INMUNIDAD INNATA (algunas partes de este capitulo solo se
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INMUNIDAD INNATA (algunas partes de este capitulo solo se entenderán bien cuando se haya visto la inmunidad adaptativa) Contenido: 1. Introducción 2. Componentes del sistema inmunitario innato A) Barreras de defensa B) Células fagocitarias - Reclutamiento de fagocitos a la zona de infección Reconocimiento de los microorganismos por los fagocitos. Fagocitosis de microorganismos Muerte intracelular de los microorganismos fagocitados C) Células NK D) El sistema del complemento E) Citocinas F) Otros factores - Mediadores enzimáticos - Mediadores lipídicos 3. Acción integrada de la respuesta inmune innata: la inflamación 4. Papel de la inmunidad innata en la estimulación de las respuestas inmunitarias adaptativas 1. INTRODUCCIÓN La inmunidad innata es la primera línea de defensa contra las infecciones y es nuestro mecanismo de defensa filogenéticamente más antiguo. Está presente incluso en los insectos y en las plantas. La otra rama de la inmunidad, la adaptativa (o adquirida), se ha desarrollado posteriormente para complementar a la inmunidad innata en nuestra defensa contra las infecciones. En realidad ambos tipos de respuestas se potencian mutuamente. La inmunidad innata elimina a la mayoría de los gérmenes que nos atacan. Cuando la inmunidad innata es incapaz por si sola de erradicar las infecciones se desencadena la respuesta inmune adaptativa. La respuesta inmune adaptativa es capaz de perfeccionarse en el tiempo y hacer respuestas cada vez más eficaces en encuentros sucesivos con el mismo germen. A este fenómeno se llama memoria inmunológica. La respuesta inmune innata no posee memoria inmunológica y en encuentros sucesivos con el mismo germen siempre pone en marcha una respuesta inmune estereotipada que “no recuerda” los encuentros previos. Clásicamente se ha llamado a la respuesta innata “inespecífica” y a la adaptativa “específica”. Hoy se sabe que la respuesta innata discrimina mejor lo propio de lo extraño que la adaptativa como lo demuestra el hecho de que no se conozcan enfermedades causadas por reacciones innatas contra lo propio. Por el contrario, las enfermedades autoinmunes son reacciones adaptativas contra lo propio. La inmunidad adaptativa se desarrolla en los días o semanas que siguen al contacto con el agente infecciosos, por el contrario, la inmunidad innata se encuentra siempre lista y actúa ya en los primeros minutos que siguen a la infección. Las respuestas innatas y adaptativas funcionan de forma coordinada y comparten muchos elementos. Por ejemplo, los macrófagos son células fagocitarias típicas de la respuesta innata pero también presentan antígenos a los linfocitos T en la respuesta adaptativa. De esta forma la respuesta innata “avisa” para que se ponga en marcha la respuesta adaptativa. Igualmente, los linfocitos T activados estimulan a los macrófagos para que se libren de microorganismos cuando estos infectan su sistema vacuolar. La respuesta inmunitaria innata, al igual que la respuesta inmunitaria adaptativa, puede dividirse en las fases de reconocimiento, activación y efectora. 2. COMPONENTES DEL SISTEMA INMUNITARIO INNATO El sistema inmunitario innato esta formado por: A) Barreras de defensa (fig. 1). Las barreras de defensa son consideradas por algunos como parte del sistema inmune. Esto es en parte erróneo porque la secuencia de acontecimientos en toda reacción inmune es agresión por agente extraño Æ reacción inmune para eliminarlo. Las barreras de defensa no montas reacciones inmunes, simplemente están ahí e impiden la entrada de los gérmenes. • La piel representa una barrera mecánica a la entrada de gérmenes. Además la secreción sebácea y el sudor ejercen un fenómeno de arrastre mecánico de gérmenes e impiden su proliferación por poseer pH ácido. • Las superficies mucosas del intestino y respiratorio además de representar una barrera mecánica están tapizadas de moco que engloba a los gérmenes hasta que son expulsados con la secreción o eliminados por alguno de estos mecanismos: - La extrema acidez del estómago destruye a la mayoría de los gérmenes. - Existen microorganismos saprofitos intestinales que compiten con los patógenos en el uso de nutrientes y por los receptores que usarían para invadir al organismo. - El intestino produce péptidos antibacterianos de amplio espectro llamados criptocidinas. - Los epitelios producen otros péptidos antibacterianos de amplio espectro llamados defensinas. Tienen 29-34 aminoácidos y se encuentran también en los gránulos de los neutrófilos. - El epitelio intestinal (y la piel) posee linfocitos T intra epiteliales en su mayoría con receptor γ/δ y linfocitos B de la clase B-1 (CD5+). Estrictamente hablando estos linfocitos pertenecen a la inmunidad adaptativa pero poseen una variabilidad en sus receptores muy inferior a los linfocitos T α/β y a los linfocitos tipo B-2 de forma que parecen representar una primera línea de defensa contra microorganismos a los que reconocen con poca especificidad, lo que les permite abarcar un gran espectro antibacteriano. Para abundar en el enigma de estas células los linfocitos T γ/δ reconocen antígenos presentados por CD1 en vez de por moléculas HLA. CD1 es una molécula no polimórfica, codificada fuera de la región HLA y que acepta en su gruta de presentación a glicolípidos bacterianos. • Las lágrimas y la saliva, además de ejercer un fenómeno de arrastre mecánico de gérmenes, contienen lisozima, una enzima con actividad antibacteriana. • El semen posee un antibiótico de amplio espectro denominado espermina. • La ferritina es una proteína secuestradora de hierro. Este, a su vez, es un metabolito importante para los microorganismos. La ferritina ejerce un papel antimicrobiano al privar de hierro a los microorganismos. B) Células fagocitarias. Son células con capacidad fagocitaria importante por un lado los neutrófilos y por otro una constelación de células distribuidas por todo el organismo que proceden de los monocitos sanguíneos y que en conjunto constituyen el llamado sistema fagocítico mononuclear (fig. 2). La célula más importante de este sistema es el macrófago. Neutrófilos y monocitos se forman en la médula ósea y derivan de una célula precursora común. Los neutrófilos, gracias al aspecto polimorfo de su núcleo, se llaman también leucocitos polimorfonucleares. Los gránulos más abundantes en su citoplasma, los específicos, no se tiñen ni por colorantes básicos como la hematoxilina ni colorantes ácidos como la eosina por lo que se les llama neutros. A esto se debe el nombre “neutrófilo”. Estos gránulos contienen enzimas como la lisozima, colagenasa y elastasa. Los gránulos menos abundantes, llamados azurófilos, son lisosomas que contienen enzimas y otras sustancias antimicrobianas. Los neutrófilos son las células más abundantes de la serie blanca. Un adulto produce al día más de 100.000 millones y tienen una vida media de tan solo 6 horas. Si en este periodo no son requeridos a un foco inflamatorio experimentan apoptosis y los restos son fagocitados por macrófagos del hígado o del bazo. Los monocitos son los precursores sanguíneos de las células del sistema mononuclear fagocítico (SMF). Entre estas células se encuentran: la microglía de cerebro, los osteoclastos del hueso, las células de Küpffer del hígado, los histiocitos del tejido conectivo, los fagocitos del mesangio renal, las células A de las sinoviales y los macrógafos que están presentes en los ganglios de todo el organismo, en los alveolos pulmonares, en el bazo, en las serosas, etc. Con esta distribución las células del SMF se encuentran situadas estratégicamente en las puertas de entrada de los gérmenes (intestino, pulmones) y en las vías de paso de gérmenes (ganglios linfáticos, hígado, bazo, etc.). Los monocitos sanguíneos tienen una vida más larga que los neutrófilos, además, pueden abandonar la circulación para convertirse en células fagocitarias en la variedad de localizaciones indicada más arriba. Una vez en los tejidos estas células pueden dividirse en la zona de infección. Su larga vida y la capacidad de multiplicarse hace los macrófagos la célula más importante en las fases tardías de la respuesta inmune innata. El término genérico “fagocitos” se usa para referirse indistintamente a los neutrófilos o a cualquiera de las células derivadas de los monocitos, sobre todo a los macrófagos. La respuesta de los fagocitos a la infección se puede dividir en varios estadios: a) b) c) d) reclutamiento de fagocitos a la zona de infección reconocimiento de los micro-organismos por los fagocitos ingestión de los microorganismos (fagocitosis) muerte intracelular de los microorganismos En su conjunto la respuesta a la infección provoca una serie de síntomas y signos que de forma conjunta reciben el nombre de inflamación. La inflamación es uno del procesos biológicos más complejos y puede desencadenarse también en ausencia de infección. En ella participan los fagocitos, varias citocinas, productos del sistema del complemento y de la coagulación sanguínea, entre otros. a) Reclutamiento de fagocitos a la zona de infección (fig. 3). Los neutrófilos y monocitos normalmente circulan en la sangre sin extravasarse a los tejidos. Sin embargo cuando se establece un foco de infección abandonan los vasos sanguíneos para acudir al foco infeccioso. Este fenómeno es inducido por el propio proceso infeccioso en el que se liberan quimiotrayentes para estas células y se producen cambios funcionales en las moléculas de adhesión de los vasos sanguíneos a los que se anclan los fagocitos de forma creciente a medida que progresan por los vasos hasta que finalmente los abandonan para entrar en los tejidos infectados. Tras la llegada de los gérmenes los macrófagos residentes en el tejido infectado inician inmediatamente el proceso de fagocitosis y secretan citocinas (IL-1, TNF y quimiocinas). La IL-1 y el TNF hace que los las células endoteliales de la vénulas postcapilares expresen varias moléculas de adhesión, entre ellas la selectina E. Los fagocitos poseen ligandos para estas selectinas pero la unión es de baja afinidad por lo que las uniones se sueltan fácilmente por la fuerza de la corriente sanguínea. Estas uniones y roturas sucesivas hacen que los fagocitos “rueden” sobre la superficie endotelial arrastrados por la corriente sanguínea. La IL-1 y el TNF también inducen en el endotelio la expresión de ligandos para las integrinas presentes en los fagocitos. Estos ligandos son VCAM-1 (ligando de la integrina VLA-4) e ICAM-1 (ligando para las integrinas LFA-1 y Mac-1). Los fagocitos en reposo expresan estas integrinas en un estado de baja afinidad. Mientras tanto las quimiocinas liberadas en el foco de infección se van concentrando sobre los aminoglicanos de heparan sulfato de las células endoteliales. Esta alta concentración local de quimiocinas activa a los fagocitos que van rodando sobre el endotelio y como consecuencia cambian sus integrinas VLA-4 y LFA-1 al estado de alta afinidad. Los fagocitos se unen así fuertemente al endotelio y dejan de rodar, se reorganiza su citoesqueleto, se deforman y se adhieren al endotelio. La acción de las quimiocinas sobre los fagocitos hace que estos emigren hacia el lugar en el que las quimiocinas están más concentradas, el foco de infección. b) Reconocimiento de los microorganismos por los fagocitos. Existen varios tipos de receptores en los fagocitos mediante los cuales se une a los microorganismos. Cuando el fagocito recibe por su receptor la señal de haber reconocido a un germen se pone en marcha el proceso de fagocitosis. Las señales recibidas por otros receptores activan a los fagocitos a producir citocinas y sustancias microbicidas. Estos son los receptores mejor caracterizados en los fagotitos (fig. 4): ¾ Receptor de manosa / fucosa. Es una lectina que se encuentra en los macrófagos y reconoce restos de manosa o fucosa en las glicoproteínas y los glicolípidos bacterianos (en los mamíferos estas moléculas llevan en los extremos ácido siálico o N-acetilgalactosamina). Su función es poner en marcha la fagocitosis. ¾ Receptor “scavenger” (recogedor de basura o carroñero). Originalmente este receptor fue descrito como reconocedor de lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas o acetiladas y que a causa de esto no pueden interactuar con sus receptores naturales. Hoy se sabe que además de esto el receptor scavenger de los macrófagos puede reconocer a varios tipos de microorganismos y disparar los mecanismos de fagocitosis. Estos receptores reconocen en los gérmenes polímeros aniónicos y otras moléculas no bien identificadas. En el huésped normal reconocen estructuras que han perdido su protección de ácido siálico, por ejemplo glóbulos rojos viejos. Existen al menos 6 receptores scavenger distintos. ¾ Receptores para factores del complemento: CR1 (receptor de complemento tipo 1, CD35). Esta presente en fagocitos y otras células. Reconoce a microorganismos opsonizados por C3b y C4b, disparando el mecanismo de fagocitosis y activando los mecanismos de muerte intracelular. CR2 (receptor de complemento tipo 2, CD21). Reconoce a productos de degradación de C3b. Por no encontrarse en los fagocitos no juega ningún papel en la inmunidad innata. CR3 (receptor de complemento tipo 3, Mac-1, CD11b/CD18). Es una integrina presente en los macrófagos por la que puede reconocer a microbios opsonizados por C3bi (un derivado inactivo del factor del complemento C3b). CR4 (receptor del complemento tipo 4, CD11c/CD18, gp150/95). Es una integrina que encuentra en los fagocitos y en las células NK. Reconoce a microorganismos opsonizados por C3bi y dispara en ellos el mecanismo de fagocitosis. Receptor para C1q. Además de a su ligando natural, el primer factor del complemento o C1q, este receptor puede reconocer a dos proteínas séricas. ◊ La llamada lectina fijadora de manosa o MBL1. La MBL es un hexámero formado por 6 unidades idénticas. Cada unidad posee una zona globular tipo colágeno unida por un cuello a una lectina calcio dependiente. De colágeno y lectina viene el término colectina, familia a la que pertenece esta molécula. La MBL se une por el extremo lectina a residuos de manosa y fucosa presentes en las glicoproteínas y glicolípidos bacterianos y por el extremo globular al receptor para C1q. Por lo tanto la MBL primero opsoniza a las bacteria y posteriormente “la arrastra” hasta los fagocitos para poner el marcha el mecanismo de fagocitosis que acabará destruyendo a la bacteria. ◊ La proteína C reactiva. Se descubrió y recibe su nombre por la propiedad que tiene para unirse a proteínas de la cápsula del pneumococo. Pertenece a la familia de las pentraxinas por poseer cin- 1 MBL, Mannose-Binding Lectin co subunidades globulares idénticas. Se une por un lado a fosfolipidos bacterianos como la fosforilcolina y por otro a C1q. De esta forma hace de puente entre las bacterias y el receptor para C1q de los fagocitos, lo que pone en marcha la fagocitosis bacteriana. También puede poner en marcha la fagoctosis uniéndose directamente a los receptores Fcγ y activar la vía clásica del complemento uniéndose directamente a C1q. La concentración sérica de proteína C reactiva aumenta en la fase aguda de muchas infecciones por lo que se llama también reactante de fase aguda. ¾ Receptores tipo Toll. Son homólogos a una proteína de la drosophila llamada Toll, a lo que deben su nombre. Hasta ahora se han descrito en los mamíferos más de una decena de receptores tipo Toll. En el reconocimiento puede participar un solo receptor (Toll-9 reconoce a CpG) pero en otros casos actúan como homodímeros (por ejemplo, Toll-2/Toll-2) o heterodímeros (por ejemplo, Toll-2/Toll-6). En los dímeros en unos casos la asociación mejora la especificidad por el ligando y en otros uno de los receptoTabla 1. Algunos receptores tipo Toll, sus ligandos y los res aporta la especificidad y otro gérmenes que los expresan. transmite la señal al fagocito. La asociación de receptores permite reconoGérmenes Receptor Ligandos cer a más microorganismos de los que Lipoproteínas Bacterias se podrían reconocer si estos recepto- Toll-2 Peptodiglicano Bacterias Gram + res actuasen siempre en solitario. Zymosan Hongos Estos receptores están presentes en LPS (Lipopolisacárido) Bacterias Gram los fagocitos y otros muchos tipos de GPI anchor Tripanosomas células. La tabla 1 recoge los factores Lipoarabinomanan Micobacterias que pueden reconocer los receptores Fosfatidilinositol dimanosido Micobacterias tipo Toll mejor caracterizados. Toll-3 RNA de doble hebra (dsRNA)* Virus LPS Bacterias Gram La especificidad de los receptores tipo Toll-4 HSP60 Clamidia Toll está influenciada por proteínas inFlagelina Bacterias tracelulares que actúan como adapta- Toll-5 DNA con secuencias CpG Bacterias dores para los mismos. Se han descri- Toll-9 (citosina-fósforo-guanina) Protozoos to varias de estas moléculas adaptadoras. El hecho de que un mismo receptor Toll pueda asociarse con varias * HSP60: Heat shock protein, proteína del golpe de calor combinaciones de moléculas adaptadoras amplía la especificidad de estos receptores. Cuando estos receptores reconocen sus ligandos en los gérmenes estimulan en los fagocitos la producción de sustancias microbicidas y de citocinas. Uno de los receptores tipo Toll mejor conocido es el Toll-4 que exponemos como ejemplo (fig. 5). Su ligando, el LPS de las bacterias Gram -, es captado por un proteína fijadora de LPS presente en la sangre y líquidos biológicos (LBP)(2). Este complejo LPS-LBP facilita la unión de LPS a su ligando en los fagocitos, CD14, liberándose entonces LPS. El complejo CD14-LPS se asocia al receptor Toll-4 junto con una proteína accesoria extracelular llamada MD2. Esta unión hace que el receptor transmita la señal al interior de la célula lo que pondrá en marcha una serie de eventos que culminarán con la activación del factor nuclear NFκB que induce transcripción de varios genes para producir citocinas (TNF-α, IL-1 e IL-12) y activar la producción de intermediarios de oxigeno reactivo, lo que producirá la muerte del microorganis- (2) LBP: LPS-binding protein. mo (que habrá sido previamente fagocitado por la señalización de otros receptores del fagocito). Otros receptores Toll pueden activar un factor nuclear diferente, el AP-1. ¾ Receptores con 7 fragmentos transmembrana en hélice α (también llamados receptores acoplados a la proteína G). Se han descrito más de 10 tipos de estos receptores “serpenteantes” a través de la membrana y se les denomina C-C si poseen dos cisteínas contiguas o C-X-C si las dos cisteínas están separadas por otros aminoácidos (representados por la X). Estos receptores reconocen a productos típicos de los microorganismos y a algunos mediadores que son producidos durante la infección y estimulan la migración de los fagocitos a la zona de infección y la producción de sustancias microbicidas por el estallido respiratorio. Entre sus ligandos se encuentran: - Quimiocinas, como la IL-8. Péptidos iniciados con N-formilmetionina que solo se encuentra en los microorganismos y en las mitocondrias. Factores del complemento, como C5a Mediadores lipídicos de la inflamación, como el factor activador de plaquetas, la prostaglandina E y el leucotrieno B4. Estos receptores se encuentran en fagocitos, basófilos, eosinófilos, linfocitos T, y otras células pero no todos están presentes en todas estas células. Cada célula posee un patrón de receptores típico. Además, el número y tipo de receptores puede variar dentro de una misma célula dependiendo de su estado funcional. Esto, junto con el hecho de que cada receptor puede responder a una o varias de las 50 quimiocinas descritas da una idea de la versatilidad de este sistema. ¾ Receptores para citocinas. El más importante es el receptor para IFN-γ(3), la citocina con mayor capacidad de estimulación de macrófagos. El IFN-γ es producido por las células NK en las respuestas inmunes innatas y por los linfocitos T activados en las respuestas adquiridas. ¾ Receptores para la fracción Fc de las Inmunoglobulinas. Los fagocitos poseen receptores en su membrana tres tipos de receptores para reconocer por el extremo Fc a las inmunoglobulinas IgG1 e IgG3 (FcγRI, FcγRIIA y FcγRIIIB) y un receptor para reconocer a IgA (FcαR). Cuando estos receptores reconocen a su inmunoglobulina unida a su antígeno disparan el mecanismo de fagocitosis y la activación de los mecanismos de muerte intracelular del fagocito. Es de notar que este mecanismo de muerte requiere el concurso de inmunoglobulinas por lo que sólo actúan cuando ha existido una respuesta inmune adquirida humoral previa. Por este motivo no se le puede considerar en la inmunidad innata. c) Fagocitosis de microorganismos (fig.6). Una vez que los fagocitos mediante sus receptores han reconocido y fajado a los microorganismos se pone en marcha primero un mecanismo de interiorización de dichos microorganismos a su sistema vacuolar llamado fagocitosis. este es un proceso dependiente del citoesqueleto aún mal comprendido y que básicamente consiste en crear dos protrusiones de la membrana hasta que el microorganismo queda totalmente rodeado. En ese momento se sueldan por un lado la membrana plasmática y por otro la membrana que rodea al microorganismo. De esta forma el microorganismo queda secuestrado en una vacuola, llamada fagosoma. En esta vacuola la membrana queda en la orientación inversa a la que tenía inicialmente en la membrana plasmática (la cara externa queda hacia dentro). Posteriormente los fagosomas se fusionan con liso(3) IFN-γ: Interferón gamma somas presentes en el citoplasma de los fagocitos formando fagolisosomas en los que se llevará a cabo la destrucción del microorganismo. Algunos péptidos generados durante la digestión de las proteínas del microorganismo serán “cargados” en las moléculas HLA de clase II, transportados a superficie y presentados a los linfocitos T CD4+, con lo que se iniciará la respuesta inmune adaptativa contra el germen. d) Muerte intracelular de los microorganismos fagocitados Los fagocitos ponen en marcha tres mecanismos de muerte durante la fagocitosis: Enzimas proteolíticos. Al formarse el fagolisosoma entran en contacto el germen y los enzimas contenidos en los fagosomas lo que conduce a su digestión. El más importante de estos enzimas es la elastasa, una serin-proteasa de amplio espectro. Conversión del oxígeno molecular en intermediarios reactivos de oxígeno, que son agentes altamente oxidantes que destruyen a los gérmenes. El proceso en su conjunto recibe el nombre d estallido respiratorio. El sistema más importante de generación de radicales libres es la oxidasa fagocitaria. Esta es una enzima que está dispersa en muchas unidades en los fagocitos en reposo pero en los fagocitos activados estos fragmentos se ensamblan para formar la enzima funcional, sobre todo al recibir estímulos de los receptores de IFN-γ y del tipo Toll. La enzima convierte el oxigeno molecular en intermediarios reactivos como los radicales superóxido, actuando de cofactor el NADPH. Este superóxido es transformado enzimaticamente en peroxido de hidrogeno que es usado por la enzima mieloperoxidasa para convertir los halogenuros inactivos en ácidos hipohalogenosos, que son tóxicos para las bacterias. La granulomatosis crónica es causada por un defecto hereditario de uno de los componentes de la oxidasa fagocitaria lo que disminuye la eficiencia del estallido respiratorio. Producción de intermediarios reactivos de nitrógeno, sobre todo oxido nítrico. El proceso es iniciado por una enzima llamada sintasa de oxido nítrico inducible (iNOS)(4). iNOS es una enzima citoplasmática del macrófago que solamente se expresa en macrófagos estimulados por LPS y otros productos microbianos que se unen a los receptores tipo Toll, sobre todo si al mismo tiempo actúa el IFN-γ. iNOS cataliza la conversión de arginina en citrulina y en este proceso se libera oxido nítrico. El oxido nítrico puede combinarse con peroxido de hidrógeno o superóxido, generados por la oxidasa fagocitaria, dando radicales de peroxinitritos que son altamente reactivos y tóxicos para los microorganismos. La activación sostenida de los fagocitos puede hacer que se liberen enzimas lisosómicos y derivados reactivos de oxigeno y nitrógeno al medio extracelular. Estos tres componentes no distinguen entre microorganismos y células del huésped pudiendo llegar a ocasionar daños en los tejidos que rodean a la infección. (4) iNOS, inducible nitric oxide syntase Las graves lesiones que se ocasionan en infecciones crónicas causadas por micobacterias, como la tuberculosis y la lepra, son en parte causadas por este mecanismo. C) Células NK(5) (fig. 7) Las células asesinas naturales son linfocitos que tienen por misión destruir a células infectadas por virus, células (infectadas o no) que han perdido la expresión de moléculas HLA de clase I, macrófagos infectados y células opsonizadas por anticuerpos. Los anticuerpos son el resultado de reacciones inmunes adquiridas de tipo humoral. Por este motivo las células NK participan tanto en la inmunidad innata como en la adquirida. En el pasado las células NK han recibido distintos nombres que ilustran el desconocimiento que ha habido sobre ellas hasta hace relativamente poco tiempo. Atendiendo solo al aspecto granular de su citoplasma y a su tamaño se les llamó “leucocitos granulares grandes”. Descubiertas las dos poblaciones de linfocitos (T y B) se les llamó “tercera población”. Por carecer de los marcadores de superficie típicos de los linfocitos B (Inmunoglobulinas) y de los linfocitos T (receptor T) se les llamó “células no T no B” y también “población nula”. Su nombre actual asesinas “naturales” indica el hecho de que, a diferencia de los linfocitos T, no necesitan estimulación previa para actuar. Las células NK proceden de la médula ósea y se encuentran fundamentalmente en la sangre y en el bazo. Reconocimiento de sus dianas por las células NK a) Muerte modula da por HLA (fig. 8). Las moléculas HLA de clase I presentan péptidos propios y extraños procedentes de la degradación de proteínas extrañas generadas en la propia célula y los presentan a los linfocitos T CD8+. Cuando los linfocitos T reconocen péptidos extraños cargados en la molécula HLA de clase I propia se transforman en linfocitos T citotóxicos que atacan y destruyen a la célula que hizo la presentación. Existen mecanismos de tolerancia para que no se produzca esta respuesta cuando el péptido presentado es propio. Cuando un virus infecta a una célula, el virus inserta su material genético en el de la célula y sintetizan sus propias proteínas usando la maquinaria bioquímica de la célula a la que infectan. Péptidos de estas proteínas son los que, presentados por las moléculas HLA de clase I, alertan al sistema inmune de la infección. Esto explica por qué todas las células han de expresar moléculas HLA de clase I. Muchos virus han desarrollado estrategias para bloquear la presentación de antígenos lo que hace necesario un mecanismo alternativo para destruir a células infectadas por estos virus. Esta es precisamente una de las funciones de las células NK. (5) NK, natural killer, asesinas naturales. De esta forma las células NK representan una vía rápida de ataque contra los virus y bacterias intracelulares, sirviendo de compás de espera hasta que se desarrolle la respuesta inmune adquirida, mucho más lenta aunque más específica. Algunos tumores, sobre todo de origen hematopoyético, expresan niveles bajos de moléculas HLA de clase I por lo que pueden ser atacados por las células NK. b) Muerte modulada por citocinas (fig. 9). La IL-12 y la IL-15 son producidas por los macrófagos y otras células y ambas poseen actividad sobre las células NK. La IL-12 aumenta la capacidad citolítica NK y la liberación de IFN-γ y la IL-15 induce la proliferación de NK. El INF-γ estimula la capacidad lítica de los macrófagos. La presencia de macrófagos infectados dispara así un mecanismo en el que las células NK ayudan a los macrófagos a librarse de la infección. c) Muerte modulada por anticuerpos. El Fenómeno ADCC6 (Fig. 10). Las células NK poseen un receptor de superficie que se une con baja afinidad a la región constante de la IgG1 e IgG3 siempre que esta se haya unido previamente a su antígeno en la superficie de una célula. Este receptor, llamado FcγRIIIA, posee una cadena α (CD16) con afinidad por IgG1 e IgG3 y dos cadenas más pequeñas (γγ, ξξ o γξ) encargadas de transmitir la señal al interior de la célula NK. Esto dispara su mecanismo de muerte mediado por gránulos que termina destruyendo a la célula marcada por los anticuerpos. Los gránulos de las células NK, como los de los linfocitos T citotóxicos, contienen una proteína llamada perforina que se polimeriza sobre la célula atacada creando poros en su membrana. Por estos poros penetran enzimas llamada granzimas, también liberados de los gránulos, que inducen la apoptosis. Células infectadas por virus o bacterias que ya han inducido una respuesta de anticuerpos pueden ser atacadas de esta forma y destruidas por las células NK. Los eosinófilos poseen un receptor (FcεRI) con alta afinidad para la región constante de la IgE. La IgE se produce fundamentalmente en reacciones inmunes alérgicas o dirigidas contra parásitos. Por ejemplo, parásitos helmintos, que son demasiado grandes para ser fagocitados pueden ser destruidos por una proteína liberada de los gránulos de los eosinófilos cuando estos se acoplan a la IgE previamente unida al helminto. Los fenómenos ADCC disparadas por los anticuerpos en las células NK y en los eosinófilos son buenos ejemplos de hasta qué punto la respuesta inmune innata y la adquirida están imbricadas. Estas dos células, típicas de la respuesta inmune innata necesitan, para llevar a cabo el fenómeno ADCC, del concurso de los anticuerpos, generados en la respuesta inmune adquirida. 6 ADCC, Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity, citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos. D) El sistema del complemento. El sistema del complemento es un mecanismo humoral de defensa formado por varias proteínas plasmáticas. Fue descrito por Jules Bordet que observó que cuando a una mezcla de bacterias y anticuerpo antibacterias se le agregaba suero fresco se producía la lisis bacteriana pero la lisis no se producía si el suero era previamente calentado a 56ºC. Estas proteínas o “factores” son sintetizadas en su mayoría en el hígado y su activación es inhibida por proteínas reguladoras presentes en las células normales del huésped y ausentes en los gérmenes. Existen tres vías del complemento. La descrita por Bordet se llama “vía clásica” requiere el concurso de los anticuerpos. Posteriormente se ha descrito otra vía que es filogenéticamente más antigua pero por ser descrita después que la clásica se llama “vía alterna”. Esta vía alterna no requiere el concurso de los anticuerpos. De hecho es posible que represente un sistema ancestral de defensa anterior al desarrollo de los anticuerpos. Por último existe la “vía de la lectina” que idéntica a la vía clásica con la diferencia de que el papel de los anticuerpos es suplido por lectinas que, como los anticuerpos, hacen de nexo de unión entre los gérmenes y el sistema del complemento. Los factores del complemento, salvo algunas excepciones, se nombran con una C seguida de un número (C1, C2, C3...). El orden de su descubrimiento no siempre coincide con el orden en que actúan en las vías del complemento. Esto unido, a que las distintas vías tampoco se descubrieron en orden a su antigüedad filogenética hacen de esta sistema un mecanismo de defensa aparentemente complejo. En su descarga hay que afirmar que es muy eficiente. En este capítulo de inmunidad innata sólo se describe la vía alterna del complemento. La vía clásica requiere el concurso de anticuerpos que son productos generados en las respuestas inmunes adquiridas. La vía de las lectinas es idéntica a la vía clásica con la diferencia de que el papel de los anticuerpos es suplido por lectinas plasmáticas. Vía alterna del complemento (figs. 11, 12 y 13) En condiciones normales el factor C3 sérico es lentamente hidrolizado en dos componentes, uno mayor, C3b, y otro más pequeño, C3a. La hidrólisis la llevan a cabo enzimas séricas del tipo serin-esterasas. En ausencia de gérmenes el C3b es neutralizado por el factor H y se hidroliza a una forma inactiva C3bi . Sin embargo cuando en la escena aparecen bacterias se establece una unión covalente entre el C3b y radicales presentes en las proteínas y polisacáridos del la pared bacteriana. Sobre el conjunto C3bbacteria se acopla el factor B con lo que se evita la unió del factor H y el catabolismo de C3b. Sobre el factor C3b B actúa una serin-esterasa sérica llamada factor D, que escinde enzimáticamente al factor B en dos fragmentos, uno mayor llamado Bb y otro más pequeño, Ba. El complejo C3b Bb es una enzima que escinde nuevas moléculas de C3 en C3b y C3a. La acción es limitada porque C3b Bb tiene una vida media de solo 1 minuto pero cuando se acopla sobre él la properdina lo estabiliza y el complejo C3b Bb P alarga su vida media a 5 minutos. En estas condiciones se generan cantidades importantes de C3b y cientos a miles de moléculas de C3b se une a la superficie de la bacteria que queda así opsonizada por C3b. El término opsonización significa “preparación para la comida”, una expresión muy definitoria. Los fagocitos poseen receptores para C3b por lo que cuando un fagocito reconoce al C3b que rodea a la bacteria se dispara su mecanismo de fagocitosis que concluirá con a ingestión y digestión de la bacteria. Un solo fagocito puede fagocita a muchas bacterias por lo que este es un mecanismo muy eficiente y probablemente el más importante de los mecanismos inmunes innatos para luchar contra las bacterias. No obstante existe un mecanismo de seguridad para terminar con las bacterias que puedan escapar a la fagocitosis medada por C3b que acabamos de describir: Sobre el complejo C3b Bb puede acoplarse un segundo fragmento C3b formando el complejo llamado C3b Bb 3b, que puede escindir al siguiente factor de complemento en esta vía, el C5. Este queda dividido en una fragmento grande, C5b y otro más pequeño, C5a. C5b se une a la superficie bacteriana. De nuevo cientos o miles de fragmentos C5b ocupan la superficie de la bacteria. Sobre cada fragmento C5b se acoplan sucesivamente un factor C6, un factor C7, un factor C8 y hasta 18 factores C9. Los factores C9 forman sobre la superficie de la bacteria una estructura tubular transmembrana con un orifico central por el que se intercambian agua, sales e iones provocando la muerte bacteriana por desequilibrios osmóticos y eléctricos. El conjunto de moléculas C5b, C6, C7, C8 y C9 forma el llamado complejo de ataque a la membrana. Toda la serie de acontecimientos descritos tiene lugar en segundos por lo que la vía alterna del complemento es un mecanismo de defensa de la inmunidad innata muy efectivo en la lucha contra las infecciones. A lo largo de la descripción hemos dejado atrás dos pequeños fragmentos muy importantes desde el punto de vista biológico, las llamadas anafilotoxinas C3a y C5a. Estas anafilotoxinas por su pequeño tamaño y solubilidad pueden difundir desde el foco de infección y llevar a cabo su función biológica localmente y a distancia. La anafilotoxina más potente es la C5a. C3a es 20 veces menos potente. Existe otra anafilotoxina, C4a, que se genera en la vía clásica del complemento y la vía de las lectinas, que es 2500 veces menos potente que C5a. El receptor mejor caracterizado, el de C5a, es del tipo “7 segmentos transmembrana en hélice α”. Se encuentra en fagocitos, eosinófilos, basófilos, células cebadas, células endoteliales, músculo liso, células epiteliales y astrocitos. La dispersión de este receptor explica la amplia acción biológica de las anafilotoxinas. Las anafilotoxinas activan a las células cebadas (y a los neutrófilos) induciendo su degranulación lo que libera sustancias vasoactivas del tipo de la histamina y los síntomas típicos de la anafilaxia, de donde deriva el nombre de anafilotoxinas. En los neutrófilos aumentan su movilidad y la adhesión al endotelio, estimulan el estallido respiratorio y la producción de intermediarios reactivos del oxígeno. Actuando sobre las células endoteliales aumentan la permeabilidad vascular y la expresión de selectina P, que sirve de ancla para la extravasación de los neutrófilos. Volveremos sobre esto cuando integremos todos los elementos de la respuesta inmune innata en uno de los procesos biológicos más complejos, la inflamación. E) Citocinas Las citocinas de la inmunidad son producidas por fundamentalmente por macrófagos, neutrófilos y células NK aunque también colaboran células endoteliales y células epiteliales, como los queratinocitos. En la inmunidad innata las citoquinas actúan de mensajeros químicos entre las células inflamatorias y entre éstas y las células del endotelio vascular. De esta forma aumentan la producción de fagocitos, los reclutan a la zona de infección y los activan para eliminar a los gérmenes. Por último, aumentan la síntesis de citocinas que potencian las respuestas antimicrobianas. Entre las citocinas que participan en la inmunidad innata se encuentran: - IFN-α y el IFN-β, que controlan las infecciones virales. IL-1, TNF y las quimiocinas, que median la inflamación local. IL- 15 e IL-12. que estimulan la proliferación y la actividad de las células NK. IFN-γ, especialmente el derivado de las células NK, que activa los macrófagos. IL-10 y TGF-β, que limitan la inflamación local. IL-6, que aumentan la producción de neutrófilos en la médula ósea y la síntesis de diversas proteínas relacionadas con la defensa del huésped, como la proteína C reactiva. F) Otros factores Mediadores enzimáticos (fig. 14) Aparte del sistema del complemento, ya mencionado, el plasma contiene tres cascadas que dan lugar a mediadores de la inflamación, el sistema de la coagulación, el sistema de la kinina y sistema fibrinolítico o de la plasmita. - El sistema de la coagulación se inicia con la activación del factor de Hageman por el endotelio vascular dañado. Esto pone en marcha una cascada de reacciones que culmina con la polimerización del fibrinógeno en largas moléculas de fibrina que forman un coágulo y amurallan los gérmenes, evitando así su difusión fuera del foco de infección. - Sistema de la kinina es una cascada enzimática que se inicia por la acción del factor de Hageman activado sobre un precursor de la kalikreína llamado prokalikreína. La kalikreína escinde al kininógeno en bradikinina que es un péptido básico que actúa como potente mediador inflamatorio. Además de las acciones biológicas mostradas en la figura 14, la bradikinina escinde C5 en C5b y C5a. C5a, la anafilotoxina más potente, induce la degranulación de las células cebadas, liberando éstas de sus gránulos varios mediadores de la inflamación. - El sistema fibrinolítico se inicia por la conversión del factor de Hageman activado del plasminógeno en plasmina. Esta actúa sobre los coágulos despolimerizando la fibrina. Los fibrinopéptidos generados actúan como mediadores de la inflamación y activando la vía clásica del complemento. Mediadores lipídicos (fig 15). En algunas células (monocitos, macrófagos, neutrófilos y células cebadas) cuando su membrana se ve alterada por el proceso inflamatorio los fosfolípidos son convertidos por la enzima fosfolipasa en ácido araquidónico y la forma liso de del factor activador de plaquetas (liso-PAF). El ácido araquidónico, siguiendo dos vías enzimáticas alternativas da lugar a tromboxano, prostaglandinas y leucotrienos. Todas estas sustancias son importantes mediadores de la inflamación. Los monocitos y macrófagos producen prostaglandinas E2 (PGE2) y F2 (PGF2). Los neutrófilos producen PGE2 y las células cebadas PGD2. Los leucotrienos son producidos por monocitos, macrófagos y células cebadas. Los leucotrienos C4, D4 y E4 fueron llamados de forma conjunta “sustancia de reacción lenta de anafilaxia” o SRS-A7 3. ACCIÓN INTEGRADA DEL SISTEMA INMUNE INNATO: LA INFLAMACIÓN. La inflamación es el conjunto de signos y síntomas que siguen a una variedad de agresiones físicas, químicas o infecciosas. 7 SRS-A: Slow Reacting Substance of Anaphylaxis. La inflamación fue descrita por Celsus en el año 10 a.c. como “rubor et tumor cum calore et dolore” (enrojecimiento, hinchazón, calor y dolor). En el año 129 d.c. Galeno le agregó a esta definición “functio laesa” (alteración de la función). Hoy, casi 2000 años más tarde, esta definición es aún impecable pero sólo estamos comenzando a comprender los mecanismos por los que se lleva a cabo el proceso inflamatorio. La inflamación es un mecanismo de defensa muy complejo. Puede ser local o general y aguda o crónica. Un golpe o una infección localizada pueden poner en marcha mecanismos inflamatorios locales agudos muy parecidos externamente pero el sentido finalista es muy distinto. Mientras que la inflamación traumática tenderá a restaurar la integridad de los tejidos dañados, la inflamación infecciosa tenderá inicialmente a eliminar la infección y luego a restaurar la integridad de los tejidos dañados por la infección. En este capítulo describiremos superficialmente la inflamación aguda de origen infeccioso. Cuando los gérmenes anidan en un tejido (por una herida, obstrucción de una glándula sebácea, etc.) ocurren dos fenómenos que inician inmediatamente la lucha contra la infección y desencadenan el proceso inflamatorio: a) Los fagocitos residentes, mediante sus receptores de superficie, reconocen a los gérmenes, inician el proceso de fagocitosis y producen citocinas como IL-1, TNF, quimiocinas, IL-12 e IL-15. b) Se activa la vía alterna del complemento. La IL-1 y el TNF llevan a cabo dos funciones. Por un lado hacen que los las células endoteliales expresen varias moléculas de adhesión, entre ellas la selectina E y por otro inducen la expresión de ligandos para las integrinas fagocitarias. Mientras tanto, las quimiocinas se van concentrando sobre los aminoglicanos de heparan sulfato de las células endoteliales. Esto activa a los fagocitos que cambian sus integrinas al estado de alta afinidad. Por el efecto combinado de estas tres citocinas los fagocitos, que en condiciones normales ruedan sobre el endotelio, se adhieren fuertemente a él y al final abandonan el vaso sanguíneo por diapédesis para llegar así a los tejidos infectados en ayuda de los fagocitos residentes. Este movimiento lo hacen hacia el lugar en el que las quimiocinas están más concentradas, el foco de infección. La IL-15 induce la proliferación de las células NK y la IL-12 hace que éstas produzcan IFN-γ. Este IFN-γ estimula la capacidad lítica de los macrófagos. Tenemos así en el foco de infección no solo más fagocitos sino además con su capacidad fagocitosis y sus mecanismos de muerte estimulados. Como consecuencia de la activación de la vía alterna del complemento ocurren tres fenómenos. Primero, los gérmenes opsonizados pro C3b serán reconocidos, fagocitados y destruidos por los fagocitos. Segundo, gérmenes que no sucumban por este mecanismo lo harán tras formarse en su superficie cientos o miles de complejos de ataque a la membrana. Tercero, se liberan las anafilotoxinas C3a y C5a, que tienen importantes funciones biológicas: - Actuando sobre el endotelio aumentan la expresión de selectina P y la permeabilidad vascular, lo que facilita la llegada de líquido desde la sangre (y explica la hinchazón, “tumor”), la extravasación de fagocitos y la llegada de más factores del complemento. - Producen contracción del músculo liso en las vénulas postcapilares, lo cual aumenta el contenido de sangre de los vasos (enrojecimiento, “rubor”). - En los neutrófilos aumentan su movilidad y la adhesión al endotelio, estimulan el estallido respiratorio y la producción de intermediarios reactivos del oxígeno. - El aumento del contenido de sangre en la zona, junto con el aumento de la actividad metabólica de los fagocitos aumenta la temperatura local (calor, “calore”). - Las activan a las células cebadas y a los neutrófilos induciendo su degranulación lo que libera sustancias vasoactivas del tipo de la histamina y se producen los síntomas típicos de la anafilaxia (de donde deriva el nombre de anafilotoxinas). Las propias sustancias vasoactivas de las células cebadas ejercen funciones muy parecidas a las anafilotoxinas. - La distensión del tejido, junto con el efecto químico de los productos de degranulación de los fagocitos, estimula las terminaciones nerviosas lo que explica el dolor (“dolore”). Durante la inflamación se activa el sistema de la coagulación. La fibrina amuralla a los gérmenes en el lugar de infección e impide su difusión a otras zonas del organismo. El sistema de la coagulación pone en marcha otros dos sistemas, el de las kininas y el sistema fibrinolítico, ambos con importantes funciones inflamatorias. Por último, la inestabilidad que sufre la membrana de ciertas células inmunes hace que sus fosfolípidos sean atacados por la fosfolipasa, dado lugar a tromboxano, prostaglandinas, leucotrienos y factor activador de plaquetas (PAF8). Todos ellos son mediadores de la inflamación y sus funciones biológicas, junto con el resto de factores descritos, explican no solo los mecanismos intrínsecos del proceso inflamatorio sino también sus signos y síntomas 4. PAPEL DE LA INMUNIDAD INNATA EN LA ESTIMULACIÓN DE LAS RESPUESTAS INMUNITARIAS ADAPTATIVAS La inmunidad innata no solo monta una respuesta prácticamente inmediata contra la infección sino que, además, avisa y ayuda al sistema inmune adaptativo de la presencia de los gérmenes para que éste monte una respuesta adaptativa. Las células que llevan a cabo las respuestas adaptativas son los linfocitos T y los B y ambos necesitan dos señales para activarse. La primera señal procede del germen, la segunda del sistema inmune innato. a) Inmunidad mediada por células T: Los linfocitos T son incapaces de reconocer gérmenes íntegros e incluso moléculas completas de esos gérmenes. Sólo pueden reconocer pequeños fragmentos de proteínas cuando le son presentadas “por las vías diplomáticas”, es decir, por las moléculas HLA de clase II de células presentadoras de antígenos como el macrófago (una célula típica de la respuesta inmune innata). De esta forma el germen libera la primera señal a los linfocitos T. Las célula presentadora además proporciona la segunda señal de dos formas: por un lado inducen la expresión de coestimuladores (B7.1 y B7.2) y por otro libera citocinas, sobre todo IL-12, que estimula a los linfocitos T en reposo para diferenciarse a linfocitos Th1 (fig 16). 8 PAF: Platelet Activating Factor. b) Inmunidad mediada por células B (fig 17): Los linfocitos B pueden reconocer pequeños fragmentos de moléculas de gérmenes siempre que tales moléculas se encuentren en la superficie del germen accesibles a los receptores de los linfocitos B, los anticuerpos. Este reconocimiento libera al linfocito B la primera señal. La segunda señal mejor definida para los linfocitos B es el factor C3d del complemento que se acopla al receptor 2 del complemento presente en estos linfocitos. C3d es un producto generado durante la degradación de C3. De nuevo la segunda señal procede de un sistema típico de la inmunidad innata, la vía alterna del complemento. Tras recibir las dos señales los linfocitos B proliferan y se diferencian a células plasmáticas productoras de anticuerpos. Esta labor de la inmunidad innata en la estimulación de la inmunidad adaptativa es el fundamento del uso de los adyuvantes. Son adyuvantes potentes el LPS y los lisados de micobacterias. Estos productos hacen que los fagocitos liberen IL-12 y aumentan en ellos la expresión de los coestimuladores B7.1 y B7.2. En definitiva, los fagocitos responden como lo hacen ante la infección pero en ausencia de gérmenes y de esta forma liberan de manera efectiva la segunda señal. Cuando se inyecta un antígeno proteico junto con adyuvantes el antígeno libera la primera señal y los adyuvantes inducen los elementos necesarios para que se produzca la segunda señal con lo que la respuesta adaptativa se comporta como si fuera precedida de una respuesta innata. Los lisados de micobacterias y el LPS son excelentes adyuvantes pero inducen respuestas inflamatorias importantes. Por este motivo solamente se usan en experimentación. En la práctica clínica algunas vacunas se administran con adyuvantes pero diseñados para minimizar los efectos inflamatorios indeseables. Antonio Alonso Agosto 2003
