Ensayos de detección de respuesta inmunológica Vicente Boix Martínez, Arturo Botella Ortiz Unidad de Enfermedades Infecciosas, Hospital General Universitario de Alicante, Alicante Introducción Respuesta de la inmunidad celular Respuesta humoral Estudio de la función de los linfocitos CD4 y CD8. Marcadores de activación inmunitaria Medición de la inmunidad específica frente al VIH Bibliografía Introducción La infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) se caracteriza por un deterioro progresivo del sistema inmunitario. Este déficit inmunitario está en el origen de la mayoría de las manifestaciones clínicas de la infección por el VIH. Cuando finalmente la función inmunitaria claudica, aparecen las infecciones oportunistas. Por otra parte, el tratamiento antirretroviral actual puede inhibir de forma muy eficaz la replicación vírica. Esta inhibición de la replicación vírica permite que el sistema inmunológico agotado experimente una recuperación progresiva. Tanto el grado de deterioro del sistema inmunológico como su grado de recuperación con el tratamiento pueden medirse con los ensayos de respuesta inmunológica que analizaremos en este capítulo. La mayoría de las personas infectadas por el VIH son capaces de presentar una respuesta inmunológica frente al virus. Salvo las excepciones que suponen los llamados long-term non-progressors (o más modernamente elite controllers), esta respuesta inmunitaria será eficaz solamente durante unos meses. En la respuesta inmunológica frente al VIH intervienen tanto los mecanismos celulares como los humorales. La respuesta humoral se lleva a cabo a través de la producción de anticuerpos. La respuesta celular está mediada por la acción de los linfocitos T. Respuesta de la inmunidad celular En la infección por el VIH se produce una respuesta antiviral en distintas poblaciones celulares: linfocitos CD4 o colaboradores, linfocitos CD8 o citotóxicos, y células de estirpe NK. Los linfocitos CD4 constituyen la principal diana del VIH. El virus replica con una cinética muy agresiva en este tipo celular y produce una profunda inmunosupresión en el hospedador debido tanto a la destrucción linfocítica como a la obstaculización de los mecanismos de activación inmunitaria. Los linfocitos CD4 de sangre periférica suponen aproximadamente el 2% del total de los linfocitos CD4 que se localizan en órganos y tejidos (ganglios linfáticos, médula ósea, tejido linfoide asociado a mucosas). La media del recuento de células CD4 en sangre periférica de personas sanas en la mayoría de los laboratorios oscila entre 800 y 1050/mm3. Admitiendo como normal dos desviaciones estándar, el rango de normalidad se extendería entre 500 y 1400 linfocitos CD4/mm3 (1). Este intervalo de normalidad tan amplio refleja el hecho de que en el recuento de CD4 intervengan tres variables: el recuento de leucocitos, el porcentaje de linfocitos sobre los leucocitos totales y el porcentaje de linfocitos que expresan el receptor CD4. El recuento de células CD4 es el indicador pronóstico más fiable en la infección VIH (2). Se utiliza en la clasificación del estadio de la enfermedad, puede orientar en el diagnóstico diferencial de las infecciones oportunistas (para la mayoría de ellas se conoce un dintel de CD4 por encima del cual rara vez se presentan), es un factor determinante para decidir el inicio del tratamiento antirretroviral y es el elemento de decisión fundamental para indicar la profilaxis primaria de infecciones oportunistas. Asimismo, es un indicador importante de la respuesta al tratamiento antirretroviral (3). En las primeras semanas tras la infección por el VIH no es posible detectar la presencia de respuesta humoral ni celular frente al VIH, a pesar de existir cifras muy elevadas de viremia. En esta fase se produce una depleción masiva de linfocitos CD4 memoria específicos para el VIH, debido a la muerte celular producida por el virus (4), mientras que el número de linfocitos CD8 se multiplica hasta por 20. Este descenso de las células CD4 puede traducirse en la pérdida de la protección que estos linfocitos confieren frente a ciertas infecciones. La aparición ocasional de algunas infecciones (como candidiasis orofaríngea) durante la primoinfección es la expresión clínica de este fenómeno. Tras este período “ventana”, que es el necesario para que se cree la respuesta inmunitaria específica, se detectan tanto anticuerpos específicos como linfocitos CD8 con actividad citotóxica frente al VIH (5). Unos seis meses tras la infección, las cifras de CD4 se recuperan de forma parcial, reduciendo la carga viral de forma temporal, hasta alcanzar una situación de equilibrio a los 6-12 meses y que situará la carga viral plasmática entre 102 y 106 copias/ml. El nivel de carga viral plasmática constituye un dato de enorme valor pronóstico en la evolución de la infección, ya que indica el equilibrio alcanzado en un sujeto determinado entre el virus y su sistema inmunitario (6, 7). A partir de entonces se inicia la pérdida progresiva de CD4 a lo largo de varios años, dando lugar a una fase crónica de la infección. La curva de descenso de las células CD4 es directamente proporcional a la carga viral plasmática de VIH (8). Algunos estudios realizados en homosexuales acerca de la historia natural de la infección por el VIH muestran que la media de CD4 antes de la seroconversión se sitúa alrededor de 1000/mm3; esta cifra baja a 780 a los seis meses de la seroconversión y a 670 al año (9). Otros autores han descrito descensos más acusados tras la seroconversión (10). Tras el primer año de infección, el recuento de linfocitos CD4 va disminuyendo un promedio de 50/mm3 al año, aunque existen muchas diferencias de unas personas a otras (9, 11-12). En un estadio avanzado de la enfermedad, caracterizado clínicamente por la aparición de infecciones oportunistas, desde un punto de vista inmunológico se produce una depleción intensa de linfocitos CD4, una disminución de la tasa de producción de anticuerpos neutralizantes, la actividad citotóxica y el número de linfocitos CD8. Este deterioro refleja la destrucción masiva del sistema inmunitario por una replicación vírica elevada. El papel de los linfocitos CD8 Los linfocitos CD8 desempeñan un papel crucial en el control de la replicación del VIH durante la fase precoz de la infección. En esta fase tiene lugar una expansión clonal de linfocitos CD8 con actividad citotóxica (13). Esta respuesta celular es especialmente acusada en la primoinfección y su intensidad se correlaciona con el control de la replicación vírica. Aunque la respuesta celular CD8 es especialmente intensa frente a proteínas del core, se han descrito clones frente a distintos epítopos de la proteína de la envuelta, la transcriptasa inversa, así como frente a proteínas reguladoras. La aparición de linfocitos CD8 específicos frente al VIH lleva a la rápida caída de la carga viral, que se detecta antes incluso de la aparición de la respuesta humoral. No obstante, la respuesta celular específica no se limita a la actividad de los linfocitos CD8, sino que se ha demostrado que una respuesta CD4 específica es importante no sólo para la puesta en marcha de una respuesta inmunitaria eficaz frente al VIH, sino por su propia actividad antiviral. La mayoría de los linfocitos CD8 generados durante la infección primaria mueren en unas semanas. Sólo pervive un reservorio de linfocitos CD8 de memoria específicos frente al VIH, que persistirán de manera indefinida. Además de su acción citolítica, los linfocitos CD8 de pacientes seropositivos inhiben la replicación del VIH en ausencia de destrucción linfocítica, y esta actividad supresora corresponde a la presencia de unos factores solubles llamados quimiocinas, entre las que destacan las CC y CXC (14, 15). A su vez, se postula la existencia de otros factores supresores denominados genéricamente CAF (factores producidos por linfocitos activados). Se desconoce cuál es el mecanismo del fracaso de los CD8 en su intento de controlar la replicación vírica. Se han propuesto varias teorías para intentar explicar este fracaso. La teoría conocida como del escape viral establece que los linfocitos CD8 comienzan a perder su capacidad de reconocer las secuencias genéticas del VIH a consecuencia de las mutaciones que van apareciendo en la cepa salvaje. Otra teoría postula que el VIH puede lesionar algunos clones del repertorio de CD8. Otra teoría propone que se produce un defecto en la activación y proliferación de linfocitos CD8 específicos frente al VIH. La actividad de los linfocitos CD8 parece determinante para modular la velocidad de progresión de la infección por el VIH (16, 17). Algunas personas presentan respuestas vigorosas de CD8 específicos frente al VIH durante períodos prolongados, las cuales pueden controlar la carga viral. Sin embargo, no se conoce bien la naturaleza de este fenómeno. Además, se ha descrito, rara vez en adultos y quizá de manera no tan infrecuente en recién nacidos, una respuesta eficaz de CD8 que puede aparecer antes de que el VIH haya comenzado a replicar en células CD4 o macrófagos, con lo que se prevendría la infección por el VIH y no llegarían a producirse anticuerpos. Mecanismos de depleción de linfocitos CD4 La disminución de los linfocitos CD4 representa el fenómeno más característico de la infección VIH (18). Destrucción de linfocitos CD4 por efecto citopático Dada la cinética agresiva de replicación vírica, probablemente gran parte de la destrucción de células CD4 es consecuencia directa de dicha replicación y del consiguiente efecto citopático en la célula infectada. Los modelos matemáticos desarrollados a partir de las modificaciones en las cifras de carga viral y linfocitos CD4 que provoca el tratamiento con fármacos antirretrovirales de gran eficacia, estiman que alrededor de 108 linfocitos CD4 son destruidos diariamente por el VIH por efecto citopático directo (19). Mecanismos indirectos de destrucción de linfocitos CD4 Los mecanismos de destrucción indirecta pueden clasificarse en aquellos mediados por la propia respuesta inmunitaria del paciente y los que se deben al efecto “tóxico” de proteínas, que alteran las vías de transducción linfocítica y llevan a la muerte celular. Destrucción de linfocitos CD4 mediante mecanismos inmunitarios Los linfocitos CD4 infectados se transforman en dianas del sistema inmunológico y, al expresar péptidos víricos en sus moléculas HLA de clase I, son susceptibles al reconocimiento y destrucción por linfocitos citotóxicos. Destrucción de linfocitos CD4 secundaria a la acción de proteínas tóxicas del virus: apoptosis Numerosos datos experimentales apoyan la hipótesis de que el VIH puede producir apoptosis a través de mecanismos muy diferentes (20): activación crónica del sistema inmunológico, interacción entre los receptores de la membrana celular y la envuelta viral, efecto tóxico de proteínas virales, aumento en la expresión de ligandos citotóxicos y síntesis de citocinas por linfocitos y macrófagos. Alteraciones en la homeostasia de los linfocitos CD4 Bloqueo en la recuperación linfocítica Cuando se inicia la reconstitución inmunológica tras comenzar el tratamiento antirretroviral, se observa una aceleración en la cinética de división linfocítica en la subpoblación CD4 respecto a los sujetos infectados sin tratamiento y a los pacientes seronegativos. Estos datos demuestran que, durante la fase crónica de la infección, existe un bloqueo de la entrada de los linfocitos CD4 en ciclo de división (18). Alteraciones en la redistribución linfocítica La acumulación de partículas víricas en los órganos linfoides origina un reclutamiento de linfocitos en estas zonas. Por tanto, la linfopenia CD4 no se debe únicamente a fenómenos de destrucción linfocítica, sino a un “secuestro” en los órganos linfoides (21). Hiperactivación y agotamiento del sistema inmunológico Además de los mecanismos descritos, algunos autores proponen la existencia de un “agotamiento” del sistema inmunológico para explicar la intensa citopenia generada en el curso de la infección. Según esta hipótesis, la intensa replicación vírica produciría un estado de sobrecarga antigénica y activación continua del sistema inmunológico que conllevaría un aumento del número de ciclos de división de los linfocitos, especialmente los CD8. Este aumento de la cinética dificultaría la homeostasia normal del compartimiento de linfocitos activados, que serían destruidos por programas de apoptosis al cabo de un cierto número de divisiones, disminuyendo a su vez la generación de linfocitos memoria. Determinación de linfocitos CD4 El recuento de linfocitos CD4 suele hacerse mediante citometría de flujo, un método que exige el procesado de las muestras en las 18 horas posteriores a la extracción. El precio varía entre los 50 y 100 euros por determinación. Se dispone de otros sistemas como el TRAX CD4 Test Kit (T Cell Diagnostics), aunque se utilizan poco en los países occidentales (22). Comparados con la técnica de referencia, estos otros sistemas presentan una buena reproducibilidad, son más baratos y tienen un uso más sencillo. Cuando se utilizan varias técnicas, pueden aparecer diferencias en las cifras absolutas de los recuentos de linfocitos CD4. Se recomienda usar siempre la misma técnica en cada paciente con el fin de facilitar la interpretación de los resultados que se van obteniendo a lo largo del tiempo. Variabilidad de los recuentos de CD4 El recuento de CD4 puede verse influido por variaciones inherentes a la técnica de determinación, variación estacional y circadiana, infecciones víricas concomitantes, uso de corticoides o presencia de infecciones oportunistas (en particular, la tuberculosis). Esta variabilidad hace aconsejable que cualquier resultado que implique una toma de decisiones terapéuticas, en especial si el resultado es relativamente inesperado, deba ser confirmado con una segunda determinación. A lo largo del día se producen cambios en el recuento de linfocitos CD4; los valores más bajos se detectan alrededor de las 24 horas y los más altos, sobre las 20 horas (23). Estas variaciones no tienen una correlación clara con el ritmo circadiano de la secreción de corticoides. Se han descrito descensos moderados del recuento de CD4 en la primoinfección por citomegalovirus, la hepatitis B, la tuberculosis, algunas infecciones bacterianas, la histoplasmosis y las intervenciones de cirugía mayor. No se ha detectado que ninguna de las circunstancias siguientes tengan una influencia significativa en el recuento de CD4: sexo, edad, estrés físico o psíquico, forma de contagio del VIH o embarazo (1). La administración aguda de corticoides puede disminuir de forma intensa el recuento de células CD4, desde 900 células/mm3 hasta menos de 300 células/mm3. La administración crónica tiene un efecto menos pronunciado (24). Los cambios agudos se deben, probablemente, a la redistribución de leucocitos entre la circulación periférica y la médula ósea, bazo y ganglios linfáticos (25). Se ha descrito que la esplenectomía y la infección por HTLV-1 pueden elevar la cifra de CD4. El recuento de CD4 en porcentaje En ocasiones se utiliza el porcentaje de linfocitos CD4 sobre el total de linfocitos en lugar del recuento en cifras absolutas. Tiene la ventaja de que está algo menos sujeto a variabilidad, aunque es menos sensible para detectar cambios pequeños (26). En los laboratorios del grupo ACTG (AIDS Clinical Trial Group), el coeficiente de variación intraindividual fue del 18% en el recuento de CD4 en porcentaje y del 25% en el recuento en cifras absolutas (12). En las personas sanas, el porcentaje de CD4 sobre el total de linfocitos oscila alrededor del 40%. Se puede establecer una cierta correlación entre las cifras absolutas y los porcentajes, de manera que los recuentos por encima de 500/mm3 suelen corresponder a tantos por ciento superiores al 29%, cifras de entre 200 y 500/mm3 se sitúan entre el 14% y 28%, y a los valores por debajo de 200/mm3 les corresponden porcentajes inferiores al 14%. La mayoría de los laboratorios ofrecen sus resultados tanto en cifras absolutas como en porcentaje. El recuento de CD4 como marcador subrogado de la infección por el VIH El recuento de CD4 puede usarse como marcador subrogado de la infección por el VIH en los pacientes en que no se dispone de una serología VIH o en aquellos que han rechazado esta determinación (en algunos países se exige el consentimiento informado para realizar la serología VIH). Existen pocas situaciones capaces de producir una depleción de CD4 tan profunda como la infección por el VIH avanzada. La media de CD4 al establecer el diagnóstico de la primera complicación definitoria de SIDA es de 60/mm3. Menos del 10% de los pacientes presenta en ese momento cifras de CD4 por encima de 200/mm3 (27). Por lo tanto, un paciente con CD4 de 700/mm3 y una neumonía por Pneumocystis jiroveci es muy poco probable que tenga una infección por el VIH. El recuento de linfocitos totales también puede ser de utilidad en este sentido y ayudar en situaciones en que no se disponga de recuentos de CD4. Las cifras de linfocitos totales por debajo de 750/mm3 predicen un recuento de CD4 inferior a 200/mm3 (28). Respuesta humoral Los anticuerpos comienzan a aparecer entre las cuatro y ocho semanas posteriores a la infección y tienden a seguir la evolución de la respuesta de los linfocitos CD8. Se dirigen fundamentalmente contra viriones libres, siendo capaces de reconocer gran cantidad de proteínas reguladoras y estructurales del VIH. Algunos de estos anticuerpos tienen capacidad neutralizante in vitro (29). Sin embargo, la producción de anticuerpos con capacidad neutralizante es muy escasa y se observa muy rápidamente un escape viral a éstos. Algunos anticuerpos pueden actuar en células infectadas. También se ha descrito que el suero de pacientes seropositivos puede ejercer un efecto “facilitador” de la infección por el VIH (21). Este fenómeno se debería a la presencia de anticuerpos dirigidos frente a la envoltura del virus, que opsonizarían las partículas víricas y las harían susceptibles de ser fagocitadas por monocitomacrófagos, lo cual paradójicamente aumentaría la infección de éstos por el VIH. Un pequeño número de pacientes infectados no desarrolla anticuerpos. Los anticuerpos no pueden prevenir la infección de nuevas células. La variabilidad genética del VIH contribuye a eludir la presión de los anticuerpos. Las determinaciones de anticuerpos se utilizan fundamentalmente con intención diagnóstica. Estudio de la función de los linfocitos CD4 y CD8. Marcadores de activación inmunitaria Aunque todavía no se han incorporado a la práctica clínica diaria, hay varias determinaciones para evaluar la respuesta inmunológica que están adquiriendo una difusión importante en los laboratorios de investigación. Se prevé una llegada progresiva a los laboratorios clínicos de algunas de las técnicas que, brevemente, se describen a continuación. Función de los linfocitos CD4: test de proliferación linfocítica El análisis de la función de las células T incluye el test de proliferación celular, la producción de quimiocinas y la función helper (colaboradora) con producción de anticuerpos. En las pruebas de proliferación linfocítica se evalúa la reactividad de las células T. Se mide la capacidad de los linfocitos para llevar a cabo una proliferación clonal cuando son estimulados por una molécula extraña, un antígeno o un mitógeno (30). En los protocolos del ACTG se usan estas pruebas de proliferación linfocítica para medir la mejoría de la función inmunológica tras la administración del tratamiento antirretroviral, y también para detectar y cuantificar la respuesta del sistema inmunológico frente a patógenos oportunistas específicos (31). Linfocitos y monocitos son incubados con estos antígenos específicos o compuestos mitógenos de tres a seis días. Durante las últimas 24 horas de incubación se les añade timidina tritiada. La radioactividad incorporada por las células refleja la intensidad de la proliferación de las células. El resultado se expresa en cuentas por minuto (CPM) o en índice de estimulación (cociente entre la CPM con y sin exposición antigénica) (32, 33). La respuesta a proteínas solubles (Candida, tétanos) depende de la presencia de células T con receptor antigénico apropiado en un cultivo tisular. La respuesta a estos antígenos podría ser una propiedad del pool (grupo) memoria de células T. El número de células T específicas para el antígeno depende de la historia de exposición al antígeno y de su intensidad (34). Los resultados de los ensayos de proliferación tras la recuperación inmunológica obtenida con el tratamiento antirretroviral han sido dispares. Varios estudios demuestran una tendencia a la mejoría de la respuesta proliferativa frente a antígenos de citomegalovirus (CMV) y Mycobacterium tuberculosis tras un período de entre tres meses (35) y un año de tratamiento antirretroviral (36). También se ha demostrado un aumento en el repertorio de antígenos a los que los pacientes reaccionan tras la recuperación inmunológica (37). Los ensayos de proliferación podrían ser una herramienta muy útil en el futuro para monitorizar la respuesta del sistema inmunológico, son relativamente sencillos de realizar y permiten procesar una gran cantidad de muestras de forma simultánea. Por otro lado, no permiten detectar cuál es la función efectora de las células que proliferan, ni cuál es el subtipo de células T cuya proliferación se detecta (38). Otras pruebas de laboratorio permiten medir la producción de citocinas por las células T. Dentro de los linfocitos CD4 se pueden distinguir dos subpoblaciones, los Th1 y los Th2, en función del tipo de citocinas que producen tras la activación producida por el antígeno. La determinación in vivo de las proporciones relativas de estas subpoblaciones tras estimulación del sistema inmunológico puede ser de gran interés. En algunos casos, una respuesta dominada por células Th1 puede ser beneficiosa, mientras que una respuesta donde predomine la activación de células Th2 puede ser ineficaz, incluso perjudicial. Las concentraciones de citocinas en líquidos biológicos se pueden medir directamente. También puede determinarse la producción de citocinas por células T tras su estimulación in vitro (38-40). La citometría de flujo también desempeña un papel interesante en la determinación de la concentración de células circulantes específicas para antígenos concretos (41). En los pacientes capaces de controlar la infección por CMV exclusivamente con tratamiento antirretroviral se ha demostrado una frecuencia de células CD4+ específicas frente a CMV superior a la detectada en los pacientes con enfermedad de órgano por CMV, aunque en ambos grupos de pacientes se detectaban células CD4+ específicas frente a CMV (42). Función de los linfocitos CD8: respuesta citotóxica Los estudios sobre la función de los linfocitos CD8+ tras el tratamiento antirretroviral se han centrado en la respuesta citotóxica (CTL) frente a los antígenos del VIH (43). Parece que la respuesta CTL específica frente al VIH disminuye de manera exponencial tras la supresión de la viremia del VIH con antirretrovirales (44). La prueba más utilizada para la determinación de la capacidad citotóxica se basa en el empleo de cromato de sodio, con el que se marcan una selección de células diana. Éstas son incubadas posteriormente durante 4-6 horas con la población celular efectora a estudio. Tras este tiempo, se cuantifica la cantidad de cromo libre en el sobrenadante, siendo esto indicativo de la proporción de células diana lisadas (38, 45). Estudio de la activación inmunológica La infección por el VIH produce un estado de activación inmunitaria caracterizado por un aumento en la capacidad de proliferación linfocítica espontánea, una hipergammaglobulinemia policlonal, un incremento en las respuestas citotóxica y proliferativa a proteínas víricas, una alteración de los fenotipos de linfocitos T, un aumento de la producción de quimiocinas y un incremento de la concentración sérica de algunas proteínas (β2-microglobulina, neopterina). Se ha demostrado una correlación entre la activación inmunológica y la progresión a sida y muerte con el aumento de linfocitos CD8-38 (46). Los fenotipos linfocíticos que se usan como marcadores de activación inmunológica son CD25 (la cadena alfa del receptor de IL-2), CD28 (una molécula coestimuladora) y CD38 (32, 33). Junto a la mejoría en el repertorio de células T, se ha podido demostrar una disminución significativa de los marcadores de activación inmunológica cuando se suprime la replicación vírica con tratamiento (32, 33). Medición de la inmunidad específica frente al VIH La respuesta inmunitaria frente al propio VIH también ha ofrecido resultados dispares. Se ha comunicado que la existencia de una respuesta proliferativa intensa frente a la proteína p24 es más frecuente en los pacientes con infección por el VIH no progresores (47). Los cambios que el tratamiento antirretroviral produce sobre la inmunidad específica frente al VIH todavía no están aclarados definitivamente. Se ha publicado que la mejoría de la respuesta proliferativa frente a la proteína p24 es escasa e inestable (48). Parece ser que el aumento en la respuesta proliferativa frente al VIH a corto plazo es débil (49), algo más intenso en pacientes que reciben tratamiento antirretroviral de forma prolongada (50) o antirretrovirales asociados a IL-2 (51). Esto se aplica incluso a pacientes que tienen una respuesta proliferativa intensa frente a otros antígenos (35). Cuando se inicia tratamiento antirretroviral durante la primoinfección y, tras controlar la replicación vírica se realizan interrupciones programadas del tratamiento, se consigue, en ocasiones, reactivar la respuesta proliferativa frente al VIH y, en algunos pacientes, obtener una supresión vírica prolongada (52). De todas formas, los beneficios teóricos de la interrupción programada del tratamiento con el fin de reestimular la inmunidad del paciente frente al VIH, o de recuperar una cepa salvaje en casos de multirresistencia, no han podido confirmarse en ensayos clínicos (53-55). Bibliografía 1. Laurence, J. 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