reacciones celulares

PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
REACCIONES CELULARES
PREMISAS
-
Los neutrófilos son las principales células efectoras en la inflamación
aguda pero tienen una vida media corta.
La activación del endotelio es un proceso imprescindible en la
inflamación aguda.
Los macrófagos y/o monocitos intervienen en menor número pero
sobreviven mucho más tiempo.
MARGINACIÓN
Como ya hemos comentado anteriormente, la marginación es el proceso mediante el cual los leucocitos se
acumulan en la periferia de los vasos sanguíneos, junto al endotelio, lo que les permite una mayor interacción
con éste, muy necesaria para el siguiente paso de la respuesta inflamatoria: el rodamiento.
RODAMIENTO (SELECTINA– GLUCOPROTEINA)
El rodamiento es el proceso por el cual mediante adhesiones débiles transitorias los leucocitos ruedan sobre la
superficie endotelial (rodadura). Para que se produzca este proceso son muy importantes unas moléculas de
adhesión, en este caso de la familia de las selectinas:
-
Selectina E (CD26E) en células endoteliales
Selectina P (CD26P) en endotelio y plaquetas
Selectina L (CD26L) en leucocitos
Las selectinas endoteliales normalmente se expresan en bajas concentraciones o no se encuentran presentes
en las células normales. Para que su presencia incremente en la superficie celular es necesaria la interacción
con mediadores específicos que activan la célula endotelial, por lo que la unión con los leucocitos queda
restringida en gran parte a las zonas endoteliales próximas a los lugares de infección o de lesión tisular (donde
se producen los mediadores).
-
P-Selectina: En células no activadas se encuentra almacenada en los
cuerpos intracelulares de Weibel-Palade y aumenta su expresión en
la superficie (redistribución) en presencia de histamina, trombina o
factor activador plaquetario (PAF).
-
E-Selectina: No se expresa en el endotelio normal y es inducida tras
la estimulación por mediadores inflamatorios como IL-1 y TNF.
Por otro lado, es necesario que los leucocitos expresen en su superficie el
ligando de estas selectinas para que se pueda realizar la adhesión. Estos
ligandos son glicoproteínas, fundamentalmente de tipo mucinas.
La expresión y redistribución de selectinas y sus ligandos viene regulada por citocinas que se elaboran como
respuesta a la infección y la lesión.
10
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
Estas débiles interacciones de rodamiento retrasan a los leucocitos y les dan la oportunidad de unirse de forma
más firme al endotelio, que es el siguiente paso que deben realizar en el proceso inflamatorio: la
pavimentación.
Por tanto, la activación endotelial es un proceso imprescindible para el correcto desarrollo de la reacción
inflamatoria.
ADHESIÓN O PAVIMENTACIÓN (Ig – INTEGRINA)
Una vez se han realizado las adherencias laxas y a medida que el leucocito va rodando por la superficie
endotelial va formando adhesiones más fuertes con el endotelio, es lo que llamamos pavimentación. En este
proceso participan las inmunoglobulinas ICAM-1 y VCAM-1 (en la superficie de las células endoteliales) y las
integrinas LFA1, MAC1, VLA4 y LPAM-1 (en los leucocitos). ICAM-1 se une a LFA1 y MAC1, mientras que
VCAM1 se asocia a VLA4 y LPAM1.
Pero también son necesarias ciertas modificaciones en estas moléculas para que el proceso se pueda realizar
correctamente:
-
Inmunoglobulinas: Son los ligandos de las integrinas. En la célula endotelial no activada se encuentran
en bajas concentraciones en la membrana plasmática y aumenta su expresión en presencia de TNF y IL1.
-
Integrinas: Glucoproteínas heterodímicas que en condiciones
normales se expresan en concentración baja en la membrana
plasmática de los leucocitos y éstas son de baja afinidad. Cuando
los leucocitos se encuentran con las quimiocinas (citocinas
quimiotácticas secretadas en los focos de inflamación) expresadas
en la superficie endotelial, éstos se activan y sus integrinas sufren
cambios de conformación, pasando a una forma de alta afinidad.
La unión de las integrinas a sus ligandos transmite señales a los leucocitos, que dan lugar a cambios del
citoesqueleto implicados en una unión firme al sustrato. Por tanto, el aumento de intensidad de la fijación se
hace principalmente mediante integrinas activadas y es imprescindible para que tenga lugar el siguiente
proceso de la respuesta inflamatoria: la transmigración.
Moléculas de adhesión a recordar
Adhesión lábil (rodamiento):
- Familia de las selectinas: Tres tipos (P, E y L).
- Glucoproteínas (mucinas): Ligandos de las selectinas.
Adhesión estable (pavimentación):
- Familia de las integrinas: las encontramos en la superficie de los leucocitos y son:
LFA1, MAC1, VLA4 y LPAM1.
- Superfamilia de las Ig’s: Las encontramos en la superficie de las células endoteliales y
son: ICAM1 i VCAM1. Ligandos de las integrinas.
11
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
ACTIVACIÓN ENDOTELIAL
Mecanismos moleculares en la activación de la célula endotelial:
1. Redistribución de las moléculas de adhesión hacia la superficie celular (cuerpos de
Weibel-Palade y P-Selectinas).
2. Inducción de las moléculas de adhesión sobre el endotelio por parte de las
citoquinas (IL-1 y TNF)
3. Aumento de la intensidad de fijación a través de las integrinas activadas.
4. Transmigración a través de las uniones intercelulares de las células endoteliales a
través de PECAM-1 (CD31) “platelet endothelial cell adhesion”.
TRANSMIGRACIÓN
Una vez adheridos a la pared endotelial, los leucocitos necesitan atravesarla. Este proceso, llamado
transmigración o diapédesis, se realiza siempre en las vénulas postcapilares.
Los leucocitos abandonan el vaso pasando por los espacios
interendoteliales. En este mecanismo tiene una gran importancia
la molécula de adhesión PECAM-1 (también llamada CD31), que
está presente tanto en endotelio como en leucocitos y forma una
especie de canal para que pase el leucocito.
Una vez atravesado el endotelio, los leucocitos perforan la
membrana basal mediante la secreción de colagenasas.
¿Cómo se mueve el leucocito? Para que tenga lugar la transmigración es necesaria la fijación de agentes
quimiotácticos a receptores específicos del leucocito (el leucocito una vez empieza a transmigrar tiene que
saber ya a donde se dirige). Esta unión ligando-recepto desencadena una cadena de activación que, mediante
le fosfoinositol, dará lugar a la liberación de calcio citosólico.
12
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
El leucocito emite un pseudópodo (lamelipodo) que posee un complejo de
filamentos de actina-miosina. El calcio citosólico liberado interaccionará con
proteínas reguladoras de la actina (filamina, gelsolina, profilina, calmodulina),
lo que permitirá el ensamblaje de los filamentos y producirá contracción y
movimiento, tirando de la célula en dirección a la extensión.
Vemos la zona endotelial y el leucocito que va rodando, se fija
establemente y en la última imagen ya lo encontramos
transmigrando hacia fuera.
RESUMEN RECLUTAMIENTO DE LEUCOCITOS AL FOCO INFLAMATORIO
-
Activación endotelial que incrementa la expresión de selectinas y sus ligandos.
Rodamiento de los leucocitos facilitado por la adherencia o unión laxa de
selectinas a sus ligandos de hidratos de carbono.
Adherencia firme leucocitos-células endoteliales mediada por quimiocinas en las
que las integrinas se unen a sus ligandos endoteliales.
Transmigración de leucocitos entre las células endoteliales mediante las
interacciones PECAM-1 y salida al espacio extravascular.
Para que ocurran estos mecanismos de rodamiento, adhesión i transmigración lo más importante es que la
célula endotelial tiene que estar activada y el leucocito también tiene que participar activamente.
La marginación, rodamiento y adhesión son procesos intravasculares, la transmigración se da por diapédesis y
la migración hasta el foco de la lesión es extravascular i recibe el nombre de quimiotaxis.
QUIMIOTAXIS
Una vez fuera del endotelio es necesario que los leucocitos avancen hacia el lugar de la noxa. Para ello se
produce un fenómeno de quimiotaxis, que se define como la locomoción orientada de las células en el
intersticio según gradiente químico. Esta quimiotaxis puede ser producida por dos tipos de mediadores
químicos:
-
Exógeno: El producto bacteriano libera una serie de moléculas que son captadas e identificadas por
unos receptores específicos de los leucocitos.
Endógeno: Productos del propio leucocito. Básicamente son:
o Elementos del sistema de complemento (C5a)
o Productos de la vía de las lipooxigenasas del metabolismo del ácido araquidónico (leucotrieno
B4)
o Citocinas (IL-8)
13
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
¿Qué tipos de leucocitos migran? El tipo de leucocito que migra depende de la duración de la respuesta
inflamatoria y del tipo del estímulo. En la mayoría de las formas de inflamación aguda predominan los
neutrófilos durante las primeras 6 a 24 horas y son sustituidos por monocitos/macrófagos a las 24-48 horas.
Esto es así porque las células inflamatorias (leucocitos, monocitos y en menor grado los linfocitos) responden a
estímulos quimiotácticos a diferentes velocidades (los leucocitos más rápidamente y los macrófagos/monocitos
más lentamente).
Pero hay ciertas excepciones:
-
En la inflamación aguda por Pseudomonas el reclutamiento de neutrófilos es continuo durante varios
días. Por eso son tan purulentas muchas veces las Pseudomonas.
En las infecciones víricas los linfocitos son los primeros en activarse.
En las infecciones parasitarias el reclutamiento es de eosinófilos, así como en las alergias (más
adelante veremos que esto será un marcador que podemos encontrar en los análisis de sangre
periférica).
FAGOCITOSIS
Una vez el leucocito llega al lugar de la noxa, lo siguiente que tiene que hacer es acabar con ella. Para esto se
pone en marcha el mecanismo de fagocitosis, que tiene tres fases:
1. Reconocimiento y adhesión de la partícula: Los leucocitos expresan varios receptores que reconocen
estímulos externos y emiten señales activadoras. Estos receptores capaces de reconocer los productos
bacterianos son:
a. Receptores de tipo señuelo/TLR: Para los productos microbianos
b. Receptores acoplados a la proteína G: Reconocen péptidos bacterianos cortos, algunas
quimiocinas y productos de degradación del complemento como C5a.
c. Receptores para las opsoninas: Son los más importantes.
La partícula que tiene que ser fagocitada se tiene que encontrar recubierta completamente por varios factores
séricos llamados opsoninas que son básicamente el factor corto de la inmunoglobulina G, la C3b y las
colectinas. Es decir, para que el producto bacteriano sea reconocido por un leucocito tiene que estar
opsonizado y a la vez el leucocito tiene que tener receptores específicos para estas opsoninas: FcγR, las
colectinas 1, 2, y 3 y la fracción C1 del complemento q. Cada uno de estos receptores reconoce
específicamente alguna de las opsoninas.
14
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
2. Englobamiento de la partícula (interiorización): La célula (neutrófilo o
monocito) emite extensiones citoplasmáticas o pseudópodos que rodean a la
partícula hasta quedar englobada dentro de un fagosoma, cuya membrana
procede de la membrana citoplasmática de la célula. Esta membrana del
fagosoma se fusiona con la membrana limitante de un gránulo lisosomal
produciéndose la descarga del contenido del lisosoma en el fagolisosoma
(que no es más que el fagosoma con los gránulos lisosomales).
El proceso de degradación de los agentes extraños puede realizarse mediante otros métodos a parte de la
fagocitosis convencional (interiorización). Estos métodos consisten en procesos de degranulación paulatina del
neutrófilo y/o monocito en que se produce un escape de las sustancias contenidas en los lisosomas al espacio
extracelular. Esto se puede producir mediante varios mecanismos:
-
-
Regurgitación durante la ingestión: Mientras se está produciendo la fagocitosis la vacuola fagocítica
puede permanecer temporalmente abierta al exterior antes de que se complete el cierre del
fagolisosoma, permitiendo la salida de contenido lisosomal.
Endocitosis inversa: Captación de partículas ingeribles encima de superficies planas (endotelios).
Citolisis: Muerte del leucocito. No se forma el fagosoma sino que directamente en cuanto reconoce la
partícula a fagocitar se suicida, liberando todos los gránulos.
Cada leucocito utilizará únicamente uno de éstos métodos (ej: uno de los leucocitos está haciendo fagocitosis y
el vecino, viendo que éste ya está cubriendo esa función, se suicida y libera el contenido de sus gránulos para
complementar la acción de su compañero).
3. Degradación y destrucción de la partícula:
a. Mecanismos dependientes de oxigeno (el más importante): La fagocitosis estimula el consumo
de O2 por parte del leucocito. En el interior del lisosoma tenemos la NADPH oxidasa que a
partir de oxígeno forma un ión superóxido. El ion superóxido por una dismutacion espontánea
se combina con hidrogeno y produce peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en el interior del
lisosoma que, a través de la mieloperoxidasa y junto a un ión cloro forma el radical hipocloroso
(antimicrobiano y antioxidante). El radical hipocloroso es el bactericida más eficaz de los
neutrófilos y es también uno de los componentes de la lejía.
15
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
b. Mecanismos independientes de oxigeno: Por sustancias contenidas en los gránulos de los
leucocitos como: 1) Proteína bactericida por incremento de la permeabilidad (BPI), 2) Lisozima,
3) Lactoferrina, 4) Proteína Básica principal y 5) Defensinas.
Estas enzimas son capaces de actuar gracias a la disminución del pH (pH = 4-5) que se produce
como consecuencia del estallido oxidativo de los mecanismos dependientes de oxígeno.
Gránulos ESPECÍFICOS:
Lactoferrina
Lisozima
Fosfatasa alcalina
Colagenasa tipo IV
Moléculas de adhesión
Activación del plasminógeno
Fosfolipasa A2
Gránulos AZURÓFILOS:
Mieloperoxidasa
Lisozima
Proteínas catiónicas
Elastasa
BPI
Defensinas
Catepsina G
Fosfolipasa A
RESUMEN DEL PROCESO DE INFLAMACIÓN AGUDA
De forma resumida, el proceso de inflamación consta de las siguientes fases:
1. Tras la aparición de una noxa inicialmente se da una vasoconstricción seguida inmediatamente de una
vasodilatación, un aumento de flujo y un aumento de permeabilidad. Estos cambios provocan una
salida de líquido plasmático al espacio extracelular: si salen proteínas plasmáticas en el momento en
que hay más acumulo de proteínas fuera que dentro del vaso se produce un desequilibrio hidrostático
que favorece la salida de fluido (agua e iones), causando un edema. A su vez esta pérdida de líquido
aumenta la viscosidad de la sangre (aumento relativo de hematíes) y provoca una disminución de la
velocidad de circulación del flujo, dando lugar al ESTASIS SANGUÍNEO. Cabe destacar que en vénulas
el flujo es normal.
16
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
2. Una vez se han dado estas modificaciones hemodinámicas los leucocitos empiezan a situarse en la
periferia del vaso, junto al endotelio, quedando así los hematíes en la parte central del vaso. Este
proceso recibe el nombre de MARGINACIÓN.
3. Debido a diversos mediadores químicos (principalmente factor plaquetario e histamina), el endotelio
se activa, expresando en su superficie selectinas que se unirán a las selectinas presentes en la
membrana de los leucocitos mediante adhesiones lábiles. Durante este proceso el leucocito rodará
literalmente por el endotelio, lo que recibe el nombre de RODAMIENTO.
4. Debido a citoquinas presentes en la superficie endotelial los leucocitos se activarán y cambiaran la
conformación de sus integrinas, que se unirán a las integrinas del endotelio mediante unas adhesiones
mucho más estables. Es lo que llamamos PAVIMENTACIÓN.
5. Una vez llegan al foco inflamatorio, los leucocitos atraviesan el endotelio por diapédesis. Este proceso
recibe el nombre de TRANSMIGRACIÓN.
6. Ya fuera del vaso los leucocitos se desplazan
hacia el foco de la lesión a lo largo de un
gradiente químico producido por mediadores
químicos. Es lo que llamamos QUIMIOTAXIS.
7. Finalmente, una vez llegan al lugar de la lesión
comienza el proceso de FAGOCITOSIS.
8. Tras 6-24h estos leucocitos morirán por
apoptosis y, si aún no se ha resuelto el
proceso inflamatorio, serán sustituidos a las
24-48h por otras células, normalmente
monocitos/macrófagos.
TAKE HOME MESSAGES
Las fases moleculares de la inflamación aguda son: la activación endotelial, la marginación y
rodamiento de los leucocitos, la adherencia leucocito-endotelio, la transmigración por
diapédesis, la quimiotaxis y la fagocitosis.
En todos estos procesos intervienen mediadores químicos que activan receptores y
ligandos específicos.
Si bien en la mayoría de las formas de inflamación aguda el reclutamiento es a expensas de
neutrófilos (en las primeras 6-24h), hay algunas excepciones a recordar.
En la degradación y destrucción de la partícula en el proceso de fagocitosis, existen los
mecanismos dependientes e independientes de oxígeno.
Existen muchas enfermedades causadas por la disfunción leucocitaria en la respuesta
inflamatoria.
17
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
Cristina Martín
DEFECTOS EN LA FUNCIÓN LEUCOCITARIA
DEFECTOS EN EL NÚMERO DE LEUCOCITOS (LEUCOPENIA)
Se considera leucopenia cuando hay menos de 5.000 leucocitos por ul. Se producen leucopenias por ejemplo
en tratamientos con inmunosupresores (en pacientes trasplantados, con cáncer,…) o en enfermedades de
inmunidad deprimida, como el VIH.
Estos enfermos se infectan constantemente o tienen predisposición a infectarse y a que la infección sea
duradera.
DÉFICIT DE ADHERENCIA LEUCOCITARIA
El número de leucocitos es correcto pero estos no se fijan bien al endotelio, por lo que no podrán hacer la
transmigración, parándose el proceso de inflamación. Esto pasa en personas que tienen defectos genéticos de
moléculas de adhesión, ya sea de las que participan en la adhesión laxa o fija:
-
LAD1: Déficit de integrinas β2 o CD18
LAD2: Déficit del carbohidrato receptor selectinas
DEFECTOS DE LA MIGRACIÓN Y QUIMIOTAXIS
Estos defectos pueden ser debidos a:
-
Anomalías intrínsecas de los leucocitos:
o Diabetes: Los leucocitos no presentan los receptores adecuados que les permiten identificar los
mediadores. Es por esto que los pacientes diabéticos tienen que vigilar mucho con las heridas,
ya que presentan una predisposición a las infecciones.
o Síndrome de Chédiak-Higashi: Enfermedad autosómica recesiva
producida por la mutación del gen regulador del tráfico lisosomal
(LYST). Destaca la presencia de lisosomas gigantes en varios tipos
de células (neutrófilos) con agranulocitosis i disfagocitosis (no
operativos). Quienes sufren esta enfermedad presentan
infecciones de repetición ya desde pequeños, defectos somáticos
y neurológicos y suelen presentar albinismo. También pueden
Lisosomas gigantes
presentar abscesos fríos.
Defectos en la generación de factores quimiotácticos (congénitos o adquiridos del C5 o Ig)
o
Síndrome del leucocito perezoso: Los leucocitos no responden a los estímulos quimiotácticos
llegando al foco demasiado despacio. Destaca una neutropenia periférica severa pero en la
médula ósea el número es igual que en los test cutáneos. Cuando existe este tipo de
discordancia hay que pensar que el defecto reside en el paso de los leucocitos desde la médula
ósea a la sangre.
18
PEM – 3 (Dra. Inés María de Torres Ramírez)
o
Cristina Martín
Síndrome de Job: Hiperinmunoglobulinemia de IgE (AS-HIES) Su causa es desconocida y afecta
sobretodo a niñas pelirrojas. Destaca un aumento
de IgE circulante en sangre >2000ui/mL
(biomarcador diagnóstico). Quienes sufren esta
enfermedad presentan infecciones bacterianas
recurrentes (piel y pulmón) por Stafiloccocus
Aereus, rash cutáneo eccematoso, eosinofilia i
abscesos fríos cutáneos con poca respuesta
inflamatoria.
-
Inhibidores séricos del quimiotaxtismo, como inactivadores del C5
-
Inhibidores de la motilidad de los leucocitos
o Fármacos como la cloroquina (cáncer)
o Factores séricos en enfermedades como la artritis reumatoide (antes se utilizaban fármacos
que reducían la motilidad de los leucocitos y daban como resultado más infecciones de lo
normal)
DEFECTOS DE LA FAGOCITOSIS
En estos defectos se produce la ingestión del agente patógeno pero su digestión es defectuosa o no se produce
por (la fase de descarga de gránulos lisosomales se encuentra alterada). Las causas pueden ser:
-
Defecto celular intrínseco: Como en la diabetes
-
Déficit de Ig o complemento (Co): La opsonización será defectuosa, por lo que las partículas no podrán
ser reconocidas por los leucocitos.
DEFECTOS EN LA ACTIVIDAD MICROBICIDA
Se trata de defectos genéticos hereditarios que codifican componentes de los mecanismos oxígenodependientes, por lo que no se puede formar el radical hipocloroso:
-
Defecto de la NADPH oxidasa. Puede ser:
o Ligada al cromosoma X (gp91phox)  Enfermedad granulomatosa crónica: Se trata de un
defecto en la función oxidante de los gránulos leucocitarios. La padecen con más frecuencia los
niños. P
Para diagnosticarla se realiza un test de laboratorio llamado NBT test,
que consiste en añadir gránulos de nitrato B tetrazolio (colorante) a
leucocitos en cultivo. Cuando todo funciona correctamente (NBT test
normal) el colorante fagocitado se oxida y cambia de color de amarillo a
azul negruzco, formando lo que llamamos “gránulos de farmazac”. Será
patológico cuando estos gránulos no se formen (marcador diagnóstico)
o
-
Autosómica recesiva (p47phox yp67phox)
Déficit de mieloperoxidasas
Déficit de glucosa 6 fosfato-deshidrogenasa: También participa en el ciclo, aunque este defecto es
mucho más raro.
19