menos intenso. Las manifestaciones dlnicas de este tipo de reacciones de hipersensibilidad varfan dependiendo de la dosis y via de entrada del antlgeno (Tabla 19-2). Si el alergeno es inyectado en la piel, los anticuerpos IgG forman inmunocomplejos subcutaneos, activando el complemento, que produce C3a y CSa (anafilotoxinas), ya los mastocitos via FcyR1l1. Como consecuencia de la liberacion de estes compuestos, y de aminas vasoacnvaspor los mastocitos,se induce una respuestainflamatoria local que reduta leucocitos especialmente polimorfonucleares, y diversas protelnas (anticuerpos y complemento). Las plaquetas tarnbien participan en el aumento de permeabilidad vascular mediante la formacion de microtrombos y secrecion de aminas. AI no poder eliminarse los inmunocomplejos por estar atra-

Tabla 19-2. Alergias mediadas por inmunocomplejos Enfermedad

Rurode entrada

Depasfcl6n de inmunocomplejos

Vasculitis

Intravenosa

Vasossanqulneos

Nefritis

Intravenosa

RiMn

Artritis

Intravenosa

Articulaciones

Reacci6nde Arthus

Subcutanea

Area perivascular

Pulm6n de granjero

Respiratoria

Alveolos

19. EXCESOS

DE LA INMUNIDAD:

pados en los tejidos, los fagocitos liberan enzimas lisos6micas que producen dana tisular. Este tipo de inflamaci6n se denomina reaccion de Arthus (Fig. 19-3) Y se observe con algunos farrnacos. Si alergenos procedentes de hongos, plantas 0 animales son inhalados a grandes dosis y de una forma repetitiva inducen respuestas mediadas por IgG. La acurnulacion de inmunocomplejos en la superficie alveolar da lugar a una alveolitis alergica denominada neumonitis por hipersensibilidad (por ejemplo, pulrnon del granjero), que puede IIegar a comprometer la funcion pulmonar. Si la ruta de entrada es intravenosa, y con una dosis alta del alergeno, se producen mas inmunocomplejos de los que pueden ser eliminados por el organismo, acurnulandose en el interior de los vasos y en el riMn 0 las articulaciones. Los sintomas mas caracteristicos son vasculitis, nefritis y artritis, que solo aparecen de forma transitoria hasta que los inmunocomplejos son eliminados. Este tipo de reacciones fue frecuente en la era preantibi6tica, cuando se usaba el suero de caballos inmunizados para tratar la difteria 0 la escarlatina. No era extrano que alguno de los pacientes tratados desarrollara anti-

LAS ALERGlAS

Y OTRAS HIPERSENSlBlLLDADES

181

'cuerpos contra las proteinas de caballo y se generaran inmunocomplejos, que al depositarse producian glomerulonefritis, artritis, vasculitis, etc., como Ie ocurri6 al hijo de Langerhans (descubridor de los islotes pancreaticos que IIevan su nombre). A este tipo de reacciones alergicas se Ie bautizo con el nombre de la enfermedad del suero, y hoy en dfa se siguen observando, por ejemplo, tras la inmunizaci6n con sueros policlonales usados como antrdotos contra venenos y en respuesta a anticuerpos monoclonales utilizados como medicamentos. Las alergias mediadas por los linfocitos T producen sintomas distintos, sequn la naturaleza y via de entrada del ahkgeno Las reacciones de hipersensibilidad tipo IV estan generalmente mediadas por los linfocitos Th 1, aunque tarnbien pueden estar mediadas por los linfocitos Tc. AI igual que ocurre en el resto de tipos de hipersensibilidad, hay diversos sfntomas dependiendo del tipo de antigeno y de celula efectora que intervenga: a) Hipersensibilidad por contacto. EIejemplo tfpico es la reacci6n alergica a la correa del reloj y se

Agregacion de plaquetas (microtrombos)

", ",,', ,,

."

Inmunocomplejos

l Figura 19-3. Reacci6n de Arrhus. La inyecci6n incradermiCClde LIn alirgeno en individuos sensibilizados origina inmunocomplejos que se depositan en el r.ejidosubcuuineo, Los inmunocomplejos acritlan el complemento, que causa inflamaci6n por fa acci6n directa de los anafilow)..inas, C3a y C5a, y por La acrivaci6n de masrocitos y basOfilos. Los neucr6filos son reclutados al sirio de deposito de los inmunocom/Jlejos y se producer: microrrombos, que colltriblfyen al dano de los cejidos.

182 INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

produce por la presencia en ella de metales, como el niquel y el cromo, que difunden muy bien a traves de la piel y mucosas, y actuan como haptenos uniendose a molecules propias que actuan como portadoras (generando asl neoantlgenos) (Fig. 19-4). Estos complejos son degradados y procesados por celulas de Langerhans, que IIevan el antfgeno expuesto en molecules MHC de clase II hasta los ganglios, donde se sensibilizan linfocitos Th 1 especfficos. En un segundo contacto con el hapteno, el linfocito Th 1 sensibilizado inducira una reacci6n inflamatoria y la activaci6n y reclutamiento de celulas fagodticas en la zona de contacto con la correa, originando una reacci6n eczematosa denominada dermatitis por contacto. b) Hipersensibilidad tuberculinica. Se llama asl por ser descubierta por Koch en pacientes con tuberculosis. Koch observe que cuando se administra por via subcutanea pequenas dosis de un antlgeno derivado del Mycobacterium tuberculosis (denominado tuberculina) a individuos inmunizados contra este microorganismo, se genera una reacci6n inflamatoria mediada por linfocitos Th 1 localizada en el lugar de inyecci6n. La aparici6n

de un hab6n duro a las 24-72 horas de la inyecci6n se utiliza como un criterio en el diagn6stico de la tuberculosis y, de paso, confirma la inmunocompetencia del huesped (en los individuos con inmunodeficiencias de linfocitos T no se producen habones en respuesta a extractos de pategenos comunes a los que han sido expuestos, como Micabacterium, Candido, Proteus ... ). Obviamente esta reacci6n no es una alergia, pero las alergias a las picaduras de insectos, por ejemplo, se producen tarnbien por mecanismos similares a los de la hipersensibilidad tuberculinica. c) Hipersensibilidad granulomatosa. Hay determinadas molecules que son fagocitadas por los macr6fagos y que, posteriormente, estes son incapaces de destruir, 10 que provoca una acumulaci6n de celulas fagoclticas formando una estructura caracterlstica IIamada granuloma (vease capitulo 17). Los mineros, por ejemplo, pueden tener graves problemas respiratorios, inflamaci6n intensa y fibrosis (neumoconiosis), debido ala formaci6n de estos granulomas por la inhalaci6n cr6nica de berilio (beriliosis), silice (silicosis), etcetera. d) Hipersensibilidad mediada por linfocitos Tc. Determinadas molecules son solubles en lipid os

FASE DE SENSIBILIZACI6N

FASE DE RESPUESTA

Epidermis

Epidermis C61ulade Langerhans

Vias linfclticas

C61ulade Langerhans

Vias linfclticas

Dermis

o UnfOClto TVlIgen

Figura 19-4. J-ii/)ersensibilidad POl'comacto. Los alergenos aLral;iesan la piel y se unen a nuesrres /)ro(e(na.~, modificandolas y generando asi neoamfgenos. Estes neosnngenos van a ser fagocitados por las celulas de Langerhans que migran a los ganglios linfaticos donde van a sensibilizar a los linfociws Th I espedficos. Un segundo conrecto con el atergeno inducira Lma reacci6n inflamacoria mediada POl' linfociws Thl y macr6fagos en la zona de contacto con el alergeno.

19. EXCESOS DE LA INMUNIDAD:

LAS ALERGlAS

Tabla 19·3. Ejemplos de enfermedades causadas por reacciones de hipersensibilidad que se indican entre parentesis Mecanismos de hipersensibilidad

PacOgenos

Alergenos

Y OTRAS HlPERSENSIBILIDADES

183

frente a distintas categorias de antigenos,

Aloantigenos

Aucoant{genos

Choque anafilactlco (rotura de quiste)

Tipol (lgE/mastocitos, inmediata)

Rinitis alerqlca (polen)

nee n (lgG)

Anemia hemolitica (penicilina)

Tipolll (inmunocomplejos)

Pulm6n de granjero (hongo de la paja)

Glomerulonefritis (post-estreptococos)

Tipo IV(linfocitos T, retardada)

Dermatitis por contacto (niquel)

Lepra tuberculoide (micobacterias)

Reacci6n transfusional (ABO,Rh)

y pueden, por 10 tanto, atravesar la membrana plasrnatica y modificar proteinas del interior celular. Las proteinas modificadas se asocian a moleculas MHC de clase I, quedando expuestas en la superficie celular. Cuando los linfocitos CD8 sensibilizados se unen a estas celulas reconocen como extranas las proteinas asociadas al MHC de clase I ejerciendo su acci6n citolitica secretando citocinas ylo citolisinas (vease capitulo 12).

Lupus (ADN)

Rechazo agudo (HLA)

Diabetes insulinodependiente (celulas 13)

sibilidad, sobre todo tipo II y tipo IV (Tabla 19-3). Los aloantigenos no son alergenos, y en la mayoria de los casas reflejan situaciones no fisiologicas como los trasplantes (vease capitulo 21). Por ultimo, la respuesta inmunitaria excesiva, err6nea en este caso, a los antfgenos propios (que son inocuos par los mecanismos de tolerancia que se generan frente a ellos) causa autoinmunidad por mecanismos de hipersensibilidad de tipo II, III Y IV (Tabla 19-3) (vease capitulo 20).

La hipersensibilidada ciertos patOgenos, aloantigenos 0 autoantigenos tarnbien produce enfermedades Las alergias no son los unicos excesos que comete nuestro sistema inmunitario en su afan por protegernos. En algunos individuos, la respuesta inmunitaria a ciertos pat6genos es tambien exagerada, y acaba siendo la propia respuesta inmunitaria, mas que el pat6geno, la que dana al huesped. Dependiendo una vez mas de las celulas 0 molecules implicadas en dicha respuesta exagerada, y por analogia con las alergias, a los inmunologos les gusta denominarlas reacciones de hipersensibilidad, y clasificarlas como tipo III 0 tipo IV (que son las mas frecuentes, Tabla 19-3). N6tese que en este caso el antigeno ajeno no es inocuo, y que la palabra hipersensibilidad se reserva para aquellos casos en los que la inmunidad, mas que el pat6geno, causa la enfermedad. En otros individuos, la respuesta inmunitaria excesiva (mas bien no deseada) a una peculiar categorfa de antigenos ajenos inocuos, los aloantigenos, causa tarnbien enfermedades por mecanismos analogos de hipersen-

Miastenia grave (receptor de acetilcolina)

CORRELACI6N CLiNICA La anafilaxia sistemica se produce cuando un alergeno cnrra directarnente a la sangre, 10 que causa la activacion diseminada de los mastociros asociados a los vases sanguineos '!' de redo e! organismo. La desgranulaci6n de los mastocitos causa la dilaracion de los vasos sanguineos, aurnenro de su permeabilidad y contraccion generalizada del rmisculo liso. La bajada de la tension arterial que produce se den om ina shock anafilactico. La anafilaxia puede causar la rnuerre del individuo, habitualmenre por la consrriccion de las vias aereas superiores que causa asfixia. Las alergenos mas frecuemes son los anribioricos, algunos alirnenros o.e! veneno de abejas 0 avispas. Curiosarnenre, esta es la primera enfermedad que aparece descrita en la «literarura medica». Aparecc ya mencionada en el afio 2641 a.c., en una lapida que rememora la muerte del faraon egipcio Menes causada por la picadura de una abeja. ~~

--~''::I'.,...,

II

184

INMUNOLOGiA . .Biologiay patologla del sistema inmunitario

RESUMEN Las alergias son respuestas inmunirarias exageradas que desarrollan determinados individuos en respuesta a andgenos extranos inocuos. Las reacciones alergicas necesitan una prirnera exposicion al alergeno, en la que el individuo queda sensibilizado; en las siguieutes reexposiciones se produce la respuesta inmunitaria (hipersensibilidad) que da lugar a la sintomarologla

clinica.

Hay cuatro tipos de reacciones alergicas, atendiendo a los elementos del sistema inmunitario que participan

11

en la respuesta inmunitaria exagerada: tipo I (IgE y mascocicos), tipo II (IgG y respuestas ciroliticas}, tipo III (inmunocomplejos) y tipo IV (linfocieos T). Dentro de cada uno de estos tipos de alergias la sintomatologia ellnica es distinra dependiendo de la naturaleza y via de entrada del alergeno al organismo. En lU1 sentido mas arnplio, una respuesta inmunitaria excesiva 0 hipersensibilidad a otros andgenos ajenos (parogenos, aloandgenos) 0 propios (aucoanttgenos) tarnbien puede producir enfermedades.

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I CAPiTULO

Errores de la inmunidad: la autoinmunidad

20 I

INTRODUCCION La autoinmunidad se define como una respuesta inmunitaria adaptativa especifica contra un antigeno propio. La respuesta adaptativa es capaz de responder a una variedad pracricarnente ilirnitada de amigenos diferentes, debido al amplio reperrorio de especificidades que poseen sus linfocicos B y T. Sin embargo, y como consecuencia de que la generacion de dicho repertorio es aleatoria, es inevitable que muchos de los linfocitos T 0 B reconozcan componemcs propios. Estas celulas aurorreacrivas se encuemran conrroladas por distinros mecanismos que aseguran la tolerancia a 10 propio. Sin embargo. en algunos individuos ciertos linfocitos BoT especlflcos para un andgeno propio 0 auroanrlgeno se escapan de esros mecanismos de tolerancia y son capaces de atacar los tejidos donde se localiza eI antigeno para el que son especlficos. Los COIDponentes de la inmunidad innara, como el cornplemenro o los fagocitos. no rienen un papd imporrante en el desencadenarnienro de las enfermedades autoinmunes, ya que se han generado en el curso de la evolucion para reconocer patroncs moleculares asociados a parogenos que no estan presencesen los anrigenos propios. Es decir, la aurorolerancia innara es el resulrado de la seleccion natural que opera sobre las especies, Por ello general-

mente participan en las reacciones autoinmunes de una manera secundaria si son activados por los linfocitos T 0 las inmunoglobulinas (lgs). La autoinmunidad no se produce por un fallogeneraj en los mecanismos generadores de rolerancia, sino por fallospuntuales en dichos mecanismos frente a ciercos auroantigenos, especlficos de cada una de las Merentes enfermedades autoinrnunes, Los mecanismos de la respuesta inmunitaria contra estos autoandgenos son similaresa los que segeneran en respuestaa un parogeno 0 un aIergeno. y van a depender de la naruraleza del andgeno, si es extracelular 0 inrracelular,su localizacion, etc. Sin embargo. exisre una caracteristica fundamental que diferencia a las respuestas autoinrnunes del resto, yes que. en esras, generalmenre el auroantfgeno persisre y el sistema inmunitario es incapaz de acabar con el, Por ello este ripo de enfermedades suelen ser cronicas y generalmente duran coda la vida. Individualrnenre la mayoria de las enfermedades autoinmunes son poco frecuenres, pero conjuntamente afectan aproxirnadamente al 5% de la poblaci6n de los palses occidentales y constiruyen el tercer grupo de enfermedades mas prevalencesdespues de las enfermedades cardiovasculares yel cancer.

~--------------------------~===-~~~~~~!J La autotolerancia es adquirida activamente en cada nuevo individuo por delecion, inactivacion, ignorancia 0 supresicn de sus linfocitos T y B La tolerancia a 10 propio es un proceso que se adquiere durante el desarrollo de los linfocitos T y B

en los 6rganoslinfoides primarios(tolerancia central) yen la periferia(tolerancia periferica), por eliminaci6n o inactivaci6nde los clones celularespotencialmente autorreactivos. En los capitulos 7 y 11 ya se han comentado los mecanismos que dirigen la adquisici6n de tolerancia en los linfocitos B y T respectivemente.

186

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema irununitario

Durante el proceso de rnadurecion en la rnedula osea, los linfocitos B inmaduros que expresan en su superficie receptores espedficos para componentes propios son eliminados (seleccion negativa) 0 inactivados. Cuando el antfgeno reconocido por estes linfocitos es una rnolecula de la superficie celular, entonces su eliminaci6n tiene lugar por apoptosis 0 muerte celular programada (deleci6n clonal, Fig. 20-1). Sin embargo, si el antfgeno reconocido se encuentra en forma soluble, el linfocito B que 10reconoce no sufre apoptosis, sino que queda en una situaci6n de anergia 0 inactivaci6n clonal. 5610los linfocitos B que no reconocen antigenos a nivel de la rnedula 6sea emigran hacia otros tejidos linfoides (vease capitulo 7). En la periferia los linfocitos B autorreactivos que hayan escapado a estes procesos de selecci6n central tarnbien pueden ser delecionados, aunque el mecanisme fundamental que genera tolerancia periferica en los linfocitos B es la falta de linfocitos Th autorreactivos que colaboren con ellos. Los linfocitos T desarrollan, por tanto, un papel central en la tolerancia a 10propio y son tarnbien los principales responsables de la autoinmunidad.

Autotolerancia en linfocitos B AnUgenode superficie

La tolerancia central se establece en los linfocitos T que maduran en el timo mediante la deleci6n clonal de los timocitos que reconocen anngenos propios (seleccion negativa) (Fig. 20-1). La mayoria de los autoantigenos estan presentes en el time, aunque no todos, e incluso hay autoantfgenos presentes en el time que pueden sufrir modificaciones en la periferia, por ejemplo, por procesamiento del RNA 0 cambios postrasduccionales como la citrulinizaci6n, 10que genera nuevos epitopos. Por este motivo es necesario la existencia de mecanismos que aseguren la tolerancia en la periferia que se puede establecer por: - Las celulas presentadoras pueden presentar antigenos propios a los linfocitos T, pero en ausencia de un contexte de infecci6n no se induce la expresion de senates coestimuladoras de las celulas presentadoras de antfgeno (a los linfocitos Th) 0 de los linfocitos Th (a los linfocitos Tc) produciendo la inactivaci6n 0 anergia clonal de los linfocitos T autorreactivos. Las celulas anergicas no son eliminadas a pesar de no ser funcionales, probeblemente porque pueden ser utiles en la elimina-

Autotolerancia en linfocitos T

.. Deleci6n Deleci6n

Anergia

Antigeno de soluble

:==-------=

J~ Deleci6n

Ignorancia Ignorancia Figura 20, J. MecanisITIO.I de autotolerancia en linfociws T y B.

20. ERRORESDELAINMUNIDAD:

cion de pat6genos con antigenos parecidos estructuralmente al autoantigeno. En el caso de aparecer tal pat6geno, ellinfodto T 0 B anergico detectara la diferencia respedo al autoantfgeno por la existencia de senates accesorias. - Un segundo mecanisme de autotolerancia periferica es la inmunoignorancia. Los linfocitos T y B autorreactivos pueden ignorar sus antfgenos por diferentes motivos. Algunos autoantigenos tienen una concentraci6n tan baja que no superan el umbral necesario para que el sistema inmunitario los detecte. Los linfocitos T CD4 tarnbien ignoran los autoantfgenos presentes en celulas que carecen de molecules de c1aseII 0 no expresan las molecules coestimuladoras (B7). Igualmente ignoran a los autoantfgenos si estan separados ffsicamente de los linfocitos T. Esto ocurre, por ejemplo, con antfgenos propios presentes en el sistema nervioso central que se encuentran separados de los linfocitos por la barrera hemato-encefalica. A estos sitios se les conoce como «inmunol6gicamente privilegiados».En estos casos, existen linfocitos T y B autorreactivos funcionales, pero, por ignorancia clonal, no lIegan a adivarse o a producir enfermedad. - Iarnbien se pueden eliminar linfocitos T autorreactives por delecion clonal periferica, como ocurre en tejidos «inmunoprivilegiados»,como el globo ocular u otros cuyos antfgenos son de aparicion tardfa en el desarrollo, como los organos sexuales (ovarios, testfculos). Las celulas de estes tejidos expresan el ligando de FAS (tam bien lIamado CD95L), una molecule que se une al FAS (0 CD95) de los linfocitos Tc autorreadivos, eliminandolos por apoptosis (Fig. 20-1). De hecho, la falta de CD95 0 CD95L causa en humanos una enfermedad Iinfoproliferativa autoinmune. - Tarnbien se genera tolerancia en la periferia mediante un tipo de linfocitos T denominados reguladores (Treg), cuya funci6n fisiol6gica es regular 0 suprimir la respuesta inmunitaria (vease capitulo 12). Existen dos tipos de linfocitos Treg. Un tipo se denom ina linfocito T reguladores naturales y se caracterizan porque se originan en el timo y expresan CD4, la cadena del receptor de la IL-2 (CD25) y el factor de transcripcion FoxP3. Estos linfocitos son capaces de suprimir la proliferaci6n y funcion de los linfocitos T efedores mediante contacto celular. Existeun segundo tipo de linfocitos T reguladores inducibles, que se generan en la periferia a partir de Iinfocitos T CD4 vfrgenes y que ejercen su funci6n sin necesidad de contacto celular, mediante la secreci6n de citocinas inmunosupresoras (TGF-~ e IL-lO). Se han descrito al menos dos tipos: celulas productoras de IL-10, denominadas Trl y celulas pro-

LA AUTOINMUNIDAD

187

ductoras de TGF-~,conocidas como Th3. Dada la importancia de las celulas reguladoras en el mantenimiento de la homeostasis inmunol6gica se ha puesto una especial atencion a su estudio, ya que podrfan constituir dianas terapeuticas muy interesantes tanto en el tratamiento de las enfermedades autoinmunes como en las alergias, el cancer y el rechazo de trasplante. Como vemos, la autotolerancia adaptativa es un proceso ectivo que opera sobre los linfocitos T y B. La autoinmunidad es la ruptura de la autotolerancia por diversas causas aun no bien conocidas Los mecanismos generadores de tolerancia que se han descrito tienen una eficiencia muy elevada. Por ello, se cree que la autoinmunidad podria reflejar la activaci6n desafortunada de algunas celulas potencialmente autorreadivas en estado de anergia 0 ignorancia inmunol6gica. 5610 algunos autoantfgenos inducen autoinmunidad, y suelen ser aquellos para los que es diffcil generar tolerancia central 0 periferica, por no ser ni muy abundantes ni extremadamente raros, y para los que existen linfocitos autorreadivos. Debido a la dependencia de los Iinfocitos By Tc respecto a los linfocitos Th, se considera que la mayor parte de las respuestas autoinmunes comienzan por la activaci6n de los linfocitos Th autorreactivos. No se conoce todavia la causa 0 causas concretas que adivan los linfocitos T autorreactivos y desencadenan la autoinmunidad, pero todos los datos que se conocen sugieren que estan desencadenadas por la acci6n de un factor ambiental que actua en un individuo geneticarnente predispuesto. Se ha sugerido que las infecciones pueden ser el factor ambiental desencadenante mas importante. Las infecciones no producen una rotura de la tolerancia central, pero se han sugerido diversos mecanismos por los que pueden romper la tolerancia periferica: - La similitud estrudural entre los antigenos microbianos y autoantfgenos (mimetismo molecular), puede dar lugar a reacciones cruzadas que danen los antigenos propios. En este caso, los anticuerpos o linfocitos T reconocen, edemas de los antfgenos del agente infeccioso, otros propios del organismo de similar estructura. - Los linfocitos B capaces de reconocer el antfgeno propio interaccionan con el cuando este se encuentra asociado a la bacteria -que actua como «portadora»-, y pueden recibir, entonces, ayuda de los linfocitos Th. - Iarnbien se ha sugerido que la activacion policlonal por superantigenos microbianos de gran cantidad de linfocitos To B (algunos de ellos autorreactivos) puede ser un mecanisme de perdida de tolerancia.

188

INMUNOLOGiA.

Biologia y patologia del sistema inmunltario

Iarnbien se pueden liberar autoantigenos secuestrados en sitios inmunol6gicamente privilegiados mediante un traumatismo 0 una infecci6n. Por ejemplo, el dane de la barrera hernato-encefalica puede poner en contacto a los autoantigenos del sistema nervioso central con los linfocitos, disparando la autoinmunidad. Pueden inducir la activaci6n inespecifica de los linfocitos T autorreactivos mediante citocinas (efecto espectodor) 0 la expresi6n de molecules MHC de clase II y/o senales coestimuladoras en la celula presentadora de antigeno, que ahora activate especfficamente a linfocitos T autorreactivos a los que antes no podia activar. Ciertas molecules de histocompatibilidad predisponen a la autoinmunidad En el desarrollo de muchas, si no en todas, de las patologfas autoinmunes existe, edemas de un componente ambiental, un importante componente genetico. Sin embargo, estas enfermedades no se transmiten como enfermedades rnonogenicas clasicas. La mayorfa de las enfermedades autoinmunes son poligenicas, es decir,

Tabla 20-1. Asociacion del fenotipo HLA con el riesgo a padecer ciertas enfermedades autoinmunes Enfermedad

AleloHLA

Espondilitis anquilosante Uveitis anterior aguda Esclerosismultiple Enfermedad de Graves Miastenia gravis Lupus eritematoso sisternico Diabetes mellitus insulinodependiente Artritis reumatoide Penfigo vulgar

HLA-B27 HLA-B27 HLA-DR15 HLA-DR3 HLA-DR3 HLA-DR3 HLA-DR3Y DR4 HLA-DRl Y DR4 HLA-DR4

existen numerosos genes (en realidad ciertos polimorfismos de estos genes) de susceptibilidad que actuan conjuntamente para producir una enfermedad determinada. Con frecuencia estos genes presentan interacciones complejas, con penetraci6n baja e incompleta y patrones de herencia no mendeliana. Ademas, algunos polimorfismos pueden tener un papel protector de la enfermedad. Estas variantes alelicas son normales en la poblaci6n y por sf mismos no determinan si un individuo desarrollere 0 no la enfermedad (s610 incrementan 0 disminuyen el riesgo

Tabla 20-2. Las enfermedades autoinmunes pueden clasificarse en organo-especificas y no organo-especlficas, dependiendo del autoantlgeno primario (Iocalizado en cierto organo 0 ubicuo, respect ivamente)

Sistema neuromuscular

Sistema endocrine

Tiroiditis de Hashimoto Atrofia tiroidea Enfermedad de Graves Enfermedad de Addison Menopausia prematura Hipoglucemia autolnmune Diabetes mellitus insulinodependiente Orquitis autoinmune Sistemo bematopoyetlco

Anemia perniciosa Anemia hemoHtica autoinmune Purpura trornbopenlca autoinmune Neutropenia ldioparlca

Sind rome de Sjogren Artritis reumatoide Dermatomiositis Esderodermia 0 esclerosis slstemica Enfermedad mixta del tejido conectivo Lupus discoide Lupus eritematoso sisternico

Miastenia gravis Esclerosis multiple

Pie/

Penfigo vulgar Penfigoide

RIt'l6n y pulm6n

Sfndrome de Goodpasture

189

20. ERRORESDELAINMUNIDAD:LAAUTOINNIUNIDAD

de padecerJa);solo cuando actuan conjuntamente y ademas existe un factor ambiental (probablemente infeccioso) se desarrollara la enfermedad. Existe, por 10 tanto, una gran heterogeneidad genetics entre los pacientes que desarrollan una enfermedad autoinmune, 10 que se manifiesta como una gran variabilidad fenotipica entre los diferentes pacientes que sufren una misma enfermedad. Se ha calculado que hasta 20 genes podrian estar implicados en el desarrollo de una enfermedad autoinmune como la diabetes mellitus dependiente de insulina, aunque no todos confieren el rnisrno.riesgo de padecer la enfermedad. Los genes que estan mas fuertemente asociadosa la mayorfa de las enfermedades autoinmunes son los de ciertas molecules HLA, principalmente de clase II, aunque, tarnbien existen asociaciones con clase I (Tabla 20- 1). Esta idea no es nada descabellada, puesto que no todas las molecules de HLA van a tener la misma capacidad para presentar peptidos derivados de autoantigenos a los linfocitos T, ni van a ser igual de eficaces en el desarrollo de una respuesta autoinmune. Adernas de las molecules HLA, otros factores geneticos, algunos no

relacionados directamente con el sistema inmunitario, como por ejemplo el sexo (suelen ser mas frecuentes en hembras que en los varones), son importantes en el desarrollo de las enfermedades autoinmunes. Hay tres tipos de enfermedades autoinmunes sequn las rnoleculas a celulas implicadas

En la practice clinica, las enfermedades autoinmunes se clasifican dasicamente en organo-espeoficas y en no organo-especficas dependiendo de si la respuesta esta dirigida principalmente frente a antigenos localizados en un tejido espedfico 0 frente a antfgenos sisternicos, respectivamente (Tabla 20-2). Esta dasificacion, aunque es uti I c1inicamente, no tiene en cuenta ni la causa ni los mecanismos inrnunologicos que han producido la enfermedad autoinmune. Estos mecanismos no difieren de los que se activan en respuesta a un patogeno 0 en el curso de una alergia. Por ello, en analogfa con las enfermedades alergicas (vease capitulo 19), las enfermedades autoinmunes pueden ser clasificadas en fun-

Tabla20-3. Algunasenfermedades autoinmunes clasificadas por el mecanismo mediante el cual dafian lostejidos Enfermedad

Auroanrfgeno

Consecuencias

Anemia hemolitica autoinmune

Grupo sanguineo Rh

Destrucci6n de eritrocitos por el complemento y fagocitos. Anemia

Purpura trombocltopenica autoinmune

Integrina de plaquetas gpllb:llla

Coagulaci6n an6mala. Trombocitopenia

Sindrome de Goodpasture

Fibrasde colaqeno tipo IV (membranas basales)

Vasculitis.Fallo renal y pulmonar

Penfiqo vulgar

Cadherina epidermica

Ampollas epiderrnicas

Fiebre reurnatica aguda

Musculo cardiaco (reacd6n cruzada)

Poliartritis, miocarditis y lesionesvalvulares

Enfermedad de Graves

Receptorde la TSH

Hipertiroidismo

Miastenia gravis

Receptorde acetilcolina

Fatiga muscular

(CD41 a)

. ~~

~

''_

- - --

-~-

.

-

Lupuseritematoso sisternlco

ADN,histonas,ribosomes, snRNp,scRNp,ATPasa...

Diabetes mellitus insulinodependiente

Antigeno desconocido de las celulas f3 del pancreas

Destrucci6n de celulas f3

Artritis reumatoide

Antigeno sinovial desconocido

Inflamad6n y destrucd6n articular

Esclerosismultiple

Proteina basicade la mielina, proteina proteolipidica

Infiltrado cerebral de linfocltos T CD4. Paralisis,ceguera...

snRNP/scRNP:small nuclearlcyroplasmic

tibonucleoproteins.

Glomerulonefritis, vasculitis,artritis ...

190

TNMUNOLOGiA. Biologia y patologfa del sistema inmunitario

Anticuerpo anti-tiroideo

A

Hormonas tiroideas

Hormonas tiroideas

Tiroides

B Factor intrinseco

/

~

/

I~L,\ .., 812

Factor intrinseco

'

erniciosa.

ci6n del mecanisme de hipersensibilidad que genere el dana tisular en: mediadas por anticuerpos 0 citot6xicas (tipo II); mediadas por inmunocomplejos (tipo III), y mediadas por linfocitos T (tipo IV) (Tabla20-3). Las reacciones mediadas por IgE (tipo I) no tienen un papel importante en la autoinmunidad. Las reacciones autoinmunes mediadas por autoanticuerpos producen sintomas distintos sequn el origen y naturaleza del antigeno Las reacciones de tipo II 0 citot6xicas se producen por anticuerpos (tarnbien Ilamados autoanticuerpos) tipo IgG 0 IgM especficos para antfgenos propios tanto localizados en superficies celulares como en la matriz extracelular (Tabla 20-3). Existen diversos mecanismos por los que un autoanticuerpo puede causar enfermedad. Por ejemplo, las celulas sangufneas no nucleadas, hematfes y plaquetas expresan muy baja cantidad

de protefnas reguladoras de complemento en su superficie, por 10 que los anticuerpos contra antfgenos presentes en la superficie de estas celulas inducen la citelisis mediada por el complemento 0 la fagocitosis mediada por los macr6fagos del bazo 0 del hfgado. En la anemia hemolitica autoinmune se producen anticuerpos contra antigenos de superficie del hematie, que se manifiesta clfnicamente como una anemia. Algo similar, pero sobre las plaquetas, ocurre en la purpura trornbocitopenica autoinmune que tiene lugar por la producci6n de autoanticuerpos anti-CD41 a, una integrina plaquetaria. Clfnicamente se caracteriza por el descenso del nurnero de plaquetas 0 trombopenia y por numerosos brotes hernorragicos que se manifiestan en forma de manchas en la piel 0 purpuras (liamadas asf debido al color de la hemoglobina cuando se oxida). Las celulas nucleadas son, sin embargo, mas resistentes a la citolisis mediada por complemento 0 a la fagocitosis. En estes casas puede ocurrir que el antfgeno

20. ERRORES DE LA INMUNIDAD: LA AUTOINMUNIDAD

Luz glomerular

191

Luz glomerular

Inmunocomplejos circulantes

Neutrofilo

Macrofago

Neutrofilo

Figura 20-3. A. Auroinmunidad de (ipo II mediada por auroancicuerpos (frenee a In membrana basal de glomerulos). B. La auroinmunidad de ripo IJl se produce por ancicuerpos frenee am(genos solubles qlle forman immmocomplejos. los cuoles causan inflamacian en ellugar de su dep6siw (pOTejemplo, en los glomerulos renales).

reconocido en la superficie celular sea una molecule con funci6n receptora, de modo que el autoanticuerpo bien la estimula 0 bien la bloquea, alterando su funci6n. Tal es el caso de la enfermedad de Graves y de la rniastenia grave. En la enfermedad de Graves, los autoanticuerpos producidos se unen y activan al receptor de la hormona estimulante del tiroides (TSH) e inducen la producci6n masiva de hormona tiroidea (hipertiroidisrno) (Fig. 20-2). En la miastenia grave, los autoanticuerpos estan .dirigidos frente a la cadena a del receptor de acetilcolina de las uniones neuromusculares, y bloquean la senalizacion neuromuscular, favoreciendo la internalizaci6n y degradaci6n enzirnatica de dichos receptores. EI resultado dlnico es la perdida de la contractibilidad muscular que se manifiesta como una debilidad muscular extrema. Algo similar ocurre en la anemia perniciosa, enfermedad caracterizada por un defecto en la rnaduracion de los hematies debido a un deficit de vitamina B12• EI deficit de vitamina BI2 se debe a la malabsorci6n de esta vitamina, secunda ria a la produccion de anti cuerpos contra el factor intrinseco (proteina encargada de su absorcion) (Fig. 20-2). En otros cases, como en el penfigo, los anticuerpos contra la cadherina epidermica inducen la liberacion de una pro-

teasa que media la formaci6n de las ampollas epidermicas. En el sfndrome de Goodpasture, a diferencia de las anteriores, los anticuerpos estan dirigidos frente a componentes de la matriz extracelular -en concreto la fibras de colageno tipo IV- localizada en la membrana basal del glornerulo renal (causando glomerulonefritis) yen los pulmones (asociandose a menudo a hernorragias pulmonares), causando una enfermedad fatal en ausencia de tratamiento (Fig. 20-3). Las reacciones autoinmunes mediadas por inmunocomplejos producen sintomas diferentes sequn el lugar de deposicion Los inmunocomplejos se forman cuando tiene lugar una respuestainmunitaria frente a antigenossolubles.Estos complejos son eliminados par celulas con receptoresespecificos para proteinas del complemento y para la porcion Fcde las Igs (vease capitulo 3). Sin embargo, en deterrninadas ocasiones, la cantidad de inmunocomplejos generada es demasiado elevada para poder ser eliminada, y se acaba depasitando sobre todo en los glomerulos del rinon, que es el filtro de la sangre,y tarnbien en pequenos vasos

192

[NMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

sanguineos donde el flujo sangufneo es menos intense (piel, articulaciones, etc.). EI deposito de estos inmunocomplejos produce una reaccion inflamatoria en ellugar de deposito (causando nefritis, vasculitis, artritis, etc.) que en muchos casos es mas danina que el propio patogeno, aunque general mente se acaba resolviendo una vez ha sido eliminado el antfgeno. Obviamente, cuando el antigeno soluble es propio (por ejemplo, ADN), los inmunocomplejos nunca se agotan, y su persistencia es la causa de algunas enfermedades autoinmunes. Un ejemplo dasico es el lupus eritematoso sisternico (Fig. 20-3). En esta enfermedad se forman gran cantidad de autoanticuerpos frente a multiples autoantigenos como el ADN, un antigeno muy abundante en el organismo, de modo que tiene lugar una continua formacion de pequenos inmunocomplejos que

se depositan en rinon, vasos, articulaciones, etc., causando glomerulonefritis, vasculitis, artritis, etcetera. Iarnbien en este tipo de enfermedades autoinmunes, como en el caso de las causadas por autoanticuerpos, el tipo y localizacion del antigeno, 0 en este caso el sitio de deposicion de los inmunocomplejos, van a determinar el desarrollo de una u otra patologia. En las reaccianes autainmunes mediadas par linfacitas T rara vez se canace el autaantigena No todas las enfermedades autoinmunes son causadas por autoanticuerpos, sino que muchas esten mediadas directamente por linfocitos T. Sin embargo, la

Neurona

Barrera Hemato-encefalica

Celula presentadora de antigenos

Linfocilo B Vaina de mielina

IL·4 IL·S

Desmielinizaci6n Linfocito Th1

Monocilo

Linfocito Th1

TNF-a IFN·y.., IL·1

~

Ax6n

Figura 20-4. Autoinmunidad de Lipo IV, La esderosis mtllriple es una enfermedlid del sisrema ncrvioso central que se l)rOOueepor IIIaerivaci6n de linfocitos Th} especificos comra la mielina (Ia callsa es desconocida). Los IinfocilOs Th I acritJan a los macr6fagos, que de~111ielinizanlos «xones, 'Y pueden activar linfocitos B, que ,mxltlcen anticuerpos,

20. ERRORES DE LA INMUNIDAD: LA AUTOINMUN1DAD

existencia de linfocitos T autorreactivos es tan dificil de demostrar, como dificil es localizar el antigeno (en realidad el peptide) que reconocen. En el caso de la esclerosis multiple, 0 su modele murino, la encefalomielitis autoinmune experimental, parecen existir linfocitos T especificos para la proteina basica de la mielina de los axones neuronales, que causan desrnielinizacion y deficit neurologico, tanto motor como sensitive (Fig. 20-4). La artritis reumatoide es una patologia algo mas compleja, ya que puede implicar la existencia de autoanticuerpos e incluso la deposici6n de inmunocomplejos, adem as de la participaci6n de linfocitos T (04+ autorreactivos especificos para un autoantigeno presente en las articulaciones. Su activecion conlleva la sintesis y liberaci6n de distintas citocinas, iniciandose la inflamaci6n y dana de las articulaciones. Iarnbien existen ejemplos de patologias de este tipo mediadas por linfocitos Tc (que, a diferencia de los Th, reconocen autoantigenos citoplasrnicos, esto es, producidos por las propias celulas diana), y tal es el caso de la diabetes mellitus dependiente de insulina. En esta enfermedad las celulas del pancreas, productoras de insulina, son destruidas selectivamente.

193

divisi6n, como las celulas sanguineas 0 epiteliales, limita su eficacia. Otros medicamentos como la ciclosporina, FK506 0 rapamicina inhiben especificamente la proliferaci6n de los linfocitos T mediante el bloqueo de la sintesis de la IL-2, citocina responsable de su proliteracion (vease capitulo 12). Aunque estes medicamentos actuan sobre los linfocitos T, edemas de inhibir la proliferaci6n de los clones T autorreactivos, inhiben tam bien las respuestas inmunitarias contra los patogenos favoreciendo el desarrollo de infecciones oportunistas y tumores. Por ello se estan ensayando terapias experimentales que tratan de bloquear exclusivamente aquellos clones autorreactivos, aunque hasta la fecha no han sido efectivas. Adernas, algunas enfermedades autoinmunes (especialmente las que estan mediadas por linfocitos Th 1 autorreactivos) desencadenan reacciones inflamatorias muy intensas -con el consiguiente dana tisular-, por 10 que tarnbien son muy utilizados tratamientos antiinflamatorios (como los corticoesteroides). Algunas enfermedades 6rgano-especfficas se tratan supliendo el defecto 0 exceso metab6licos: insulina en la diabetes, tiroxina en la atrofia tiroidea, antitiroideos en la enfermedad de Graves, etcetera. CORRELACION CLINICA

Las enfermedades autoinmunes se tratan con antiinflamatorios e inmunosupresores La respuesta inmunitaria adaptativa se base en la selecci6n clonal, que implica la proliteracion de los linfocitos especificos para cada antigeno previamente al desarrollo de una respuesta inmunitaria efectora. Las terapias inmunosupresoras tratan de bloquear la respuesta adaptativa contra un autoantigeno y 10 hacen bloqueando la proliferaci6n de los linfocitos T. Algunos medicamentos inmunosupresores, como la azatioprina, la ciclofosfamida 0 el micofenolato mofetil son muy poco espedficos, ya que matan a todas las celuias en divisi6n. Estos medicamentos fueron inicialmente desarrollados contra el cancer, pero su toxicidad sobre otras celulas que estan en continua

Diabetes de tipo I 0 diabetes mellitus insulinodependienre. Enfermedad cr6nica caracrerizada por un defecro en la producci6n de insulina, 10 que provoca imporranres alreraciones merabolicas en los pacienres. Se produce por una respuesta auroinmune que desrruye selecrivarnente las celulas beta pancreiricas (productoras de insulina). Los pacientes desarrollan autoanticuerpos contra diferentes antigenos pancrearicos, aunque se crce que las principales celulas mediadoras de la destruccion de las celulas beta son los linfociros T. La enfermedad se rrata con inyecciones de insulina.

~-------------------------=~~

RESUMEN Una de las caracrerisricas esenciales del sistema inmunita rio, es su capacidad para diferenciar 10 propio de 10 ajeno y de responder, por 10 ramo, unicamente Creme a andgenos extrafios. La tolerancia a 10 propio se asegura por elirninacion 0 inactivacion durante las etapas de desarrollo en los organos linfoides primarios (rolerancia central),o posteriormente, en la periferia en los organos linfoides secundarios (rolerancia periferica), de los clones celulares T y B potencialmenre aurorreactivos. Solo los antigenos que no inducen deleci6n 0 anergia clonal, por su baja concentracion 0 muy concrera localizacion,

I

son porencialmente nocivos, ya que la tolerancia a estos riene lugar por ignorancia clonal (falta de encuentro 0 activaci6n de los linfociros autorreactivos, que son, sin embargo, plenarnente funcionales). La tolerancia a 10 propio puede asi romperse y tiene lugar, enronces, la auroinrnunidad. No se conoce la causa concreta que induce eI cornienzo de este ripo de paeologias, aunque se han apumado distinras posibilidades, como infecciones 0 simplernente reacciones cruzadas durante respuestaS inmunitarias «correctas». continua en la pagina siguimte

194

INMUNOLOGfA. Biologia y patologla del sistema inrnunitario

RESUMEN (continuaci6n) Adernas de esros facto res ambientales, exisren facto res gcnericos asociados a las enfermedades auroinrnunes, especialmence las rnoleculas HLA heredadas, pero tambien el sexo. Las enfermedades autoinrnunes pueden estar mediadas por anticuerpos como tales 0 forman do parte de inmunocornplejos 0 por linfocitos T. tanto Th como Tc. Los slntomas que se asocian a cada enfermcdad autoinmune dependen esencialmente del origen (ubicuo 0 localizado) y la naruraleza del auroanrlgeno

(soluble. 0 bien asociado a membranas celulares, 0 a la matriz extracelular). La gran asignarura pendienre de la autoinmunidad es, precisarnenre, la caracterizacion de los auroantlgcnos, especial mente los reconocidos por los linfocitos T. Mientras tanto. los tratamientos intentan arajar globalmence la respuesta inrnunitaria 0 sus efecros con anciinflamacorios e inmunosupresores. Se cree que los rraramieruos que inhiban solo los clones autorreactivos seran la rerapia del futuro.

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I CAPiTULO 211

Inconvenientes de la inmunidad: aloinmunidad 0 rechazo de trasplantes INTRODuccrON El trasplante es un procedimiento clinico que consiste en reernplazar celulas, tejidos u organos de un individuo receptor por el de un donanre. Cuando el trasplanre tiene lugar entre individuos que no son geneticamente identicos, se produce una reaccion de rechazo que termina por destruir y elirninar el injerto. El rechazo se produce por una respuesta inmunitaria del donanre contra las moleculas extrafias al receptor presentes en el injerto, Las rnoleculas que varian entre individuos de la misma especie se denominan aloantigenos y la respuesta inmunitaria que se genera contra esros antigenos se conoce como aloinmunidad. Los trasplanres experimentales han demostrado que la aloinmunidad 0 el rechazo de trasplante reune codas las caracterisdcas de las respuestas inmunitarias de tipo adaptativo: participan en ella Iinfocitos especificosfrente a los antigenos del donante y se generan linfocitos de memoria que se ponen de rnanifiesto por la reaccion acelerada de rechazo que se produce con ocasion de un segundo injerto procedenre del mismo donante, Aunque existen muchas diferencias geneticas entre dos individuos no emparentados, solo unas pocas son

I Tipos de trasplantes Los trasplantes pueden clasificarse de acuerdo a la relaci6n genetics existente entre donante y receptor (Fig. 21-1). Se denomina autotrasplante cuando el donante y receptor son el mismo individuo. EI ejemplo mas significative de autotrasplante es el injerto de piel que se practica en individuos que sufren graves quemaduras. Un isotrasplante es aquel en el que donante y receptor son geneticarnente identicos (por ejemplo,

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I

I

I I;

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Figu ra 22-3. Ejem/>/ode counuiaxio de vaCHnaCl(llles. DTt>: ()ille'ria, T I!tanos. Pettussis

tad paracultivareste virus hace imposible preparar una vacuna convencional.Sin embargo, mediante ingenieria genetics se ha logrado producir la pro teina inrnunogenica de la capsidede este virus en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Esta proteina se administra por via parenteral usandose como adyuvante hidr6xido de alurnmo. - Polio. Lasvacunas «Salk»y «Sabin»(virus inactivo y atenuado, respectivamente) son muy eficaces, 10 que ha permitido la erradicaci6nde esta enfermedad en muchos parses. - La vacunacontra Meningitis Meningoc6cicaC conjugada. TERAPIA DE LA AUTOINMUNIDAD Lasenfermedadesde enologlaautoinmune, como por ejemplo la artritisreumatoide 0 la diabetesde tipo I, afectan a un importante grupo de la poblaci6n.Ensu mayoria son enfermedadescr6nicasy todaviano se ha encontrado la cura definitiva para ninguna de eliasaunque sf existen tratamientos que permiten controlar los sfntomas, Las enfermedades autoinmunes se suelen tratar de una forma inespecifica

Aunque se ha avanzadomucho en enos recientesen el conocimiento de los rnecarusmosque conducen hasta la patologiaautoinmune, todavfano existen terapiasque incidan de forma espedfica sobre las alteracionesinmunol6gicasque existen en estos pacientes.La mayoria de las drogas utilizadas son farrnacos antiinflamatorios ylo inmunosupresoresque se pueden dividir en tres grupos diferentes: los compuestos de la familia de los cortices-

l-i

.'--

(lOS lerin,,)

L

.

teroides, las drogascitot6xicasy los macr61idosde origen fungico 0 bacterianoque inhiben a los linfocitosT (como la ciclosporina). Los corticosteroides son compuestos que tienen un potente efecto antiinflamatorio. Entran dentro de las celulas y alii se unen a receptores que se activan y migran al nucleo, donde activan 0 inhiben la transcnpoon de multiples genes. Por ejemplo, son capaces de mhibir la producci6n de multiples citocinas(como TNF-u, IL-S, IL-l, IL-ll, etc.), la expresi6n de molecules de adhesi6ny otros mediadoressolublesproinfiamatorios como el 6xido nitrico, los productos del acido araquidonico (prostaglandinas, leucotrienos), etc. Los sfntornas dlnicos de la inflamaci6n son comunes a muchas enfermedades autoinmunes y esto hace que estos farrnacos sean muy utilizadosen el tratamiento de estas enfermedades. Sin embargo, edemas de los efectos senalados, los corticoides son capacesde regular muchos procesos mas y pueden producir efectosadversos,a vecesgraves, especialmente cuando se usan a altas concentraciones y durante periodos de tiempo prolongados. Lasdrogas citot6xicas tienen efecto inmunosupresor por su capacidadpara eliminar las celulasque se dividen de forma muy activa.Durante la respuestainmunol6gica (fisiol6gica 0 autoinmune) existe una intensa proliferaci6n de lascelolas implicadas,que de estaforma se convierten en dianas de este tipo de drogas.Evidentemente en este caso, al igual que con los corticoides, tampoco existe especificidad en el tratamiento y pueden producir efectos t6xicos adversos. Algunas drogas de este tipo son la azatioprina, 0 el metotrexato. Recientemente se esta utilizando el mofetil micofenolato por tratarse de un compuesto que actua mas sobre las celulas de linaje linfoide, 10 que Ie confiere un grado mayor de especifi-

22. APLiCACIQNES DE LA INMUNIDAD

cidad. Las drogas inmunosupresoras como la ciclosporina y otros macr61idos de origen bacteriano 0 fDngico como el tacrolimo (0 FK506) Y el sirolimo (0 rapamicina) son profusamente utilizadas para evitar el rechazo de 6rganos trasplantados con excelentes resultados. Estos compuestos actuan fundamentalmente inhibiendo la trasducci6n de senales de activaci6n en los linfocitos T y tienen cierta aplicaci6n tambien en el tratamiento de enfermedades autoinmunes. La terapia con anticuerpos monoclonales aumenta la especificidaddel tratamiento En la actualidad existen numerosos ensayos para intervenir de forma especffica sobre los mecarusrnos que conducen a la autoinmunidad, como, por ejernplo, las citocmas proinflamatorias. Uno de ellos es el uso de anticuerpos monoclonales precisamente par su exquisite selecnvidad. EI ejemplo mas lIamativo es el del TNF-u. Se ha demostrado que esta citocina se pro-

211

duce en exceso en varias enfermedades autoinmunes. Su neutralizaci6n con anticuerpos anti-TNF-a 0 bien con el receptor soluble de la protelna (Fig. 22-4) ha demostrado ser un tratamiento muy eficaz en ciertos casas de artritis reumatoide y enfermedad de Crohn. Cada vez son mas las posibles dianas que se descubren para intervenir de forma especifica sobre estas entermedades, as! como los experimentos que se estan lIevando a cabo para conseguir tratamientos clfnicos especificos y eficaces. INMUNOTERAPIA

ANTI-TUMORAL

EI cancer 0 tumor maligno es causado por el crecimiento incontrolado de la progenie de una celula transformada. Durante este proceso las celulas tumorales acumulan mutaciones que pueden lIevar a cambios en las protelnas 0 pueden expresar protelnas extranas de virus oncogerncos. Estos carnbios pueden ser detectados por el sistema mrnunitario y suelen constituir

,/

Inftamadon

\ "

Macr6fago activado

TNFR ~ soluble

Celula diana

/

\ Ac anti·TNFa

Receptores solubles de TNFa Macr6fago activado

Figura 22·4. A. £1 TNF-a induce potenres st!iialespro-inflamarorras. Las cc!luiru del organismo pueden regular sus eJectOs secrer«lido una Jorma de receptor de TNF-(( soluble que compue por ellrgando con el receptor de membrana. 8. En la /mictica c/rnica ya existeu dos maneras de hloquear ianntrco16gicameme el TNF·a de Jonna espedfica. En aigullos ca50S se craw a los pacienres con amicuerpos monoclonales anu- TNF·a que neulraliz:an It!cnocma. Otra posibilidad es inyeclar receptor de TNF·(J. soluble /)Todu.cidomediance ingelllerill genetrca, qtle com/Jitt! por elligando con el.receptor de membrana.

212

lNMUNOLOGf.A. Biologia y patologia del sistema inmunitario

10 que se conoce como antlgenos tumorales. EItratamiento ideal de los tumores debena ser capaz de eliminar selectivamente las celulas cancerosas,algo que desgraciadamente no se logra con la mayorfa de los tratamientosconvencionales.Poresta raz6nse piensa que el sistema inmunitario puede ser utilizado en terapia tumoral como una herramienta altamente selectiva. La mayor parte de los tumores espontaneos son ignorados por el sistema inmunitario

Actualmente se sabe que el sistema inmunitario es capazde reconocerdeterminados anngenostumorales ya veces responde frente a ellos. En modelos de animales y en algunos casos excepcionalesde humanos se ha demostrado que esta respuesta es capazde eliminar ciertostumores (Fig.22-5). Sin embargo,es obvio que en la rnavorlade los casos,aunque exista una respuesta inmunol6gica, esta es incapaz de erradicar el tumor. Las razonesde esta ineficiencia se estan empezando a desentranar: muchos tumores desarrollan 10 que se conoce como mecanismos de escape,es decir, estrategiasque lespermiten subvertirla respuestainmunol6gica.Lasrazonespor lasque un tumor puede evitar ser reconocido y destruido por el sistema inmunitario son multiples, como por ejemplo (Fig. 22-6):

CELULA NORMAL

Mutacion en una proteina propia que genera un nuevo antigeno

a) Presentar baja inmunogenicidad: I. Por carecer de peptidos antigenicos que se unan a moleculasHLAde claseI y puedan de esta forma ser reconocidospor los linfocitosT citot6xicos. II. Por no expresar molecules HLA de clase I. Algunos tumores pierden selectivamente la expresi6n de ciertas molecules de clase i, es decir, las que presentan los peptidos/antlgenos tumorales, con 10 cual estes no pueden ser detectados por los linfocitos T. AI censervar otras molecules de clase i pueden evitar edemas ser destruidos por los linfocitos NK. ill. Lamayorfade los tumores no expresanmoleculas HLA de clase ii, reservadasa las APCs profesionales,por 10 que no son reconocidos directamente por los linfocitos Th CD4+, 10 que evidentementedificultauna activaci6nde linfocitos T y B «vlrgenes». IV. Los tumores tampoco suelen expresarmoleculas coestimuladoras, como por ejemplo (D80, 10 que tarnbien dificulta la activaci6n de los linfocitos vlrgenes. V. Laausenciade moleculesde adhesi6n,como por ejemplo LFA-1, ICAM-1, etc., dificulta 0 impide el reconocimiento por parte de las celulas inmunitarias.

Antfgenos de virus onccqenicos como EBV

Sobreproducclen de una protein a propia. Cambia la densidad de presentaclen

Figura 22,5. Tres v(as [Jar las wales puede ser reconocido un Hunor por el sistema inmunitario: a/Jarici6n de ant(genos virales

en eI tumor, mutaciones de [Jrote{nasend6genas

0

a/)arici6n de anugenos [Jarsobre/)roducci6n de ciertas prote(nas.

22. APLICACIONES DE LA lNMUNIDAD

Ausencia de peptidolMHC, moleculas de adhesion ni molecules coestlmuladoras

lnduccion de endocitosis y degradacion de antigenos de superficie de la celuta tumoral por anticuerpos

213

Inhibicion de Tc por factores secretados por el tumor, a traves de linfocitos Th1 0 directamente

II

Figura 22-6. Mecanismos de escape de wmores {rente al reconocimiencommune. b) Por modulaci6n antigenica: una celula maligna podria dejar de expresar un antlgeno tumoral precisamente como consecuencia del reconocimiento del mismo por el sistema inmunitario. Por ejemplo, cuando un antigeno se internalize como consecuencia de su uni6n a una molecule de anticuerpo. c) Por demora inmunitaria: la diferencia entre la cinetice del crecimiento tumoral y la formaci6n de una respuesta inmunitaria adaptativa eficaz, permite al tumor crecer en sus fases precoces sin ser atacado por el sistema inmunitario. Despues ya es demasiado tarde. d) Por supresi6n de la respuesta inmunitaria inducida por el tumor: algunos tumores seaetan citocinas que tienen una acci6n inmunosupresora sobre el sistema inmunitario. Por ejemplo, el factor de crecimiento transformante (TGF-f3),secretado por algunos tipos de tumores, suprime la acci6n de los linfocitos C04+ Th 1 responsables de la respuesta inflamatoria que destruirla el tumor (Fig. 22-6). La inmunoterapia de los tumores trata de explotar la inmunidad innata y adaptativa A pesar de la tozuda realidad descrita en el apartado anterior, el atractivo del sistema inmunitario como herramienta antitumoral ha estimulado el desarrollo de metados para potenciar la acci6n de sus componentes:

a) Macr6fagos: los adyuvantes microbianos, como el bacilo de Calmette Guerin (BCG) 0 el Lipopolisacarido (LPS), han side utilizados como senvadores inespecfficos de los macr6fagos, que sintetizarfan entonces mas TNF-a e IFN-a, y fagocitarlan y presentarlan mejor los antlgenos tumorales a los linfocitos T. b) Citocinas: la administraci6n de citocinas in vivo ha tenido cierto exito en algunos tumores, como la leucemia de celules pilosas 0 la mieloide cronica (IFN-a), ciertos carcinomas ovaricos (lFN-y), melanomas e hipernefromas (lL-2) y ascitis maligna (TNF-a). fin algunos casas CG-CSF),se han utilizado mas para recuperar la inmunidad perdida como consecuencia de otros tratamientos mas convencionales, que para atacar al tumor. c) Anticuerpos: empleando anticuerpos monoclonales (mAb) dirigidos contra antfgenos especlficos de tumores, como CO20, C033 0 CD52 (Iinfomas) 0 EGFR(receptor del factor de crecimiento epiderrnico, expresado en tumores de mama) (Fig. 22-7). Estos anticuerpos tienen tres limiteciones basicas: 1) pobre accesibilidad a tumores s6lidos, 2) escape tumoral (selecci6n de variantes sin el antlgeno reconocido por el mAb) y 3) incompatibilidad interespecffica Calser murinos, no colaboran bien con el sistema inmunitario humane y pueden ser, adernas, rechazados). A estes problemas se Ie han dado varias soluciones (Fig. 22-7). Par un lado se han humanizado,

214

INMUNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

Conjugado mAb-ricina

~

al""ayuclllT a la destnccci6n de las celulas tumorales.

generando quimeras con la porci6n Fc humana, 10 cual facilitasu toleranciay funci6n in vivo, pero garantizando su especificidad. Por otro, se han acoplado a otros mAb, que atraen y activan especrficamente sobre el tumor a celulascitohticas0 cooperadoras(C03+, C02+ o CO16+): son los mAb biespecificos.Por ultimo, se les proporciona su propia capacidadcitostatica en forma de inmunotoxinas, ya que algunos anticuerpos no matan a la celule diana a la que se unen. Lasinmunotoxinas son anticuerpos ligados a toxinascelularesmodificadas (por ejemplo, toxina difterice 0 ricina), a lsotopos radiactivos (Ytrio) 0 a enzimas que activan farrnacos citotoxicos. d) Linfocitos citoHticos: edemas de la administracion in vivo de citocinas que activan a los linfocitos citoliticosTcY NK, se ha ensayadocon exito irregular la extracci6n de linfocitos perifericos 0 infiltrantes(TIL), su expansi6ny adivaci6n in vitro con citocinas (IL-2) u otros estrmulos (PHA), y la reinfusi6n al paciente de 10 que se sueIe deno-

minar celulas citolrticas activadas por linfocinas, probablemente linfocitos Tc y NK en su mayoda. e) Vacunas: Otra manera de lograr que sea rechazado un tumor es potenciar su inmunogenicidad. Paraello se pueden seguir estrategiasde inmunizaci6n activa como en el caso de las vacunas contra pat6genos (Fig. 22-8). Se pueden utilizar estrategias simples como identificar y purificar antlgenostumorales para utilizarloscomo vacunas (por ejemplo, el propio BCRen ciertos linfomas). Sin embargo,como se ha visto anteriormente,los tumores tienen en general una baja inrnunogenicidad. Una posible estrategia para aumentar la inmunogenicidad consiste en activarcelulas dendrfticas«in vitro» con antlgenos tumorales 0 induso extrados crudos de tumores (Fig.22-8) Y reinyectar estas celules en el paciente. Las celulas dendriticas son las mas potentes adivadoras de los linfocitosT ya que poseen expresi6nde moleculas de clase I,clase II y gran cantidad de moleculascoestimuladoras.De estaforma podrianacti-

22. APLICACIONES DE LA INMUNlDAD

Antigeno tumoral

A

Inmunizacion

/

Identificaci6n y punficad60 del antigeno tumoral

TUMOR

fa

Activaci6n in VItro de las celulas dendribcas

\

Generaclon de respuesta antitumoral

TUMOR

Inyeccion de las celulas dendriticas preactivadas in VItro

/.

Extracto del tumor Antigenos tumorales

. T

215

}

Generaci6n de respuesta antitumoral

/ TUMOR Ctllulas dendriticas

de ancigenos tumorales para ser IISadOS como I'llCllnas. B. La inmunogetllcidad PIII!Lle aumentarse acul'ando in \ rtro celulas dendriricas expllesras a los anrigenos IIITIlorales 0 a exrractos .cmdos. del rumor Poslt:ri(mnenl.e, estes celub son m~ecradas para que acriwn in vivo a los /infaci. lOS T anriwlllorales. Figura 22·8. Ali{llllase5tTal.egJaspara IIImmunizaci6n tumoral. A. Idemificaci6n y purificaci6n

var los linfocitos T in vivo. En la actualidad se estan Ilevandoa cabo multiples experimentos y ensayos cllnicos, algunos de los cuales estan

CORRELACI6N Artriris Reumatoide Enfermedad cronica, auroinmune, caracterizada por la inflarnacion y dolor de arriculaciones. Puede existir afcctacion extra-articular. La enfermedad afccra sobre rodo a las exeremidndcs, sucle aparecer de forma sirnerrica y exisre destruccion progresiva del hueso y eI cardlago. La causa es desconocida pero se crec que tiene una eriologia auroinrnune, es frecucnrc la presencia de auroanticuerpos, Sc rrara con andinflamarorlos e inmunosupresores. Uno de los rrararnientos mas cspcclficos consisre en el uso de agenres que bloquean el TNF-a.

dando resultadosesperanzadoresque abrennuevas posibilidades de inmunoterapia tumoral en el futuro.

CLfNICA Enfermcdad de Crohn Enfermedad inAamatoriacronica de la mucosa intestinal, aunque afccra Il1as al intestine ddgado la inflamacion puede aparecer en cualquicr parte del eubo digesrivo, Los slncomas mas comunes son diarrea, dolor abdominal, obstruccion intestinal y perdida de peso, rarnbien pueden existir rnanifesraciones extrainresrinalcs. La causa es desconocida pero se sospecha eriologia auroinmune, tarnbien se cree que pucde cxistir una respuesm inrnunitaria anormal a la flora intestinal. Sc trata con inmunosupresores y con cirugfa si cs neccsario. Uno de los rratarnicnros mas especificosconsistc en cI uso de agentcs que bloqucan cI TNF-a.

216

INM UNOLOGiA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

RESUMEN Las aplicaciones sanitarias de la inmunidad crecen cada dia y han dado resultados a veces especraculares, como por ejernplo las vacunas, que han logrado la erradicaci6n de ciertas enfermedades infecciosas.Sin embargo todavla queda rnucho por hacer, como el desarrollo de una vacuna contra el HIV 0 las enfermedades parasitarias como la malaria, que siguen provocando gran numero de muertes, El tratamiento de lasenfermedades autoinmunes consriruye un rcco espccialmente importance. Solamence mediante cl conocirniento profundo de las causas que produccn estc tipo de alteraciones se

podra llegar a curar este ripo de enfermedades. Los importances logros alcanzados en los ulrirnos afios con modclos animales necesitan ahora dar el salro a la aplicaci6n cllnica, algunos de ellos, como el tratarniento de bloqueo del TNF-a, ya 10 han hecho con muy buenos resultados. Finalmenre el uso del sistema inmunitario para cornbarir el cancer ofrece posibilidades reoricas enormes. AJ igual que en lasenfermedades autoinmunes se han alcanzado importances logros en modelos animales que necesitan ahora dar e1 diflcil salto a la practica cllnica.

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I

CAPiTULO

231

Filogenia: evolucion de la inmunidad

INTRODUCCI6N Hemos visto a 10largo de los diferenrcs caplrulos que los sistemas inmunes de los vertebrados, denorninados adaptativos, se basan en la generaci6n de un amplio repertorio de receptores (linfocitos B y T) codificados por genes con capacidad de reordenarnienro y que reconocen un enorme reperrorio de andgenos. EI sistema inmunitario adaptativo se caracteriza por ser: ]) muy flexible para poder adaptarse a los cambios molecularcs de los pat6genos, 2) perrnite discriminar estructuras propias de cxtrafias, 3) las reacciones frente a nuevos conractos con agences extrafios es lenra, ya que el proccso de adaptaci6n y seleccion requiere riernpo, 4) dispone de memoria inmunol6gica. Los rnicroorganismos representan una amenaza constanto para todos los metazoos. Por 10tanto, cl desarrollo de rnecanismos capaces de cornbatir la invasion de los microorganismos ha sido un requisite indispensable para la evoluci6n de las diferenres especies durance millones de afios. La rnayorfa de los organismos pluricelulares poseen alguna forma de inrnunidad en respuesta a parogenos que arnenazan la vida. De hecho sc ha estirnado que un 98% de las espccies animates rnulticclulares han adquirido mecanismos evolurivos que aqui llamarcmos «inmunidad innata » en respuesta a la agresi6n ocasionada por diferentes agences infecciosos. Algunos de estos mecanismos han sido conservados a largo de la evoluci6n pudiendose encontrar rasgos

comunes desde las plantas hasta los verrebrados superiores (Tabla 23-1). Ticncn como caractcrlsticas fundamentales: a) la capacidad de reconocirnienro del agence invasor y discriminaci6n entre agentes infeccioso y cI huesped, b) el uso de receptores codificados en la linea germinal que reconocen patrones repetidos de cstruccuras rnoleculares que se expresan en la superficie de los microorganismos y que estan ausentes en las celulas cucarioticas, c) la inducci6n de genes que codifican peptidos cati6nicos antimicrobianos como consecuencia de estc reconocirnienro y que actuan danando la membrana celular de los microorganismos. EI sistema adaptativo surgi6 repencinarncntc en los vertebrados, Probablerncnrc fuera necesario un sistema tan complejo como esrc para que se dcsarrollaran los verrebrados tal como los conocernos. Esee grupo de animales tiene un crccirnicnto mas lenro y rarda mas ciernpo en alcanzar la edad reproductora que Losinvertebrados, con 10que cl riesgo de adquirir infecciones cs mayor. Los vertebrados adernas tienen nuevos habicos alimentarios, con dietas mas variadas que Lesponen en conracro con un mayor numero de posibles pac6genos. Todo csto hace necesario un sistema inmunicario mas complejo que se desarrolla adernas en anirnales rarnbien mas complejos, con sistemas circulatorios mas desarrollados y celulas sanguineas especializadas en la defensa inrnuno16gica. I

218

INMVNOLOGIA. Biologla y patologfa del sistema inmunitario

Tabla 23-1. Com para cion de los sistemas inmunes innatos yadquiridos

coioaensucos Receptores

Inmunidad Innata

Inmunidad adaptativa Codificados en diferentes segmentos genicos que reordenan (Igs,TCR)

Linea germinal (To" yTlRs)

Expresl6n

No clonal (constitutiva)

Clonal (Inducibles)

Efectores

Peptidos, melanina

Igs y linfocitos T

Respuesta

Inmediata

No inmediata

Reconocen

PMAP (patrones moleculares asociados a pat6genos)

Detalles estructurales (proteinas, peptidos, etc.)

Sistemas de complemento

C3, Sf (equlnodermos) via MSl (protocordados)

Adquisicl6n de la via claska (elasmobranquios)

Origen evolutivo

Metazoos

Peces cartilaginosos

Reconocimiento proplo/no propio

A traves de repertorlo establecido en linea germinal

Variable en

La generaci6n de proteinas y peptidos antimicrobianos es probablemente el sistema de defensa innate mas antiguo Una forma de defensa innata es la produccion de peptidos y pequenas proteinas capaces de danar a los agentes infecciosos. Como veremos posteriormente, la generaci6n de estes peptidos es inducida por la activaci6n de receptores de membrana de celulas del huesped capaz de reconocer determinadas estructuras de los agentes patogenicos, Estos peptidos actuan sobre las propiedades fisicas de los pat6genos, como por ejemplo la carga de las membranas microbianas, impidiendo de esta manera el desarrollo de resistencias. Los peptidos anti microbianos estan ampliamente extendidos en la naturaleza. Se han descrito en insectos y en especies superiores, como anfibios y mamiferos. De hecho, en los animales superiores, celulas en las inmediaciones del intestino, tracto respiratorio y urogenital producen tales peptidos. Uno de los modelos mas estudiados, la Dros6fila, produce hasta seis peptidos diferentes con actividad especlfica frente a bongos, bacterias gram-negativas y grarn-positivas. Los promotores de los genes que codifican peptidos contienen motivos relacionados con los elementos de respuesta NF-k~, como veremos posteriormente (Tabla 23-2). Gran parte de esos peptidos, entre los que destacan el grupo denominado de las defensinas, esta formado por un grupo de molecules (3-5 kD) resistentes a proteasas y con 3-4 puentes disulfuro. En eucariotas se han descrito cuatro familias de defensinas con actividad frente a bacterias gram-positivas. Las defensinas funcionan de

cetutas

somatkas

una forma muy diferentes a los antibi6ticos convencionales. Generalmente actuan produciendo destrucci6n en zonas de las membranas de los pat6genos 0 interrurnpiendo las senates celulares de activaci6n. Otro grupo esta representado por un conjunto de pep tid os con actividad gram-negativa entre los que hay que destacar la Cecropino, Diptericino, Drosocino y Metchnikowino. Otros peptidos tales como la Drosomicino tienen actividad fungicida. La respuesta inmunitaria innata permite distinguir entre estructuras propias y estructuras no propias comunes a los diferentes agentes infecciosos Como hemos mencionado, la respuesta inmunitaria innata tiene capacidad de discriminar entre estructuras moleculares propias y extranas, Esto se realiza mediante un conjunto de receptores solubles y/o de membrana, que reconocen un determinado «patron molecular esociado al patogeno (PMAP)>>y que no tiene reactividad cruzada frente a celulas del huesped. Por ejemplo, muchas de esas molecules reconocen estructuras de carbohidratos asociadas a paredes celulares de bacterias, levaduras y protozoos esenciales para la supervivencia de los organismos. Los PMAP son esenciales para la supervivencia 0 virulencia del mismo hebiendose, por tanto, conservado dentro de los grupos mayoritarios de los microorganismos. Entre ellos cabe destacar lipopolisacaridos de bacterias gram-negativa (LPS), manosa de los hongos yARNs de doble cadena de algunos virus. EI reconocimiento, tal como se indica en la tabla 23-2, se realiza a treves de receptores especificos que reconocen estos patrones moleculares.

23. FLLOGENlA: EVOLUCl6N DE LA lNMUNIDAD

219

Tabla 23-2. Receptores relacionados con la respuesta inmunitaria innata Especie

Drosophila

Receptores

Ligandos

Toll fmd

Spaetzle

?

Activaci6n

OfF/Dorsal Relish

Efectores

peptidos Drosomicina Metchnikowina Defensinas Diptericina Atacina Drosocina Ceaopina

~

Actividad

Fungicida Gram + Gram-

Genesde fa respuesta inmunjtaria

~ TLR2ITLR6(X)

Lipoprotelnas Petidogficanos

TLRS

Flagelina

TLR9

CpG

TLR4

LPS

~O pl~OI~~ Arabidopsis

J..!i8..ili.ID FLS2

Flagelina

Arroz Tomate

Xa21 Cf-9 Prf(NB)

avr? avr9 avr-Po

NF-KB

IL-8,RANTES,defensinas MIP-l, correceptor B7 IP- 10,RANTES MIP- 1,defensinas Citocinasy quimiocinas inflamatorias Producci6n de citocinas e lnduccion de co-receptores

Cascada del MAPK

GenesPR

B!i:Si~t!i:[l!;;iil P. Syringae X.Oryzae

CDPK

C. Fulvum ?

MAPK=Protein·cinasasactivadaspor mit6geno. TlR= TolI·llke receptors. CDPK=Protetn-dnasas dependtente de calcio.lRR= Leucine rich receptors.

Este reconocimiento no es:

0) Flexible como en los sistemas adaptativos. b) No permite distinguir diferencias en detalle de antlgenos similares.

EI reconocimientode estructuras molecularesde los agentes infecciosos se realiza mediante receptores especificos

c) No cambia a traves de mecanismos como reordenamiento genico de los receptores de reconocirniento. EIdesarrollo de este sistema se ha establecido debido a las relaciones evolutivas entre el huesped y el patogeno. Existen mecanismos adicionales de inmunidad innata que aparecen mas tarde en la escala evolutiva que no implican reconocimiento del PMAP, y que protegen a las celulas del huesped de los efectos destructivos de la respuesta. EI mejor ejemplo 10 constituye la activadon de la via alternativa del complemento, en el cual un rango amplio de protefnas previene de la activaci6n de complemento en la superficie de celulas del huesped. Sin embargo, la superficie de las celulas de los organismos extra nos no poseen estas protefnas inhibidoras y son, por 10 tanto, lisadas por la activaci6n de la fase Utica del complemento.

Se han descrito un conjunto de receptores (denominados PRR), capaces de reconocer estructuras PMAPs y codificados en linea germinal. Son estructural y funcionalmente heterogeneos habiendose conservado en organismos tan distantes evolutivamente como O(056filo yel hombre. Los mas importantes pertenecen a receptores que tienen un dominic de lectina-C, receptores con dominies ricos en cisteina y dominies con secuencias repetitivas de Leu (LRR). Un buen ejemplo de esto 10 constituyen los receptores de la familia Toll en Drosofila y la demostraci6n de receptores hornologos en la respuesta inmunitaria en mamfferos (TLR). Estos receptores que pertenecen al grupo LRR (dominio extracelular) contienen un dominic citoplasmatico similar al receptor de IL-l R referido como dominic Toll/IL-l R (TIR). Este dominic

220

INMUNOLOGTA. Biologia y patologia del sistema inmunitario

interacciona con diferentes protefnas «adaptadoras»intracitoplasrnaticas que contienen dominies relacionados con la apoptosis y con activaci6n celular (Fig 23- 1). Existen sistemas equivalentes en la respuesta inmunitaria de las plantas, que confieren resistencia a la infecci6n por virus. Los PRR pueden ser solubles, expresarse en la superficie celular y/o en el citoplasma. Actuan como receptores de serializacion dando como resultado la inducci6n de la transcripci6n de una variedad de genes de la respuesta inmunitaria, tales como peptidos antimicrobianos y citocinas en vertebrados.

2. En la cavidad del organismo denominado hemocoele es donde se produce la respuesta humoral y celular. Los peptidos se producen par el cuerpo graso (equivalente al higado humano) y se secretan al sistema hemolintatico. Las reacciones humorales implican tarnbien una serie de cascadas proteolfticas:

0) La cascada de melanizaci6n. La generaci6n de factores t6xicos intermediarios de oxlgeno culmina con la producci6n de melanina en los lugares de o alrededor de los microorganismos con actividad bacteriostatica, fungicida y antiviral. Este sistema, quizas un precursor evolutivo del sistema de complemento, es el principal mecanisme de defensa en invertebrados, especialmente en insectos y crustaceos. Dros6fila y An6feles tienen mecanismos adicionales equivalentes a la cascada de complemento que pueden contribuir a la opsonizaci6n de microarganismos. b) Zim6genos relacionados con la coagulaci6n tambien participan en la inducci6n de peptidos por el cuerpo graso.

Receptores Toll y respuesta inmunitaria en Dros6fila Menci6n especial merece los mecanismos inmunes relacionados con la Dros6fila,ya que es uno de los modelos en donde la respuesta ha side mejor estudiada. La defensa de la Dros6fila es un proceso con diferentes fases: 1. La superficie de los epitelios del cuerpo sirve como primera Ifnea de defensa. La epidermis (celulas del tracto digestivo y genital) de la traquea y de los tcbulos de malpigio producen peptidos antimicrobianos, que inhiben el crecimiento microbiano.

MAMiFEROS

A

Infecci6n bacteriana

GRAM'

Citoclnas prolnflamatorlas, p6ptidos antimicrobianos y moleculas coestlmuladoras

Existen dos tipos de receptores PRR diferentes, Toll e Imd, relacionados con la producci6n de peptidos antimicrobianos tal como se indica en la figura 23-1. Es

OROs6FlLA

B

Hongos Bacterias GRAM'

Drosomiclna, Dlptericina, p6plldos antlmicrobianos

y olras prolelnas inmunes

PLANTAS

c

Prolelnas de defensa

Figura 23-1. Mecanismos relacionados con la generaci6n de respuesUl.inmunitaria innata: Conservaci6n de Ia 1'Utasde aceivaci6n de los genes de respuesta inmunitaria innata en mamiferos, msecros y plantas. A. En mam(feros la sefialaci6n se realiza a craves de los recepcores TLR que reconocen est1'ucturas PMAP de los genes infecciosos. Como consecuencia de ia activaci6n del NFIs. LA inmunizaci6n de un rat6n can lin antfgeno provoca Ia activaci6n de un conjuntO de clones de linfociLOs B capaces de reconocer diverse: eplcopos del amfgeno. El suero del rawn conciene IIna mezcla de anLicuerpos especlficos del mismo, y a este reacrim espedfico (/~>ropoliclonal) se Ie denomina anrisuero. Si se quiere obtener l11111nicoanticuerpo, procedente de lin 1ln;co cion B hay qlll! segu;r con Ia cecnica (ideada por Kohler )' Milstein) fusionando los linfociros B can una /rnea inmorral B (mieloma) ). postenormenre seleccionando los hihridos (hibridomas) por 5U supervivencia en HPRT (hipoxanci. na·guanina fosforribosil rransferasa). Este proced;mienLOse ve en deralle en Ia animaci6n web. Los ancicllerpos policlonales tienen 1m /lajo coste relativo de ptoduccic», pero 511 espec;ficidad )' afinidad es variable entre sangrIas. Los anticllerpos monoclonales, />01' el contrario, son muciv» mas especificos, reaccionan frence a un llnico ep(wpo)' S1I rendimienw en calLivt) es bajo (mucho mayor en fll4ido aSc{lico del animal). Estos anticuerpos senen ya utiles para su usa en diagn6stico, pero si queremos utilizerlos en terapia (cada vez mas usados en terapias anti-tumorales, enfermedades inflamatorias y autoinmunes) debemos proceder a su humanizaci6n parcial 0 total: • Humanizaci6n parcial: son los anncuerpos denaminados quirnericos. Una vez obtenido el anticuerpo en rat6n, se realiza la secuenciaci6n del gen correspondiente y mediante ingenieria genetics se combina el ex6n para el dominic variable de la cadena pesada y ligera (un 30% de la secuencia) con los dominies constantes de una inmunoglobulina humana (70% de la secuenoa) (Fig. 24-2) . • Humanizaci6n total: tambien se realiza por ingenierfa genetics. Conocida la secuenoa del anticuerpo de rat6n, se combinan las seis regiones CDR (tres de la cadena pesada y tres de la cadena ligera) sobre un gen de inmunoglobulina humano. De este modo, mas del 90% de la secuencia es de origen humane y no va a generar complicaciones en su usa terapeutico. En el diserio de un inmunoensayo multiples factores

intervienen

Cuando queremos detectar alguna proteina por inmunoensayo, el tipo de tecnica que utilizaremos dependera de multiples factores. Tan 5610mencionaremos los mas importantes:

HUMANlZACI6N PARCIAL

HUMANIZACION TOTAL

II Figura 24-2. Ingenierfa de anticuerpos. Para utilizar antiC1.ler· pos monoclonales en terapia no es suficiel1le con su producci6n en ratones. Hay que sinterizarlos mediante cecnicas de ADN recombinance. Se denominan ancicuerpos quimericos los que conrienen los dominios VH y Vt del antiC1ter/,omonoclonal del rac6n y codos los dominios conscances C, y HI. de un ancicuerpo monoclontll humano. Hablamos de amiCtLer/,O$humanizados C1.lCIndO el anCiC1.LerpO contiene s610 las CDR de un anticuerpo monoclonal de rawn injercadas denrro de una seclIencia de and· cuerpo humano. • Concentraci6n de fa sustancia a detectar: La mayor o menor precisi6n que quiere obtenerse al medir la cantidad de un producto va a determinar fundsmentalmente el tipo de tecnica que se va a uti-

232

INMUNOLOGiA. Biologia y patologla del sistema inmunitario

lizar.Existentecnicas muy sensibles como las radioactivas,enzirnaticas 0 que utilizan quimioluminiscencia (pueden detectar menos de 1 picomol de proteina); mientras que tecnicas como la hernaglutinacion detectan en torno a nanomol-microgramo; 0 la nefelometria, fluorescencia y turbidimetrra que solo detectan cantidades de microgramos (Tabla 24-1). • Tipo de muestra biologica: para detectar proteinas en soluci6n se utilizan unas tecnicas (precipitacion, ELISA, Western-blot, RIA), para detectarlas sobre una celula 0 tejido se utilizan otras (citometria, inmunofluorescencia, inmunohistoqurmica). • Tamaiio: hay tecnicas que s610 se podran realizar cuando las molecules en estudio sean grandes y se formen redes de inmunocomplejos (redes multiples de antfgeno y anticuerpo) como sucede con las tecnicas de precipitaci6n y aglutinaci6n. • Especificidad, titulo, afinidad y tipo del anticuerpo: la especificidad de un anticuerpo es su capa-

•

•

Tabla 24-1. Sensibilidad de los diferentes sistemas de revelado de inmunoensayos· Prueba

Sensibilidad (P9deAblml)

Reacci6nde precipitaci6n en Ilquldos (nefelometrla)

20-200

•

Reaccionesde predpitacion en gel: Inmunodlfusi6n radial deMancini

10-50

Inmunodifusi6n doble de Ouchter/ony

20-200

Inmunoelectroforesis

20-200

•

Electroforesisencohete

2

•

Reaccionesde aglutinaci6n: Dlrecta

0,3

Aglutlnaci6n pasiva

0,006-0,06

Inhiblci6n deaglutinaci6n

0,006-0,06

cidad de distinguir entre varios antigenos similares. Algunos anticuerpos son capaces de distinguir y reconocer una molecule de antlgeno entre 108 molecules similares. Eso hace que sea posible realizar tecnicas muy sensibles y especficas sin previa purificaci6n de las muestras a analizar (por ejemplo suero 0 celulas de sangre). EI titulo de un anticuerpo es la diluci6n del mismo que es capaz de unir un 50% del antlgeno. Segun la tecnica nos puede interesar un anticuerpo policlonal (que reconozca diferentes epltopos de un mismo antigeno, como en la precipitaci6n) 0 monoclonal (como en el ELISAy la citometria). Matriz del ensayo: segun la tecnica utilizada, la matriz donde se realice la reacci6n enngeno-anticuerpo sera s61ida (precipitaci6n), pegada a un plastico 0 papel (ELISA y Western-blot) 0 llquida (nefelometria, citometria). Temperatura y tiempo de reacci6n: a 4 O( se enlentecen las reacciones, pero se minimizan las interferencias. A temperatura ambiente suele ser adecuado y a 37 O( se incrementa la velocidad y es mas fisiol6gica, pero tarnbien se favorecen mas reacciones inespedficas. EI tiempo de reacci6n va a estar determinado por la temperatura que utilicemos (a menos temperatura necesitamos mas tiempo) y por la afinidad de los anticuerpos. Controles: en cualquier inmunoensayo debemos utilizer reactivos de control que esten purificados y se parezcan a nuestros materiales problema. Deben estar calibrados frente a materiales internecionales de referencia. Reacciones inespedficas: para evitarlas, segun el ensayo, se tendra especial cuidado en los lavados (muy energicos en el ELISA,por ejemplo), 0 se utilizaran protefnas que bloqueen las uniones inespedficas (albumins, leche en polvo, inmunoglobulinas, etcetera). Otros factores: la sensibilidad de la tecnica, la posibilidad de utilizar sustancias radioactivas, el coste de los reactivos, la precisi6n y exactitud que queramos lograr, pueden ayudarnos a seleccionar uno u otro rnetodo,

Inmunoensayos de precipitacion y aglutinacion Radloinmunoensayo (RIA)

0,0006-0,006

ELISA

- O,OOOl-0,Q1

ELISAcon quimioluminiscencia Inmunofluorescencia Citometrla de flujo

- 0,00001-0,01 1,0 0,006-0,06

• La sensibilidad va a ser funci6n de la afinidad del anticuerpo usado en el ensayo, asl como de la densidad de los epltopos y la distribuci6n del antrgeno. Adaptado de Rose,N. R.et al. Eds.(1997), Manual of Clinical Laboratory Immunology,S'" ed. American Society for Microbiology, Washington, D.C.

La formaci6n de inmunocomplejos se puede visualizar de modo muy sencillo mediante tecnicas de aglutinaci6n (cuando el antfgeno forma parte de un elemento como bacterias, hematres 0 bolitas de latex) 0 de precipitaci6n (cuando los antrgenos son solubles). Para poder realizar estas tecnicas es preciso: • Disponer de elevadas concentraciones (micromihgramos) de anticuerpo ylo de antfgeno . • Que los anticuerpos reconozcan diferentes epitopos del antlgeno (policlonales). • Que los antigenos muestren varios epltopos.

233

24. EVALUACr6N DE LAINMUNIDAD

• Que la concentraci6n tanto del anticuerpo como del antigeno este en proporciones 6ptimas. Esto perrnitira que los inmunocomplejos precipiten espontanearnente 0 se produzca la aglutinaci6n de las particulas, siendo posible cuantificar (0 simplemente identificar) la presencia del antigeno. Por 10 que hay teenicas cuantitativas (indican la concentraci6n) 0 cualitativas (indican presencia 0 ausencia del antigeno). Las tecnicas mas sencillas de revelado de un Inmunoensayo son las de preopitaoon, que son las de menor sensibilidad. Se puede realizer precipitaci6n en fluidos (nefelometria) 0 en gel (inmunodifusi6n radial), y se utilizan para medir la concentraci6n de proteinas solubles en fluidos biol6gicos. Esta tecnica se basa en que la precipitaci6n de un inmunocomplejo (complejo Ag-Ab) es maxima cuando las concentraciones de antigeno y anticuerpo son equivalentes. A la zona de preopnacion maxima se Ie llama zona de equivalencia. EI nurnero de precipitados formados disminuye en las zonas de exceso de antlgeno 0 anticuerpo (Fig. 24-3). Una de las tecnicas de precpuadon es la inmunodifusi6n radial (RID), utilizada para la cuannficacion de protelnas en suero u otros liqutdos corporales. EI rnetodo se basa en la difusi6n de protelnas (antigenos) de forma radial desde un pocillo central, donde se deposita la mues-

Exceso de antlcuerpo

Equlvalencia

tra de suero, atravesando un gel de agarosa que contiene anticuerpos policlonales especificos para la proteina que queremos cuantificar. Los complejos antigeno-anticuerpo precipitan en forma de anillo, siendo maximo el precipitado (precipitina) en la zona de equivalencia (no hay exceso de antigeno ni de anticuerpo, Fig. 24-3). As!, si el gel contiene anticuerpo anti-C3 humano, podemos cuantificar el factor G del suero (u otro fluido) del individuo en estudio. EI tamano del anillo de precipitado aurnentara hasta que se alcance el equilibrio entre la formaci6n y ruptura de los inmunocomplejos, y a ese punto se Ie llama finalizaci6n. En ese momenta existe una relaci6n lineal entre el cuadrado del diarnetro del anillo y la concentraci6n de la proteina que estamos estudiando. Midiendo los diametros de los anillos producidos por unos sueros control (de los que sabernos la concentraci6n de protetna). podemos construir una CUNa de calibraci6n. La concentracion del antlgeno de cualquier suero puede determinarse midiendo el diametro del anillo producido por el suero en el gel, calculando su cuadrado y extrapolandolo en la recta patron (Fig. 24-3). EI tiempo habitual de incubaci6n para completar la difusron oscila entre 48 y 72 horas. En la inmunodifusi6n doble el gel de agarosa no contiene anticuerpos, sino que se anade tanto el antigeno como el anticuerpo en dos pocillos situados a cierta

Exceso de an!igeno

A

c

B

p

(Olamelro)' ReCII

Palr6n

B--------P

Concentracion del antigeno

A

P

I I I I I I I B

C ConcenltaCl6n deC3

Figura 24~3. Inl1lunodifusi6n radial simple. En un gel con anti~C3 policlonal se praclican orificios que se rellenan con al rnenos eres diluciones (A. B, C) del calibrador de concemraci6n conocida. En otro pociUo se siembra nuestr« muesrr« problema (P). Transcurridas 48,72 boras, el ditimetro del anillo de precipitaci6n de los calibradores permite consentir fa recta patr6n en fa que se interpola el valor observado en el Illamo pocillo. 10 que nos permue colcular fa concencraci6n de C3 en fa muestra /)roblema. Los inmunoensayos basados en precipitaci6n 5610 scm l'alorables en las zonas de equivalencia (equivalencia de concentraci6n antf~ geno,amicuer/>o) que es donde se fomla el halo mrenso de precipitaci6n.

234

INMUNOLOGiA. Biologla y patologia del sistema inmunitario

distancia. Ambas soluciones difunden a traves del gel hasta formar una linea de precipitaci6n en la zona donde se encuentran, cuya posici6n va a depender de la concentradon relativa de ambos. La inmunoelectroforesis es una variante de las teenicas de difusi6n que permite identificar antigenos en mezclas complejas. Para ello los antigenos se separan previamente mediante una electroforesis (segun su tarnano) en un gel de agarosa. Lateralmente al desarrollo electroforetico, se coloca el anticuerpo correspondiente en una ranura. Se formaran as! lineas de precipitaci6n (inmunocomplejos visibles) que puede compararse con un patr6n estander, Esta tecnica se utiliza en el diagn6stico de mielomas. La nefelometrfa es la tecnica de precipitacion en liquido mas utilizada para detectar proteinas en suero. Permite detectar la presencia de inmunocomplejos por la dispersion que estes producen sobre rayos de luz que se hacen pasar a traves de un tuba 0 recipiente que contiene el antigeno y el anticuerpo correspondiente. La cantidad de luz que lIega al sensor esta en relacion con la cantidad de inmunocomplejos formados. Otro grupo de tecnicas se basan en reacciones de aglutinaci6n, tienen mayor sensibilidad que las de precipitacion. Ejemplos de tecnicas de aglutinaci6n son la hernaglutinedon (permite estudiar los grupos sanguineos), la eglotiracion bacteriana (para identificar bacterias) o el estudio del factor reumatoide (uniendo IgG a bolitas de latex).

I Enzimo-Inmuno-Ensayos EI Enzimo-Inmuno-Ensayo denominado ELISA es la tecnica mas utilizada en la actualidad para cuantificar casi cualquier proteina soluble en la mayor parte de los fluidos corporales 0 medios de cultivo en el laboratorio. Es un inmunoensayo en medio Irquido, donde uno de los componentes (Ag 0 Ab) esta adsorbido sobre un plastico. Debemos tener disponibles anticuerpos monoclonales para la protelna que se quiere cuantificar (0 anngenos purificados si 10 que queremos cuantificar son anticuerpos). Hay multiples variantes de la tecnica, aunque las mas habituales son las lIamadas ELISA indirecto y ELISA en sandwich. EI ELISA indirecto es la modalidad a utilizar cuando 10 que queremos es cuantificar anticuerpos espedficos en un suero. En este caso, el antlgeno debe estar fijado en los pocillos de plastico. Sobre dichos pocillos, se anadira una dilucion del suero del paciente en estudio, 10 que permite la uni6n de los anticuerpos presentes en el suero con los antigenos de la placa. Si hay anticuerpos, se producira la reacci6n Ag-Ab en unos 15 a 60 minutos. A continuaci6n, se lavan muy bien los pocillos para retirar las protelnas no adheridas al antigeno. EI siguiente paso consiste en anadir un anticuerpo anti-lg humana que Ileva una enzima conjugada a el. Si hubo anticuerpos en el suero del paciente, este segundo anticuerpo que-

dara unido a ellos. De nuevo se lava energicarnente para retirar las proteinas no adheridas al antigeno. Finalmente, se anade un sustrato de la enzima conjugada con el segundo anticuerpo. Dicha enzima actuara sobre el sustrato en una reacci6n quimica que generara una sustancia coloreada. Hay que anadir una solocion de parada, que detenga la reacci6n enzirnatica. La intensidad del color sera proporcional a la cantidad de anticuerpo que tenia el paciente (Fig. 24-4A). Cuando 10 que se va a cuantificar es una proteina serica (no un anticuerpo) el metodo utilizado es el ELISA en sandwich (Fig. 24-48). Se utiliza por ejemplo para cuantificar una citocina; en este caso se «pega»al plastico del pocillo un anticuerpo anti-citocina. A partir de aqol se repite el mismo proceso que en el caso anterior; la unica diferencia es que al anadir el suero en estudio, la reacci6n Ag-Ab se producira entre los anticuerpos fijados al plastico del pocillo y la citocina presente en el suero. EI anticuerpo conjugado con la enzima que se anade al final suele ser diferente del que se fij6 al pocillo inicialmente. De este modo se forma una especie de sandwich con el antigeno, «emparedado» entre los dos anticuerpos. Otro enzimo-inmuno-ensayo que se realiza sobre soportes solidos (papeles de nylon 0 nitrocelulosa) sobre los que se han transferido e inmovilizado proteinas antigenicas previamente separadas por electroforesis en geles de acrilamida (segun su tarnano 0 peso molecular) es el denominado Western-blot (Fig. 24-5), muy popular en el laboratorio diagnostico. La identificaci6n de las protelnas a estudiar se realiza por incubecion de las membranas 0 soportes con anticuerpos especfficos marcados habitual mente con enzimas (rara vez con is6topos radiadivos) y posterior adici6n del sustrato especifico de dicha enzima, que produdra un viraje de color. Una variaci6n del Western-blot es eillamado Inmunoblot: se adhieren a una tira de nylon 0 nitrocelulosa diferentes antigenos (no hay una separaci6n electroforenee previa). Sobre dicho soporte se anade el suero de los pacientes en estudio. Posteriormente se enade un anticuerpo conjugado con una enzima anti Inmunoglobulina humana. Tras anadir el crom6geno de la enzima se tornaran positivos aquellos antlgenos para los que hubiese anti cuerpos en el suero en estudio. Esta tecnica se utiliza para el estudio de diferentes auto-anticuerpos o para la detecci6n de IgE especffica frente a diferentes alergenos. Otra tecnice basada en el revelado enzirnatico de la reacci6n antigeno-anticuerpo es la inmunohistoquimica: en este caso se utilizan tejidos (es una prueba muy habitual sobre biopsias de tumores). Esta tecnica permite la identificaci6n, sobre muestras tisulares 0 citologicas, de determinantes entigenicos caracteristicos de distintas lineas de diferenciaci6n y funcion celular. La apficacion directa de anticuerpos policlonales 0 monoclonales sobre secciones tisulares permite la localizacion rnicro-anatomica de su expresi6n y su correlaci6n con parametres

24. EVALUACl6N DE LA INMUNlDAD

A

235

ELISA indirecto 1. Adsorcion del antigeno

2. lncubaclon con la muestra I

.

~ It

3. Incubacion con Ac-enzima

4. lncubaclen con el sustrato

ELISA en «sandwich» -

----

-,.-

--.

1. Adsorci6n del anticuerpo

2. tncubacion con la muestra

3. lncubaclon con Ac-enzima

4. lncubaclon con el sustrato

I

Figura 24-4. La (ccnica de ELISA (En:yme-LlOked-lmmunoSobcmt-Assay) nos permite cuatuiiicar procefnas (anr(genos 0 aruicuetpos) en fluidos. A. ELELISA indirecu» se IIliliza para cuantificar antiwerpos en suero (frente a agentes infecciosos, 0 frenee a autoant{genos)i en estoS casos se inmovi/rza eLancfgeno en los pocilloSi postenormenre se aPiade eLsuero en estudio, y finalmente un amiclIerpo anti-/nmunoglobulinas IUlmanas conjugado con una enZ;ma. B. En eL ELISA en sandwich vamos a poder cuantificar ctla/quier proce(na en soluci6n; se inmoviliza primero un atuicuetpo anti-prole(na. luego se anade el suero en escudio y posrenormenre un segundo anncuerpo conjugado con rlna ennma.lo que haee que Ia procefna en estudio quede en un "sandwich" entre dos zmncuerpos. En ambos casos se mide Ia cantidad de inmunocompiejos aiiadiendo un susrrsto, que sera transformado ()or Ia enzilna en una sustancia coloreada. Esre procedimienw se tie en detalle en la animaci6n web.

236

INMUNOLOGLA. Blologia y patologfa del sistema inrnunitario

-

Electroforesis

Transferencia a membrana

~ r;:iifJl.5 --

II Deteccion

=-

f i

Figura 24-5. Wescern-hlot. En esUl teenicCI se setosan 1£1..$ /)'rordnas de la HlIICStret mediante lOW clecrroforesis en gel de S/)S/)oliacrilamida (A). Scguidamence se transfienm las l>rocefnClsa lIl1C1 membrana de nirroceiulosa en e( interior de ItIW camara de rransferenciCl (B). Posterionlwnce se afiade a la memnrCll1Cll1l1 Clnricuer/>oes/>ec([ico/>arael amfgeno ql~e estsmos eswdiando, que IIct'ara acop/ada en SII porci6n Fe, como en eI ELISA, una entimll (C). Segllidameme se rerira el anticuer/xl sobrame Y SI! ailade nn crom6geno que camniara de color en presencia de Ia enzima (D), 10 qlle nos />ennicira decccUlr en la membrana fa presencia de las handas correspondienws al anl(geno en eswdio (E). En eI ejemplo (F) leIS elllies 1,2 Y 6 tienen tina prolefna minorilaria aL/sente en las em'as calles. morfol6gicos, aumentando la sensibilidad y especificidad del estudio. Iinmunoensayos radiactivos EI radioinmunoensayo (RIA) es el inmunoensayo mas sensible basado en el marcaje radioactivo de anticuerpos 0 antigenos. Tiene diferentes variantes (como el ELISA) siendo el RIA competitive el mas utilizado. La sustancia a cuantificar en este caso compite con cantidades radioactivas conocidas de esa misma sustancia para unirse con su anticuerpo espedfico. Cuanto menos antfgeno-problema tengamos, mayor sera la cantidad de antlgeno radioactivo unido al anticuerpo y viceversa. Se medira la radiactividad del antigeno marcado unido al anticuerpo y la del antlgeno marcado libre. Si el antigeno 0 anticuerpo se fijan a una superficie plastica (tubo o placa) sera mas sencilla la separaci6n entre el isotope libre y el unido al anticuerpo. Dado que esta tecnica esta

cada vez mas en desuso por la problernatica del manejo de material radioactivo, puede ser sustituida por un ELISA quimioluminiscente, de sensibilidad similar. Otra tecnica radioactiva de amplio uso en investigaci6n es la inmunoprecipitaci6n: en un extracto celular se precipita la proteina de interes y tras una electroforesis se revela mediante el uso de un anticuerpo radioactivo. Esto permite saber si un determinado tipo celular expresa dicha protelna de modo basal 0 tras la inducci6n por algun esnrnulo (tarnbien se puede anedir un isotope al medio de cultivo celular que se incorpore a todas las proteinas sintetizadas). Iinmunoensayos fluorescentes Las tecnicas de inmunofluorescencia son inmunoensayos en los que el anticuerpo esta acoplado por su porcion Fc a una sustancia fluorescente 0 fluorocromo. Estas tecnicas se van a utilizer normalmente sobre celu-

24. EVALUACI6N DE LAINMUNIDAD

B

Figura 24-6. Inmuno/luorescencia direaa (A) e indirecca (B). Los amicuL'l"/>OSmarcados con una molecula fluorescence />lIeaen ulilizarse para detecia: Ia />rs en cJluias ":Y' cejiaos. Cllando la /llwr