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Instrucciones para el acceso en línea Gracias por su compra. Este libro electrónico de Elsevier incluye el acceso a contenido online complementario. Por favor, haga clic aquí (o vaya a h�p://ebooks.elsevier.com) para solicitar un código de activación y siga las instrucciones de registro para acceder al contenido en línea. http://ebooks.elsevier.com/ http://ebooks.elsevier.com/ Inmunología básica Funciones y trastornos del sistema inmunitario SEXTA EDICIÓN Abul K. Abbas, MBBS Professor Emeritus, Pathology University of California San Francisco San Francisco, California Andrew H. Lichtman, MD, PhD Professor of Pathology Harvard Medical School Brigham and Women’s Hospital Boston, Massachuse�s Shiv Pillai, MBBS, PhD Professor of Medicine and Health Sciences and Technology Harvard Medical School Massachuse�s General Hospital Boston, Massachuse�s Ilustraciones de David L. Baker, MA DNA Illustrations, Inc. Índice de contenidos Instrucciones para el acceso en línea Cubierta Portada Página de créditos Dedicatoria Prefacio 1: Introducción al sistema inmunitario Inmunidades innata y adaptativa Tipos de inmunidad adaptativa Propiedades de las respuestas inmunitarias adaptativas Células del sistema inmunitario adaptativo Tejidos del sistema inmunitario Resumen 2: Inmunidad innata Características generales y especificidad de las respuestas inmunitarias innatas Receptores celulares para los microbios y las células dañadas kindle:embed:0006?mime=image/jpg Componentes de la inmunidad innata Reacciones inmunitarias innatas Papel de la inmunidad innata en la estimulación de las respuestas inmunitarias adaptativas Resumen 3: Captura del antígeno y presentación a los linfocitos Antígenos reconocidos por los linfocitos T Captura de antígenos proteínicos por las células presentadoras de antígeno Estructura y función de las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad Procesamiento y presentación de antígenos proteínicos Funciones de las APC añadidas a la muestra del antígeno Antígenos reconocidos por los linfocitos B y otros linfocitos Resumen 4: Reconocimiento del antígeno en el sistema inmunitario adaptativo Receptores para el antígeno de los linfocitos Desarrollo de los linfocitos B y T Resumen 5: Inmunidad mediada por linfocitos T Fases de las respuestas del linfocito T Reconocimiento del antígeno y coestimulación Vías bioquímicas de la activación del linfocito T Respuestas funcionales de los linfocitos T al antígeno y coestimulación Migración de linfocitos T en las reacciones inmunitarias celulares Declinación de la respuesta inmunitaria Resumen 6: Mecanismos efectores de la inmunidad mediada por los linfocitos T Tipos de reacciones inmunitarias mediadas por los linfocitos T Desarrollo y funciones de los linfocitos T efectores CD4+ Diferenciación y funciones de los linfocitos T citotóxicos CD8+ Resistencia de los microbios patógenos a la inmunidad celular Resumen 7: Respuestas inmunitarias humorales Fases y tipos de respuestas inmunitarias humorales Estimulación de los linfocitos B por el antígeno Función de los linfocitos T cooperadores en las respuestas inmunitarias humorales Respuestas de los anticuerpos a antígenos independientes de T Regulación de las respuestas inmunitarias humorales: retroalimentación por anticuerpos Resumen 8: Mecanismos efectores de la inmunidad humoral Propiedades de los anticuerpos que determinan su función efectora Neutralización de los microbios y las toxinas microbianas Opsonización y fagocitosis Citotoxicidad celular dependiente de los anticuerpos Reacciones mediadas por la inmunoglobulina E y los eosinófilos/mastocitos Sistema del complemento Funciones de los anticuerpos en lugares anatómicos especiales Evasión de la inmunidad humoral por los microbios Vacunación Resumen 9: Tolerancia inmunitaria y autoinmunidad Tolerancia inmunitaria: principios generales y significado Tolerancia central del linfocito T Tolerancia periférica del linfocito T Tolerancia del linfocito B Tolerancia a los microbios comensales y a los antígenos fetales Autoinmunidad Resumen 10: Inmunología de los tumores y los trasplantes Respuestas inmunitarias contra tumores Respuestas inmunitarias contra los trasplantes Resumen 11: Hipersensibilidad Tipos de reacciones de hipersensibilidad Hipersensibilidad inmediata Enfermedades causadas por anticuerpos específicos frente a antígenos celulares y tisulares Enfermedades causadas por complejos antígeno-anticuerpo Enfermedades causadas por los linfocitos T Neuroinmunología: interacciones entre los sistemas inmunitario y nervioso Resumen 12: Inmunodeficiencias congénitas y adquiridas Inmunodeficiencias congénitas (primarias) Inmunodeficiencias adquiridas (secundarias) Síndrome de inmunodeficiencia adquirida Resumen Lecturas recomendadas Glosario Apéndice I: Principales características de algunas moléculas CD Apéndice II: Citocinas Apéndice III: Casos clínicos Apéndice IV: Respuestas a las preguntas de repaso Índice alfabético Página de créditos Avda. Josep Tarradellas, 20-30, 1.°, 08029, Barcelona, España Basic Immunology: Functions and Disorders of The Immune System, 6th edition Copyright © 2020 by Elsevier Inc. All rights reserved. Previous editions copyrighted 2016, 2014, 2011, 2009, 2006, 2004, and 2001. ISBN: 978-0-323-54943-1 This translation of Basic Immunology: Functions and Disorders of The Immune System, 6th ed., by Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman and Shiv Pillai was undertaken by Elsevier España, S.L.U. and is published by arrangement with Elsevier, Inc. Esta traducción de Basic Immunology: Functions and Disorders of The Immune System, 6.ª ed., de Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman y Shiv Pillai, ha sido llevada a cabo por Elsevier España, S.L.U. y se publica con el permiso de Elsevier, Inc. Inmunología básica. Funciones y trastornos del sistema inmunitario, 6.ª ed., de Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman y Shiv Pillai © 2020 Elsevier España, S.L.U. Ediciones previas: 2017, 2014. ISBN: 978-84-9113-670-5 eISBN: 978-84-9113-704-7 Todos los derechos reservados. Reserva de derechos de libros Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra (www.conlicencia.com; 91 702 19 70/93 272 04 45). http://www.conlicencia.com/ Advertencia Esta traducción ha sido llevada a cabo por Elsevier España, S.L.U. bajo su única responsabilidad. Facultativos e investigadores deben siempre contrastar con su propia experiencia y conocimientos el uso de cualquier información, método, compuesto o experimento descrito aquí. Los rápidos avances en medicina requieren que los diagnósticos y las dosis de fármacos recomendadas sean siempre verificados personalmente por el facultativo. Con todo el alcance de la ley, ni Elsevier, ni los autores, los editores o los colaboradores asumen responsabilidad alguna por la traducción ni por los daños que pudieran ocasionarse a personas o propiedades por el uso de productos defectuosos o negligencia, o como consecuencia de la aplicación de métodos, productos, instrucciones o ideas contenidos en esta obra. Revisión científica Dr. Juan Manuel Igea Aznar Doctor en Medicina y Cirugía. Especialista en Alergología e Inmunología Universidad Complutense de Madrid Servicios editoriales: DRK Edición Depósito legal: B 3.248-2020 Impreso en Italia Dedicatoria A nuestros alumnos Prefacio Hemos revisado la sexta edición de Inmunología básica para incluir los avances recientes más importantes de nuestro conocimiento del sistema inmunitario. Los objetivos originales de este libro, desde la primera edición, se han basado en presentar los conceptos actuales de la inmunología de manera convincente y con suficiente detalle como para que sean comprensiblespara los estudiantes de la disciplina, así como subrayar los aspectos clínicos, incluidos la patogenia de la enfermedad y el desarrollo de nuevos tratamientos basados en la ciencia básica de la inmunología. Estos son los objetivos por los que seguimos luchando. Con una mejor comprensión de la respuesta inmunitaria normal, creemos que es posible presentar el conocimiento fundamental de una manera concisa. Además, el emocionante progreso que está teniendo lugar en la aplicación de los principios básicos a la comprensión y el tratamiento de las enfermedades humanas, constituye un tema de interés primordial para los estudiantes de Medicina y otras Ciencias de la Salud relacionadas. El más importante de estos avances recientes es el desarrollo de la inmunoterapia contra el cáncer, que ilustra de manera llamativa cómo la ciencia fundamental puede trasladarse a la práctica clínica. Nos hemos centrado, de forma más específica, en los siguientes objetivos. En primer lugar, hemos presentado las bases más importantes que rigen la función del sistema inmunitario, sintetizando los conceptos clave a partir de la ingente cantidad de datos experimentales que han surgido en el campo de la inmunología. Nuestra elección sobre lo que es más importante se basa, en gran medida, en los conceptos reflejados de forma más clara en la investigación científica y en lo que es esencial para entender las principales funciones del sistema inmunitario. También hemos dado prioridad al contenido que es relevante para la salud y la enfermedad humanas. Somos conscientes de que, en cualquier exposición concisa de fenómenos complejos, es inevitable no poder exponer con detalle las excepciones y las salvedades, por lo que se han omitido en gran medida. En segundo lugar, nos hemos centrado en las respuestas inmunitarias frente a microorganismos infecciosos. La mayor parte de nuestra exposición sobre el sistema inmunitario se desarrolla en este contexto. En tercer lugar, hemos aprovechado el profuso y detallado soporte iconográfico para destacar los conceptos más importantes, si bien hemos reducido detalles que pueden encontrarse en libros de texto más exhaustivos. En cuarto lugar, también hemos expuesto las enfermedades inmunitarias desde la perspectiva de las bases, subrayando su relación con las respuestas inmunitarias normales y evitando detalles sobre los síndromes clínicos y sus tratamientos. Hemos incluido casos clínicos seleccionados con la finalidad de ilustrar cómo pueden aplicarse las bases de la inmunología a las enfermedades humanas más frecuentes. En último lugar, con el fin de hacer de los capítulos unidades independientes, hemos repetido las ideas clave en diferentes lugares del libro. Creemos que tal repetición ayudará a los estudiantes a captar los conceptos más importantes. Esperamos que los estudiantes encuentren esta nueva edición de Inmunología básica clara, convincente, manejable y amena. Confiamos, asimismo, en que el libro transmita nuestra fascinación por todo lo relacionado con el sistema inmunitario y la emoción que sentimos al comprobar cómo ha evolucionado este campo y cómo su importancia continúa creciendo en el marco de la salud y la enfermedad humanas. Finalmente, aunque fue nuestra vinculación a los cursos de la facultad de Medicina la que nos animó a acometer este proyecto, esperamos que el libro resulte útil también a los estudiantes de Biología, así como a los estudiantes de Ciencias de la Salud. Lo habremos conseguido si el libro responde a muchas de las cuestiones que los estudiantes se plantean sobre esta vasta materia de estudio y, al mismo tiempo, los anima a ahondar aún más en el campo de la inmunología. Varias personas han desempeñado funciones esenciales en la redacción de este libro. Nuestro editor, James Merri�, ha sido una fuente entusiasta de aliento y consejo. Nuestro talentoso ilustrador, y j David Baker, sigue transformando eficazmente nuestras ideas en dibujos informativos y estéticamente atractivos. Nuestra editora de desarrollo, Rebecca Gruliow, ha mantenido el proyecto organizado y encauzado a pesar de las presiones de tiempo y logística. Clay Broeker, por su parte, se ha encargado del proceso de producción de una forma eficiente y profesional. A todos ellos les debemos nuestro agradecimiento. A modo de conclusión, deseamos explicitar nuestra gran muestra de gratitud hacia nuestras familias, cuyo apoyo y aliento han sido inquebrantables y de una importancia capital. Abul K. Abbas Andrew H. Lichtman Shiv Pillai 1 Introducción al sistema inmunitario Nomenclatura, propiedades generales y componentes ÍNDICE DEL CAPÍTULO Inmunidades innata y adaptativa Tipos de inmunidad adaptativa Propiedades de las respuestas inmunitarias adaptativas Especificidad y diversidad Memoria Otras características de la inmunidad adaptativa Células del sistema inmunitario adaptativo Linfocitos Células presentadoras de antígeno Tejidos del sistema inmunitario Órganos y tejidos linfáticos periféricos (secundarios) Recirculación del linfocito y migración a los tejidos Resumen El término inmunidad en un contexto biológico se ha referido desde un punto de vista histórico como la resistencia a los microorganismos patógenos; no obstante, las reacciones a algunas sustancias no infecciosas como moléculas ambientales inofensivas, tumores e incluso componentes inalterados del anfitrión también se consideran formas de inmunidad (alergia, inmunidad tumoral y autoinmunidad, respectivamente). El conjunto de células, tejidos y moléculas que media estas reacciones se llama sistema inmunitario, y la respuesta coordinada de estas células y moléculas a los microbios patógenos y otras sustancias es la respuesta inmunitaria. La función fisiológica más importante del sistema inmunitario es evitar las infecciones potenciales y erradicar las ya establecidas (fig. 1.1), y este es el contexto principal en el que se exponen las respuestas inmunitarias a lo largo de este libro. Además, evita el crecimiento de algunos tumores, y algunos cánceres pueden tratarse estimulando las respuestas inmunitarias contra las células tumorales. El sistema inmunitario también desempeña un papel importante en la reparación de los tejidos dañados. Debido a que el sistema inmunitario puede responder a sustancias microbianas y no microbianas y también puede causar enfermedades en algunas circunstancias, una definición más inclusiva de la respuesta inmunitaria es una reacción a los microbios, así como a otras moléculas que se reconocen como extrañas, independientemente de la consecuencia fisiológica o patológica de tal reacción. La inmunología es el estudio de las respuestas inmunitarias en este sentido más amplio y de los acontecimientos celulares y moleculares que ocurren después de que un organismo se encuentra con microbios y otras moléculas extrañas. FIG. 1.1 Importancia del sistema inmunitario en la salud y la enfermedad. Esta tabla resume algunas de las funciones fisiológicas del sistema inmunitario y su función en la enfermedad. Sida, síndrome de inmunodeficiencia adquirida. La importancia del sistema inmunitario para la salud queda reflejada por el hecho de que, con frecuencia, se observa que los sujetos con respuestas inmunitarias defectuosas tienden a sufrir infecciones graves que ponen en peligro su vida. Por el contrario, el estímulo de las respuestas inmunitarias contra los microbios por medio de la vacunación es el método más eficaz para proteger a las personas de las infecciones; este abordaje ha llevado a la erradicación en todo el mundo de la viruela, la única enfermedad eliminada de la civilización por la intervención humana (fig. 1.2). La aparición del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (sida) en la década de los ochenta del siglo XX puso de relieve de modo trágico la importancia del sistema inmunitario en la defensa de los sujetos frente a la infección. FIG. 1.2 Eficacia de la vacunación en algunas enfermedades infecciosas frecuentes en EE. UU. Muchas enfermedades infecciosas paralas que se han obtenido vacunas eficaces han sido prácticamente erradicadas en EE. UU. y otros países desarrollados. (Modificado de Orenstein WA, Hinman AR, Bart KJ, Hadler SC. Immunization. In: Mandell GL, Bennett JE, Dolin R, editors. Principles and practices of infectious diseases, 4th ed. New York: Churchill Livingstone, 1995; y MMWR 66, No. 1, 2017.) A diferencia de estas funciones beneficiosas, las respuestas inmunitarias anómalas son la causa de muchas enfermedades inflamatorias, con una morbilidad y una mortalidad importantes. La respuesta inmunitaria es la principal barrera para el éxito del trasplante como medio de tratamiento de la insuficiencia orgánica. Los productos de las células inmunitarias también tienen un uso práctico. Por ejemplo, los anticuerpos, que son proteínas producidas por ciertas células del sistema inmunitario, se emplean en las pruebas clínicas de laboratorio y de investigación como reactivos muy específicos, para detectar una amplia variedad de moléculas tanto en la circulación como en las células y los tejidos. Los anticuerpos diseñados para bloquear o eliminar moléculas y células en potencia lesivas se usan con profusión para el tratamiento de enfermedades inmunitarias, cánceres y otros tipos de trastornos. Por todas estas razones, el campo de la inmunología ha captado la atención de clínicos, científicos y público en general. Este capítulo expone la nomenclatura propia de la inmunología, las importantes propiedades generales de todas las respuestas inmunitarias, y las células y tejidos que conforman los principales componentes del sistema inmunitario. En particular, se da respuesta a las siguientes preguntas: • ¿Qué tipos de respuestas inmunitarias protegen a las personas de las infecciones? • ¿Cuáles son las características importantes de la inmunidad y qué mecanismos son responsables de ellas? • ¿Cómo se organizan las células y los tejidos del sistema inmunitario para encontrar y responder a los microbios de forma que se produzca su eliminación? Los principios básicos aquí presentados son la base de exposiciones más detalladas de las respuestas inmunitarias en capítulos posteriores. Se proporciona un glosario de los términos importantes usados en este libro al final del mismo. Inmunidades innata y adaptativa Los mecanismos de defensa del anfitrión consisten en la inmunidad innata, que media la protección inicial frente a las infecciones, y la inmunidad adaptativa, que se desarrolla de forma más lenta y proporciona una defensa más especializada y eficaz contra las infecciones (fig. 1.3). La inmunidad innata, también llamada inmunidad natural o nativa, siempre está presente en los sujetos sanos (de ahí el término innato), preparada para bloquear la entrada de microbios y eliminar con rapidez los que entren en los tejidos del anfitrión. La inmunidad adaptativa, también llamada inmunidad específica o adquirida, requiere la proliferación y diferenciación de los linfocitos en respuesta a los microbios antes de poder proporcionar una defensa eficaz (es decir, se adapta a la presencia de los invasores microbianos). La inmunidad innata es más antigua en la evolución filogenética, en tanto que el sistema inmunitario más potente y eficaz se desarrolló después. FIG. 1.3 Principales mecanismos de la inmunidad innata y de la adaptativa. Los mecanismos de la inmunidad innata proporcionan la defensa inicial contra las infecciones. Algunos mecanismos (p. ej., las barreras epiteliales) evitan las infecciones, y otros (p. ej., los fagocitos, los linfocitos citolíticos naturales [NK] y otras células linfocíticas innatas [ILC], el sistema del complemento) eliminan los microbios. Las respuestas inmunitarias adaptativas se desarrollan más tarde y están mediadas por los linfocitos y sus productos. Los anticuerpos bloquean las infecciones y eliminan los microbios, y los linfocitos T erradican los microbios intracelulares. Las cinéticas de las respuestas inmunitarias innata y adaptativa son aproximaciones y pueden variar en diferentes infecciones. La primera línea de defensa en la inmunidad innata la proporcionan las barreras epiteliales y las células y antibióticos naturales presentes en los epitelios, todos los cuales actúan bloqueando la entrada de microbios. Si los microbios rompen los epitelios y entran en los tejidos o la circulación, varios componentes del sistema inmunitario innato defienden frente a ellos, como los fagocitos y las células linfocíticas innatas y varias proteínas plasmáticas, incluidas las del sistema del complemento. Además de proporcionar una defensa temprana contra las infecciones, las respuestas inmunitarias innatas son necesarias para iniciar las respuestas inmunitarias adaptativas contra los microorganismos infecciosos. Los componentes y mecanismos de la inmunidad innata se exponen con detalle en el capítulo 2. El sistema inmunitario adaptativo está integrado por los linfocitos con sus receptores muy diversos y variables frente a las sustancias extrañas y sus productos, entre ellos los anticuerpos. Las respuestas inmunitarias adaptativas son esenciales en la defensa contra los microbios infecciosos que son patógenos para los seres humanos (es decir, capaces de causar enfermedad) y pueden haber evolucionado para resistir a la inmunidad innata. Las células y las moléculas de la inmunidad innata reconocen estructuras compartidas por clases de microbios, mientras que los linfocitos de la inmunidad adaptativa expresan receptores que reconocen específicamente una variedad mucho más amplia de moléculas producidas por los microbios, así como moléculas no infecciosas. Cualquier sustancia que sea reconocida de forma específica por los linfocitos o los anticuerpos se llama antígeno. Las respuestas inmunitarias adaptativas a menudo usan las células y las moléculas del sistema inmunitario innato para eliminar microbios. Por ejemplo, los anticuerpos (componentes de la inmunidad adaptativa) se unen a los microbios, y estos microbios cubiertos se unen con avidez a los fagocitos (componentes de la inmunidad innata), que, al activarse, los ingieren y destruyen. En capítulos posteriores se muestran ejemplos similares de cooperación entre la inmunidad innata y la adaptativa. Por acuerdo, el término respuesta inmunitaria se refiere generalmente a la inmunidad adaptativa, y este es el objetivo de este capítulo. Las células del sistema inmunitario se encuentran en diferentes tejidos y desempeñan diferentes funciones en la defensa del anfitrión. La mayoría de estas células se derivan de precursores de la médula ósea que circulan en la sangre y se denominan leucocitos (glóbulos blancos). Otras están presentes en los tejidos en todo momento. Algunas de estas células funcionan principalmente en la inmunidad innata, otras en la inmunidad adaptativa y otras en ambos tipos de respuestas. Estas células se agrupan en dos grandes categorías: las células linfocíticas (la mayoría de las cuales son las mediadoras de las respuestas inmunitarias adaptativas) y las células no linfocíticas, también llamadas células mielocíticas, que desempeñan diversas funciones, incluidas las respuestas inmunitarias innatas. • Las células dendríticas, los macrófagos y los mastocitos residentes en los tejidos sirven como centinelas para detectar la presencia de microbios en los tejidos e iniciar las respuestas inmunitarias. Las células dendríticas (DC, del inglés dendritic cells), llamadas así por sus muchas extensiones membranarias sobresalientes, también tienen la función especializada de capturar antígenos microbianos y mostrarlos a los linfocitos T para iniciar respuestas inmunitarias adaptativas y, por lo tanto, se denominan células presentadoras de antígeno (APC, del inglés antigen-presenting cells, expuestas más adelante). • Los fagocitos ingieren y destruyen los microbios. Son células mielocíticas e incluyen neutrófilos, que son reclutados a partir de la sangre, y macrófagos, que pueden desarrollarse a partir de monocitos circulantes y vivir en tejidos mucho más tiempoque los neutrófilos. Los macrófagos no solo son centinelas y destructores de microbios, sino que también ayudan a reparar los tejidos dañados. Debido a que los centinelas y los fagocitos son principalmente células de inmunidad innata, se describen en el capítulo 2. • Los linfocitos, incluidos los linfocitos B y T, circulan a través de los órganos linfáticos y los tejidos no linfáticos. Reconocen los antígenos extraños y llevan a cabo respuestas inmunitarias adaptativas. Se describen más adelante en este capítulo. Tipos de inmunidad adaptativa Los dos tipos de inmunidad adaptativa, la humoral y la celular, están mediados por diferentes células y moléculas, y proporcionan una defensa adecuada contra los microbios extracelulares e intracelulares, respectivamente (fig. 1.4). • La inmunidad humoral está mediada por proteínas llamadas anticuerpos, que producen células conocidas como linfocitos B. Los anticuerpos secretados entran en la circulación, los líquidos de los tejidos extracelulares y las luces de los órganos mucosos, como los de los aparatos digestivo y respiratorio. Los anticuerpos se defienden contra los microbios presentes en estos lugares evitando que invadan las células de los tejidos y neutralizando las toxinas producidas por los microbios. Los microbios que viven y se dividen fuera de las células pero que mueren fácilmente una vez ingeridos por los fagocitos se denominan microbios extracelulares, y los anticuerpos pueden aumentar la captación de estos microbios en los fagocitos. Sin embargo, muchos microbios, a menudo llamados microbios intracelulares, pueden vivir y dividirse dentro de las células infectadas, incluidos los fagocitos. Aunque los anticuerpos pueden prevenir que tales microbios infecten las células de los tejidos, no son efectivos después de que los microbios han entrado en las células. • La defensa contra los microbios que ya han entrado en las células del anfitrión se conoce como inmunidad celular, porque está mediada por células llamadas linfocitos T. La inmunidad celular es especialmente importante para defenderse contra los microorganismos intracelulares que pueden sobrevivir y replicarse dentro de las células. Algunos linfocitos T activan a los fagocitos para que destruyan a los microbios que han sido ingeridos y viven dentro de sus vesículas intracelulares. Otros linfocitos T matan cualquier tipo de células del anfitrión (incluidas células no fagocíticas) que albergan microbios infecciosos en el citoplasma o el núcleo. En ambos casos, los linfocitos T reconocen antígenos microbianos que se muestran en las superficies de las células anfitrionas, lo que indica que hay un microbio dentro de la célula. Algunos linfocitos T también ayudan a defenderse contra los microbios extracelulares al reclutar grandes cantidades de fagocitos en los sitios de infección, y los fagocitos ingieren y destruyen los microbios. FIG. 1.4 Tipos de inmunidad adaptativa. En la inmunidad humoral, los linfocitos B secretan anticuerpos que eliminan microbios extracelulares. En la inmunidad celular, algunos linfocitos T secretan proteínas solubles llamadas citocinas que reclutan y activan fagocitos para que destruyan los microbios ingeridos, y otros linfocitos T matan las células infectadas. Las especificidades de los linfocitos T y B difieren en aspectos importantes. La mayoría de los linfocitos T solo reconocen fragmentos peptídicos de proteínas presentados en las superficies celulares, mientras que los linfocitos B y los anticuerpos pueden reconocer muchos tipos diferentes de moléculas, incluidas proteínas, glúcidos, ácidos nucleicos y lípidos. Estas y otras diferencias se expondrán con mayor detalle más adelante. La inmunidad puede ser inducida en un sujeto mediante infección o vacunación (inmunidad activa) o ser conferida mediante la transferencia de anticuerpos o linfocitos de un sujeto inmunizado activamente (inmunidad pasiva). • En la inmunidad activa, un sujeto expuesto a los antígenos de un microbio organiza una respuesta para erradicar la infección y desarrollar resistencia a la infección posterior por este microbio. De tal sujeto se diría que es inmune frente a ese microbio, al contrario que la persona virgen que no se ha expuesto antes a los antígenos del microbio. • En la inmunidad pasiva, un sujeto virgen recibe anticuerpos o células (p. ej., linfocitos, lo que solo es factible en experimentos en animales) de otro sujeto ya inmunizado frente a una infección o anticuerpos protectores que se han sintetizado mediante técnicas modernas de bioingeniería. El receptor adquiere la capacidad de combatir la infección mientras los anticuerpos o células transferidas duren. Por ello, la inmunidad pasiva es útil para conferir inmunidad con rapidez, incluso antes de que el sujeto sea capaz de desarrollar una respuesta activa, pero no induce una resistencia duradera frente a la infección. El único ejemplo fisiológico de inmunidad pasiva se observa en los recién nacidos, cuyos sistemas inmunitarios no son suficientemente maduros para responder a muchos microorganismos patógenos, pero sí están protegidos frente a las infecciones, gracias a la adquisición de anticuerpos de sus madres durante la vida fetal a través de la placenta y en el periodo neonatal de la leche materna. En el ámbito clínico, la inmunidad pasiva es útil para el tratamiento de algunas enfermedades por inmunodeficiencia con anticuerpos acumulados de múltiples donantes, y para el tratamiento urgente de algunas infecciones víricas y de picaduras de serpientes usando suero de donantes inmunizados. Ahora se usan ampliamente anticuerpos y linfocitos T diseñados para reconocer tumores a modo de inmunoterapia pasiva del cáncer. Propiedades de las respuestas inmunitarias adaptativas Varias propiedades de las respuestas inmunitarias adaptativas son cruciales por su eficacia para combatir las infecciones (fig. 1.5). FIG. 1.5 Propiedades de las respuestas inmunitarias adaptativas. Esta tabla resume las propiedades importantes de las respuestas inmunitarias adaptativas y cómo cada característica contribuye a la defensa del anfitrión contra los microbios. Especificidad y diversidad El sistema inmunitario adaptativo es capaz de distinguir entre millones de antígenos o porciones de antígenos diferentes, una característica que se denomina especificidad. Esto implica que el grupo total de especificidades del linfocito, llamado a veces repertorio linfocítico, presenta una gran diversidad. La población total de linfocitos B y T está formada por muchos clones diferentes (cada clon compuesto de células derivadas de un solo linfocito), y todas las células de un clon expresan receptores para el antígeno idénticos, que son diferentes de los receptores de todos los demás clones. Ahora conocemos la base molecular de la generación de esta notable diversidad de linfocitos (v. cap. 4). La hipótesis de la selección clonal, formulada en la década de los cincuenta del siglo XX, predijo correctamente que los clones de linfocitos específicos frente a diferentes antígenos se desarrollan antes del encuentro con estos, y que cada antígeno desencadena una respuesta inmunitaria al seleccionar y activar los linfocitos de un clon específico (fig. 1.6). FIG. 1.6 Selección clonal. Los linfocitos maduros con receptores para muchos antígenos se desarrollan antes del encuentro con dichos antígenos. Un clon es una población de linfocitos con receptores para el antígeno y, por tanto, con especificidades idénticas; se presume que todas estas células derivan de una sola célula precursora. Cada antígeno (p. ej., X e Y) selecciona un clon preexistente de linfocitos específicos y estimula la proliferación y diferenciación de ese clon. El diagrama solo muestra linfocitos B que dan lugar a células secretoras de anticuerpos, pero se aplica el mismo principio a los linfocitos T. Los antígenos mostrados son moléculas de superficie de los microbios, pero la selección clonal es cierta para todos los antígenos extracelulares e intracelulares. La diversidaddel repertorio linfocítico, que capacita al sistema inmunitario para responder a un ingente número de antígenos diversos, también se traduce en que, antes de la exposición a cualquier antígeno, muy pocas células, quizás 1 de cada 100.000 linfocitos o 1 de cada 1.000.000, sean específicas frente a ese antígeno. El número total de linfocitos que puede reconocer un antígeno y reaccionar contra él oscila entre aproximadamente unas 1.000 y 10.000 células. Para crear una defensa eficaz contra los microbios, estas pocas células tienen que dar lugar a un gran número de linfocitos capaces de destruir los microbios. Cada linfocito único que reconoce un solo antígeno y su progenie constituyen un clon específico frente al antígeno. La eficacia notable de las respuestas inmunitarias se atribuye a varias características de la inmunidad adaptativa, como la expansión acentuada del clon de linfocitos específicos frente a ese antígeno al exponerse a él, la selección y conservación de los linfocitos más útiles y numerosas asas de retroalimentación positiva que amplifican la respuesta inmunitaria. Estas características del sistema inmunitario adaptativo se describen en capítulos posteriores. Memoria El sistema inmunitario adaptativo monta respuestas más rápidas, mayores y más eficaces ante la exposición repetida al mismo antígeno. Esta característica de las respuestas inmunitarias primarias adaptativas implica que el sistema inmunitario recuerda todos los encuentros con el antígeno, y esta propiedad de la inmunidad adaptativa se denomina, por tanto, memoria inmunitaria. La respuesta a la primera exposición a un antígeno, llamada respuesta inmunitaria primaria, es mediada por linfocitos conocidos como linfocitos vírgenes, que entran en contacto con el antígeno por primera vez (fig. 1.7). El término virgen se refiere a que estas células no tienen experiencia inmunitaria, y no han respondido a antígenos previamente. Los encuentros posteriores con el mismo antígeno conducen a las denominadas respuestas inmunitarias secundarias, que suelen ser más rápidas, de mayor magnitud y con mayor capacidad de eliminación del antígeno que las respuestas primarias. Las respuestas secundarias son el resultado de la activación de los linfocitos de memoria, que son células de vida larga inducidas durante la respuesta inmunitaria primaria. La memoria inmunitaria optimiza la capacidad del sistema inmunitario de combatir infecciones persistentes y recurrentes, ya que cada encuentro con un microbio genera más células de memoria y activa las generadas previamente. La memoria inmunitaria es un mecanismo por el que las vacunas confieren una protección duradera contra las infecciones. FIG. 1.7 Respuestas inmunitarias primaria y secundaria. Las propiedades de la memoria y la especificidad pueden demostrarse mediante inmunizaciones repetidas con antígenos definidos en animales experimentales. Los antígenos X e Y inducen la producción de diferentes anticuerpos (un reflejo de la especificidad). La respuesta secundaria al antígeno X es más rápida y mayor que la primaria (lo que es ilustrado por la memoria), y es diferente de la respuesta primaria al antígeno Y (de nuevo, reflejo de la especificidad). Las concentraciones de anticuerpos declinan con el tiempo tras cada inmunización. La cantidad de anticuerpos producida se muestra en unidades arbitrarias y varía con el tipo de exposición al antígeno. Solo se muestran los linfocitos B, pero se observan las mismas características con las respuestas del linfocito T a los antígenos. El tiempo tras la inmunización puede ser de 1-3 semanas para una respuesta primaria y de 2-7 días para una secundaria, pero la cinética varía en función del antígeno y de la naturaleza de la inmunización. Otras características de la inmunidad adaptativa Las respuestas inmunitarias adaptativas tienen otras características importantes para sus funciones (v. fig. 1.5). • Cuando los antígenos activan los linfocitos vírgenes o de memoria, estos proliferan, de modo que generan muchos miles de células de descendencia clonal, todos con los mismos receptores para el antígeno y la misma especificidad. Este proceso, llamado expansión clonal, aumenta rápidamente el número de células específicas frente al antígeno encontrado y asegura que la inmunidad adaptativa controla los microbios en proliferación rápida. • Las respuestas inmunitarias están especializadas, y diferentes respuestas tratan de defender mejor frente a distintos tipos de microbios. • Todas las respuestas inmunitarias son autolimitadas y declinan a medida que la infección es eliminada, lo que permite que el sistema vuelva a un estado de reposo (homeostasis), preparado para responder a otra infección. • El sistema inmunitario es capaz de reaccionar contra un gran número de microbios diversos y otros antígenos extraños, pero normalmente no reacciona contra las sustancias antigénicas del propio anfitrión (los llamados antígenos propios). Esta falta de respuesta frente a lo propio se conoce como tolerancia inmunitaria, y se refiere a la capacidad del sistema inmunitario de coexistir con (tolerar) moléculas, células y tejidos potencialmente antigénicos. Células del sistema inmunitario adaptativo En esta sección del capítulo se describen las importantes propiedades funcionales de las principales poblaciones celulares de la inmunidad adaptativa, sobre todo los linfocitos y las células presentadoras de antígeno (fig. 1.8). Los fagocitos y otras células del sistema inmunitario se describen en el capítulo 2. FIG. 1.8 Principales células del sistema inmunitario adaptativo. Las microfotografías ilustran la forma de algunas células de cada tipo. Se enumeran las principales funciones de estos tipos de células. Linfocitos Los linfocitos son las únicas células que producen receptores específicos frente a antígenos diversos y son los mediadores clave de la inmunidad adaptativa. Un adulto sano contiene 0,5-1 × 1012 linfocitos. Aunque todos los linfocitos tienen un aspecto similar y no destacan por él, son heterogéneos en su linaje, función y fenotipo, y capaces de producir respuestas y actividades biológicas complejas (fig. 1.9). Estas células a menudo se distinguen por la expresión de proteínas de superficie que pueden identificarse usando grupos de anticuerpos monoclonales. La nomenclatura estándar de estas proteínas es la designación numérica del grupo de diferenciación (CD, del inglés cluster of differentiation), que se utiliza para describir las proteínas de superficie que definen un tipo particular de célula o estadio de diferenciación y que se reconocen por un grupo de anticuerpos. (En el Apéndice I se ofrece una lista de las moléculas CD que se mencionan en el libro.) FIG. 1.9 Clases de linfocitos. A. Diferentes clases de linfocitos en el sistema inmunitario innato reconocen distintos tipos de antígenos y se diferencian en células efectoras cuya función es eliminar los antígenos. Los linfocitos B reconocen antígenos solubles o de la superficie microbiana y se diferencian en células secretoras de anticuerpos llamadas células plasmáticas. Los linfocitos T cooperadores y los linfocitos T citotóxicos reconocen péptidos derivados de proteínas intracelulares mostradas en la superficie celular por moléculas del MHC, lo que se describe en el capítulo 3. Los linfocitos T cooperadores reconocen estos péptidos mostrados en la superficie de los macrófagos u otras células presentadoras de antígeno y secretan citocinas, que estimulan diferentes mecanismos de la inmunidad y la inflamación. Los linfocitos T citotóxicos reconocen péptidos mostrados por cualquier tipo de célula infectada (o célula tumoral) y la matan. Los linfocitos T reguladores limitan la activación de otros linfocitos, especialmente de los linfocitos T, e impiden la autoinmunidad. B. La tabla resume las principales propiedades de los linfocitos del sistema inmunitario adaptativo. No se incluyen los linfocitos γδ, las células citolíticas naturales ni otras células linfocíticas innatas,que se exponen en el capítulo 2. *Los porcentajes son aproximados, basados en datos de sangre periférica humana y órganos linfáticos de ratón. Fc, fragmento cristalino; Ig, inmunoglobulina; MHC, complejo principal de histocompatibilidad. Como ya se indicó anteriormente, los linfocitos B son las únicas células capaces de producir anticuerpos; por tanto, son las que median la inmunidad humoral. Los linfocitos B expresan formas membranarias de anticuerpos que sirven de receptores que reconocen antígenos e inician el proceso de activación de las células. Los antígenos solubles y los que están en la superficie de los microbios y otras células pueden unirse a estos receptores del linfocito B para el antígeno, lo que da lugar a la proliferación y diferenciación de los linfocitos B específicos frente al antígeno. Esto conduce a la secreción de formas solubles de anticuerpos con la misma especificidad antigénica que los receptores de membrana. Los linfocitos T son responsables de la inmunidad celular. Los receptores para el antígeno de la mayoría de los linfocitos T solo reconocen fragmentos peptídicos de antígenos proteínicos que están unidos a moléculas especializadas en la muestra de péptidos, conocidas como complejo principal de histocompatibilidad (MHC, del inglés major histocompatibility complex) y situadas en la superficie de células especializadas denominadas células presentadoras de antígeno (v. cap. 3). Entre los linfocitos T, los CD4+ se denominan linfocitos T cooperadores, porque ayudan a los linfocitos B a producir anticuerpos y a los fagocitos a destruir los microbios ingeridos. Los linfocitos T CD8+ se conocen como linfocitos T citotóxicos (CTL, del inglés cytotoxic T lymphocytes), porque matan las células que albergan microbios intracelulares. Algunos linfocitos T CD4+ pertenecen a un subgrupo especial que impide o limita las respuestas inmunitarias; estos se llaman linfocitos T reguladores. Todos los linfocitos surgen de células precursoras linfocíticas comunes de la médula ósea (fig. 1.10). Los linfocitos B maduran en la médula ósea, y los linfocitos T, en un órgano llamado timo. Estos lugares en los que se producen (generan) linfocitos maduros se llaman órganos linfáticos generadores (o centrales). Los linfocitos maduros salen de estos y entran en la circulación y en los órganos linfáticos periféricos (secundarios), que son los principales lugares de la respuesta inmunitaria donde los linfocitos se encuentran con los antígenos y se activan. FIG. 1.10 Maduración y distribución tisular de los linfocitos. Los linfocitos se desarrollan a partir de precursores presentes en los órganos linfáticos generadores (médula ósea y timo). Los linfocitos maduros entran en los órganos linfáticos periféricos, donde responden a los antígenos extraños y recirculan en la sangre y la linfa. Algunos linfocitos B maduros abandonan la médula ósea y completan su maduración en el bazo (no mostrado). Cuando los linfocitos vírgenes reconocen antígenos microbianos y, además, reciben señales adicionales inducidas por los microbios, los linfocitos específicos frente al antígeno proliferan y después se diferencian en células efectoras y células de memoria (fig. 1.11). • Los linfocitos vírgenes expresan receptores para los antígenos, pero no realizan las funciones necesarias para eliminar los antígenos. Estas células residen en los órganos linfáticos periféricos, circulan entre ellos y sobreviven durante varios meses a algunos años, a la espera de encontrarse con el antígeno y responder a él. Si no son activados por el antígeno, los linfocitos vírgenes mueren por el proceso de la apoptosis y son reemplazados por células nuevas que surgen en los órganos linfáticos generadores. La diferenciación de los linfocitos vírgenes en células efectoras y de memoria se inicia por el reconocimiento del antígeno, lo que asegura que la respuesta inmunitaria que surge sea específica frente al antígeno que se ha reconocido. • Los linfocitos efectores son la descendencia diferenciada de células vírgenes que tienen la capacidad de producir moléculas que actúan para eliminar antígenos. Las células efectoras del linaje del linfocito B son células secretoras de anticuerpos, llamadas células plasmáticas. Estas se producen en respuesta al estímulo antigénico en los órganos linfáticos periféricos, donde pueden estar y producir anticuerpos. También hay un número reducido de células secretoras de anticuerpos en la sangre; se denominan plasmablastos. Algunas de estas migran a la médula ósea, donde maduran en células plasmáticas de vida larga y continúan produciendo anticuerpos años después de que la infección esté erradicada, lo que proporciona una protección inmediata en el caso de que la infección recurra. Los linfocitos T CD4+ efectores (linfocitos T cooperadores) producen las proteínas llamadas citocinas, las cuales activan los linfocitos B, los macrófagos y otros tipos celulares, con lo que median en la función cooperadora de este linaje. Las propiedades de las citocinas se enumeran en el Apéndice II y se expondrán en capítulos posteriores. Los linfocitos T CD8+ efectores (CTL) disponen del mecanismo para matar células infectadas del anfitrión. El desarrollo y las funciones de estas células efectoras también se exponen en capítulos posteriores. Los linfocitos T efectores viven poco tiempo y mueren cuando se elimina el antígeno. • Las células de memoria, generadas también a partir de la descendencia de linfocitos estimulados por el antígeno, pueden sobrevivir largos periodos sin el antígeno. Por tanto, la frecuencia de aparición de células de memoria aumenta con la edad, probablemente debido a la exposición a microbios ambientales. De hecho, las células de memoria suponen menos del 5% de los linfocitos T de la sangre periférica de un recién nacido, pero el 50% o más de los de un adulto (fig. 1.12). A medida que los sujetos envejecen, la acumulación gradual de células de memoria compensa la menor producción de linfocitos T vírgenes en el timo, que involuciona después de la pubertad (v. cap. 4). Las células de memoria son inactivas; no desempeñan funciones efectoras a no ser que sean estimuladas por un antígeno. Cuando se encuentran con el mismo antígeno que indujo su desarrollo, responden rápidamente para iniciar las respuestas inmunitarias secundarias. Las señales que generan y mantienen las células de memoria no se conocen bien, pero entre ellas están las citocinas. FIG. 1.11 Estadios en el ciclo vital de los linfocitos. A. Los linfocitos vírgenes reconocen antígenos extraños para iniciar las respuestas inmunitarias adaptativas. Los linfocitos vírgenes necesitan señales, además de antígenos, para proliferar y diferenciarse en células efectoras; estas señales adicionales no se muestran. Las células efectoras, que surgen a partir de las células vírgenes, actúan eliminando antígenos. Las células efectoras del linaje del linfocito B son células plasmáticas secretoras de anticuerpos (algunas de las cuales tienen una vida larga). Las células efectoras del linaje del linfocito T CD4 producen citocinas. (Las células efectoras del linaje CD8 son linfocitos T citotóxicos; no se muestran.) Otros descendientes de los linfocitos estimulados por el antígeno se diferencian en células de memoria de vida larga. B. Se resumen las características importantes de los linfocitos T y B vírgenes, efectores y de memoria. La generación y las funciones de las células efectoras, incluidos los cambios en los patrones de migración y los tipos de inmunoglobulinas (Ig) producidas, se describen en capítulos posteriores. FIG. 1.12 Cambio en las proporciones de linfocitos T vírgenes y de memoria con la edad. Las proporciones de linfocitos T vírgenes y de memoria se basan en datos de múltiples sujetos sanos. La estimación de la producción tímica es una aproximación. (Por cortesía de la Dra. Donna L. Farber, Columbia University College of Physicians and Surgeons, Nueva York.) Células presentadoras de antígeno Los sitios de entrada más habitualespara los microbios –la piel y los sistemas digestivo, respiratorio y genitourinario– contienen células presentadoras de antígeno especializadas localizadas en el epitelio y que capturan antígenos, los transportan a los tejidos linfáticos periféricos y los muestran (presentan) a los linfocitos. Estos son los primeros pasos en el desarrollo de las respuestas inmunitarias adaptativas frente a los antígenos. Esta función de captura y presentación del antígeno se conoce mejor en las células dendríticas, las células presentadoras de antígeno (APC, del inglés antigen-presenting cells) del sistema inmunitario. Las g g p g células dendríticas capturan antígenos proteínicos de los microbios que atraviesan las barreras epiteliales y los transportan a los ganglios linfáticos regionales, donde muestran fragmentos de las proteínas para su reconocimiento por los linfocitos T. Si un microbio ha invadido a través del epitelio, puede ser fagocitado por los macrófagos que viven en los tejidos y en diversos órganos. Los microbios o sus antígenos que entran en los órganos linfáticos pueden ser capturados por las células dendríticas o los macrófagos que residen en dichos órganos y presentados a los linfocitos. El proceso de presentación del antígeno a los linfocitos T se describe en el capítulo 3. Las células dendríticas tienen otra importante característica que les confiere la capacidad de activar las respuestas del linfocito T. Estas células especializadas responden a los microbios produciendo proteínas de superficie, llamadas coestimuladores, que son necesarias, junto al antígeno, para activar a los linfocitos T vírgenes para que proliferen y se diferencien en células efectoras. Las células dendríticas expresan cantidades más altas de estas proteínas coestimuladoras que otros tipos de células y, por lo tanto, son los estimuladores más potentes de los linfocitos T vírgenes y los iniciadores más eficientes de las respuestas de los linfocitos T. Otras células presentadoras de antígeno, como los macrófagos y los linfocitos B, presentan antígenos a los linfocitos T efectores diferenciados en varias respuestas inmunitarias. Los linfocitos B pueden reconocer directamente los antígenos de los microbios (liberados o en la superficie de los microbios), y los macrófagos y las células dendríticas de los órganos linfáticos periféricos también pueden capturar antígenos y mostrarlos a los linfocitos B. Un tipo especial de célula, la llamada célula dendrítica folicular (FDC, del inglés follicular dendritic cell), reside en los centros germinales de los folículos linfáticos en los órganos linfáticos periféricos y muestra los antígenos que estimulan la diferenciación de los linfocitos B en los folículos (v. cap. 7). Las FDC no presentan antígenos a los linfocitos T y difieren de las células dendríticas anteriormente descritas en que actúan como APC para los linfocitos T. Tejidos del sistema inmunitario Los tejidos del sistema inmunitario son los órganos linfáticos generadores, en los que los linfocitos T y B maduran y se hacen competentes para responder a los antígenos, y los órganos linfáticos periféricos, en los que se inician las respuestas inmunitarias adaptativas frente a los microbios (v. fig. 1.10). La mayoría de los linfocitos de un ser humano sano se encuentran en los órganos linfáticos y en otros tejidos (fig. 1.13). Sin embargo, como expondremos más adelante, los linfocitos tienen la particularidad entre todas las células del cuerpo de su capacidad para recircular repetidamente a través de la sangre para visitar cada órgano linfático secundario del cuerpo. Los órganos linfáticos generadores (también llamados primarios o centrales) se describen en el capítulo 4, donde se expone el proceso de maduración del linfocito. La siguiente sección subraya algunas de las características de los órganos linfáticos periféricos (o secundarios) que son importantes para el desarrollo de la inmunidad adaptativa. FIG. 1.13 Distribución de los linfocitos en los órganos linfáticos y en otros tejidos. Se muestran números aproximados de linfocitos en diferentes órganos de adultos sanos. Órganos y tejidos linfáticos periféricos (secundarios) Los órganos y tejidos linfáticos periféricos, que consisten en los ganglios linfáticos, el bazo y los sistemas inmunitarios cutáneo y mucoso, están organizados de modo que promuevan el desarrollo de las respuestas inmunitarias adaptativas. Los linfocitos T y B deben localizar los microbios que entran por cualquier lugar del cuerpo, responder entonces a ellos y eliminarlos. La organización anatómica de los órganos linfáticos periféricos capacita a las APC para concentrar los antígenos en estos órganos, y a los linfocitos para localizarlos y responder frente a ellos. Esta organización se ve complementada por la notable capacidad de los linfocitos de circular a través del cuerpo, de forma que los linfocitos vírgenes vayan preferentemente a los órganos en que se concentra el antígeno, y las células efectoras, a los lugares de infección, donde los microbios deben ser eliminados. Además, diferentes tipos de linfocitos necesitan a menudo comunicarse para generar respuestas inmunitarias eficaces. Por ejemplo, dentro de los órganos linfáticos periféricos, los linfocitos T cooperadores específicos frente a un antígeno interaccionan con los linfocitos B específicos frente al mismo antígeno y los ayudan, lo que propicia la producción del anticuerpo. Una función importante de los órganos linfáticos es reunir estas células infrecuentes tras ser estimuladas por el antígeno de forma que interactúen cuando necesitan hacerlo. Los principales órganos linfáticos periféricos comparten muchas características, pero también tienen algunas particulares. • Los ganglios linfáticos son agregados nodulares encapsulados de tejido linfático localizados a lo largo de conductos linfáticos de todo el cuerpo (fig. 1.14). Constantemente sale líquido de los vasos sanguíneos pequeños en todos los epitelios y tejidos conjuntivos, así como de la mayoría de los órganos parenquimatosos. Este líquido, llamado linfa, es drenado por los vasos linfáticos de los tejidos hasta los ganglios linfáticos y, finalmente, es devuelto a la circulación sanguínea. Por tanto, la linfa contiene una mezcla de sustancias absorbidas de los epitelios y los tejidos. A medida que la linfa pasa a través de los ganglios linfáticos, las APC de los ganglios son capaces de tomar muestras de antígenos de los microbios que entren a través de los epitelios en los tejidos. Además, las células dendríticas captan antígenos de los microbios de los epitelios y otros tejidos, y los transportan a los ganglios linfáticos. El resultado neto de estos procesos de captura y transporte del antígeno es que los antígenos de los microbios que entran a través de los epitelios o que colonizan los tejidos se concentran en los ganglios linfáticos de drenaje. • El bazo es un órgano abdominal muy vascularizado que realiza la misma función en las respuestas inmunitarias frente a los antígenos transportados por la sangre que los ganglios linfáticos en las respuestas frente a los antígenos transportados por la linfa (fig. 1.15). La sangre que entra en el bazo fluye a través de una red de conductos (sinusoides). Los antígenos transportados por la sangre son concentrados por las células dendríticas y los macrófagos en el bazo. Este órgano contiene abundantes fagocitos que recubren los sinusoides, que ingieren y destruyen los microbios de la sangre. Estos macrófagos también ingieren y destruyen hematíes viejos. • Los sistemas inmunitarios cutáneo y mucoso son grupos especializados de tejidos linfáticos, APC y moléculas efectoras localizados en los epitelios de la piel y en los aparatos digestivo y respiratorio, respectivamente, y por debajo de ellos. Aunque la mayoría de las células inmunitarias de estos tejidos se dispersan difusamente bajo las barreras epiteliales, se trata de grupos definidos de linfocitos y APC organizados de una forma parecida a como lo están los ganglios linfáticos.Por ejemplo, la amígdala faríngea y las placas de Peyer del intestino son dos tejidos linfáticos mucosos definidos en estructuras anatómicas (fig. 1.16). El sistema inmunitario de la piel consta de la mayoría de las células de la inmunidad innata y adaptativa, pero sin ninguna estructura anatómica definida (fig. 1.17). En cualquier momento, al menos una cuarta parte de los linfocitos del cuerpo están en los tejidos mucosos y en la piel (reflejo del gran tamaño de estos tejidos) (v. fig. 1.13), y muchos de ellos son células de memoria. Los tejidos linfáticos cutáneos y mucosos son lugares de respuestas inmunitarias a los antígenos que atraviesan los epitelios. Un desafío para estos sistemas inmunitarios mucosos y cutáneos es ser capaces de responder a los microorganismos patógenos, pero no reaccionar al elevado número de microbios comensales habitualmente inocuos que están presentes en las barreras epiteliales. Esto se consigue por medio de diversos mecanismos, incluida la acción de los linfocitos T reguladores y otras células que suprimen los linfocitos T en lugar de activarlos. FIG. 1.14 Morfología de un ganglio linfático. A. Diagrama esquemático de un ganglio linfático que ilustra su organización estructural. B. Microfotografía óptica de un ganglio linfático que muestra su sección transversal, con numerosos folículos en la corteza, algunos con zonas centrales ligeramente teñidas (centros germinales). FIG. 1.15 Morfología del bazo. A. Diagrama esquemático que muestra una arteriola esplénica rodeada de la vaina linfática periarteriolar (PALS) y unida a folículos. Las PALS y los folículos linfáticos constituyen la pulpa blanca. La zona marginal con su seno es el límite indistinto entre la pulpa blanca y la pulpa roja. B. Microfotografía óptica de una sección del bazo que muestra una arteriola con la PALS y un folículo con un centro germinal destacado. Estos están rodeados por la pulpa roja, que es rica en sinusoides vasculares. FIG. 1.16 Sistema inmunitario de las mucosas. Diagrama esquemático del sistema inmunitario mucoso con el intestino delgado como ejemplo. Hay muchas bacterias comensales en la luz. El epitelio secretor de moco proporciona una barrera innata a la invasión microbiana (v. cap. 2). Células epiteliales especializadas, como las células M, promueven el transporte de antígenos desde la luz hasta los tejidos subyacentes. Las células de la lámina propia, incluidas las células dendríticas, los linfocitos T y los macrófagos, proporcionan una defensa inmunitaria innata y adaptativa contra los microbios invasores; algunas de estas células se organizan en estructuras especializadas, como las placas de Peyer en el intestino delgado. La inmunoglobulina A (IgA) es un tipo de anticuerpo que se produce de forma abundante en los tejidos mucosos y se transporta a la luz, donde se une a los microbios y los neutraliza (v. cap. 8). FIG. 1.17 Sistema inmunitario cutáneo. Los principales componentes del sistema inmunitario cutáneo que se muestran en este diagrama esquemático son los queratinocitos, las células de Langerhans y los linfocitos intraepiteliales, todos ubicados en la epidermis, y los linfocitos T, las células dendríticas y los macrófagos, ubicados en la dermis. Dentro de los órganos linfáticos periféricos, los linfocitos T y B son segregados en diferentes compartimentos anatómicos (fig. 1.18). En los ganglios linfáticos, los linfocitos B se concentran en estructuras definidas, llamadas folículos, localizadas alrededor de la periferia, o corteza, de cada ganglio. Si los linfocitos B en un folículo han respondido al principio a un antígeno proteínico y recibido las señales de los linfocitos T cooperadores, este folículo puede contener una región central ligeramente teñida, conocida como centro germinal. El centro germinal tiene una función importante en la producción de anticuerpos muy diversos y se describe en el capítulo 7. Los linfocitos T se concentran fuera de los folículos, pero junto a ellos, en la paracorteza. En los folículos están las FDC anteriormente descritas, que participan en la activación de los linfocitos B, y en la paracorteza se encuentran las células dendríticas, que presentan antígenos a los linfocitos T. En el bazo, los linfocitos T se concentran en las vainas linfáticas periarteriolares que rodean las pequeñas arteriolas, y los linfocitos B residen en los folículos. FIG. 1.18 Segregación de linfocitos B y T en diferentes regiones de un ganglio linfático. A. El diagrama esquemático ilustra la vía mediante la cual los linfocitos B y T vírgenes migran a diferentes zonas de un ganglio linfático. Los linfocitos B y T vírgenes entran a través de una vénula del endotelio alto, mostrada en corte transversal, desde donde son llevados a zonas diferentes del ganglio por la acción de quimiocinas producidas en dichas zonas y que se unen selectivamente a cada tipo celular. También se muestra la migración de las células dendríticas, que captan antígenos desde el epitelio, entran a través de los vasos linfáticos aferentes y migran a las zonas ricas en linfocitos T del ganglio (v. cap. 3). B. En esta sección histológica de un ganglio linfático, los linfocitos B localizados en los folículos se tiñen de verde, y los linfocitos T de la corteza parafolicular, de rojo, usando inmunofluorescencia. Con esta técnica, una sección de tejido se tiñe con anticuerpos específicos frente a los linfocitos T o B acoplados a fluorocromos que emiten diferentes colores cuando son estimulados con las longitudes de onda adecuadas. La segregación anatómica de los linfocitos T y B también se observa en el bazo (no mostrado). (Por cortesía de las Dras. Kathryn Pape y Jennifer Walter, University of Minnesota Medical School, Minneapolis, MN.) La organización anatómica de los órganos linfáticos periféricos está muy bien regulada para permitir que las respuestas inmunitarias se desarrollen tras la estimulación de los antígenos. Los linfocitos B son atraídos y retenidos en los folículos, debido a la acción de una clase de citocinas, las quimiocinas (citocinas quimiotácticas; las quimiocinas y otras citocinas se describen con más detalle en los capítulos posteriores). Las FDC de los folículos secretan constantemente una quimiocina particular para la que los linfocitos B vírgenes expresan un receptor, llamado CXCR5. La quimiocina que se une al CXCR5 atrae los linfocitos B desde la sangre a los folículos de los órganos linfáticos. De forma similar, los linfocitos T son segregados a la paracorteza de los ganglios linfáticos y las vainas linfáticas periarteriolares del bazo, debido a que los linfocitos T vírgenes expresan un receptor, llamado CCR7, que reconoce quimiocinas producidas en estas regiones de los ganglios linfáticos y el bazo. Cuando los antígenos activan los linfocitos, estos alteran la expresión de receptores para quimiocinas. Debido a ello, los linfocitos B y T migran hacia su mutuo encuentro y se reúnen en el borde de los folículos, donde los linfocitos T cooperadores interaccionan con los linfocitos B y los ayudan a diferenciarse en células productoras de anticuerpos (v. cap. 7). De este modo, estas poblaciones de linfocitos se mantienen separadas hasta que resulta útil para ellos interactuar, tras la exposición a un antígeno. Este es un ejemplo excelente de cómo la estructura de los órganos linfáticos asegura que las células que han reconocido y respondido a un antígeno interaccionen y se comuniquen entre sí solo cuando es necesario. Muchos de los linfocitos T efectores salen del ganglio a través de los vasos linfáticos eferentes y abandonan el bazo a través de las venas. Estos linfocitos activados acaban en la circulación y pueden desplazarse a lugares de infección distantes. Algunos linfocitos T activados permanecen en el órgano linfático donde fueron generados y migran a los folículos linfáticos, donde ayudan a los linfocitos B a hacer anticuerpos de afinidad alta. Recirculación del linfocito y migración a los tejidos Los linfocitos vírgenes recirculanconstantemente entre la sangre y los órganos linfáticos periféricos, donde pueden ser activados por antígenos para convertirse en células efectoras, y los linfocitos efectores migran desde los tejidos linfáticos a las zonas de infección, donde se eliminan los microbios (fig. 1.19). De este modo, los linfocitos en estadios definidos de su vida migran a diferentes localizaciones, donde son necesarios para sus funciones. La migración de los linfocitos efectores a los lugares de infección es más relevante para los linfocitos T, porque los linfocitos T efectores tienen que localizar y eliminar microbios en estos sitios. Por el contrario, las células plasmáticas no necesitan migrar a lugares de infección; en cambio, secretan anticuerpos, los cuales entran en la sangre. Estos anticuerpos pueden unirse a microorganismos patógenos o toxinas en la sangre, o en los tejidos a los que entran los anticuerpos. Las células plasmáticas presentes en los órganos mucosos secretan anticuerpos que entran en las luces de estos órganos, donde se unen a los microbios inhalados e ingeridos y los combaten. FIG. 1.19 Migración de los linfocitos T. Los linfocitos T vírgenes migran desde la sangre, a través de las vénulas del endotelio alto, hacia las zonas de linfocitos T de los ganglios linfáticos, donde son activados por antígenos. Los linfocitos T activados salen de los ganglios, entran en el torrente sanguíneo y migran, de forma preferente, a los tejidos periféricos en los sitios de infección e inflamación. Las moléculas de adherencia implicadas en la unión de los linfocitos T a las células endoteliales se describen en los capítulos 5 y 6. La migración de diferentes poblaciones de linfocitos tiene diferentes características y está controlada por diferentes interacciones moleculares. • Los linfocitos T vírgenes que han madurado en el timo y entrado en la circulación migran a los ganglios linfáticos, donde pueden encontrarse con los antígenos que drenan los epitelios y los órganos parenquimatosos. Estos linfocitos T vírgenes entran en los ganglios linfáticos a través de vénulas poscapilares especializadas, llamadas vénulas del endotelio alto (HEV, del inglés high endothelial venules). Las moléculas de adherencia usadas por los linfocitos T para unirse al endotelio se describen en el capítulo 5. Las quimiocinas producidas en las zonas del linfocito T de los ganglios linfáticos y mostradas en las superficies de las HEV se unen al receptor para quimiocinas CCR7 expresado en los linfocitos T vírgenes, lo que hace que los linfocitos T se unan fuertemente a las HEV. Los linfocitos T vírgenes migran entonces a la zona de linfocitos T, donde los antígenos son presentados por células dendríticas. Los linfocitos B vírgenes también entran en los tejidos linfáticos, pero después migran a los folículos en respuesta a las quimiocinas que se unen al CXCR5, el receptor para quimiocinas expresado en estos linfocitos B. • En el ganglio linfático, los linfocitos T se mueven rápidamente, explorando las superficies de las células dendríticas en busca de antígenos. Si un linfocito T reconoce de forma específica a un antígeno en una célula dendrítica, ese linfocito T forma conjugados estables con la célula dendrítica y se activa. Tal encuentro entre un antígeno y un linfocito específico probablemente sea un episodio aleatorio, pero la mayoría de los linfocitos T del cuerpo circulan a través de algunos ganglios linfáticos al menos una vez al día. Como se mencionó anteriormente y se describirá mejor en el capítulo 3, la probabilidad de que el linfocito T correcto encuentre a su antígeno aumenta en los órganos linfáticos periféricos, en particular en los ganglios linfáticos, porque los antígenos microbianos se concentran en las mismas regiones de estos órganos a través de los cuales recirculan los linfocitos T vírgenes. De este modo, los linfocitos T encuentran el antígeno que pueden reconocer y se activan para proliferar y diferenciarse. Los linfocitos vírgenes que no se han encontrado con los antígenos específicos abandonan los ganglios linfáticos y vuelven a entrar en la circulación. • Las células efectoras generadas tras la activación del linfocito T migran preferentemente a los tejidos infectados por los microbios, donde los linfocitos T realizan su función de erradicar la infección. Señales específicas controlan estos patrones precisos de migración de linfocitos T vírgenes y activados (v. cap. 6). • Los linfocitos B que reconocen y responden al antígeno en los folículos del ganglio linfático se diferencian en células plasmáticas secretoras de anticuerpos, la mayoría de las cuales migran a la médula ósea o los tejidos mucosos (v. cap. 7). • Los linfocitos T de memoria constan de diferentes poblaciones (v. cap. 6); algunas células recirculan a través de los ganglios linfáticos, donde pueden organizar respuestas secundarias a los antígenos capturados, mientras que otras migran a las zonas de infección, donde pueden responder con rapidez para eliminar la infección. Todavía otras células de memoria residen permanentemente en los tejidos epiteliales, como los tejidos mucosos y la piel. Sabemos menos sobre la circulación del linfocito a través del bazo u otros tejidos linfáticos. El bazo no contiene HEV, pero el patrón general de migración del linfocito virgen a través de este órgano probablemente sea similar al de migración a través de los ganglios linfáticos. Resumen • La función fisiológica del sistema inmunitario es proteger a los sujetos contra las infecciones y el cáncer. • La inmunidad innata es la primera línea de defensa, mediada por células y moléculas que siempre están presentes y que los microbios infecciosos no pueden eliminar fácilmente. • La inmunidad adaptativa está mediada por linfocitos estimulados por antígenos microbianos, lo que conduce a la proliferación y diferenciación de los linfocitos y a la generación de células efectoras, y responde con mayor eficacia con cada exposición sucesiva a un microbio. • Los linfocitos son las células de la inmunidad adaptativa y las únicas células con receptores distribuidos de forma clonal específicos frente a diferentes antígenos. • La inmunidad adaptativa consta de la inmunidad humoral, en la que los anticuerpos neutralizan y erradican los microbios extracelulares y las toxinas, y de la inmunidad celular, en la que los linfocitos T erradican los microbios intracelulares. • Las respuestas inmunitarias adaptativas se desarrollan en fases secuenciales: reconocimiento del antígeno por los linfocitos, activación de los linfocitos para proliferar y diferenciarse en células efectoras y de memoria, eliminación de los microbios, declinación de la respuesta inmunitaria y memoria duradera. • Diferentes poblaciones de linfocitos sirven a diferentes funciones y pueden distinguirse por la expresión en la superficie de moléculas de membrana particulares. • Los linfocitos B son las únicas células que producen anticuerpos. Los linfocitos B expresan anticuerpos membranarios que reconocen antígenos, y la descendencia de los linfocitos B activados, llamada células plasmáticas, secreta los anticuerpos que neutralizan y eliminan el antígeno. • Los linfocitos T reconocen fragmentos peptídicos de antígenos proteínicos mostrados en otras células. Los linfocitos T cooperadores producen citocinas que activan los fagocitos para que destruyan los microbios ingeridos, recluten leucocitos y activen linfocitos B para producir anticuerpos. Los linfocitos T citotóxicos (CTL) matan las células infectadas que albergan microbios en el citoplasma. • Las células presentadoras de antígeno (APC) capturan antígenos de microbios que entran a través de los epitelios, concentran estos antígenos en los órganos linfáticos y los muestran para ser reconocidos por los linfocitos T. • Los linfocitos y las APC están organizados en los órganos linfáticos periféricos, donde se inician y desarrollan las respuestas inmunitarias. • Los linfocitos vírgenes circulan a través de los órganos linfáticos periféricos(secundarios) en busca de antígenos extraños. Los linfocitos T efectores migran a las zonas periféricas de infección, donde actúan para eliminar microbios infecciosos. Las células plasmáticas permanecen en los órganos linfáticos y la médula ósea, donde secretan anticuerpos que entran en la circulación y encuentran y eliminan los microbios. Preguntas de repaso 1. ¿Cuáles son los dos tipos de inmunidad adaptativa y qué tipos de microbios combaten estas respuestas inmunitarias adaptativas? 2. ¿Cuáles son las principales clases de linfocitos y cómo difieren en su función? 3. ¿Cuáles son las principales diferencias entre los linfocitos T y B vírgenes, efectores y de memoria? 4. ¿Dónde se localizan los linfocitos T y B en los ganglios linfáticos y cómo se mantiene su separación anatómica? 5. ¿Cómo difieren los linfocitos T vírgenes y efectores en sus patrones de migración? Consulte las respuestas y el análisis de las preguntas de repaso en el Apéndice IV. 2 Inmunidad innata La defensa temprana contra las infecciones ÍNDICE DEL CAPÍTULO Características generales y especificidad de las respuestas inmunitarias innatas Receptores celulares para los microbios y las células dañadas Receptores del tipo toll Receptores del tipo NOD Inflamasomas Sensores de ADN y ARN citosólico Otros receptores celulares de la inmunidad innata Componentes de la inmunidad innata Barreras epiteliales Fagocitos: neutrófilos y monocitos/macrófagos Células dendríticas Mastocitos Células linfocíticas innatas Células citolíticas naturales Linfocitos con una diversidad limitada Sistema del complemento Otras proteínas plasmáticas de la inmunidad innata Citocinas de la inmunidad innata Reacciones inmunitarias innatas Inflamación Reclutamiento de fagocitos en los lugares de infección y de daño tisular Fagocitosis y destrucción de microbios Reparación de tejidos Defensa antivírica Regulación de las respuestas inmunitarias innatas Evasión microbiana de la inmunidad innata Papel de la inmunidad innata en la estimulación de las respuestas inmunitarias adaptativas Resumen La supervivencia de los organismos multicelulares exige mecanismos para defenderse contra las infecciones microbianas y eliminar las células dañadas y necrosadas. Los mecanismos que evolucionaron en primer lugar en los invertebrados y persisten en los vertebrados superiores están siempre presentes y funcionales en el organismo, dispuestos a reconocer y eliminar los microbios y las células muertas. Por tanto, este tipo de defensa del anfitrión se denomina inmunidad innata, también conocida como inmunidad natural o nativa. Las células y las moléculas responsables de la inmunidad innata componen el sistema inmunitario innato. La inmunidad innata es la primera línea de defensa del anfitrión contra las infecciones. Bloquea la invasión microbiana por medio de las barreras epiteliales, destruye muchos microbios que entran en el cuerpo y puede controlar e incluso erradicar las infecciones. La respuesta inmunitaria innata es capaz de combatir los microbios inmediatamente después de la infección; por el contrario, para defenderse contra un microbio con el que no se ha encontrado antes, la respuesta inmunitaria adaptativa necesita ser estimulada por el antígeno para sufrir los pasos de proliferación y diferenciación celular y, por tanto, es tardía. La inmunidad innata proporciona una protección esencial frente a las infecciones durante este retraso. La respuesta inmunitaria innata también instruye al sistema inmunitario adaptativo a responder a diferentes microbios en las formas en que resulte efectivo para combatirlos. La participación de la inmunidad innata es también un actor clave en la eliminación de los tejidos muertos y en el inicio de la reparación tras el daño tisular. Antes de que consideremos la inmunidad adaptativa, el principal tema de este libro, expondremos en este capítulo las reacciones de defensa tempranas de la inmunidad innata. La exposición se centrará en las siguientes tres cuestiones: 1. ¿Cómo reconoce el sistema inmunitario innato los microbios y las células dañadas? 2. ¿Cómo actúan los diferentes componentes de la inmunidad innata para combatir diferentes tipos de microbios? 3. ¿Cómo estimulan las reacciones inmunitarias innatas a las respuestas inmunitarias adaptativas? Características generales y especificidad de las respuestas inmunitarias innatas El sistema inmunitario innato realiza sus funciones defensivas con un grupo pequeño de reacciones, que son más limitadas que las respuestas variadas y especializadas de la inmunidad adaptativa. La especificidad de la inmunidad innata es también diferente en varios aspectos de la especificidad de los linfocitos, los sistemas de reconocimiento de la inmunidad adaptativa (fig. 2.1). FIG. 2.1 Especificidad y receptores de la inmunidad innata y de la adaptativa. Esta tabla resume las importantes características de la especificidad y los receptores de las inmunidades innata y adaptativa, con algunos ejemplos ilustrados. Ig, inmunoglobulina (anticuerpo); TCR, receptor del linfocito T. Los dos tipos principales de reacciones del sistema inmunitario innato son la inflamación y la defensa antivírica. La inflamación consiste en la acumulación y activación de leucocitos y proteínas plasmáticas en los lugares de infección o lesión tisular. Estas células y proteínas actúan conjuntamente para matar, sobre todo, los microbios extracelulares y eliminar los tejidos dañados. La defensa inmunitaria innata contra los virus intracelulares, incluso sin inflamación, está mediada sobre todo por los linfocitos citolíticos naturales (NK, del inglés natural killer), que matan las células infectadas por virus, y por citocinas llamadas interferones (IFN) del tipo I, que bloquean la replicación vírica dentro de las células del anfitrión. El sistema inmunitario innato suele responder de la misma forma a encuentros repetidos con un microbio, mientras que el sistema inmunitario adaptativo monta respuestas más fuertes, más rápidas y, por ello, más eficaces con cada encuentro sucesivo con un microbio. En otras palabras, en su mayor parte, el sistema inmunitario innato no recuerda encuentros previos con los microbios y vuelve a su estado basal después de cada uno de ellos, mientras que la memoria es una característica cardinal de la respuesta del sistema inmunitario adaptativo. Hay pruebas recientes de que algunas células de la inmunidad innata (como los macrófagos y los linfocitos citolíticos naturales) quedan alteradas tras su encuentro con los microbios, de modo que responden mejor tras encuentros repetidos. Pero no está claro si este proceso mejora la protección frente a infecciones recurrentes ni si es específica frente a diferentes microbios. El sistema inmunitario innato reconoce estructuras que comparten varias clases de microbios y que no están presentes en las células normales del anfitrión. Las células y las moléculas de la inmunidad innata reconocen y responden a un número limitado de estructuras microbianas, muchas menos que el número casi ilimitado de antígenos microbianos y no microbianos que reconoce el sistema inmunitario adaptativo. Cada componente de la inmunidad innata puede reconocer muchas bacterias, virus u hongos. Por ejemplo, los fagocitos expresan receptores para la endotoxina bacteriana, también llamada lipopolisacárido (LPS), y otros receptores para peptidoglucanos, presentes ambos en las membranas externas de las paredes celulares de muchas especies de bacterias, pero que no producen las células de los mamíferos. Otros receptores de los fagocitos reconocen las manosas terminales, que son típicas de las glucoproteínas bacterianas y micóticas, pero no de las de los mamíferos. Los receptores en las células de los mamíferos reconocen p y responden al ácido ribonucleico bicatenario (ARNbc), que se producen durante la replicación de muchos virus, pero no en las células de los mamíferos, y a los oligonucleótidos ricos en CG no metilados (CpG), que con
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