¿Qué relación tienen los superantígenos con las intoxicaciones
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Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 1 INMUNOLOGÍA SEMINARIO 9 David Martínez Pérez Salvador Ortiz Esquitino Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 2 INMUNOLOGÍA SEMINARIO 9 ¿ QUÉ RELACIÓN TIENE LOS SUPERANTÍGENOS CON LA INTOXICACIÓN ALIMENTARIA Y EL SINDROME DE SHOCK TÓXICO?. 1. SUPERANTÍGENOS, TCR Y MHC 1.1. INTRODUCCIÓN Una de las áreas más interesantes e inexploradas que emergen del estudio de la reactividad de los linfocitos T son los superantígenos (Sag). Los Sag son proteinas de origen bacteriano o viral (Tabla I). Los más importantes en patología humana son secretados por bacterias (exotoxinas). Se sabe que, mientras que un Ag (péptido) en particular puede ser reconocido por 1/100000 linfocitos T de un organismo, e inducir su activación y proliferación, un superantígeno puede llegar a activar entre un 1% y un 20 % de los linfocitos T. Esta activación masiva de linfocitos T tiene dos particularidades: A) Es inespecífica. Es decir, activa a linfocitos T con independencia de los antígenos (péptidos) que éstos reconozcan. B) La actividad de los Sag depende de la presencia de células MHCII + (las APC), sin embargo no se requiere el procesamiento ni la presentación antigénica. Es decir, mientras que los antígenos proteicos extracelulares convencionales han de ser endocitados, degradados por proteasas, acoplados los péptidos resultantes en la hendidura de las moléculas MHC-II y presentados en membrana a los linfocitos T, los Sag actúan con independencia de estos procesos. La base molecular de su actividad se puede detallar como sigue. Los Sag se unen por un extremo a la cadena del receptor de los linfocitos T (TCR) y por otro a la molécula MHC-II, a modo de puente (ver las figuras). La unión al TCR y a MHC se lleva a cabo por fuera de la zona de contacto MHC-Péptido-TCR. De esta manera, se "fuerza" la interacción entre la APC y el linfocito T, con independencia de los péptidos que se están presentando y con independencia de la especificidad del linfocito T. A través de experimentos de manipulación genética se observó que el cada SAg interacciona con los linfocitos T que tienen un TCR determinado. En particular aquellos que en el proceso de reordenación génica aleatoria utilizan un segmento V determinado para codificar la cadena (ver figura de genes del TCR). Por ejemplo, el Sag TSST-1 se une a los linfocitos T que emplean el segmento V 2 para (V2). De hecho, el lugar físico de la unión a la cadena está constituido por los residuos codificados por el segmento V en particular. La mayoría de los Sag, sin embargo, son menos restrictivos, de manera que pueden interaccionar con distintos V estructuralmente relacionados (familias V). Así, por ejemplo, el Sag SEA, puede estimular virtualmente a todos los linfocitos T con V 1,3,10,11,12 ó 17 (que son aproximadamente el 15% de todos los linfocitos ) (ver tabla 2). Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 3 TABLA 1 BACTERIA Staphylococcus aureus Streptococci Grupo A Mycoplasma arthriditis Mycobacterium tuberculosis Yersina pestis VIRUS MMTV (retrovirus tipo B) IDDMK1222 (retrovirus endogeno humano) VIH Virus de la rabia Proteína Enfermedad asociada al Sag Enterotoxinas Intoxicación alimentaria Síndrome de shock tóxico Esclerosis múltiple ? Enterotoxina pirogénica Psoriasis? Reumatismo cardiaco Mitógeno de célula T Artritis? No identificado Tuberculosis No identificado Síndrome de Reiter SAg viral PPOL-ENV-U3 Nef Proteína de nucleocapsida Virus de Epstein-Barr No identificado Citomegalovirus (herpesvirus No identificado humano) Tumor de mamíferos Diabetes millitus SIDA la Rabia Linfoma de células T Inclusiones citomegalicas TABLA 2 Expresión de V en las células T respondedoras Enterotoxinas Ratones Seres humanos SEB V 7,8.1-8.3,17 V 3,12,14,15,17,20 SEC 2 V 8.2,10 V 12,13,14,15,17,20 SEE V 11,15,17 V 5.1,6.1-6.3,8,18 TSST-1 V 15,16 V 2 Muchos autores han sugerido que en principio los SAg sirven para confundir y mantener ocupado el sistema inmune, mientras el patógeno escapa de su eliminación. Considerables SAgs han sido implicados en síndromes de "shock", como intoxicación alimentaria o shock tóxico. Pero este probablemente no sea su propósito, ya que violaría la regla general de que parásito y hospedador deben coexistir. También se ha sugerido que los SAgs puedan estar involucrados en el desarrollo de enfermedades autoinmunes. Aquí la hipótesis es que un gran número de linfocitos T (a) son estimulados por un SAg patógeno y estos a su vez activan linfocitos contra Ag de un tejido en particular, por ejemplo tejido cardiaco, renal, etc. La unión del SAg al TCR y al MHC es similar a la unión de TCR-péptido-MHC pero la topología es bastante diferente. En particular, se ha visto que mutaciones en la superficie exterior del dominio V afecta seriamente a las interacciones del TCR (V) con el SAg, pero no afecta el reconocimiento del péptido-MHC lo que quiere decir que el superantígeno interacciona en una región distinta de V que la que reconoce el Ag Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 4 (péptido). Observandose que CDR1 y CDR2 de V3 están implicadas en el reconocimiento de SAg bacteriano. Sin embargo, no se ha observado la implicación de CDR3. La siguiente figura muestra el complejo de unión de SAg con TCR y MHC de clase II, que presenta un péptido, mostrando las cadenas , de la MHC-II, y la V del TCR de la célula T: 1.2. ¿POR QUÉ EL SAg SOLO INTERACCIONA CON LAS CADENAS V? Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 5 Una posibilidad es que la cadena V ofrece la única cara accesible del TCR, porque CD4 bloquea la V (como se ha sugerido por estudios de bloqueo de Ac). Otra posibilidad más exótica es que el SAg ha usurpado un mecanismo fisiológico importante para la activación de linfocitos T que raras veces es usado. Por ejemplo, timocitos inmaduros que expresan bajos niveles de TCR y aun así son marcadamente sensibles a Ag. Quizás allí exista una proteína celular que une la cadena V del TCR con una molécula MHC. Concluyendo podemos decir de los superantígenos: Los SAgs se encuentras entre los mitógenos naturales de células T conocidos más potentes. Las células T que responden a cada SAg expresan un gen V particular en sus receptores para el Ag (TCR). La respuesta frente al SAg precisa de células presentadoras de Ag-APC que expresen moléculas de clase II de MHC, pero NO precisa ser procesado ni presentado por la HLA-II. Los SAgs se unen directamente a las moléculas de clase II del MHC en las células accesorias. Pero su unión entre TCR –HLA-II, no tiene que ser específica. 2. RESPUESTA INMUNE Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 6 La extraordinariamente elevada frecuencia de células T CD4+ que responden a SAg tiene varias implicaciones funcionales. De forma aguda la exposición a concentraciones elevadas del SAg conduce a reacciones sistémicas como la fiebre, o el shock cardiovascular. Estas alteraciones están mediadas probablemente por elevadas concentraciones de citoquinas como el TNF- (factor de necrosis tumoral), producidas directamente por las células T activadas o los macrófagos activados por células T. A concentraciones elevadas, el TNF- pasa de actuar localmente (su modo de actuación fisiológico) a actuar de manera generalizada por el organismo (efecto sistémico). ESQUEMA DE RESPUESTA INMUNE Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez Ag * 7 Activación !! Linfocito B Linfocito B Diferenciación y Proliferación Il -4 S u pe ran tí ge n o IL-5,6 Linfocito T Ag * H ? Ag IL-1 Activación !! APC APC IL-2 IFN-gamma TNF HLA-II 3. PATOLOGÍA Las patologías de los SAgs suele estar asociada a una sobreproducción de citoquinas, debido a la gran activación de linfocitos provocada por el SAg en cuestión (enterotoxinas en nuestro caso). Otras patologías asociadas vienen por la activación por el SAg de linfocitos T anérgicos, ya que pueden reconocer Ags propios del organismo, y producir una enfermedad autoinmume. Unas de las patologías más estudiadas son la intoxicación alimentaria y el síndrome de shock tóxico (que se caracteriza por shock, desprendimiento de la piel, conjuntivitis y trastornos gastrointestinales graves, y que puede progresar a insuficiencia renal y respiratoria, incluso la muerte). La administración más prolongada de enterotoxinas a ratones produce debilidad, atrofia del timo y una inmunodeficiencia profunda, también probablemente secundaria a una producción elevada de citoquinas, por ejemplo de TNF. Staphylococcus aureus organismo: Gram-positive cocci Facultativa Crece 10-45 ºC (opt. 40-45) Crece pH 4.5 - 9.3 (opt. 6-7) Requiere factores de crecimiento orgánicos Tolerante a la sal Sensible al calor No compite bien con la flora de la comida Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 8 Enfermedades Piel escamosa Síndrome de llagas en la piel Síndrome de shock tóxico Infecciones nosocomiales Intoxicación alimentaria vómitos, diarrea, nauseas, calambres Comienzo de la patología 1-6 hr Recuperación 1-3 días Incidencia en el medio y comida: Llevados por animales y humanos piel y cavidad nasal Comidas de origen animal Comidas muy manipuladas Frecuentemente asociadas con epidemias: jamón cocido cerdos salados pastas leche en polvo Abuso del uso de tampones durante el periodo mestrual de las mujeres jóvenes, sobre todo de tampones superabsorbentes, que pueden crear condiciones idóneas para la proliferación de la bacteria, en el caso del síndrome de shock tóxico. Factor de riesgo: improbable a condiciones de producción y almacenaje. Toxinas enterotoxinas toxina del shock tóxico Enterotoxinas Tipo: A, B, C1, C2, C3, D, E (SEA, SEB, etc.) SEA la más común en epidemias alimenticias SEB producida en altas dosis pero variable TSST-1 Toxina del síndrome de shock infeccioso Modo de acción ¿ estimulas el nervio vago del intestino? Efectos del superantígeno Resistente a calor, radiación, y enzimas proteolíticas Dosis toxina ~ 1 5g Producción favorecidas por condiciones optimas de crecimiento Producido durante la última fase de crecimiento y en la fase estacionaria Necesita alrededor de 107 cells/g para ser tóxica Prevención y tratamiento Higiene Salvador Ortiz Esquitino y David Martínez Pérez 9 No permitiendo el crecimiento del organismo en la comida Utilizar de forma discontinua los tampones durante el periodo mestrual de la mujer joven. Tratamiento de antibióticos? No valido en caso de la intoxicación alimentaria, ya que la producción de enterotoxina puede ser previa a la ingesta, sin embargo en el caso del shock tóxico, es conveniente el tratamiento con antibiótico, y la localización y destrucción del foco infeccioso. Tratamiento para el shock Neutralizantes de las enterotoxinas Detección de toxinas Ensayos tradicionales con animales Ensayos inmunológicos Reactivos de precipitación (Ouchterlony, microslide) Hemaglutinación ELISA, RIA Hay problemas para descubrir el foco de contaminación en la comida, pero la sensibilidad es de 1 ng/g comida