Inmunología, inmunopatología y vacunación en

I+D EMPRESAS I IDT BIOLOGIKA
Inmunología, inmunopatología
y vacunación en influenza (I)
Dr. Fernando Fariñas Guerrero
Instituto de Inmunología Clínica
y Enfermedades Infecciosas
Grupo Instituto de Inmunología Clínica
y Terapia Celular (ImmuneStem)
www.immunestem.com
El virus de la influenza porcina pertenece
a la familia Orthomyxoviridae, compuesta por virus ARN “envueltos” (figura 1).
Están clasificados en subtipos basados en
diferencias antigénicas entre sus dos glicoproteínas de superficie: hemaglutinina
(H) y neuraminidasa (N). Se han identificado 18 subtipos de H (H1-H18) y 11
subtipos de N (N1-N11) para los virus de
influenza A. En cerdos se han encontrado
dos subtipos de H (H1 y H3) y tres subtipos de N (N1, N2 y N8). En Europa los
tres principales subtipos que producen
enfermedad en el ganado porcino son el
H1N1, H1N2 y H3N2. En España están
presentes los tres.
La gripe o influenza en cerdos se reconoce
clínicamente como una enfermedad respiratoria aguda caracterizada por fiebre,
tos, letargia, anorexia y descarga nasal,
habiéndose descrito igualmente como
responsable de trastornos reproductivos.
Su presentación en las granjas se puede
dar de forma epidémica (clásica) o de forma endémica (recurrente). En la primera,
los brotes aparecen de forma periódica,
afectando a un elevado porcentaje de animales al mismo tiempo. En la segunda o
forma endémica, la enfermedad se manifiesta de forma mucho menos evidente,
donde el virus recircula constantemente
dentro de la población generando un cuadro clínico poco aparente, menos agresivo y afectando a menos animales.
La vacunación contra la influenza porcina ha sido estandarizada como la técnica
más empleada en términos de prevención
de la enfermedad, ya que no solo disminuye el riesgo de infección en los individuos
expuestos, sino que también previene la
diseminación del virus. Las vacunas más
empleadas son las inactivadas, en las que
se utilizan cepas de tipo H1N1 y H3N2.
Sin embargo, la idea de desarrollar vacunas eficaces que desarrollen inmunidad
cruzada ha sido desafiada por el rápido
cambio en algunos subtipos virales, debido a la aparición de nuevos mutantes
antigénicos. Estas vacunas inactivadas,
comercialmente disponibles desde 1994,
han mostrado un papel determinante en
la prevención de la infección a través de la
generación de anticuerpos frente al virus.
Además, los test de inhibición de la hemaglutinación en suero se han utilizado para
predecir la protección clínica. Sin embargo, los títulos protectivos de anticuerpos
frente a virus homólogos pueden proveer
sólo una protección parcial frente al desafío con cepas heterólogas. Actualmen-
Figura 1. Estructura del virus de la influenza.
Lípido
de
membrana
NA
(neuraminidasa)
84
n
SUIS Nº 124 Enero/Febrero 2016
M1
(proteína
matriz)
IL-2
IL-12
INF-γ
Las enfermedades infecciosas en un individuo no se deben exclusivamente a la
presencia de un patógeno, sino a la interacción de éste con el sistema inmunitario.
La respuesta inmunitaria se puede dividir
en dos tipos; la que se presenta al inicio,
intentando contener al patógeno rápidamente, e incapaz de dar lugar a una respuesta de memoria (respuesta inmunitaria
innata), y aquella que es capaz de montar
toda una serie de estrategias particulares
y sumamente específicas para eliminar al
agente invasor y crear memoria (respuesta
inmunitaria adaptativa).
Durante las primeras fases de la infección, la inmunidad innata se constituye
en la primera línea de defensa del huésped frente a la invasión por el agente infeccioso. En esta respuesta inmunitaria
innata participan células entre las que se
incluyen macrófagos, células dendríticas,
neutrófilos y células natural killer (NK),
Th2
IL-4
IL-5
IL-13
+
T
Tc
+
–
+
>>IgG2
NK
–
B
–
–
CP
A
M2
(canal
iónico)
HA
(hemaglutinina)
TNF-α
T
CP
A
ARN
GENERALIDADES DE LA
RESPUESTA INMUNITARIA
Figura 2. Respuesta celular (Th1) y respuesta humoral (Th2).
Th1
Polimerasa
te, es más que conocido el hecho de que
una protección eficaz frente a la influenza
requiere tanto de una óptima inmunidad
humoral basada en la producción de anticuerpos neutralizantes y anticuerpos de
mucosas (especialmente IgA secretora e
IgG), como de una potente inmunidad celular con activación de células citotóxicas
CD8+ efectoras.
NK
Tc
B
+
>IgG1, IgE e Ig
I+D EMPRESAS I IDT BIOLOGIKA
que están equipadas con receptores para
la detección de los patógenos.
Todos los patógenos llevan consigo una
seña de identidad, una serie de moléculas
que son fácilmente reconocidas por las células del sistema inmunitario. A estas señales se les denominan PAMPs (patrones
moleculares asociados a patógenos). Estas
moléculas son reconocidas por las células
inmunitarias a través de unos receptores
llamados PRR (receptores de reconocimiento de patrones). Dentro de estos receptores los hay de diversos tipos. Los más
conocidos son los llamados TLR (receptores tipo Toll), entre los que se encuentran
aquellos que reconocen específicamente
estructuras como los lipopolisacáridos
bacterianos (TLR2 y TLR4), o la flagelina
(proteína del flagelo) de bacterias y parásitos (TLR5), entre otros. Además de estos
TLR, que se sitúan en la superficie de las
células inmunitarias, también existen receptores de reconocimiento de patógenos
dentro de las células (llamados NLR, y
RLR, entre otros), que están especializados en reconocer moléculas pertenecientes
a organismos intracelulares (virus, bacterias intracelulares, rickettsias, leishmania,
toxoplasmas, hongos tipo histoplasma y
criptococos, etc.).
La estimulación de cualquiera de estos
receptores por parte de un patógeno, va
a conllevar la producción de una serie de
mediadores inflamatorios (citoquinas).
Entre estos mediadores o citoquinas se
encuentran los interferones tipo I (IFN α
y β), que se emplean para establecer mecanismos de defensa frente a la infección
por agentes intracelulares (principalmente virus), y otros que modulan el paso a
una segunda fase de respuesta más específica (inmunidad adaptativa), induciendo
la proliferación de la células T de memoria, potenciando la secreción de IFN-γ, la
diferenciación de las células B a células
plasmáticas productoras de anticuerpos,
o la activación de la células NK y linfocitos T8 citotóxicos.
A diferencia de la inmunidad innata, la
inmunidad adaptativa es específica frente
a un determinado antígeno y crea memoria. La acción coordinada de los linfocitos
CD4+ (T4 o helper), CD8+ (citotóxicos/
supresores) y B efectoras (células plasmáticas) darán lugar al desarrollo de esta segunda fase de respuesta específica frente a
la infección.
Dependiendo del tipo y moléculas que
se formen durante la respuesta innata, el
Figura 3. Respuestas frente al patógeno.
Th2
GATA-3
STAT-6
IL-4
Parásitos extracelulares
(helmintos)
IL-4
Célula
T-CD4+ no
diferenciada
Th1
INF- γ
IL-12
TGF-β
IL-6
T-bet
STAT-4
INF-γ
Parásitos
intracelulares
IL-17
Bacterias
extracelulares
Autoinmunidad
Th17
STAT-3
Treg
TGF-β
Foxp3
balance final de citoquinas que se formen
determinará el desarrollo posterior de una
respuesta adaptativa basada fundamentalmente en una respuesta celular (Th1)
con activación de linfocitos T8 citotóxicos y NK, una respuesta humoral (Th2)
con producción de una alta cantidad y
calidad de anticuerpos, una respuesta basada en la activación de polimorfonucleares neutrófilos (Th17) o una respuesta de
carácter mixto (Th1+Th2) (figura 2).
Las células Th1 y Th17 promueven
principalmente la respuesta celular contra patógenos intracelulares entre los
que se encuentran virus, algunas bacterias (micobacterias, salmonela, listeria,
etc.), rickettsias, parásitos protozoarios
(coccidios, toxoplasmas, etc.) y algunos
hongos (histoplasmas, criptococos, etc.).
En las infecciones por estos agentes intracelulares, las células Th1 secretan citoquinas (interleuquina 2, interleuquina
12, interferón-γ, etc.) que activan la proliferación de células T CD8+ citotóxicas
principalmente y NK. De esta forma estas
células T citotóxicas, una vez activadas,
migran hacia el foco de infección, y una
vez reconocidas las células infectadas, se
unen a ellas estrechamente y las “perforan” valiéndose de una proteína llamada
perforina y aprovechando ésta para inyectar en la célula infectada otra serie de
proteínas (granzimas), que van a acabar
con la célula infectada y el agente patógeno que esta esconde en su interior.
Para la defensa frente a agentes extra-
TGF-β
IL-10
Inmunosupresión
celulares, parásitos macroscópicos (helmintos) y toxinas, el sistema inmunitario
dispone de la respuesta Th2. Los linfocitos Th2 producen una serie de citoquinas
(IL-4, IL-5, IL-10 e IL-13), estimulando
con ello una respuesta inmunitaria de tipo
humoral, caracterizada por la producción
de grandes cantidades de inmunoglobulinas por parte de los linfocitos B, principalmente IgM, IgA, IgE e IgG1, que será
responsable de la defensa frente a estos
agentes infecciosos extracelulares y sus
toxinas.
Recientemente se han descrito otras
subpoblaciones de células T conocidas
como células T reguladoras (Treg), cuya
función principal es la de modular la respuesta inmunitaria como mecanismo de
prevención del daño tisular. Estas células juegan un papel muy importante ya
que una respuesta adaptativa apropiada
se traduce en la eliminación del agente
patógeno y la resolución de la enfermedad, pero un fallo en la regulación de esta
respuesta se traduce en el desarrollo de
cuadros inmunopatológicos (autoinmunidad, alergias, enfermedades por inmunocomplejos, etc.). Las células Treg son
capaces de inhibir y modular los fenómenos inmunopatológicos controlando
la respuesta exacerbada de los Th1, Th2,
y Th17. Si este control falla, tendremos
una patología inmunomediada asociada
a la infección, cuyas consecuencias pueden ser peores que el daño que el propio
patógeno pueda producir. Sin embargo, y
SUIS Nº 124 Enero/Febrero 2016
n
85
I+D EMPRESAS I IDT BIOLOGIKA
por otro lado, una sobreactivación de las
Treg durante una respuesta inmunitaria
puede hacer al huésped tolerante frente
al patógeno, estableciendo un mecanismo
de “no respuesta” frente al mismo, facilitando su implantación, multiplicación y
diseminación (figura 3).
RESPUESTA INMUNITARIA
FRENTE AL VIRUS DE LA
GRIPE
El tracto respiratorio no es sólo el lugar
de infección para los virus influenza, sino
que también es el lugar donde se ejerce la
defensa frente a la infección. Como ya se
ha comentado en la introducción general,
la infección de las células del tracto respiratorio origina la activación de la respuesta inmunitaria innata frente al virus. Si
este es capaz de superar esta primera fase
de respuesta, entonces se pone en marcha
una segunda fase de inmunidad adaptativa, más específica, llevada a cabo por linfocitos T (T4 o helper y T8 o citotóxicos)
y linfocitos B para la producción tanto
de respuestas de tipo celular (Th1) como
humoral (Th2) con producción de altos
niveles de anticuerpos neutralizantes.
En muchas ocasiones la patología inducida por un agente infeccioso no sólo se debe
a la virulencia del mismo, sino también al
desarrollo de respuestas inmunopatológicas por parte del sistema inmunitario que
dañan al propio organismo. Estos fenómenos inmunopatológicos se han descrito
en la infección por el virus influenza, cuya
patogenicidad en algunas cepas ha sido
correlacionada con una excesiva respuesta inmunitaria. La rápida acumulación de
citoquinas proinflamatorias (tormenta de
citoquinas) después de la infección juega
un papel importante en la morbilidad y
mortalidad de los individuos afectados.
En ratones y humanos, niveles muy altos
de citoquinas como TNF-α, RANTES
(regulador de activación, secreción y expresión normal de células T), MIP 1α, y
1β (proteína inflamatoria de macrófagos)
y MCP-1 (proteína-1 quimiotáctica de
monocitos), fueron marcadamente altos
en individuos infectados con virus H5N1,
comparado con los infectados con H3N2
o H1N1. En cerdos, estas citoquinas y
otras como la IL-12, IL-18 e IFN-γ juegan
un papel importante en la patogénesis de
influenza.
La acción pleiotrópica o multifuncional
de estas citoquinas, da lugar a una serie
86
n
SUIS Nº 124 Enero/Febrero 2016
de signos asociados entre los que figuran
el cuadro constitucional (fiebre, anorexia/
hiporexia, decaimiento), y la producción
de proteínas de fase aguda (PFA) como
la haptoglobina (HG), proteína de unión
al lipopolisacárido (LBP) y la proteína C
reactiva (PCR), fabricadas por el hígado
en respuesta a la actividad de dichas citoquinas. Infecciones experimentales con
virus influenza en voluntarios humanos,
muestran un pico de PCR en suero tres
días después de la infección. Este pico es
significativamente más alto en la infección
natural. En cerdos, dicho pico también se
da de forma similar, encontrándose una
mayor cantidad de estas proteínas de fase
aguda a nivel de lavados broncoalveolares (LBA), comparados con muestras de
suero.
RESPUESTA INMUNITARIA
INNATA
Cuando el virus de la gripe infecta a las
células del tracto respiratorio, la respuesta innata se pone en funcionamiento rápidamente y controla la replicación viral
durante las primeras fases de la infección.
Las células epiteliales pulmonares infectadas por el virus inician la respuesta inmunitaria mediante la liberación de una serie
de proteínas (citoquinas y quimioquinas)
que movilizan las células inmunitarias hacia el foco de infección.
Los principales receptores TLR encargados de reconocer al virus de la gripe son
TLR3, TLR7 y TLR8, RIG-1 y NALP-3,
estos dos últimos son receptores intracelulares. La estimulación de estos TLR conlleva la producción de mediadores y citoquinas como el interferón tipo I (IFN α y
β). Estos mediadores forman parte de la
primera línea de defensa antiviral y modulan el paso a la inmunidad adaptativa.
Estudios en animales y humanos han demostrado que la liberación temprana de
altos niveles nasales y pulmonares de IFN
tipo I, se correlacionan con una menor replicación del virus gripal.
RESPUESTA INMUNITARIA
ADAPTATIVA
El reconocimiento del virus influenza por
la interacción de las células del sistema
inmunitario innato dará lugar a la activación de la inmunidad adaptativa, que
reconocerá antígenos virales específicos
para su eliminación. La respuesta inmunitaria adaptativa es específica frente a
un determinado antígeno y crea memoria. La acción coordinada de las células
T4 o helper, T8 citotóxicas y B efectoras
(plasmáticas) serán las encargadas de eliminar la infección y de proteger contra la
reinfección.
Cuando los macrófagos y células dendríticas reconocen al virus en el sistema respiratorio, migran a los nódulos linfáticos
regionales, donde presentarán los antígenos virales a los linfocitos T, y estos se diferenciaran a células T colaboradoras (Th
o T helper) de tipo Th1, Th2 o Th17, que
desarrollarán respuestas eminentemente
de tipo celular, humoral (formación de
anticuerpos) o mixtas.
Los anticuerpos cumplen un papel relativamente pobre en las infecciones virales
agudas; sin embargo son importantes en
la prevención de reinfecciones. Estos anticuerpos pueden unirse a epítopos presentes en las proteínas de superficie de la
partícula viral favoreciendo la neutralización del virus, que reduce su infectividad.
La existencia de anticuerpos previos, puede frenar la infección más rápidamente.
En la infección por virus influenza, los
anticuerpos antihemaglutinina (anti-H)
previenen la entrada del virus en la célula
diana, mientras que los antineuraminidasa (anti-N), no son capaces de neutralizar el virus, pero limitan la liberación de
partículas virales desde la superficie de la
célula infectada.
Como ya se ha comentado, las células
T reguladoras juegan un papel muy importante en el control de mecanismos inmunopatológicos dañinos para el propio
huésped. Una respuesta adaptativa apropiada se traduce en la eliminación del virus y la resolución de la enfermedad, pero
un fallo en la regulación de esta respuesta
por parte de estas células reguladoras se
traduce en inmunopatología y daño pulmonar. Actualmente se ha demostrado
que algunos virus, como el de la gripe o
influenza, son capaces de sobreactivar a
las células T reguladoras induciendo una
respuesta de “tolerancia” a la infección, y
por lo tanto, facilitando el proceso viral.
Este es uno de los mecanismos de inmunoevasión empleado por el virus para su
supervivencia. Otra estrategia de evasión
empleada por este patógeno es a través
de la proteína no estructural NS1 del virus, que es capaz de inhibir la respuesta
inmunitaria del huésped bloqueando la
producción de interferón tipo I (α y β).