CITOCINAS A) Introducción Las citocinas son proteínas producidas

CITOCINAS
Antonio Alonso, octubre 2003
A) Introducción
Las citocinas son proteínas producidas por células de la
inmunidad innata y adquirida que median muchas de las
acciones de estas células.
En líneas generales las citocinas liberadas en la fase de
activación de la respuesta inmune activan el crecimiento y
diferenciación de los linfocitos mientras que en la fase
efectora activan a las células efectoras para eliminar a los
microbios u otros antígenos.
El nombre citocinas es un término genérico. Las citocinas
producidas por los fagocitos mononucleares se han llamado clásicamente monocinas y las producidas por los
linfocitos linfocinas. No obstante el desarrollo de técnicas
moléculas ha permitido observar que una misma citocina
puede ser sintetizada por linfocitos, monocitos y otros tipos de células. Por este motivo el termino citocina parece
el más apropiado.
Dado que muchas citocinas son sintetizadas por leucocitos y actúan sobre otros leucocitos, se les llama interleucinas. El término es incorrecto porque algunas citocinas que
son producidas por leucocitos y actúan sobre leucocitos,
por razones históricas no se les llama interleucinas. A la
inversa, muchas citocinas llamadas interleucinas son producidas por células no leucocitarias y actúan sobre células
no leucocitarias.
A pesar de estas incongruencias el término interleucina se
ha generalizado porque ha medida que se han ido caracterizando se les ha ido dando nombres dentro de una nomenclatura standard (IL-1, IL-2, etc.).
Las distintas interleucinas han recibido en el pasado nombres muy diversos pero también muy útiles porque en el
propio nombre iba descrito su origen o su función. Por
ejemplo, la IL-2 (nombre que per se no dice nada) antes
se llamaba factor de crecimiento de los linfocitos T (nombre que define de manera muy precisa su función más
importante).
B) Propiedades generales comunes a todas las citocinas
Índice
A) Introducción
B) Propiedades generales comunes a
todas las citocinas
C) Clasificación
D) Receptores de citocinas
E) Señalización vía JAKISTAT
F) Citocinas de la Inmunidad Innata
1. TNF
2. lnteleucina 1
3. Quimiocinas
4. lnterleucina 12
5. lnterferones tipo 1
6. lnterleucina 10
7. lnterleucina 6
8. lnterleucina 15
9. lnterleucina 18
G) Papel de las citocinas en la respuesta innata y en la inflamación
H) Citocinas de la inmunidad adaptativa
1. Interleucina 2
2. lnterleucina 4
3. lnterleucina 5
4. lnterferón y
5. Factor β transformante del crecimiento
6. Linfotoxina
7. lnterleucina 13
8. Otras citoc. (IL-16, IL-17, MIF)
I) Papel de las citocinas en la Inmunidad Adaptativa
1. Propiedades de las subpoblaciones T CD4+
2. Desarrollo de Th1 y Th2
3. Funciones efectoras de Th1 y
Th2
J) Citocinas de la Hematopoyesis
1. Factor de la Stem Cell
2. lnterleucina 7
3. Interleucina 3
4. GM-SCF
5. M-CSF
6. G-CSF
7. lnterleucina 9
8. lnterleucina 11
1
1
2
3
4
5
5
8
9
11
12
13
14
14
15
15
16
17
19
20
20
22
22
23
23
23
23
24
25
28
28
29
29
30
30
30
30
30
1. La secreción de citocinas es un fenómeno lento, breve
y autolimitado. La mayoría de las citocinas no se encuentran almacenadas en la célula, por lo tanto su síntesis requiere transcripción de su material genético y
traducción del RNAm. A veces requiere además procesamiento del RNA y transformaciones postraducción de un péptido precursor antes de obtener la proteína activa. Esto explica la lentitud en su liberación. Además el RNAm es inestable lo que explica la brevedad. Las citocinas sintetizadas son inmediatamente secretadas, aunque hay algunas excepciones.
Citocinas
Página
2
2. Las acciones de la citocinas son a menudo pleiotrópicas y redundantes. Si una citocina actúa sobre
diversos tipos celulares se dice que es pleiotrópica. Esta propiedad le permite a las citocinas modular varios efectos biológicos al mismo tiempo. Si varias citocinas tienen el mismo efecto biológico se
dice que son redundantes.
3. Algunas citocinas influencian la síntesis y las acciones de otras citocinas. Por esto la liberación de
una citocina puede disparar reacción en cadena con liberación de otras citocinas. Las citocinas liberadas en la cascada pueden ser agonistas o antagonistas de la primera.
4. La acción de las citocinas puede realizarse localmente o a distancia. Cuando actúan localmente
sobre la misma célula que la produce se dice que su efecto es autocrino, si actúan sobre células vecinas su efecto se llama paracrino y si pasa a la circulación y se dispersan para actuar a distancia su
efecto es endocrino.
5. Las citocinas, como las hormonas polipeptídicas, inician su acción uniéndose a receptores específicos de la superficie de su célula diana. Esta unión se realiza con gran afinidad (Kd: 10-10-10-12 M) por
lo que son necesarias cantidades muy pequeñas de citocinas para desencadenar el efecto biológico. La concentración de receptores de citocinas en las células diana es baja: 100-1000 receptores /
célula.
6. La expresión de receptores de citocinas está regulada por señales externas a la célula. Estas señales determinan por tanto el nivel de respuesta de las células a las citocinas. Por ejemplo, cuando los
linfocitos T reconocen a su antígeno específico expresan el receptor para IL-2. Esto focaliza la acción de la IL-2 sobre los linfocitos estimulados por antígenos quedando los no estimulados insensibles a la citocina. De esta forma una citocina que no es antígeno específica queda condicionada por
la especificidad del receptor del linfocito T por su antígeno.
7. En la mayoría de los casos la acción de una citocina sobre una célula conduce a trascripción y traducción y esto conlleva la adquisición de nuevas funciones y en algunos casos a la proliferación de
dicha célula. Existen tres excepciones a esta regla: las quimiocinas, el TNF y la IL-15, que actúan
de forma muy rápida por encontrarse presintetizadas y almacenadas en la célula.
C) Clasificación.
No existe ninguna clasificación buena de las citocinas. Lo menos malo es hablar de categorías funcionales. Las citocinas se pueden agrupar en tres categorías:
- de la inmunidad innata
- de la inmunidad adquirida
- de la hematopoyesis
En general las citocinas de la inmunidad innata y la adquirida son producidas por células distintas y actúan sobre poblaciones celulares diferentes (tabla 1).
Tabla 1 - Algunas propiedades que distinguen a las citocinas de la inmunidad innata y adquirida
Inmunidad innata
Ejemplo de citocinas
TNF-α, IL-1, IL-12, IFN-γ
Producidas fundamentalmente Macrófagos, NK
por
LPS, peptidoglicanos bacterianos,
RNA viral, citocinas producidas por
Tras el estimulo de
linf T (IFN-γ)
Función biológica principal
Cantidad producida
Inmunidad adquirida
IL-2, IL-4, IL-5, IFN-γ
Linocitos T
Antígenos proteicos
Mediadores de la inmunidad adquirida:
regulación del crecimiento y diferenciaMediadores de la Inmunidad innata y
ción de los linfocitos y activación de
de la inflamación (local y sistémica)
células efectoras como macrófagos,
eosinófilos y cél. cebadas.
Generalmente baja, no detectable en
Puede ser alta, detectable en suero
suero.
Citocinas
Página
Efectos
Sistémicos y locales
Participan en enfermedades
Sistémicas, como el shock séptico
3
Habitualmente solo locales
Lesión tisular local, como la inflamación
granulomatosa.
D) Receptores de citocinas
Los receptores de citocinas están formados por una o más proteínas transmembrana. El extremo extracelular es el ligando de la citocina y el citoplasmático inicia las vías de señalización intracelular. Estas
vías de señalización se inician por reagrupamiento de los receptores tras unirse a la citocina, lo que
aproxima entre si a las regiones citoplasmáticas de los receptores, de una forma muy similar a cómo se
activan los receptores para el antígeno de los linfocitos T y B. La clasificación de receptores de citocinas
más usada se basa en el parecido estructural de la porción extracelular de los receptores. Los receptores de citocinas se agrupan en cinco familias (fig. 1).
Receptor tipo Ig
s
s
Receptor con siete
cadenas
transmembrana
en hélice alfa
s
s
s
s
IL-1, M-CSF
SCF
Quimiocinas
Receptores tipo Ig:
IL-2R
IL-15R
IL-4R
α β γ
α β γ
β γ
Cadena gamma común
α β
gp130
Receptores tipo TNF:
Contienen dominios
extracelulares ricos en
cisteína. Una vez que
se han unido a su
ligando activan a proteínas intracelulares
asociadas que inducen la apoptosis y/o
estimulan la expresión
de genes.
gp130
Receptores tipo II:
Como los de tipo I Fig. 2- Subunidades de algunos receptores de citocinas de tipo I
poseen dos dominios
IL-6R
extracelulares
con
cisteínas conservadas
s
s
s
s
pero no contienen la
secuencia WSXWS.
GM-CSFR
IL-5R
Una cadena se une a
la citocina y la otra
transduce la señal.
IL-11R
s
s
gp130
Receptores tipo I:
Fig. 1- Familias de receptores de citocinas
Se les llama también
Receptor tipo II
Receptor tipo TNF
Receptor tipo I
receptores de hemopo- W=triptófano
yetina y poseen una o S= serina
más copias de un domi- X= cualquier Aa.
nio con dos pares de
CysCysCyscisteína y una secuencia
proximal WSXWS conWSXWS
servados (fig. 2). Estos
receptores se unen a
citocinas que están pleIL-2 IL-6 IL-12
gadas en 4 hélices alfa. IL-3 IL-7 IL-13
TNFα, LT, CD40L
IL-10
Unas cadenas del re- IL-4 IL-9 IL-15 IFNα, IFNβ, IFNγ
FasL, NGF
IL-5 IL-11
ceptor se encargan de
GM-CSF, G-CSF
unirse a la citocina y
otras de transmitir la señal a la célula.
α β
Cadena beta común Glicoproteína 130 común
Citocinas
Página
4
Reciben este nombre por poseer dominios extracelulares tipo Ig. El modo de señalización es distinto
dependiendo del receptor.
Receptores con siete cadenas transmembrana en hélice α:
También se les llama “serpenteantes” porque entran y salen de la célula serpenteando. El genoma humano codifica muchos receptores de este tipo relacionados con la recepción de estímulos ambientales. Los relacionados con el sistema inmune son estimulados por las quimiocinas.
La clasificación de receptores basada en sus dominios extracelulares es útil para entender la unión de
sus ligandos pero no dice nada de cómo las citocinas activan a sus células diana, que depende, obviamente de los dominios intracelulares de los receptores.
Los receptores de distintas citocinas activan vías metabólicas intracelulares diferentes (tabla 2).
Tabla 2 – Vías de activación, receptores y mecanismos de señalización de las citocinas
Vía
JAK/STAT
Receptores que usan esta vía
Receptores tipo I y tipo II
Mecanismo de señalización
Fosforilación mediada por JAK y activación de los
factores de transcripción STAT
TRAFs
Familia de receptores del TNF: TNF-RII, Unión de proteínas adaptadoras, activación de
CD40
factores de transcripción.
“Dominios de muer- Familia de receptores del TNF: TNF-RI, Unión de proteínas adaptadoras, activación de
te”
Fas
caspasas.
A través de recep- IL-1R, IL-18R (homólogo al la proteína Unión de proteínas adaptadoras, activación de
tor “de peaje”
toll de la drosphila)
factores de transcripción.
Tirosin kinasas
M-CSFR, SCFR
Actividad tirosin kinasa intrínseca del receptor
Proteína G
Receptores de quimiocinas
JAK: Janus kinase (Kinasa Jano).
STAT:Signal transducer and activator of transcription (Transductor de señal y activador de trascripción)
TRAFs: TNF Receptor-Associated Factors (Factores asociados al receptor de TNF)
M-CSFR: Monocyte-Colony Stimulatín Factor Receptor (Receptor de Factor Estimulante de Colonias de Monocitos)
SCFR: Stem cell Factor Receptor (Receptor del Factor de la Stem Cell)
E) E) Señalización de citocinas vía Kinasas Jano (JAK) y Transductores de Señales y Activadores de Trascripción (STAT):
Uno de los mecanismos mejor entendidos por los que las citocinas trasducen señales para inducir re
puestas en las células diana son aquellos en los que participan las enzimas llamadas kinasas Jano
factores de trascripción llamados transductores de señales y activadores de trascripción. Las vías de
señalización JAK/STAT son usadas por todos los receptores de citocinas tipos I y Il. El estudio de
estas vías ha revelado la relación directa que existe entre la unión de la citocina a su receptor y la
activación trascripcional de los genes implicados.
El descubrimiento de las vías JAK/STAT se hizo por análisis genético y bioquímico de la vía de señalización de los interferones. Las regiones promotores de los genes sensibles a interferones contiene
secuencias que ligan a proteínas celulares que son fosforiladas cuando la célula se trata con interferón. Se observó que estas proteínas activan la trascripción de genes sensibles a la citocina y fueron
llamadas transductoras de señales y activadoras de la trascripción. Se crearon líneas celulares mutantes insensibles a los interferones y se observó que la causa de esta insensibilidad era la ausencia
de algunas de estas proteínas. Además, cuando se trasfectaron los genes de estas proteínas se
restableció la sensibilidad de las líneas a los interferones. Esto estableció el papel fundamental de
estas proteínas en la respuesta a estas citocinas. En otras líneas celulares mutantes se encontró
que eran deficitarias en una o más tirosinkinasas. Estas kinasas poseen dos dominios de kinasa por
lo que se les llamó kinas Jano, en recuerdo del dios romano con dos caras. De estos dos dominios
Citocinas
Página
5
de kinasa sólo uno tiene actividad enzimática. Estudios posteriores entre los que se encuentra el
análisis de ratones knockout para JAK y/o STAT han puesto de manifiesto que estas vías de señalización JAK/STAT son usadas por muchas citocinas y hormonas.
F) Citocinas de la inmunidad innata
Son producidas fundamentalmente por los fagocitos mononucleares en respuesta a agentes infecciosos
(por ejemplo LPS bacteriano o RNA bicatenario viral) y por macrófagos activados por linfocitos T activados. La mayoría de las citocinas de esta categoría estimulan las reacciones inflamatorias ante microbios. La tabla 3 resume las citocinas de esta categoría. El interferón gamma (IFN-γ) actúa en la respuesta inmune innata y en la adquirida).
Tabla 3 – Algunas propiedades de las citocinas de la inmunidad innata
Citocina
Tamaño
Origen
TNF
Homotrimero 51kD
Macrófagos
Linf. T
IL-1
Precursor de 33kD
IL-1: 17kD
Quimiocinas
(ver
tabla 8-12kD
siguiente)
IL-12
IFNs tipo I:
IFN-α, IFN-β
IL-10
Heterodímero 35kD
+ subunidades 40kD
IFN-α: 15-21kD
IFN-β: 20-25kD
Heteridímero
40kD
Subunidades
18kD
IL-6
19-26kD
IL-15
13kD
IL-18
17kD
Macrófagos
C. endoteliales
C. epiteliales
Macrófagos
C. endoteliales
Linf . T
Fibroblastos
Plaquetas
Macrófagos
C. dendríticas
IFN-α: Macrófagos
IFN-β: Fibroblastos
34Macrófagos
de Linf. T(+ los TH2)
Dianas
C. Endoteliales→
Neutrófilos→
Hipotálamo→
Hígado→
Músculo→
Muchas células→
C. Endoteliales→
Hipotálamo→
Hígado→
Función
Activación (inflamación, coagulación)
Activación
Fiebre
Síntesis de proteínas de fase aguda
Catabolismo graso → caquexia
Apoptosis
Leucocitos→
Quimiotáxis, activación
NK y Linf. T→
Linf. T→
Síntesis de IFN-γ y actividad citolítica
Diferenciación a TH1
Todas las cél.→
NK→
Estado antiviral, expresión HLA-I
Activación
Macrófagos→
Inhibición prod. IL-12, aumento de
HLA-II y coestimuladores
Proliferación
Linf. B→
Macrófagos
Hígado→
C. endoteliales
Linf. B→
Linf. T
Macrófagos
y NK→
otras c.
Linfoc. T→
Macrófagos
NK y Linf T→
Activación (inflamación, coagulación)
Fiebre
Síntesis de proteínas de fase aguda
Síntesis de proteínas de fase aguda
Proliferación células plasmáticas
Proliferación
Proliferación
Síntesis de IFN-γ
1. Factor de necrosis tumoral ((TNF, Tumor Necrosis Factor)
(Al TNF se le suele llamar por razones históricas TNF-α, para distinguirlo de TNF-β o linfotoxina)
En los años 30 el Ruso-Americano Shwartzman observó que si se inyectaba LPS en la vena a un conejo y se volvía a repetir la inyección 24 horas más tarde, tras la segunda inyección se producía una coagulación intravascular diseminada en el animal que podía conducirle a la muerte (el LPS o lipopolisacárido es un componente de muchas bacterias). A este fenómeno se llamó reacción de Shwartzman sistémica.
Citocinas
Página
6
Cuando tras la primera inyección en vena (o en piel) se realizaba otra en la piel se producía una reacción local que terminaba necrosando la zona de la segunda inyección. A esta se llamó reacción de
Shwartzman local.
Fig. 3. Las reacciones de Shwartzman
Sistémica
LPS
(i.v.)
24
Horas
LPS
(i.v.)
Local
LPS
(piel o i.v.)
24
Horas
LPS
(piel)
Las investigaciones de Shwartzman fueron publicadas en
1937 (Phenomenon of local tissue reactivity and its immunological and
clinical significance). Murió en 1965 sin saber que había descubierto el TNF.
Cuando se extrae sangre de un animal que ha sufrido una
reacción de Shwartzman sistémica o local y el suero se inyecta en el interior de un tumor se produce una necrosis localizada del tumor en la zona de la inyección. Al “factor” del suero
causante de este fenómeno se le llamó en los años 70 Factor
de Necrosis Tumoral.
Hoy el TNF existe puro y cuando se inyecta de forma apropiada a animales reproduce maravillosamente bien las reacciones de Shwartzman sistémica y local y la necrosis de tumores. Además, los anticuerpos anti-TNF bloquean la aparición de estos fenómenos.
El TNF es el mediador mas importante de muchas infecciones bacterianas agudas. Es producido fundamentalmente por
los macrófagos, linf. T, los linf. B, las células NK y las células
cebadas. El estímulo más importante para que estas células
produzcan TNF es el LPS, una endotoxina de las bacterias
gram negativas.
El TNF es una proteína formada por tres péptidos idénticos
(homotrímero) que adoptan la estructura de una pirámide triangular. Cada lado de la pirámide está formada por una subunidad de TNF. Los lugares de unión al receptor se encuentran en la base de la pirámide lo que permite que el TNF pueda unirse al mismo tiempo a varios receptores.
Para este homotrímero existen dos tipos de receptores. Los dos son estructuras transmembrana que
están presentes en casi todas las células. Cuando el TNF se acopla al receptor en el exterior de la célula, se transmiten señales al interior que ponen en marcha una serie de acontecimientos. Estos acontecimientos son distintos para los dos tipos de receptores de TNF existentes (fig. 4).
El receptor I de TNF (TNF-RI o p55) posee en el citoplasma un segmento llamado dominio de muerte o
death domain. Tras la activación de este receptor por el TNF se unen al dominio de muerte una proteína
adaptadora llamada TRADD (TNF Receptor-Associated Death Domain), otra llamada FADD (Fas Associated Death Domain) y el precursor de la caspasa 8. De esta forma queda activada la caspasa 8 y ocurre una serie de eventos que conducen a la muerte programada de la célula o apoptosis.
El receptor II (TNF-RII o p75) posee igualmente el dominio de muerte y se une a TRADD pero recluta a
otras dos proteínas intermediarias de la señalización llamadas TRAF (TNF Receptor-Associated Factor)
y RIP (Receptor Interacting Protein). TRAF activa la vía de las kinasas SAP y RIP la vía de NFκB que
conducen a la generación de los factores de transcripción AP-1 y NFκB. Para el papel de AP-1 y NFκB
ver la figura de acontecimientos intracelulares en la activación de los linfocitos T, en las trasparencias
generales de la asignatura).
Citocinas
FADD
Caspasa 8
TRADD
TRADD
Death
domain
Apoptosis
TNF
Death
domain
TRADD
a) aumentando la expresión
de moléculas de adhesión
en el endotelio vascular
próximo al foco de infección, con lo que se facilita
el “homing” y
TNF
TRADD
1. Aumenta el reclutamiento de
neutrófilos y monocitos a la
zona de infección y activa a
estas células para erradicar a
los gérmenes. Esto lo lleva a
cabo:
Fig. 4. Los dos tipos de receptores del TNF.
TNF-RI
A) En condiciones normales las
funciones del TNF quedan restringidas a la zona en la que se
lleva a cabo la infección. Estas
circunstancias el TNF realiza
sus funciones a nivel local. Estas funciones son:
7
TNF-RII
Funciones biológicas del TNF
Página
TRAF RIP
SAP
NFκB
AP-1
b) haciendo que las células endoteliales y los macrófagos liberen quimiocinas que atraerán más
leucocitos al foco de infección (este fenómeno de atracción química se denomina quimiotáxis).
2. Induce la apoptosis de algunos tipos celulares (la significación fisiológica de este hecho es desconocida).
3. Induce a los fagocitos mononucleares a secretar IL-1, que funciona de forma parecida al TNF.
Existen circunstancias en las cuales las funciones locales del TNF pueden causar efectos indeseables,
probablemente debido a una producción local mantenida. Este es el caso de las enfermedades autoinmunes. Actualmente se está intentando minimizar estos efectos adversos neutralizando el TNF con anticuerpos monoclonales anti-TNF o con receptores de TNF solubles.
B) En las infecciones severas se produce el TNF en tal cantidad que difunde desde los focos de infección a la sangre y causa trastornos sistémicos:
1. Aumenta la liberación de prostaglandinas por las células hipotálamicas lo que produce fiebre (por
esto al TNF se llama pirógeno endógeno). La aspirina bloquea la síntesis de prostaglandinas y disminuye la fiebre.
2. Aumenta la síntesis en el hígado de dos proteínas séricas: amiloide a y fibrinógeno.
3. Disminuye el apetito e inhibe la síntesis de lipoproteinlipasa, llegando a ocasionar una delgadez extrema llamada caquexia. La lipoproteinlipasa libera los ácidos grasos de las lipoproteinas del suero
con lo que dichos ácidos quedan disponibles para pasar a las células para su utilización.
4. Disminuye la contractilidad muscular general (→ flacidez) y cardiaca (→ disminución de la presión
arterial).
5. Aumenta la expresión en las células endoteliales de “factor tisular” (un potente activador de la coagulación) e inhibe la expresión de trombomodudina, un inhibidor de la coagulación . Estas dos acciones conducen a la aparición de trombosis vasculares. La necrosis que produce el TNF en los tumores es en gran medida debida a su trombosis vascular.
6. El TNF causas trastornos metabólicos severos tales como el descenso de la glucemia hasta niveles
incompatibles con la vida. Esto es debido a sobreutilización por el músculo y fallo del hígado para
reemplazarla.
Citocinas
Página
8
Una complicación severa de la infección masiva con bacterias gram negativas es el shock séptico o
shock endotóxico, una situación habitualmente mortal. Los anticuerpos monoclonales y los receptores
solubles de TNF son capaces de revertir este shock séptico en animales de experimentación pero, por
razones desconocidas, son ineficaces en los humanos.
2. Interleucina 1
La función principal de la IL-1 (como la del TNF) es de mediadora de la respuesta inflamatoria en las
infecciones y otros estímulos inflamatorios.
La IL-1 es producida por los fagocitos mononucleares activados por productos bacterianos como el LPS
u otras citocinas, como el TNF (un ejemplo de acción de citocinas en cascada). Al contrario que el TNF,
la IL-1 es también producida por neutrófilos, células epiteliales como los queratinocitos y células endoteliales.
Hay dos formas de IL-1, la IL-1α y la IL-1β. La homología estructural entre ambas es menor del 30%
pero se unen al mismo receptor de membrana y poseen las mismas funciones. Ambas formas se sintetizan como un péptido precursor de 33kD y se secretan como proteínas maduras de 17kD. El precursor
de la IL-1β madura a proteína activa por la acción de una proteasa llamada enzima convertidora de IL1β o ICE (IL-1 converting enzyme). ICE fue el primer miembro de una familia de cistin proteasas llamadas caspasas que se descubrió en mamíferos. Muchos miembros de esta familia están involucrados en
muchas células en la muerte por apoptosis.
Al contrario de lo que ocurre con la mayoría de las proteínas secretadas, ni la IL-1α ni la IL-1β poseen
una secuencia hidrofóbica en su péptido precursor para guiarlas al retículo endoplásmico. Se desconoce cómo son secretadas estas proteínas. La mayor parte de la IL-1 encontrada en la circulación es IL1β.
Se han descrito dos receptores para IL-1 y ambos son miembros de la superfamilia de Igs. El tipo I se
encuentra en la mayoría de los tipos de células y es el que media la mayoría de las acciones mediadas
por la IL-1. Está asociado con otra proteína llamada proteína accesoria del receptor de IL-1, que es
homóloga al propio receptor de IL-1. El receptor tipo II se expresa en linf. B pero puede ser inducido en
otras células. No responde a la IL-1 por lo que su función es “atrapar” para inhibir competitivamente la
unión de la IL-1 al receptor tipo I. La región citoplasmática del receptor tipo I es homóloga al receptor
Toll (peaje) de la drosophila, que está relacionado en la defensa contra la infección. Hasta el momento
se han identificado en los mamíferos 6 moléculas homólogas a Toll y todas ellas parecen estar relacionadas con la defensa frente a distintos tipos de infecciones microbianas. La unión de la IL-1 al receptor
tipo I conduce a la activación de los factores de transcripción NF-kB y AP-1 mediante una vía en la que
parece participar un miembro de la familia TRAF (ver activación vía TNF).
Función biológica de la IL-1. Es similar a la del TNF y depende de la cantidad de citocina produci-
da.
•
Cuando se secreta a bajas concentraciones funciona como un mediador de la inflamación loca. Actúa sobre las células endoteliales para aumentar la expresión de moléculas que aumentan la adhesión leucocitaria tales como los ligandos para las integrinas.
•
Secretada en cantidades mayores penetra en el torrente circulatorio y posee acciones endocrinas.
Como el TNF, produce fiebre, induce la síntesis de proteínas de fase aguda por el hígado e inicia el
desgasto metabólico que conduce a la caquexia.
El parecido en las acciones del TNF y la IL-1 parece extraño porque tanto ambas citocinas como sus
receptores son muy distintos estructuralmente. La probable explicación lógica a este fenómeno del parecido de sus efectos biológicos es que los receptores de ambas citocinas activan proteínas homólogas
y activan a los mismos factores de transcripción. No obstante, existen varias diferencias entre TNF e IL1. Por ejemplo, la IL-1 no induce apoptosis e incluso a altas concentraciones no causa shock séptico.
Los fagocitos mononucleares producen un inhibidor natural de la IL-1. Se trata de una proteína estructuralmente homóloga que se une al mismo receptor que la IL-1 y por tanto compite con ella, por lo que se
Citocinas
Página
9
llama antagonista del receptor de la IL-1 (IL-1ra, IL-1 receptor antagonist). Este antagonista se ha usado
en ensayos clínicos para mejorar el shock séptico y la artritis reumatoide. No ha dado resultado, probablemente debido a la redundancia de las acciones de la IL-1 y el TNF.
3. Quimiocinas.
Las quimiocinas forman una larga familia de citocinas estructuralmente homólogas que estimulan el
movimiento leucocitario y regulan su migración desde la sangre a los tejidos.
Estructura, producción y receptores de quimiocinas:
Todas las quimiocinas son polipéptidos de 8-12 kD que poseen dos puentes disulfuro. Hasta el momento se han identificado unas 50 quimiocinas y probablemente existan más. Existen dos familias de quimiocinas. Las que poseen contiguas las dos cisteínas que forman el puente disulfuro se llaman quimiocinas CC y aquellas que poseen las dos cisteínas separadas por otro aminoácido se llaman quimiocinas
CXC. Estas diferencias se correlacionan con sus genes, que se organizan en dos grupos genéticos separados. En la inflamación, las citocinas CC actúan sobre monocitos, linfocitos y eosinófilos mientras
que las CXC actúan sobre todo sobre neutrófilos. Como excepciones, existe una quimiocina con una
sola cisteína y otra con dos cisteínas separadas por tres aminoácidos (CX3C).
Las quimiocinas, tanto CC como CXC, son producidas por leucocitos y por varios tipos de células tisulares, como endoteliales, epiteliales y fibroblastos. En muchas de estas células la secreción de quimiocinas es inducida por microbios y por citocinas inflamatorias como el TNF y la IL-1. Algunas quimiocinas
CC son producidas por linf. T activados actuando de puente entre la inmunidad adaptativa y la innata.
Algunas citocinas se producen de forma constitutiva, sin ningún estímulo inflamatorio, en los órganos
linfoides, por lo que están relacionadas con el trafico fisiológico de linfocitos entre los órganos linfoides.
Las quimiocinas de ambas familias se une en la superficie de la célula endotelial a proteoglicanos de
heparán sulfato y de esta forma quedan expuestas a los leucocitos circulantes. Los leucocitos circulantes, al contacto con las quimiocinas, se unen al endotelio por medio de las moléculas de adhesión y
aumentan su motilidad para abandonar la sangre.
Hasta el momento se han descrito 10 receptores para quimiocinas CC (CC-R1 a CC-R10) y 6 receptores para quimiocinas CXC (CX-R1 a CX-R6) (tabla 4).
Tabla 4 - Receptores de quimiocinas
Receptor
CXC-R1
CXC-R2
CXC-R3
CXC-R4
Ligandos (algunos ejemplos)
IL-8
IL-8, Gro-α /β
IP10, Mig (estimulado por IFN-γ
SDF-1
CXC-R5
BLC/BCA-1
Células que lo expresan
Función principal
Neutrófilos
Inflamación aguda
Neutrófilos
Inflamación aguda
Linf. T (TH1 > TH2)
Migración T a sitios DTH
Linf. T, B, Monoc,, Neutróf. Algu- Reclutamiento T. Co-receptor
nas células tisulares.
para HIV
Linf T, B
Migración B a folículos linf.
CC-R1
CC-R2
CC-R3
CC-R4
CC-R5
MIP-1α. RANTES. MCP-2 y 3
MCP-1, 2, 3 y 4
Eotaxin. MCP-2, 3 y 4.RANTES
TARC
RANTES. MIP-1α. MIP-1β
Monoc., Basóf., Eosinóf., T
Monoc., Basóf., T
Eosinóf., Basóf., T (TH2 > TH1)
T (TH2 > TH1)
Monoc., T (TH1 > TH2)
CC-R6
CC-R7
CC-R8
LARC/MIP-3α
ELC
I309
T, B
Monoc., Cél, dendríticas, T naive
Monocitos, T
Inflamación
Inflamación
Inflamación alérgica
Tráfico linfocitario
Inflamación. Co-receptor para
HIV
Tráfico linfocitario
Tráfico linfocitario c. Dendrít. (¿)
Tráfico linfocitario
Página 10
Citocinas
Solamente se dan algunas de las quimiocinas que se unen a cada receptor. Los nombres de las quimiocinas a
menudo se basan en la forma en que fueron descubiertas.
BLC: B lymphcyte chemokine → quimiocina de los linfocitos B
ELC: Epstein-Barr Virus chemokine ligand → Ligando de la quimiocina del virus de Epstein Barr
IP-10: Inducible protein 10 → proteína inducible 10.
LARC: Liver and activation-regulated chemokine → Quimiocina del hígado y regulada por activación.
MCP: Monocyte chemoattractan protein → proteína quimioatrayente de monocitos
MIP: Macrophage inflammatory protein → Proteína inflamatoria del macrófago.
RANTES: Regulated upon Activation Normal T cell Expressed and Secreted → Nomalmente expresada y secretada por los linf. T y regulada tras activación.
SDF-1: Stromal cell-derived factor-1 → Factor derivado de las células del estroma-1.
TARC: Thymus and activation-regulated chemokine → Quimiocina del timo y regulada tras activación.
Los receptores de quimiocinas se expresan en los leucocitos
alcanzando los linfocitos T las expresiones más altas. Dentro
de cada familia los receptores poseen solapamiento de especificidad. El patrón de expresión celular de estos receptores
determina qué células responden y cuales no responden a
determinadas quimiocinas. Todos los receptores de quimiocinas tienen una estructura característica con 7 dominios
transmembrana en hélice α (fig. 5).
Fig. 5. Receptor con 7 cadenas en hélice
alfa de las quimiocinas y otras citocinas.
Quimiocina
Receptor
Esta característica se puede ver también en otros receptores
que están acoplados a proteínas G triméricas fijadoras de
GTP. Cuando están ocupados por su ligando, estos receptores actúan como proteínas intercambiadoras de GTP, cataliLas regiones en hélice alfa
zando el reemplazo del GDP unido por GTP. La forma asose muestran como cilindros
ciada a GTP de estas proteínas G pueden activar a varios
enzimas celulares, incluidos algunos que pueden estimular el movimiento de las células. Los receptores
de quimiocinas pueden dejar de expresarse rápidamente después de unirse a su ligando, lo que puede
representar un mecanismo para terminar la respuesta.
Algunos receptores de quimiocinas (CC-R5 y CXC-R4) actúan como receptores para el VIH. Las citocinas apropiadas, liberadas por los linfocitos, compiten por los receptores de citocinas con el VIH.
Funciones biológicas de las quimiocinas:
Las quimiocinas se descubrieron gracias a sus propiedades como quimioatrayentes de los leucocitos
pero hoy sabemos que poseen muchas funciones en el sistema inmune y en otros sistemas.
•
Reclutan células de defensa hacia los lugares de infección. El reclutamiento de leucocitos es el resultado de varias acciones secuenciales de las quimiocinas sobre estas células. Las quimiocinas inducen rápidos cambios de forma en los leucocitos (in vitro, en segundos) resultando en la formación
de lamelopodios. Estimulan la polimerización y despolimerización alternativas de los filamentos de
actina que conducen al movimiento de los leucocitos y su migración hacia el gradiente químico de la
citocina. Las quimiocinas también aumentan la afinidad de las integrinas leucocitarias por sus ligandos en el endotelio. Las distintas quimiocinas actúan sobre células diferentes, lo que condiciona el
contenido del infiltrado inflamatorio. Por ejemplo, la IL-8 (una quimiocina CXC) recluta sobre todo
neutrófilos mientras que la eotaxina (una quimiocina CC) recluta eosinófilos.
•
Regulan el tráfico de linfocitos y otros leucocitos entre órganos linfoides periféricos. Algunos de los
descubrimientos más intrigantes y sorprendentes sobre las quimiocinas han sido sus funciones en la
migración normal de las células inmunes entre órganos linfoides. Se ha identificado una quimiocina
que dirige la entrada de los linfocitos B en los folículos linfoides. El knockout del gen que codifica el
receptor (CXC-R5) para esta quimiocina resulta en ausencia de linfocitos B en los folículos.
•
Las quimiocinas están relacionadas con el desarrollo de varios órganos. Los ratones con ausencia
del gen del receptor CXC-R4 tienen problemas de linfopoyesis y angiogénesis y defectos fatales en
Página 11
Citocinas
el desarrollo del corazón y del cerebelo. Estas funciones de la quimiocinas no eran esperadas y
abren la posibilidad para otras funciones en la morfogénesis aún no conocidas.
4. Interleucina-12
Es un mediador fundamental de la respuesta inmune innata temprana contra los microbios y es inductor
de la inmunidad celulo-mediada (que es la respuesta inmune adaptativa que se pone en marcha contra
estos microbios). La IL-12 fue identificada originalmente como un activador de la actividad citolítica de
las células NK, pero su función más importante es la estimulación de la producción de IFN-γ por las células NK y las T.
Estructura, producción y receptores de IL-12:
La IL-12 es un heterodímero de 35kD (p35) y 40kD (p40), unidos por puentes disulfuro. La subunidad
p35 tiene dos dominios globulares en hélice α. La subunidad p40 es homóloga al receptor para IL-6,
conteniendo ambas un dominio tipo Ig y motivos característicos de los receptores de citocinas tipo I.
La fuente principal de IL-12 son los fagocitos mononucleares activados y las células dendríticas. La
subunidad p35 parece ser sintetizada por muchas células pero solo “estas células presentadoras de
antígenos profesionales” sintetizan la subunidad p40 y por lo tanto la IL-12 biológicamente activa.
Los estímulos que disparan la producción de IL-12 son: LPS, infección por bacterias intracelulares como
listeria y micobacterias y la infección por virus. Además, los linfocitos T helper estimulados por su antígeno inducen la producción de IL-12 en los macrófagos y células dendríticas fundamentalmente vía
CD40L-CD40. El IFNγ producido por las células T y NK también estimula la producción de IL-12. Por lo
tanto, la IL-12 es producida por las células presentadoras de antígeno profesionales cuanto éstas presentan antígenos a las células T, durante las fases de inducción y efectora de las respuestas inmunes
célulo-mediadas.
El receptor para IL-12 es un heterodímero compuesto de las subunidades β1 y β2. Las dos cadenas son
necesarias para la unión de la IL
Fig. 6. Algunas de las funciones de la IL-12.
con alta afinidad aunque sólo β2
está involucrada en la señalizaFragmentos
Microbios
de microbio
ción. La señalización por este
presentados
por
receptor se hace por la vía
c.
dendrítica
JAK/STAT. La IL-12 es la única
CD4+
Macrófago infectado
o macrófago
que se conoce que active a
“inocente”
STAT4. La expresión de la cadena β de señalización es aumentada por citocinas (fundamentalmente IFN-γ, cuya producción es estimulada por IL-12)
y esto es un ejemplo de un cirProducción de IL-12
cuito positivo de amplificación CD40
de la respuesta inmune.
CD4+
Funciones biológicas de la IL12:
La IL-12 es crítica en la iniciación de una secuencia de respuestas de los macrófagos, células T y NK que resulta en la
erradicación de los microbios
intracelulares (fig. 6).
•
CD40L
NK
CD8+
TH1
TCR
Producción de IFN-γ
El IFN-γ activa la
actividad citolítica de
Tcit.y NK
La IL-12 estimula la producción de IFN-γ por las células
T y NK. Los macrófagos
Célula infectada destruida
por T citot. o NK
El IFN-γ activa el
killing de los
macrófagos
Citocinas
Página 12
producen IL-12 en respuesta a muchos microbios y esta IL-12 hace que las células T y NK produzcan IFN-γ que activan a los macrófagos para destruir a los microbios fagocitados. En las sepsis severas gram negativas se producen grandes cantidades de IL-12, resultando en la producción de
IFN-γ, que sinergiza con el LPS para la producción de TNF (por los macrófagos), el mediador más
importante del shock séptico. Los antagonistas de la IL-12 impiden la muerte en modelos experimentales de shock séptico inducido por LPS.
•
La IL-12 estimula la diferenciación de las células Th a Th1, productoras de IFN-γ, que estimula a los
fagocitos. La IL-12 es también un factor de crecimiento de los linf. T.
•
La IL-12 aumenta las funciones citolíticas de las células T citot. y NK.
Los ratones knockout sin el componente p40 de la IL-12 muestran deficiente producción de IFN-γ y desarrollo de linfocitos T hacia TH1. También poseen defectos funcionales de las células T. Se han descrito algunos pacientes con mutaciones en el receptor de la IL-12, que resultan ser muy susceptibles a
infecciones por salmonella, una micobacteria atípica.
La IL-12 es un importante puente de unión entre la inmunidad innata y la adquirida: producida en las
etapas tempranas de la respuesta innata frente a microbios intracelulares va a estimular a la respuesta
adaptativa contra estos microbios.
La IL-12 se está usando en ensayos clínicos para potenciar reacciones célulo-mediadas en pacientes
con inmunodeficiencia o cáncer, como terapia sistémica y como un componente de vacunas.
5. Interferones tipo I (IFNα/IFNβ)
Los interferones tipo I son los mediadores de la respuesta inmune innata temprana frente a las
infecciones virales. La palabra “interferón” procede de su capacidad para interferir con las infecciones virales.
Estructura producción y receptores de los IFN tipo I (desde ahora IFN-I)
Existen dos tipos de IFN-I. El IFN-I α y el IFN-I β.
IFN-α
IFN-β
El IFN-α es en realidad una familia de polipéptidos es- El IFN-β es una sol proteína, producida por muchas
tructuralmente relacionados, cada uno de ellos codifica- células, entre ellas los fibroblastos, por lo que también
do por un gen distinto. La fuente más importante de IFN- se le llama interferón fibroblástico.
α es una subpoblación de fagocitos mononucleares. Al
IFN-α también se le llama interferón leucocitario.
El estímulo más potente para la síntesis de IFN-I es la infección viral. En el laboratorio se puede inducir
la síntesis de IFN-I mediante RNA de doble hebra sintético que puede mimetizar una señal producida
durante la replicación viral. Las células T activadas también pueden estimular en los fagocitos mononucleares la síntesis de IFN-I.
Aunque IFN-α e IFN-β son estructuralmente bastante diferentes, se unen a los mismos receptores de
membrana e inducen respuestas biológicas similares.
El receptor del IFN-I es un heterodímero de dos péptidos estructuralmente relacionados, un péptido se
une al IFN-I y el otro transduce señales por la vía JAK/STAT. Ambos péptidos son miembros de la familia de receptores de citocinas tipo II.
Acciones biológicas de los IFN-I
Página 13
Citocinas
Las acciones de los IFN-I protegen
a las células de las infecciones
virales y estimulan la inmunidad
celular contra microbios intracelulares (fig. 7).
•
Los IFN-I inhiben la replicación
viral. Esto lo hacen gracias a
que inducen la síntesis de enzimas tales como la 2’, 5’ adenilato sintetasa que impiden la
transcripción del RNA o DNA
viral y por tanto la replicación viral. La acción del IFN-I es de tipo paracrino, es decir actúa sobre células vecinas no infectadas induciendo en ellas un estado antiviral. También es de tipo autocrino ya que puede actuar sobre la misma célula infectada que lo produce para
impedir en ella la replicación viral.
Fig. 7. Funciones del IFN tipo I.
Célula
infectada
por virus
Célula
no
infectada
Receptor
para IFN-I
IFN-I
Célula infectada
HLA-I
Síntesis de enzimas
que impiden la
replicación viral
El IFN-I aumenta
la expresión de
HLA-I y por tanto
la presentación
de Ags. Virales
T CD8+
El IFN-I induce en
la célula un
“estado antiviral”
•
Los linf. T cititóxicos
Los IFN-I aumentan la exprereconocen y destruyen
sión de moléculas HLA de claa las células infectadas.
se I y por tanto facilitan el reconocimiento de las células infectadas por virus por los linfocitos T citot. específicos para ese virus.
•
Los IFN-I también estimulan la producción de células TH1. Esto es debido a que hacen que las células TH0 expresen receptores para IL-12 y esta es la citocina más importante en la derivación de estas células hacia TH1.
•
Por último, los IFN-I inhiben la proliferación de muchos tipos de células. Esto es posible que sea
debido a que inducen en estas células las mismas enzimas que bloquean la replicación viral pero
también pueden estar involucradas otras enzimas que alteran el metabolismo de aminoácidos tales
como el triptófano. No se conoce el alcance fisiológico de este freno a la proliferación celular.
En resumen, los IFN-I actúan contra las infecciones virales. Los animales knockout para el receptor de
IFN-I son muy susceptibles a las infecciones virales. El IFN-α se está evaluando en el tratamiento de
algunas formas de hepatitis virales y el IFN-β se usa en el tratamiento de la esclerosis múltiple. Se desconoce el mecanismo de acción en esta última enfermedad.
6. Interleucina 10
Hasta ahora hemos cescrito citocinas que estimulan la inmunidad innata. La IL-10, por el contrario, es un inhibidor de los macrófagos activados y por tanto es importante en la homeostasis
de las reacciones inmunes innatas.
Estructura, producción y receptores de la IL-10
La IL-10 posee 4 dominios globulares en hélice α y su receptor pertenece a la familia del tipo II.
La IL-10 es producida fundamentalmente por los macrófago activados y dado que inhibe a los propios
macrófagos es un buen ejemplo de regulación por feedback negativo. También la producen los linfocitos
T y algunas células no linfoides, como los queratinocitos.
No están claros los estímulos que inducen la secreción de IL-10.
Acciones biológicas de la IL-10
Citocinas
Página 14
Las acciones biológicas de la IL-10 son el resultado de su capacidad para inhibir muchas de las acciones de los macrófagos activados.
•
Inhibe la producción de IL-12 y TNF por los macrófagos activados. No se conocen los mecanismos
bioquímicos por los que lleva a cabo estas acciones. Dado que la IL-12 es un estímulo crítico para la
secreción de IFN-γ y este es inductor de las reacciones inmunes innatas y célulo-mediadas, la IL-10
inhibe estas reacciones inmunes. La IL-10, de hecho, fue descubierta como un inhibidor de la producción de IFN-γ.
•
La IL-10 inhibe la expresión de coestimuladores y de moléculas HLA de clase II por los macrófagos,
por lo que impide la presentación de antígenos y l activación de las células T.
•
La IL-10 estimula, en cultivos, la proliferación de linf. B pero se desconoce la importancia de este
hecho.
Los ratones knockout para IL-10 desarrollan enfermedad inflamatoria intestinal, probablemente por reacción incontrolada de los macrófagos contra los gérmenes entéricos.
El virus de Epstein-Barr contiene un gen homólogo al de la IL-10 humana y la IL-10 producida por este
gen posee las mismas propiedades que la humana. Esto puede hacer pensar que el virus ha adquirido
el este gen durante su evolución con el fin de evitar las reacciones del huésped contra él. Si éste es el
caso, no cabe duda que la adquisición de este gen le ha aportado una ventaja evolutiva.
7. IL-6
La IL-6 participa tanto en la inmunidad innata como en la adaptativa. Es producida por los fagocitos mononuleares, células del endotelio vascular, fibroblastos, linfoctios T activados y otras células en respuesta a la infección por microbios o tras la acción de otras citocinas, sobre todo IL-1 y TNF (fig. 8).
La IL-6 es un homodímero y cada subunidad tiene 4 dominios globulares en hélice α.
El receptor de la IL-6 posee dos subunidades. Una se une a la citocina y la otra transduce las señales.
Las dos pertenecen a la familia de receptores de citocinas del tipo I. La subunidad transductora de señales es una glicoproteína de 130 kD (gp130) que activa la via de señalización JAK/STAT. También actúa
como cadena trasductora en otros receptores de citocinas (p.e. la IL-11).
La IL-6 ejerce varias funciones:
•
En la inmunidad innata estimula la síntesis de proteínas de fase aguda por los hepatocitos y por lo
tanto contribuye a los efectos sistémicos de la inflamación (la llamada “respuesta de fase aguda”).
•
En la inmunidad adaptativa estimula el crecimiento de los linfocitos que se han diferenciado a células productoras de anticuerpos.
•
De igual manera, la IL-6 es también factor de crecimiento para las células plasmáticas cancerosas
(mielomas) y muchas células de mieloma que crecen de forma autónoma secretan IL-6 como un
factor de crecimiento autocrino. Además la IL-6 puede favorecer el crecimiento de hibridomas (mieloma + célula plasmática) productores de anticuerpos monoclonales.
8. IL-15
Es producida fundamentalmente por los fagocitos mononucleares en respuesta a infección viral, LPS y
otras señales que disparan la inmunidad innata.
Estructuralmente es homóloga a la IL-2 (ver IL-2).
El receptor para la IL-15 posee tres cadenas´(α, β y γ ). La cadena α es la que se une a la IL-15 y es
típica de esta citocina. Las cadenas β y γ, que son las transductoras de señales, son idénticas a las β y γ
de la IL-2.
La función mejor conocida de la IL-15 es potenciar la proliferación de las células NK. Dado que la IL-15
es sintetizada tan pronto como aparece una infección viral, la acción antiviral de las células NK expandi-
Página 15
Citocinas
das tiende a controlar la infección viral ya en los primeros días de infección, cuando aún no ha dado
tiempo a que se desarrollen los linfocitos T citotóxicos específicos antivirales.
La IL-15 puede también actuar como un factor de crecimiento y alargador de la vida de las células T,
sobre todo de las T CD8+ de memoria.
Los ratones con falta de IL-15 o de la cadena α de su receptor tienen muy disminuido el número de células NK y algo el de células T.
9. IL-18
Es estructuralmente homóloga a la IL-1 y su receptor también es del “tipo pejaje” pero las funciones de
la IL-1 y de la IL-18 son completamente diferentes.
La IL-18 es producida por los macrófagos en respuesta al LPS y otros productos microbianos.
Estimula la producción de IFN-γ por las células T y NK y sinergiza con la IL-12 en esta respuesta. Por lo
tanto la IL-18 es un inductor de la inmunidad celulo-mediada, especialmente en combinación con la IL12.
Los ratones knockout para IL-18 producen poco IFN-γ y a los que les falta la IL-18 y la IL-12 casi no producen ningún IFN-γ ni montan respuestas Th1 contra microbios intracelulares.
Como la IL-1β, la IL-18 es sintetizada como un precursor que tiene que ser escindido por la enzima
convertidora de IL-1 o ICE (IL-1 Converting Enzyme). Los ratones knockout para ICE tienen una producción defectuosa de IFN-γ tras estímulo con LPS, lo que es atribuible a la falta de IL-18 funcionante.
G) Papel de las citocinas en la respuesta innata y en la inflamación
Varias citocinas poseen Fig. 9. Citocinas más relevantes en la RI innata y la inflamación.
funciones relevantes en la
respuesta inmune innata
Inflamación
frente a distintas clases de
microorganismos. En las
infecciones por bacterias
Quimiocinas
extracelulares
piógenas
Activ. Macrófagos
IFN-γ
(formadoras de pus), los
macrófagos responden a las
endotoxinas
bacterianas
produciendo TNF, IL-1 y
quimiocinas (fig. 9).
NK
T
Las quimiocinas producidas
por los macrófagos y por las
células endoteliales estimulan la extravasación de los
leucocitos al lugar de la
infección, donde se monta
la reacción inmune.
Trombosis
Nivel de citocinas en suero
El TNF y la IL-1 actúan sobre el endotelio vascular en
el lugar de la infección induciendo la expresión de moléculas de adhesión lo que
facilita la unión estable de
los monocitos y neutrófilos.
TNF
IL-1
IL-12
LPS
0
1
3
Horas tras la inyección de LPS
6
Página 16
Citocinas
Los macrófagos responden a muchos microbios, incluidos los intracelulares y los que producen LPS,
produciendo IL-12, que induce la producción local de IFN-γ por las células T y las NK. El IFN-γ activa
entonces a los macrófagos para que destruyan a los microbios fagocitados. La IL-12 estimula la respuesta inmune adaptativa y dirige la diferenciación T hacia TH1 que son las mediadoras de la inmunidad celular y las más efectivas para la destrucción de bacterias intracelulares. Estas acciones de le IL12m son complementadas por la IL-18.
El reclutamiento y activación de leucocitos mediados por citocinas son los responsables del daño que se
origina en los tejidos normales en reacciones de la inmunidad innata contra la infección. Estas citocinas
derivadas de los macrófagos, especialmente TNF, IL-1 e IL-12 son los responsables de las manifestaciones sistémicas de la infección.
En las infecciones virales los IFN-I, secretados por células infectadas y por macrófagos, inhiben la replicación viral. La IL-15 induce la expansión de las células NK y la IL-12 estimula su actividad citolítica.
Con la lisis de las células infectadas, se eliminan los reservorios del virus.
De los patrones de citocinas que se producen en respuesta a diferentes microbios depende el tipo de
reacción que se pondrá en marcha contra ellos. Por ejemplo, la respuesta temprana contra bacterias
piógenas la llevan a cabo fundamentalmente los neutrófilos, la respuesta contra bacterias intracelulares
es dominada por los macrófagos y las reacciones antivirales las llevan a cabo las células NK y otras
células. No obstante pueden existir solapamientos y todos estos tipos de reacciones, con más o menos
intensidad, pueden ponerse de manifiesto en infecciones muy distintas.
H) Citocinas de la inmunidad adaptativa o adquirida
Estas citocinas participan en la proliferación y diferenciación de los linfocitos (una vez que han reconocido al antígeno) en la fase de activación así como en la activación de células efectoras especializadas
durante la fase efectora.
Fase de la RI adquirida →
Reconocimiento
Acción de las citocinas →
-
Activación
Proliferación y diferenciación de linfocitos
Efectora
Activación de células
efectoras especializadas
Una de las principales consecuencias del reconocimiento del antígeno por los linfocitos es la producción
de citocinas por parte de éstos. Tras el reconocimiento antigénico, los linfocitos T pueden derivar a Th1
o Th2 y estas dos subpoblaciones T producen patrones de citocinas diferentes que llevan a cabo funciones distintas.
La tabla 5 resume las citocinas que participan en la RI adquirida o adaptativa.
Tabla 5 – Algunas propiedades de las citocinas de la inmunidad adquirida
Citocina
Tamaño Origen
IL-2
14-17*
T
IL-4
18
TH2
Cebadas
IL-5
45-50**
TH2
IFN-γ
50+
TGF-β
25++
TH1
CD8
NK
T
Macróf
Otras
Dianas
T
NK
B
T
B
Cebadas
B
Eosinófilos
Macrófagos
Endotel.
Otras
T
B
Macrófagos
Acciones
Proliferación, aumento sínt. Citocinas, potencia apoptosis por Fas
Proliferación, activación
Proliferación, síntesis de Ac.
Proliferación, diferenciación a TH2
Cambio de isotipo a IgE
Proliferación
Proliferación, producción de IgA
Aumento de la producción, Activación
Incremento actividad microbicida
Activación
Amento expresión HLA (I y II) Aumento procesam. y pres. Ags.
Inhibición proliferación y funciones efectoras
Inhibición proliferación, producción de IgA
Inhibición
Citocinas
LT
21-24#
T
Neutrófilos
Org. Linf.
Macrófagos
Página 17
Reclutamiento y activación
Organogénesis
Inhibición de la activación
IL-13
15
TH2
* Todos los pesos se dan en kD
** Es un homodímero.
+ 50 kD ya glicosilada. Es un homodímero de 21 a 24 kD cada monómero.
++ Homodímero de 12.5 kD cada monómero.
# Es un homotrímero o un homodímero asociado a LT β2
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------LGF-β: Factor de crecimiento transformante β
LT:
Linfotoxina
1) IL-2
Es el factor responsable de la expansión clonal de los linfocitos T después de haber reconocido a su
antígeno. Por este motivo la IL-2 se llamó inicialmente factor de crecimiento de los linfocitos T. La IL-2
actúa fundamentalmente sobre la misma célula que la produce por lo que su función es autocrina.
Producción, estructura y receptores
Es producida por los linfocitos T CD4+ y en menor medida por los T CD8+. Tras la activación de los
linfocitos por el antígeno específico, con la colaboración de los coestimuladores, se inicia la transcripción
del gen de la IL-2, la traducción y la secreción de la Interleucina. Estos fenómenos son transitorios ocurriendo la máxima secreción a las 8-12 horas después de la activación.
La IL-2 es una glicoproteína globular de 14-17 kD plegada en 4 dominios en hélice α. Es el prototipo de
la citocinas con 4 hélices α que interactúan con los receptores de citocinas del tipo I.
El receptor de la IL-2 (IL-2R) está formado por tres proteínas asociadas no covalentemente llamadas α,
β, y γ. Las cadenas β y γ son miembros de la familia de receptores de citocinas del tipo I. Las cadenas α
y β son las que se unen la IL-2 y las β y γ trasducen las señales al interior de la célula (fig. 10).
La cadena α es un polipéptido de 55kD (también llamado p55) que aparece tras la activación de los
linfocitos T y que se llamó originalmente Tac (T activation). Esta cadena α posee poca afinidad por la IL2 (Kd=1x10-8M). La cadena β se expresa a bajo nivel en las células T en reposo y en las NK y está asociada con otro polipéptido, la cadena γ. Las cadenas β y γ forman un receptor de afinidad intermedia por
la IL-2 (Kd=1x10-9M). La IL-2 induce el crecimiento (división) de las células que expresan este receptor
βγ de afinidad intermedia. A la cadena γ también se la llama γc (γ common, γ común) porque está presente en
otros receptores de interleucinas, como la IL-4, IL-7 e IL-15. El receptor αβγ une a la IL-2 con mucha
más afinidad (Kd=1x10-11M) y por tanto los requerimientos de IL-2 para estimular el crecimiento son menores.
El hecho de que tras la estimulación antigénica se produzca IL-2 y además se exprese el receptor para
IL-2 garantiza que solamente la células que han respondido al antígeno van a proliferar y montar una
respuesta inmune.
La unión de la IL-2 a su receptor activa en el lif. T varias vias de transducción de señales. Entre estas
están la JAK/STAT, que es exclusiva para citocinas, y las vias de la kinasa de fosfatidilinositol y la de
Ras, que son activadas por muchos tipos de receptores. La estimulación mantenida (crónica) de los
linfocitos T hace que estos se desprendan de la cadena α, de hecho la presencia d niveles altos de cadena α en el suero es sinónimo de estimulación antigénica intensa, como ocurre, por ejemplo, en el
rechazo agudo de órganos trasplantados.
Acciones biológicas.
Página 18
Citocinas
La IL-2 fue descubierta como un fac- Fig. 10. Acción biológica más importante de la IL-2.
tor de crecimiento de los linfocitos T y
HLA-II Ag TCR
así se le llamó durante mucho tiempo Activación por Ag
pero lleva cabo otras importantes
+
IL-2Rβγ
T
coestimulación
funciones en la respuesta inmune
-9
inocente
(Kd=1x10
M)
APC
adquirida (fig. 10).
-2
IL
CD28
B7
• La IL-2, producida por las células T secreción de IL-2
tras el reconocimiento del antígeno,
IL-2
induce la proliferación de células
antígeno específicas. Tras la exposición a IL-2, en las células T aumenta rápidamente la concentraExpresión de la
IL-2Rαβγ
cadena α
ción de las ciclinas D2 y E, que son
-11
(Kd=1x10
M)
proteínas que activan varias kinasas ciclin-dependientes. Estas kiIL-Rαβγ
nasas fosforilan y activan una serie
(alta afinidad)
de proteínas que estimulan la transición de la fase G1 a la S del ciclo
celular. Además, la IL-2 hace que
disminuya el nivel de una proteína
llamada p27 que inhibe la acción de
los complejos ciclin-kinasa. Por lo
tanto la IL-2, por estos dos mecaProliferación T
nismos, hace que progrese el ciclo inducida por IL-2
celular. La IL-2 favorece también la
supervivencia de la célula induciendo la síntesis de la proteína Bcl-2,
que es anti-apotótica. El efecto fundamental de la IL-2 es autocrino pero puede tener efecto paracrino, actuando sobre células vecinas. La IL-2 aumenta la producción de
otras citocinas por las células T,
Fig. 11. Funciones biológicas de la IL-2.
como IFN-γ e IL-4.
• La IL-2 favorece la proliferación y
diferenciación de otras células
inmunes. Sobre las células B actúa como factor de crecimiento y
como estímulo para la producción
de anticuerpos. Sobre las células
NK aumenta su crecimiento y su
capacidad citolítica transformándolas en las llamadas células LAK
(Lymphokine-Activated
Killers,
asesinas activadas por linfokinas). Las células NK en reposo
(como las T en reposo) expresan
solamente las cadenas β y γ del
receptor de IL-2, pero no la α ,
por lo que solamente son activadas por altas concentraciones de
esta citocina. (En la células NK
las cadenas β y γ se asocian a la
cadena α del receptor de la IL15), (fig. 11).
• La IL-2 potencia la muerte por
IL-2
IL-2R
IL-15R
IL-2R
NK
T
B
B
IL-4
B
IFN-γ
Proliferación y
Producción de
citocinas
Proliferación y
Producción de Acs.
Proliferación y
Citolisis
Página 19
Citocinas
apoptosis de linfocitos T activados por antígeno. Cuando la activación de los linfocitos por su antígeno
se produce en presencia de IL-2 los linfocitos se hacen muy sensibles a la muerte por apoptosis por la
vía de Fas. Es llamativo que la misma citocina pueda por un lado estimular la proliferación y supervivencia por un lado y por otro la apoptosis. Parece que si la respuesta inmune es persistente y las células T son expuestas a cantidades crecientes de IL-2 las acciones proapoptoticas se hacen dominantes. Los ratones knockout para IL-2, IL-2Rα o IL-2Rβ desarrollan autoinmunidad. Esto parece indicar
la necesidad de la acción de la IL-2 para eliminar las células que son estimuladas repetidamente, por
ejemplo, por antígenos propios. Por el contrario los ratones knockout a los que le falta la cadena γ y
los humanos con mutación en esta cadena presentan defectos de maduración linfocitaria. Esto parece
ser debido a la incapacidad de los linfocitos T para responder a la IL-7, que es linfopoyética, dado que
el receptor de esta Interleucina también usa la cadena γ.
2) IL-4
Es el mayor estimulo para la producción de IgE y para la diferenciación de CD4+ inocentes (Th0) hacia
Th2.
Estructura, producción y receptores de la IL-4.
La Il-4 es un miembro de la familia de citocinas con 4 hélices α. La producen los linfocitos Th2, las células cebadas activada y los basófilos.
El receptor de la IL-4 posee una cadena α (que pertenece a la familia de receptores tipo I y que es la
que se une a la IL-4) y una cadena γ idéntica a la del IL-2R. Este receptor señaliza a través de la vía
JAK/STAT y a través de una vía en la que participa el llamado sustrato de respuesta de insulina, concretamente el IRS-2 (Insulin Response Substrate-2). La IL-4 es la única citocina que activa a la proteína
STAT6, que es la responsable de muchas de las acciones de la IL-4, tales como diferenciación a Th2 y
el cambio de clase a IgE. La activación de la vía IRS-2 es la responsable de la proliferación celular que
induce la IL-4. En las células no linfoides la cadena α no se une a la cadena γ mencionada del receptor
de la IL-2 sino con otra cadena que también forma parte del receptor de la IL-13.
Acciones biológicas de la IL-4.
• La IL-4 es el estimulo más Fig 12. Funciones biológicas de la IL-4
importante para que los linfoIL-4
citos B hagan el cambio de
isotipo hacia IgE. Los ratones
knockout que no producen IL4 poseen menos del 10% de
la cifra normal de IgE. Los Ac.
IL-4R
IgE participan en la defensa
contra helmintos y artrópodos
B
mediada por eosinófilos. ProIgMm
ducir la IL-4 necesaria para
Macrófago
que se produzca este cambio
de clase de Ig. es la función
más importante de las células
Th2 en la defensa del huésped. La IgE es la mediadora
más importante de las reacB
ciones alérgicas. En el ratón
B
la IL-4 inhibe el cambio de
IgE
clase hacia IgG2a e IgG3, jusIgG4
to lo contrario de lo que hace
Inhibición de
el IFN-γ. Este es un ejemplo
la activación
Cambio de isotipo
de acción antagónica entre cide
macrófagos
a IgE / IgG4
tocinas (fig. 12).
IL-4R
TCD4+
Th0
TCD4+
Th2
Derivación
y expansión a Th2
Citocinas
Página 20
• La IL-4 estimula la derivación de células TCD4+ inocentes hacia Th2 y sobre estas Th2 actúa como
factor de crecimiento. Los ratones knockout a los que les falta IL-4 o STAT6 son incapaces de generar
y mantener cifras aceptables de células Th2 incluso en presencia de estímulos que actúan como inductores potentes de estas células, como son las infecciones por helmintos.
• La IL-4 antagoniza el efecto estimulante del IFN-γ sobre los macrófagos por lo que inhibe las reacciones celulo-mediadas. Este puede ser uno de los mecanismos por los que las células actúan como inhibidoras de la inflamación.
3) IL-5
La IL-5 es un activador de los eosinófilos y actúa como puente de unión entre la activación de las células T y la inflamación esosinofílica.
Estructura, producción y receptores de la IL-5.
La IL-5 es un homodímero. Cada subunidad contiene un dominio en hélice α.
La IL-5 es producida por las células Th2 y por los mastocitos activados.
El receptor de la IL-5 es del tipo I de la familia de receptores de citocinas. Está asociado con una cadena que actúa como transductora de señales y que está presente también el receptor de la IL-3 y en el
de GM-CSF (Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor, factor estimulante de colonias granulocito-macrofágicas). Por este motivo a esta subunidad se le llama a veces cadena β común. La IL-5
envía sus señales a través de la vía JAK/STAT.
Acciones biológicas de la IL-5
• La IL-5 estimula la diferenciación y el crecimiento de los eosinófilos y activa a los eosinófilos maduros.
Estos eosinófilos activados pueden matar helmintos. Los eosinófilos expresan receptores para el
fragmento Fc de la IgE y pueden por tanto unirse a la IgE una vez esta ha reaccionado con los helmintos. Por lo tanto las dos citocinas más importantes de las células Th2 funcionan de horma coordinada:
la IL-4 estimula producción de IgE, que opsoniza a los helmintos para que sean reconocidos por los
eosinófilos y la IL-5 activa a los eosinófilos para que destruyan a los parásitos. Los ratones knockout
sin IL-5 poseen respuestas defectuosas de los eosinófilos y son susceptibles a ciertas infecciones por
helmintos.
• La IL-5 estimula la proliferación de linfocitos B y la producción de anticuerpos IgA. De hecho, la IL-5 se
identificó inicialmente en ratones como una citocina que estimulaba el crecimiento de los linfocitos B.
No obstante esta función deben llevarla a cabo también otras citocinas porque los ratones knockout
para IL-5 poseen cifras normales de estas células.
4) IFN-γ
El IFN-γ es la principal citocina activadora de los macrófagos y tiene un papel fundamental tanto en la
inmunidad innata como en la inmunidad específica mediada por células. Es la citocina estrella de las
células Th1. El IFN-γ también se llama IFN tipo II o IFN inmune. Aunque tiene alguna actividad antiviral
actúa fundamentalmente como citocina efectora de las respuestas inmunes.
Estructura, producción y receptores del IFN-γ
El IFN-γ es una proteína homodimérica producida por las células NK, CD4+Th1 y CD8+.
Las células NK secretan IFN-γ tras el reconocimiento en los microbios de componentes aún desconocidos o en respuesta a la IL-12. En este aspecto el IFN-γ funciona como un mediador de la inmunidad
innata.
En la inmunidad adaptativa los linfocitos T producen IFN-γ tras el reconocimiento del Ag. Esta producción es incrementada por la IL-12. La secuencia de reacciones en las que participan la IL-12 y el IFN-γ
es vital en las reacciones contra microbios intracelulares.
El receptor para IFN-γ está formado por dos polipéptidos estructuralmente homólogos que pertenecen al
tipo II de la familia de receptores de citocinas, uno de ellos se une a la citocina y otro transduce las señales. Tras la unión de la citocina se activa STAT1 que estimula la transcripción de genes de respuesta
Página 21
Citocinas
del IFN-γ, incluidos genes que codifican a moléculas del MHC, enzimas que sintetizan sustancias microbicidas como el óxido nítrico y citocinas como la subunidad p40 de la IL-12. Tras la reacción del IFN-γ
con su receptor se activan varios genes de respuesta de IFN-γ, bien por la acción de STAT solamente o
por STAT en combinación con otros factores de transcripción que también son inducidos por STAT1,
tales como el factor 1 de respuesta de IFN y el transactivador de clase II. Por lo tanto STAT1 es un regulador “maestro” de las acciones del IFN-γ. Los ratones knockout para STAT1 son totalmente insensibles a la acción de IFN-γ.
Acciones biológicas del IFN-γ
• El IFN-γ es la citocina que usan Fig. 13. Aciones biológicas del IFN-γ
las células T y las NK para activar
a los macrófagos para que eliminen a los microbios que han fagocitado (fig. 13).
El IFN-γ estimula la síntesis de intermediarios de oxígeno reactivos
y de oxido nítrico con lo cual aumenta la capacidad microbicida
de los macrófagos. Esto lo lleva a
cabo el IFN-γ aumentando la
transcripción y/o el ensamblaje de
las encimas necesarias para llevar a cab dichos cambios metabólicos. Estas enzimas son la
oxidasa de los fagocitos y la oxido
nítrico cintazas inducible. Las moléculas activas se producen en
los lisosomas y la destrucción de
los microbios se produce en los
fagolisosomas.
IFN-γ
TCR
CPA
B
Macrófago
infectado
CD4+ HLA-II
Th0
IgMm
HLA-I
CD4+
Th1
Activación y
Capacidad
microbicida
Cambio de
clase a Acs.
opsonizantes
Derivación
de Th0
hacia Th1
Expres. HLA
Present. Ags.
• El IFN-γ aumenta la expresión de
moléculas del MHC de clase I y clase II y de coestimuladores en las CPA. Además, aumenta la expresión de muchas proteínas relacionadas con el procesamiento de antígenos como TAP, LMP-2, LMP-7
y HLA-DM por lo que mejora esta presentación y por tanto el reconocimiento de antígenos por las células T.
El IFN-γ activa a las células endoteliales de los vasos sanguíneos, y potencia muchas de las acciones
del TNF sobre estas células, con lo que potencia la adhesión y la extravasación de los linfocitos T
hacia los lugares de infección.
• El IFN-γ favorece la diferenciación de las células T CD4+ “inocentes”(Th0) hacia Th1 e inhibe su diferenciación a Th2. El efecto sobra la diferenciación hacia Th1 lo ejerce el IFN-γ de una forma indirecta:
el IFN-γ induce la secreción de IL-12 por los fagocitos mononucleares y es la IL-12 la que favorece la
diferenciación de Th0 hacia Th1. En los ratones, el IFN-γ aumenta la expresión de la cadena de señalización del receptor de la IL-12.
• El IFN-γ actúa sobre los linfocitos B para potenciar el cambio de clase hacia algunos isotipos de Ig. e
inhibir el cambio hacia otros isotipos. Estas acciones no han sido exploradas en profundidad en
humanos pero en los ratones el IFN-γ induce el cambio hacia IgG2a y lo inhibe hacia IgG1 e IgE, que
son isotipos dependientes de la IL-4. Las Igs inducidas por el IFN-γ se unen a los receptores Fc de los
fagocitos y fijan complemento y estos dos hechos facilitan la fagocitosis de los microbios opsonizados.
• El IFN-γ activa a los neutrófilos y activa la capacidad citolítica de las células NK.
En resumen, la acción del IFN-γ es potenciar las reacciones inflamatorias ricas en macrófagos e inhibir
las reacciones inflamatorias dependientes de IgE ricas en eosinófilos. Los ratones knockout para IFN-γ
Citocinas
Página 22
o su receptor son susceptibles a infecciones por microbios intracelulares tales como micobacterias, debido a defectos de activación de los macrófagos.
5) 5) Factor β Transformante del Crecimiento (TGF- β, Transforíning Growth Factor β)
El efecto más importante de esta citocina es inhibir la proliferación y activación de los linfocitos y otro
leucocitos.
El TGF-β se descubrió como un producto que prolongaba la supervivencia de células en agar. En realidad se trata de una familia de moléculas íntimamente relacionadas (TGF-β1, TGF-β2 y TGF-β3) codificadas por genes diferentes. Las células del sistema inmune sintetizan sobre todo TGF-β1.
El TGF-β1 es una proteína homotrimérica que se sintetiza como un precursor y se activa por escisión
proteolítica. Es secretado por los linfocitos T activados por antigeno, por fagocitos mononucleares activa dos por LPS y por otras muchas células. Las células T que producen TGF-β algunas veces producen también IL-4 e IL-10, las dos con propiedades inmunosupresoras como el TGF-β. Esta subpoblación de células reguladores se ha llamado Th3, pero aún se sabe muy poco de ella. Existen dos receptores polipeptídicos de alta afinidad para TGF-β, llamados tipo I y tipo II) que señalizan mediante un dominio de serin-treonin kinasa.
Acciones biológicas.
• El TGF-β inhibe la proliferación y diferenciación de los linf. T y la activación de los macrófagos. TGFβ también actúa sobre leucocitos polimorfonucteares y células endoteliales para contrarrestar lo efectos de las citocinas proinflamatorias. Mediante estas acciones el TGF-β inhibe las respuestas inflamatorias. Los ratones que han sido knocked out para el gen de TGF-β desarrollan reacciones inflamatrias incontroladas.
• El TGF-β estimula en los ratones el cambio de isotipo hacia IgA. IgA es el anticuerpo de las secreciones y las mucosas.
6) Linfotoxina (LT)o TNF-β
Es una citocina producida, en diferentes formas, por los linfocitos y otras células. Posee un 30% de
homología con el TNF de los macrófagos y comparte muchas de sus funciones a lo que debe su segundo nombre, TNF-β. La forma secretada de la linfotoxina, a veces llamada LT-α, es un homotrímero similar al TNF y se une a los receptores del TNF. La LT también se expresa como una proteína de membrana y en esta forma una cadena de la forma secretada se asocia con dos subunidades
de una proteína de membrana llamada LTβ. Esta forma de membrana se une a un receptor distinto
pero que también pertenece a la familia de receptores del TNF.
La LT activa a las células endoteliales y a los neutrófilos actuando como mediador de la respuesta
inflamatoria aguda y es por tato un nexo de unión entre la activación de las células T y la inflamación.
Estas acciones biológicas de la LT son las mismas que las del TNF, dado que se unen al mismo receptor. Sin embargo, dado que la cantidad de LT sintetizada por los linfocitos T activados por antígeno es mucho menor que la cantidad de TNF sintetizado por los fagocitos mononucleares estimulados por LPS, la LT no es detestable en la circulación. Por lo tanto, la LT es una citocina de acción
local y no un mediador del reacciones sistémicas.
Estudios realizados en ratones transgénicos y knockout han implicado a la LT en el desarrollo de los
órganos linfoides. Los ratones knockout a los que les falta la LTβ de membrana o su receptor forman
sus nódulos linfoides, las placas de Peyer y la pulpa blanca esplénica de forma defectuosa, por
ejemplo las áreas B no se forman normalmente y no existen centros germinales en el bazo. La LT
Citocinas
Página 23
puede esta involucrada en estos trastornos por inducir la producción de quimiocinas que guiarían a
estas células a áreas determinadas de los órganos linfoides.
7) IL-13
Es una citocina estructuralmente similar a la IL-4 que es producida por las células Th2 y algunas célula epiteliales. El receptor para 1L-13 se encuentra sobre todo en células no linfoides, como los
macrófagos y se puede activar tanto por la IL-13 como por la IL-4. Por otro lado, aunque la IL-13
puede mimetizar efecto de la IL-4 en células no linfoides como los macrófagos, su efecto sobre linfocitos T y B es mucho menor que el de la IL-4. De cualquier manera el grado de redundancia entre
IL-13 e IL-4 no está bien establecido.
El papel fundamental de la IL-13 sobre los macrófagos es inhibir su activación y antagonizar al IFN-γ
Los ratones knockout para IL-13 muestran descenso de la producción de IL-13 y de reacciones alérgicas.
8) Otras citocínas.
Se han descrito otras 3 citocinas pero su función biológica no está aún bien establecida.
La IL-16 es producida por los linfocitos T y actúa como atrayente para eosinófilos. Sin embargo, ha
resultado ser un fragmento de una proteína intracelular por lo que no se sabe si su producción es
fisiológica o es el resultado de la fragmentación de otra molécula.
La IL-17 es producida por los linfocito T y mimetiza muchas de las acciones proinflamatorias del TNF
la LT. Su función in vivo es desconocida.
El Factor de Inhibición de la Miqración (MIF, migration inhibition factor) es igualmente producido por
los linfocitos T- MIF inmoviliza a los fagocitos mononucleares, con lo que quedarían retenidos en los
lugares de inflamación. Curiosamente esta fue la primera actividad de citocina de todas las descritas, pero solo se puede hablar de 'actividad de citocina" y no de "citocina' porque todavía no se ha
podido caracterizar a la molécula o moléculas que poseen esta actividad.
I)
Papel de las citocinas T en la inmunidad adaptativa: desarrollo y funciones de las subpoblaciones Th1 y Th2.
Las células T CD4+ inocentes (Th0), en respuesta a la estimulación por antígenos proteicos, puede
diferenciarse a subpoblaciones efectoras que producen patrones diferentes de citocinas y que, por lo
tanto, llevan a cabo funciones efectoras distintas.
Las dos subpoblacíones mejor definidas de linfocitos T CD4 son Th1 y Th2. El IFN-γ es la citocina
que define a la población Th1 y la IL-4 y la IL-5 son las que definen a la Th2 (tabla 6)
Estas subpoblacíones de linfocitos T CD4+, que podían ser distinguidas por su producción de citocinas fueron descubiertas en la década de los 80 al estudiar grandes poblaciones de clonos de linfocitos T CD4 derivados de linfocitos T CD4+ de ratón estimulados por antígenos. Hoy es evidente que
cada célula T puede segregar una mezcla de citocinas y que pueden existir muchas más subpoblacíones de las descritas. Sin embargo las reacciones inmunes crónicas están dominadas o por Th1 o
por Th2. La proporción relativa de estas dos subpoblacíones en una reacción inmune determina en
gran medida las funciones protectoras y las consecuencias patológicas de tal reacción.
1. Propiedades de las subpoblaciones T CD4+
Página 24
Citocinas
La mejor característica diferencial entre Thl y Th2 es las citocinas que producen, dado que hasta el momento no existe
ningún marcador fenotípico distintivo que permita su identificación. Estas subpoblaciones muestran también diferencias
en la expresión de receptores de citocinas pero esto puede
variar con su estado de activación y puede no ser estable.
Las citocinas producidas por estas células no solo determinan
sus funciones efectoras sino que también participan en el
desarrollo y la expansión de las respectivas subpoblaciones.
Por ejemplo, el IFN-γ secretado por las células Th1 estimula
la diferenciación de células Th0 hacia Th1 e inhibe la diferenciación de Th0 hacia Th2. La IL-4 producida por Th2 aumenta la diferenciación hacia Th2 y la IL-10 producidas por la células Th2 y otras inhibe la activación de células Th1. Por lo
tanto, cada subpoblación se estimula a si misma e inhibe a la
otra subpoblación. Por esta razón, una vez que una reacción
inmune se desarrolla en una dirección, las propias citocinas
hacen que se polarice más en esa dirección. Esto se observa
mejor en infecciones crónicas, cuando la exposición al antígeno es persistente. Estas subpoblacione de células T muestra patrones de migración distintos hacia los lugares de infección debido a su distint capacidad para unirse a las selectinas
endoteliales y su diferente respuesta a las quimiocinas. Ver
el cuadro adjunto.
Tabla 6 – Propiedades de los linfocitos Th1 y Th2
Th1
Citocinas
+++
IFN-γ, IL-2, TNF
IL-4, IL-5, IL-13
?
IL-10
++
IL-3, GM-CSF
Receptores
IFN-γ, cadena β
IL-12, cadena β2 ++
Quimiocinas
CCR3
?
CCR4
?
CSCR3
++
Ligandos
para
++
selectinas E y P
Anticuerpos esIgG2a
timulados (ratón)
Activación
+++
macrófagos
(*) IgE e IgG4 en humanos
Th2
+++
++
++
++
++
++
?
?
IgE, IgG1
(*)
-
2. Desarrollo de las subpoblaciones Th1 y Th2
Las subpoblaciones Th1 y Th2 de desarrollan de un precursor único, la célula T CD4+ "inocente" y la
diferenciación en una u otra dirección está determinada por estímulos generados en la fase temprana de la respuesta inmune. Los estímulos más importantes para la diferenciación son las citocinas.
La IL-12 es el inductor más importante de Th1 y la IL-4 el de Th2. estas mismas citocinas actúan
como factores de crecimiento para expandir sus poblaciones respectivas (fig. 14).
La vía de diferenciación de Th1 es la respuesta a los microbios que infectan o activan a los macrófago y a los microbios que activan a las células NK. La diferenciación hacia Th1 es estimulada por
agente que infectan a los macrófagos como muchas bacterias intracelulares (listeria y micobactedas)
y alguno parásitos (leishmania). También es activada por los virus. Una característica común de
todas estas infecciones es la producción de IL-12 durante la respuesta inmune innata. Algunos microbios activan directamente a los macrófagos a producir IL-12 y otros pueden activarlos de forma
indirecta. Por ejemplo, los virus y algunas bacterias activan a las células NK para producir IFN-γ, que
induce en los macrófago la producción de IL-12. La IL-12 se une a sus receptores en las células
CD4+, activa la vía STAT4, induce su diferenciación hacia Th1. El IFN-γ promueve el desarrollo
hacia Th1 estimulando la producción de IL-12 por los macrófagos y la expresión de receptores para
IL-12 en los linfocitos T.
Página 25
Citocinas
La diferenciación a Th2 ocurre en respuesta a helmintos y alergenos, que causan estimulación crónica de los linfocitos T, a menudo con estimulación insignificante de los macrófagos. La diferenciación
hacia Th2 de células T CD4+ estimuladas por antígeno es dependiente de IL-4. Esta funciona activando STAT6 un factor de trascripción que estimula la trascripción del gen de IL-4 y de otras citocina
Th2. La participación obligatoria de la IL-4 en el desarrollo de Th2 pone manifiesto un problema evidente: dado que las células Th2 son la fuente principal de IL-4, ¿de donde viene esta citosina antes
de que se desarrollen estas células? Una explicación posible es que el estímulo antigénico de las
células T CD4 inocentes induzca la secreción de pequeñas cantidades de IL-4 y si el antígeno persiste esa IL-4 conduce el desarrollo de más CD4 inocentes a Th2, sobre todo si el antígeno no induce inflamación, que haría aparecer a la IL-12 (la fuerza inductora de Th1). Por tanto, en respuesta a
alergenos ambientales y parásitos helmintos, los factores clave para el desarrollo hacia Th2 es la
estimulación repetida de las células T CD4+ inocentes (Th0) sin que haya al mismo tiempo activación
de macrófagos. En algunas situaciones la IL-4 producida por Fig 14. Papel de las citocinas en la derivación T a Th1 y Th2.
las células cebadas y una rara
Ag TCR
HLA-II
población de linfocitos CD4 (que
T CD4+
expresan marcadores de NK)
inocente
puede ser el estimulo inicial para
APC
el desarrollo de Th2.
Existen otros estímulos, además
de las citocinas, que influencian
la diferenciación de las células
T: cantidad de antigeno, coestimuladores expresados por las
CPA y constitución genética del
individuo. Algunas cepas de ratones endogámicos desarrollan
respuestas Th2 frente a los
mismos estímulos que en otras
cepas desarrollan respuestas
Th1. Los ratones que desarrollan respuestas Th2 son susceptibles a padecer infecciones por
microbios intracelulares. Ni los
genes ni los mecanismos moleculares involucrados en el desarrollo de Th1 y Th2 están bien
definidos. Se han descrito varios
factores de trascripción que activan preferentemente a genes de
citocinas de Th1 o de Th2, pero
se desconoce cómo actúan de
forma coordinada estos factores
durante el proceso de diferenciación.
B7
CD28
IL-2
Cel. dendrítica
o macrófago
infectado
IL-12R
IL-4R
IL-4
IL-12
STAT4
STAT6
3. Funciones efectoras de las
células Th1 y Th2
La función principal de las células Th1 es la defensa contra la
infección mediante fagocitos,
sobre todo en las infecciones
causada por microbios intracelulares (fig. 15).
Th1
Th2
Página 26
Citocinas
El IFN-γ producido por las células Th1 estimula la capacidad microbicida de los fagocitos, aumentando así la destrucción
Fig. 15. Función de las células Th1
intracelular de los microbios fagocitados. El
Ag TCR
HLA-II
IFN-γ también estimula
T CD4+
la producción de antiinocente
cuerpos opsonizantes y
APC
fijadores del C', lo cual
CD28
B7
facilita la fagocitosis de
IL-2
los microorganismos.
La IL-2 secretada por
Proliferación y diferenciación
las células Th1 funciona como factor de crecimiento autocrino para
estas células y junto
Th1
con el IFN-γ estimula la
proliferación y diferenciación de los linfocitos
Macrófago
T CD8+ citotóxicos que
TNF
infectado
IFN-γ
IFN-γ
matan a células infecLT
LT
tadas por virus y por
IL-2
TNF
IL-2
bacterias intracelulares.
IFN-γ
IFN-γ
Muchas enfermedades
autoinmunes
organoespecíficas y reacciones
inflamatorias,
tales como los granuB
lomas, son debidos a la
activación excesiva de
Activación y
las células Th1.
T CD8+
Anticuerpos
opsonizantes
Opsonización
del microorganismo
por los Ac. y fagocitosis
Anticuerpos
fijadores de C’
aumento de la
capacidad
microbicida
Activación
via clásica
del C’
T CD8+
citotóxicos
Activación del
neutrófilo y
aumento de su
capacidad
microbicida
Página 27
Citocinas
La función Principal de las células Th2 está relacionada con respuestas inmunes mediadas por IgE
eosinófilos y células cebadas (fig. 16).
Estas respuestas son
inducidas por la IL-4, IL-5
e IL-13. Las células Th2
son responsables de la
defensa frente a las infecciones causadas por
artrópodos y de las reacciones alérgicas.
Los
anticuerpos inducidos por
las citocinas Th2 no activan el C' ni la fagocitosis.
Además, varias de las
citocinas producidas por
las células Th2 (sobre
todo IL-4, IL-10 e IL-13)
antagonizan la acción del
IFN-γ e inhiben la activación de los macrófagos.
Por lo tanto, las células
Th2 pueden actuar como
células supresoras en el
control de reacciones
inmunes, especialmente
las respuestas inflamatorias tipo Th1. Este es el
motivo por el que el desarrollo de Th2 se asocia
con
reacciones
deficientes frente a microbios
intracelulares como la
leishmania y las micobacterias.
Fig. 16. Funciones de las células Th2.
HLA-II
Ag
TCR
T CD4+
inocente
APC
B7
CD28
Proliferación y
diferenciación
B
IL-4
IL-10
IL-5
Macrófago
activado
IgE
Anticuerpos
neutralizantes
Supresión de la
activación de
macrófagos
IgG4 en ratones
IgG1 en humanos
Degranulación
células
cebadas
Activación de
eosinófilos
Página 28
Citocinas
J) Citocinas de la Hematopoyesis
Las citocinas son necesarias en la médula ósea para que la hematopoyesis se realice normalmente y
realizan un ajuste fino de la función de la médula ósea en respuesta a los estímulos. Varias de las
citocinas segregadas durante las respuestas inmunes innata y la adquirida estimulan el crecimiento y
la diferenciación de las células progenitoras de la médula ósea. De esta forma estas reacciones, que
consumen leucocitos, también aseguran el aporte de nuevas células para reemplazar a las consumidas.
Los leucocitos maduros proceden de células madre pluripotenciales después de comprometerse a un
línea particular de diferenciación seguida de una expansión progresiva de la progenie.
La diferenciación y la expansión de las células progenitoras de la médula ósea son estimuladas por
citocinas llamadas factores estimulantes de colonias (CSF, colony stimulating factors). Reciben este
nombre porque se estudian aprovechando su capacidad de formar colonias de células cuando se
realiza cultivos de células de médula ósea. Bajo la influencia de ciertas CSF las células de estas colonias adquieren las características de líneas celulares especificas (granulocitos, linfocitos, etc.). El
nombre particular de cada CSF refleja el tipo de colonia que cada uno de ellos genera. En este texto
sólo se van comentar los CSF que son importantes para el desarrollo de los linfocitos (tabla 7). Los
CSF que estimulan la maduración de otras líneas hematopoyéticas se tratan en libros de hematología.
Tabla 7 - Citocinas de la hematopoyesis
citocina
Tamano
(kD)
Origen
Dianas
Población inducida
SCF
(c-kitL)
24
Células del estroma
Stem cell
Todas
IL-7
25
IL-3
20-26
GM-CSF
18-22
M-CSF
70-90 (D)
40 (M)
G-CSF
19
Fibroblastos
Células del estroma
Células T
Células T
Macrófagos
Células endoteliales
Fibroblastos
Macrófagos
Células endoteliales
Células méd. ósea
Fibroblastos
Macrófagos
Fibroblastos
Células endoteliales
Abreviaturas no indicadas en texto:
c-kitl: Ligando de c-kit
GM-CSF:Granulocyte-Monocyte CSF MCSF: Monocyte CSF
Progenitores
linfoides inmaduros
Linfocitos T y B
Progenitores
inmaduros
Todas
Progenitores inmaduros y comprometidos
Macrófagos maduros
Granulocitos
Monolitos
Activación de macróf
Progenitores comprometidos
Monocitos
Progenitores comprometidos
Granulocitos
G-CSF: Granulocyte CSF
(D): Dímero
(M): Monómero
1) Factor de la Stem Cell, SCF (Ligando de c-Kit)
Las ítem cell pluripotenciales expresan en su membrana un receptor que es una tirosin kinasa, producto proteico del encogen celular c-kit. La citocina que interactúa con este receptor se llama li-
Citocinas
Página 29
gando de c-kit o factor de la stem cell (SCF) porque actúa en células stem cell inmaduras. A c-kit
también se le llama receptor de la stem cell.
El SCF es sintetizado por las células del estroma de la médula ósea como una proteína que puede
ser transmembrana o secretada, ambas producidas por splicing alternativo del RNA pero codificadas por mismo gen. Se cree que el SCF es necesario para hacer a las células madre de la médula
ósea sensibles a otros CSF pero que por si mismo no induce la formación de colonias (que es lo
que precisamente indica su nombre). Puede también jugar algún papel en el mantenimiento de la
viabilidad y la capacidad proliferativa de las células T en el timo y de las células cebadas en los tejidos mucosos. La forma soluble del CSF está ausente en una cepa mutante de ratón llamada “steel". Los ratones steel tienen defectos de producción de células cebadas pero no de otras líneas lo
que sugiere que la forma transmembrana es más importante que la soluble para el mantenimiento
de varias líneas hematopoyéticas. La eliminación de ambas formas del CSF por knockout genético
resulta letal.
2) lnterleucina-7
Es un citocina en hélice α secretada por las células del estroma de la médula ósea que estimula la
supervivencia y la expansión de los precursores inmaduros comprometidos hacía las líneas de linfocitos T y B. El receptor de la IL-7 consiste en una cadena α (que se une a la IL-7) unida a una cadena γ señalizadora. Esta cadena γ es la misma que forma el receptor de la IL-2 y es en este receptor
donde se identificó inicialmente esta cadena.
Los ratones knockout para la IL-7, la cadena α de su receptor o la kinasa JACK3 que lleva asociada,
son linfopénicos, con descenso del número de linfocitos T y B. Es probable que la inmunodeficiencia
que se observa en ratones knockout para la cadena γ o para la kinasa asociada JAK3 (así como la
inmunodeficiencia que se observa en humanos con mutaciones de estos genes) pueda ser el resultado de defectos de señalización vía IL-7.
In vitro, la IL-7 es también un factor de crecimiento para las células T maduras, mimetizando la acción de la IL-2.
3) lnterfeucina-3
También se le conoce como factor estimulante de colonias multilínea (multi-CSF) y es un producto
de las células T CD4+ que actúa sobre los progenitores de médula inmaduros favoreciendo la expansión de estas células, que se diferencian hacia todos los tipos de células maduras conocidos.
La IL-3 es u miembro de la familia de receptores de citocinas con cuatro cadenas en hélice α. En los
humanos receptor de la IL-3 está formado por un componente que se une a la IL-3 que es un miembro de la familia de receptores de tipo I y una subunidad transductora de señales que también está
presente en receptor de la IL-5 y en el de GM-CSF. En el ratón la subunidad transductora de señales
es típica de la IL-3. En ambas especies la transducción de la señal se hace por la vía JAK/STAT.
La mayoría de los análisis funcionales sobre IL-3 se han llevado a cabo en ratones. Además de sus
efectos sobre múltiples líneas celulares, la IL-3 induce el crecimiento y la diferenciación de progenitores medulares hacia células cebadas, una acción reforzada por la IL-4. Sin embargo, el knockout del
receptor de IL-3 o de su subunidad transductora de señales, en ratones, no causa alteraciones notables de la hematopoyesis. La IL-3 humana se ha identificado por clonación del DNA complementario
de una molécula homóloga a la IL-3 de ratón, pero ha sido difícil establecer la función de esta citocina en la hematopoyesis humana. De hecho, muchas de las acciones atribuidas a la IL-3 en el ratón
parecen ser llevadas a cabo en el humano por GM-CSF.
4)
GM-CSF (Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor)
5)
M-CSF (Monocyte Colony Stimulating Factor)
Citocinas
6)
Página 30
G-CSF (Granulocyte-Colony Stimulating Factor)
Son citocinas producidas por los linfocitos T activados, los macrófagos, las células endoteliales y las
células del estroma de la médula ósea que actúan sobre los progenitores de la médula ósea para aumentar la producción de leucocitos.
El G-CSF es producido en los focos de infección y actúa como una hormona para movilizar los neutrófilos de la médula ósea para reemplazar a los consumidos en las reacciones inflamatorias.
GM-CSF es también un activador de macrófagos y activa la diferenciación de células de Langerhans
a células dendríticas. Cada vez se usa más el GM-CSF recombinante en la clínica para facilitar la
recuperación de la médula ósea después del tratamiento del cáncer y en los trasplantados de médula ósea. Este quizá sea el mejor ejemplo del uso clínico de las citocinas.
7) lnterleucina-9
Es una citocina que facilita el crecimiento de algunas líneas celulares T y de los progenitores de células cebadas en la médula ósea. La IL-9 usa la cadena γ como señalizadora y la vía JAK/STAT. Su
función fisiológica es desconocida.
8) lnterleucina-11
Es producida por las células del estroma de la médula ósea. Usa la misma subunidad de señalización que la IL-6, la gp130 y señaliza por la vía JAK/STAT. Estimula la megacariocitopoyesis y se usa
en clínica para tratar a pacientes con cifras insuficientes de plaquetas como resultado del tratamiento
antineoplásico.