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- 16 - CAPITULO 7 CITOCINAS DEFINICIÓN Las citocinas son pequeñas proteínas solubles que tienen una participación importante durante el desarrollo de la respuesta inmunitaria innata; así como también, durante una respuesta inmunitaria adaptativa; estas proteínas participan en un proceso de “comunicación” intercelular que permite que todas las células del sistema inmunitario elaboren una respuesta coordinada frente al microorganismo responsable de una infección. En tal sentido, las citocinas tienen acciones importantes en la fase de activación de toda respuesta inmunitaria ya que estimulan la proliferación y diferenciación de los linfocitos y además activan diferentes células efectoras para eliminar microorganismos y otros antígenos por lo que también son importantes durante la fase efectora de la respuesta inmunitaria. Finalmente, las citocinas también tienen efectos importantes durante el desarrollo y maduración de las células sanguíneas. PROPIEDADES GENERALES Las citocinas son proteínas pequeñas En su mayoría, las citocinas son polipéptidos (en ocasiones glicosiladas y monoméricas) de carácter soluble, de bajo peso molecular, sintetizadas y secretadas por las células del sistema inmunitario (aunque también otras células que no son parte del sistema inmunitario como las células endoteliales pueden sintetizarlas y secretarlas) en respuesta a un patógeno, los productos elaborados por ellos u otras señales relacionadas con el proceso infeccioso. Dentro de la denominación genérica de citocina se consideran proteínas llamadas linfocinas, monoquinas quimiocinas, interleucinas, interferones y factores estimulantes de colonias. Estas denominaciones hacen referencia al origen celular de la citocina (Ej., linfocina, producida por linfocitos) o a su función (Ej., quimiocina que tiene función quimiotáctica). Las citocinas son sintetizadas sólo cuando hay una infección y tienen una vida media corta Las células que sintetizan citocinas son activadas ante la presencia de un patógeno u otras señales, lo cual provoca la síntesis de un ARN mensajero que es inmediatamente traducido para dar origen a la proteína, este mensajero es inestable por lo que se degrada rápidamente; por otra parte, la Citocinas - 17 - citocina no es almacenada, por el contrario es sintetizada e inmediatamente secretada. Esto trae como consecuencia que la secreción de una citocina sea un acontecimiento breve y autolimitado; es decir, se producen y secretan sólo cuando el organismo las necesita. Las citocinas tienen acciones pleiotropicas y redundantes El pleiotropismo se refiere al hecho de que una citocina en particular pueda actuar simultáneamente sobre diferentes células induciendo efectos diferentes en cada una de ellas (Figura 7-1). Por otra parte, las citocinas son redundantes ya que varias citocinas pueden tener el mismo efecto biológico. Figura 7-1. Propiedades de las citocinas. Pleiotropismo y redundancia de las citocinas Estas dos propiedades de las citocinas tienen importantes consecuencias desde el punto de vista clínico y terapéutico; suponga que se utiliza una citocina “X” para tratar una patología en particular, la administración terapéutica de dicha citocina podría generar numerosos efectos secundarios debido al pleiotropismo de la citocina. Por otra parte, debido a que las acciones de las citocinas son redundantes, una mutación en el gen que codifica una citocina en particular o el uso de un antogonista puede tener poco o ningún efecto pues existen otras citocinas que comparten sus efectos biológicos y podrían compensarla. Citocinas - 18 - Las citocinas influyen en las acciones de otras citocinas Una citocina puede estimular la síntesis de otra citocina y ser está última quien induzca los efectos biológicos, generando una cascada. En otras ocasiones dos citocinas pueden actuar simultáneamente sobre una célula induciendo el mismo efecto (en forma sinérgica) (Figura 7-2) o dos citocinas pueden tener efectos opuesto al actuar sobre la misma célula (de manera antagónica). Figura 7-2. Propiedades de las citocinas. Las citocinas pueden actuar en forma sinérgica o antagónica Los efectos de una citocina pueden ser locales y/o sistémicos En la mayoría de los casos las citocinas actúan sobre una célula cercana a la célula que secreta la citocina (acción paracrina). De hecho, se utiliza el término sinapsis inmunitaria ya que, por ejemplo, los linfocitos T secretan citocinas que tienen efecto sobre las células presentadoras de antígeno en el punto de contacto que se produce entre ambas células durante el reconocimiento del antígeno. En otras ocasiones las citocinas actúan en forma autocrina pues los efectos biológicos se observan en la célula que secretó la citocina. En las situaciones descritas anteriormente, los efectos biológicos pueden considerarse locales ya que se limitan al sitio donde se está generando la respuesta inmunitaria; sin embargo, cuando los Citocinas - 19 - niveles de una citocina en particular aumentan, ésta alcanza la circulación sanguínea y actúan sobre células que se encuentran lejos del sitio de producción (acción endocrina) generando efectos sistémicos. Los efectos de las citocina se inician al unirse a un receptor Las células que son blanco de la acción de una citocina deben expresar en su membrana plasmática receptores para la citocina. Estos receptores son glucoproteínas ancladas a la membrana plasmática de la célula blanco cuya función es transmitir una señal al interior de la célula que genera cambios en la expresión genética de la célula diana, lo que da lugar a la expresión de nuevas funciones y a veces, a la proliferación de las células blanco. En muchos casos la expresión de estos receptores está controlada por señales externas tales como el reconocimiento del antígeno, esto significa que si no se produce el reconocimiento antigénico la célula diana no expresa el receptor y por ende no habrá efecto asociado a la citocina. Por otra parte, la célula blanco expresa un número relativamente bajo de receptores para citocina; sin embargo, este bajo número de receptores es suficiente para inducir una respuesta; probablemente debido a que la afinidad de estos receptores por sus ligandos (la citocina) es muy elevada. CLASIFICACIÓN DE LAS CITOCINAS SEGÚN SUS FUNCIONES Las citocinas son un grupo heterogéneo de proteínas; sin embargo, es posible clasificarlas en cuatro grupos de acuerdo con sus principales acciones biológicas. A continuación describiremos cada grupo y daremos las fuentes y funciones biológicas de algunas citocina. CITOCINAS MEDIADORAS DE LA INMUNIDAD INNATA Los patógenos que han logrado “burlar” las barreras físicas y químicas representadas por la piel y los epitelios estimulan la activación de los macrófagos tisulares, como consecuencia de ello los macrófagos comenzarán a producir citocinas que actuarán promoviendo la inflamación del tejido. Es por ello que se utiliza el término citocinas pro-inflamatorias para hacer referencia a las citocinas de la inmunidad innata que estimulan el desarrollo de la inflamación como primera respuesta frente a microorganismos invasores. Entre las citocinas que median la inmunidad innata consideraremos: el factor de necrosis tumoral (FNT), la interleucina 1 (IL-1), las quimiocinas, el interferon tipo I y la interleucina 12 (IL-12). Citocinas - 20 - FACTOR DE NECROSIS TUMORAL Es una de las principales mediadoras de las reacciones inflamatorias agudas frente a diferentes microorganismos, particularmente bacterias; así mismo, también es responsable de las complicaciones graves que sufren los pacientes con infecciones bacterianas graves. Ante la presencia de microorganismos o productos derivados de estos (como el lipopolisacárido, LPS) los fagocitos mononucleares o macrófagos sintetizany secretan esta citocina. Aunque los macrófagos son la principal fuente celular de FNT, otras células tales como los linfocitos T, las células asesinas naturales y los mastocitos también secretan esta citocina. El FNT es considerado como la citocina más importante en el desarrollo del proceso inflamatorio ya que induce un aumento importante del diámetro y de la permeabilidad de los vasos sanguíneos ubicados en el sitio de la infección. Estas acciones del FNT favorecen la salida de diferentes proteínas plasmáticas (proteínas del sistema de complemento, anticuerpos, entre otras) desde la sangre hacia los tejidos infectados. Además el FNT induce a las células endoteliales a expresar moléculas de adhesión (selectinas y ligandos para integrinas) estas moléculas hacen que el endotelio del tejido infectado se torne “pegajoso” lo cual hace posible que los leucocitos se adhieran al endotelio y migren a los tejidos infectados siguiendo el gradiente quimiotáctico que los llevará hasta la noxa extraña responsable de la infección. Así mismo, el FNT estimula a las células endoteliales y a los macrófagos a producir y secretar IL- 1 y quimiocinas. Si el proceso infeccioso continúa los niveles de FNT incrementan y la citocina pasa a la sangre y genera efectos sistémicos al actuar sobre las células del hipotálamo induciendo la síntesis de prostaglandidas lo cual se manifiesta con un aumento de la temperatura corporal. También el FNT tiene efectos sobre los hepatocitos estimulando la síntesis de reactantes de fase aguda (un grupo de proteínas presentes en el suero durante las reacciones inflamatorias, entre las que destaca la proteína C reactiva). Además el FNT estimula a las células del estroma de la médula ósea para producir una citocina que estimula la diferenciación de las células troncales hematopoyéticas en leucocitos polimorfonucleares neutrófilos lo cual se evidencia mediante una elevación significativa de los leucocitos (leucocitosis) a expensa de los neutrófilos. El FNT induce un importante desgaste de las células musculares y adiposas lo cual induce caquexia y una importante pérdida de peso. Citocinas - 21 - En aquellos casos donde el proceso infeccioso es causado por microorganismos resistentes a la acción bactericida de los fagocitos los niveles de FNT aumentan considerablemente alcanzando concentraciones tóxicas. En estos casos el FNT puede contribuir a las manifestaciones graves que presentan estos pacientes entre los que figuran reducción de la presión arterial debido a la inhibición de la contractilidad miocárdica y la reducción del tono del musculo liso vascular, coagulación intravascular como consecuencia de la pérdida de las propiedades anticoagulantes del endotelio e hipoglucemia ocasionado por el desgaste elevado de las reservas de glucosa almacenada en el hígado. La disminución de la presión arterial, la coagulación intravascular y la hipoglucemia pueden conducir al desarrollo de un shock séptico el cual puede tener un desenlace fatal. Existe en la actualidad pruebas de laboratorio que permiten al clínico monitorear los niveles de FNT en sangre ya que la concentración sérica de FNT puede predecir la evolución de las infecciones graves, especialmente aquellas causadas por gérmenes Gram-negativos. LA INTERLEUCINA-1 (IL-1) De forma similar al FNT, la IL-1 actúa como un mediador de la respuesta inflamatoria del hospedador frente a las infecciones y otros estímulos inflamatorios. Al igual que el FNT la principal fuente de IL-1 son los fagocitos mononucleares y sus efectos pueden ser locales o sistémicos. A nivel local la IL-1 actúa sobre las células endoteliales incrementando la expresión de moléculas de adherencia y estimulando el reclutamiento de los leucocitos en los focos inflamatorios. A nivel sistémico la IL-1, también estimula la síntesis de reactantes de fase aguda, la leucocitosis, la fiebre y la pérdida de peso. Como puede verse la IL-1 comparte muchos de los efectos biológicos del FNT; no obstante, la IL-1 no provoca los efectos tóxicos del FNT. Cuadro 7-1. Fuente celular y principales efectos biológicos de las citocinas mediadoras de la inmunidad innata Citocinas - 22 - Citocina Fuente Celular Tejido o Célula Blanco Efectos Biológicos FNT Fagocitos mononucleares Células endoteliales Expresión de moléculas de adhesión Células endoteliales Síntesis de otras citocinas (IL-1 y quimiocinas) Hipotálamo Fiebre Hepatocitos Síntesis de proteínas de fase aguda (PCR) Médula Ósea Leucocitosis Miocardio Disminución de la contractibilidad Hígado Hipoglucemia Vasos sanguíneos Perdida de las propiedades anticoagulantes IL-1 Fagocitos mononucleares Células endoteliales Expresión de moléculas de adhesión Hipotálamo Fiebre Hepatocitos Síntesis de proteínas de fase aguda (PCR) Médula Ósea Leucocitosis Quimiocinas Fagocitos mononucleares Leucocitos Aumento de la afinidad de las integrinas por sus ligandos INF tipo I Células infectadas por virus Células Infectadas Aumenta la expresión de moléculas HLA de clase I Células no infectadas Inhibe la replicación viral IL-12 Fagocitos mononucleares Células dendríticas activadas Linfocitos T citolíticos Células asesinas naturales Síntesis de INF- Aumenta su actividad citolítica Linfocitos T CD4+ vírgenes Diferenciación a TH1 PCR= proteína C reactiva LAS QUIMIOCINAS Constituyen un grupo relativamente homogéneo de citocinas responsables de estimular el movimiento de los leucocitos, son producidas principalmente, por los leucocitos aunque células como las células endoteliales, las células epiteliales y fibroblastos también pueden sintetizar y secretar estas citocinas. Algunas quimiocinas se producen de forma constitutiva; es decir en ausencia de un estímulo inflamatorio, esto sucede a nivel de los órganos linfoides secundarios o periféricos (tales como el ganglio) o en los sitios no linfoides como la piel, en los que dirigen el tránsito normal de los linfocitos así como también son responsables de la localización de los leucocitos recién generados por la hematopoyesis y su llegada desde la medula ósea (Ej., existen citocinas que dirigen la entrada Citocinas - 23 - de los linfocitos B a los folículos linfoides, otras se encargan de conducir a las células de Langerhans que han captado el antígeno a nivel de la piel a las áreas timodependientes del ganglio). Las células del estroma del timo y de la médula ósea producen y secretan quimiocinas que participan en el proceso de maduración de las células T y B respectivamente. Sin embargo, la mayoría de las quimiocinas son producidas por los leucocitos en respuesta a estímulos externos tales como la presencia de microorganismos; es decir en respuesta a un estímulo inflamatorio. Estas quimiocinas atraen leucocitos a los sitios de daño tisular o infección al aumentar la afinidad de las integrinas leucocitarias (moléculas de adhesión) por sus ligandos en el endotelio, lo que estabiliza la unión del leucocito a la célula endotelial y promueve su extravasación a los tejidos. Recordemos que anteriormente se mencionó que el FNT y la IL-1 estimulan la expresión de los ligandos para integrina en la membrana de las células endoteliales, de esta forma estas dos citocinas actúan conjuntamente con las quimicionas en el proceso de migración de los leucocitos. Una vez fuera del vaso sanguíneo los leucocitos migran a través del tejido afectado siguiendo un gradiente químico de quimiocinas lo que permite que estas células alcancen el sitio de infección. EL INTERFERON TIPO I (INF-I) Esta citocina media la respuesta inmunitaria innata precoz frente a las infecciones causadas por virus. Sus acciones biológicas protegen frente a las infecciones virales y favorecen la respuesta inmunitaria de tipo celular frentea microorganismos intracelulares, tales como los virus. Durante una infección viral, las células infectadas sintetizan INF-I; esta citocina tiene acciones autocrinas y paracrinas. En este sentido, el INF-I actúa sobre la célula que la sintetizó induciendo un aumento en las expresión de las moléculas HLA de clase I, lo cual favorece la presentación de antígenos a los linfocitos T citolíticos y con ello la destrucción de la célula infectada (fuente de la infección). Adicionalmente, el IFN-I induce la síntesis de diferentes enzimas que interfieren o bloquean la transcripción del genoma viral y la replicación del virus; así mismo el IFN-I también induce la síntesis de enzimas que degradan los ácidos nucleicos virales. Esta acción es principalmente paracrina pues estos efectos ocurren, fundamentalmente, sobre las células vecinas lo que induce un estado antiviral en dichas células. En seres humanos el INF-I favorece la expresión de receptores para IL-12 en los linfocitos T, como veremos luego la IL-12 es fundamental en el desarrollo de las respuestas inmunitarias frente a microorganismos intracelulares. Citocinas - 24 - INTERLEUCINA 12 (IL-12) La IL-12 es un importante mediador de la inmunidad innata frente a microorganismos que residen y replican en el interior de las células y es un importante promotor de la inmunidad adaptativa de tipo celular. La principal fuente celular de IL-12 son las células dendríticas activadas y los macrófagos. La IL-12 inicia una secuencia de eventos en los que participan los macrófagos, las células asesinas naturales y los linfocitos T citolíticos que culmina con la erradicación del microorganismo intracelular. Una de las principales funciones de la IL-12 es estimular a las células asesinas naturales y a los linfocitos T citolíticos a sintetizar y secretar interferon gamma (INF-); como se describirá luego, el IFN- activa a los macrófagos, al incrementar su capacidad microbicida, esto permite que destruyan a los microorganismos ingeridos. Por otra parte, la IL-12 estimula las propiedades citotóxicas de las células asesinas naturales y los linfocitos T citolíticos con lo cual la IL-12 promueve la destrucción de aquellas células que sirven de alberge a los microorganismos intracelulares. Otra importante función de la IL-12 es la de promover la diferenciación de los linfocitos T vírgenes a linfocitos T del subtipo TH1 (ver más adelante). CITOCINAS MEDIADORAS DE LA INMUNIDAD ADAPTATIVA Este grupo de citocinas tienen como principal función estimular la proliferación y diferenciación de los linfocitos, durante la fase de activación y estimular la activación de las células efectoras especializadas como macrófagos, neutrófilos y eosinófilos durante la fase efectora de la respuesta inmunitaria adaptativa destinada a la eliminación de los microorganismos. Este grupo de citocinas son producidas por los linfocitos T después del reconocimiento del antígeno y su activación. Dentro de este grupo describiremos a la interleucina 2 (IL-2), interferon gamma (IFN-) y la interleucina 4 (IL-4). Cuadro 7-2. Fuente celular y principales efectos biológicos de las citocinas mediadoras de la inmunidad adaptativa Citocina Fuente Celular Tejido o Célula Blanco Efectos Biológicos IL-2 Linfocitos T cooperadores y en Linfocitos T Proliferación y producción de citocinas Citocinas - 25 - menor grado por los linfocitos T citolíticos Linfocitos B Proliferación y producción de anticuerpos Células asesinas naturales Proliferación y aumento de la actividad citolítica Linfocitos T reguladores Supervivencia IL-4 Linfocitos T del subtipo TH2 Mastocitos Basófilos Linfocitos T CD4+ vírgenes Diferenciación a TH2. Inhibe la diferenciación a TH1 y TH17 Macrófagos Estimula síntesis de colágeno (activación alternativa) Linfocitos B Cambio de isotipo, síntesis de IgE e IgG4 INF- Células asesinas naturales Linfocitos T del subtipo TH1 Linfocitos citolíticos Macrófagos Aumenta la actividad microbicida Linfocitos B Cambio de isotipo, síntesis de IgG1 e IgG3 Linfocitos T CD4+ vírgenes Diferenciación a TH1. Inhibe la diferenciación a TH2 y TH17 INTERLEUCINA 2 (IL-2) La IL-2 es el principal factor de crecimiento de las células linfoides ya que estimula la proliferación de los linfocitos T, los linfocitos B y las células asesinas naturales. Además la IL-2 también es considerada un factor de supervivencia y diferenciación de los linfocitos T. Por otra parte, la IL-2 es necesaria para la supervivencia y el desarrollo de las funciones efectoras de los linfocitos T reguladores. La principal fuente celular de IL-2 son los linfocitos T CD4+ estimulados por el antígeno y es secretada a nivel de la sinapsis inmunitaria formada por el linfocito T y la célula presentadora de antígeno (Ej., la célula dendrítica o el linfocito B durante las respuesta inmunitaria humoral frente a antígenos timodependientes); por otra parte, durante el desarrollo de la respuesta inmunitaria los receptores para esta citocina se localizan en la sinapsis inmunitaria; por estas razones la IL-2 es descrita como el principal factor de crecimiento autocrino de los linfocitos T que reconocen el antígeno. Citocinas - 26 - La IL-2 estimula la supervivencia de los linfocitos T ya que estimula la síntesis de una proteína antiapoptósica favoreciendo la progresión del ciclo celular y también estimula la síntesis de otras citocinas como el INF- y la IL-4 Cuando las células asesinas naturales son tratadas in vitro con concentraciones elevadas de IL-2, las células asesinas naturales se diferencian en células activadas por citocinas (llamadas células LAK por sus siglas en ingles) las cuales muestran una extraordinaria capacidad citolítica y una gran variedad de objetivos de destrucción. En la actualidad esta estrategia es utilizada en la práctica clínica para tratar muchos tumores, especialmente tumores de origen hematopoyético. En relación a sus efectos sobre los linfocitos T reguladores, cuya función es la de suprimir la respuesta inmunitaria frente a antígenos propios, la evidencia sugiere que esta citocina es fundamental para la supervivencia y para el desarrollo de las funciones efectoras de esta subpoblación de linfocitos T. Se ha observado que ratones con inactivación de los genes que codifican para IL-2 o su receptor presentan enfermedades autoinmunitarias lo cual sugiere la importancia de la IL-2 en la supervivencia y el desarrollo de las funciones efectoras de los linfocitos T reguladores. INTERLEUCINA 4 (IL-4) La principal fuente celular de IL-4 son los linfocitos T cooperadores del subtipo TH2 pero los mastocitos y los basófilos también sintetizan esta citocina. La IL-4 es el principal estimulo para la producción de anticuerpos de clase IgE de hecho la IL-4 estimula el cambio de clase de la cadena pesada de la Ig en los linfocitos B al isotipo IgE. Los anticuerpos de clase IgE participan en la defensa mediada por eosinófilos frente a infecciones causadas por helmintos o artrópodos; también la IgE es mediador de las reacciones de hipersensibilidad inmediata (o alergia). Además la IL-4 es un estimulo que promueve el cambio de isotipo a IgG4 en humanos. Otra función atribuida a la IL-4 es promover la diferenciación de los linfocitos T CD4+ vírgenes a linfocitos T efectores del subtipo TH2 y actúa como factor de crecimiento autocrino de este tipo de linfocitos T; por lo tanto la IL-4 es responsable de la inducción y expansión de esta subpoblación. Además, la IL-4 inhibe el desarrollo de los linfocitos TH1 y TH17 lo que contribuye a que la respuesta inmunitaria se polarice en una dirección particular (ver más adelante). Citocinas - 27 - Por último, la IL-4 participa en una forma “alternativa” de activación de losmacrófagos que es diferente a la forma en que el interferon gamma activa a los macrófagos (ver más adelante). Los efectos de la IL-4 sobre los macrófagos incluyen la inducción de la arginasa, una enzima necesaria para la síntesis de colágeno; lo que contribuye a la reparación de las heridas. INTERFERON GAMMA (INF-) El INF- es la principal citocina inductora de la inmunidad celular frente a microorganismos intracelulares. Además de los linfocitos T del subtipo TH1, el INF- también es producido por los linfocitos T CD8+ y las células asesina naturales en respuesta a la presencia de microorganismos intracelulares o sustancias derivadas de éstos y como respuesta a las acciones de la IL-12. Una de las principales funciones efectoras de esta citocina es su papel en la activación de los fagocitos mononucleares o macrófagos. En estas células el INF- estimula la síntesis de enzimas con actividad microbicida como la oxidasa del fagocito, que induce la producción de especies reactivas de oxígeno. Además también estimula la síntesis de una enzima llamada óxido nítrico síntetasa inducible la cual estimula la síntesis de oxido nítrico. Cabe destacar, que tanto las especies reactivas de oxígeno como el oxido nítrico son sustancias extremadamente tóxicas para los microorganismos y forman parte de los mecanismos utilizados por los fagocitos para destruir a aquellos microorganismos que son ingeridos por los fagocitos durante las infecciones. Por otra parte, el INF- también estimula la síntesis de enzimas lisosómicas que también resultan útiles en la destrucción de los microorganismos ingeridos. Otra de las acciones del INF- es promover la síntesis de anticuerpos opsonizantes y fijadores de complemento, particularmente el IFN- promueve el cambio de isotipo a ciertas subclases de IgG, sobre todo IgG1 e IgG3 en los linfocitos B humanos. Estos anticuerpos se unen a receptores de la Fc de los fagocitos y activan el sistema de complemento lo que favorece la ingestión de microorganismos recubiertos por estos anticuerpos y por componentes generados durante la activación del sistema de complemento facilitando la ingestión de microorganismos. El INF- estimula la síntesis de moléculas HLA de clase I y de clase II, así como también la síntesis de moléculas coestimuladoras como la molécula B7 y de diferentes proteínas que participan en el procesamiento del antígeno (Ej. El transportador asociado al procesamiento del antígeno, TAP); estas acciones del IFN- potencia la presentación de antígenos asociados a las moléculas HLA y Citocinas - 28 - amplifican la fase de reconocimiento de las respuestas inmunitarias aumentando los ligandos que reconocen los linfocitos T. El INF- favorece la diferenciación de los linfocitos T CD4+ vírgenes a linfocitos T efectores del subtipo TH1 e inhibe la formación de los linfocitos TH2 y TH17, estas acciones sirven para amplificar las respuestas inmunitarias frente a microorganismos intracelulares tal y como describiremos más adelante. CITOCINAS MEDIADORAS DE LA HEMATOPOYESIS La respuesta inmunitaria frente a un patógeno representa un costo altísimo en células ya que durante un proceso infeccioso son muchas las células que “mueren en batalla” frente a los patógenos. Las células que mueren enfrentando una infección deben ser reemplazadas o sustituidas lo más pronto posible. Estas nuevas células se forman a partir de células progenitoras que se encuentran en la médula ósea, en un proceso donde cada una de ellas “se compromete” a diferenciarse hacia la formación de células de un linaje particular (Ej., granulocitos). El proceso de proliferación y diferenciación de las células madres hasta la formación de células sanguíneas de un linaje particular está fuertemente influido por citocinas. Muchas de esas citocinas son descritas como factores estimulantes de colonias (FEC) porque fueron identificadas por su capacidad de estimular el crecimiento y desarrollo de varias colonias celulares en cultivos de médula ósea. Bajo la influencia de los FEC, las colonias celulares obtenidas en cultivo in vitro de médula ósea adquieren características especificas de linajes celulares particulares (Ej., granulocitos, linfocitos) El nombre especifico que recibe cada FEC refleja los tipos de colonia que se formaran a partir de las células precursoras. FACTOR DE CÉLULAS PROGENITORAS (O LIGANDO DE c-KIT) Esta citocina es producida por células del estroma de la médula ósea y se considera que es necesario para hacer que las células progenitoras pluripotenciales sean sensibles a los FEC. También se cree que participa en el mantenimiento de la viabilidad y de la capacidad proliferativa de los linfocitos T inmaduros del timo y de los mastocitos en los tejidos mucosos. INTERLEUCINA 7 (IL-7) Citocinas - 29 - En ratones la IL-7 es fundamental en el proceso de maduración de los linfocitos T y B ya que actúa sobre los progenitores inmaduros de los linfocitos T y B induciendo su proliferación. Sin embargo; en los seres humanos, la IL-7 es fundamental en la proliferación de los progenitores de los linfocitos T pero no de los progenitores de los linfocitos B. La IL-7 la producen las células estromales de la médula ósea y las células epitelioides del timo. Las mutaciones de uno de los genes que codifican para el receptor de la IL-7 ocasiona en los seres humanos una enfermedad llamada inmunodeficiencia combinada grave asociada al cromosoma X. La enfermedad se caracteriza por un defecto en el desarrollo de los linfocitos T y de las células asesinas naturales pero no en el desarrollo de los linfocitos B; de hecho las personas que desafortunadamente sufren esta enfermedad muestran recuentos normales de linfocitos B pero no de linfocitos T ni de células asesinas naturales; lo que sugiere el papel que desempeña esta citocina en el desarrollo de las células linfoides humanas. También se ha señalado que la IL-7 es fundamental para la supervivencia de los linfocitos T vírgenes maduros y los linfocitos de memoria, específicamente los linfocitos T de memoria CD4+. FACTOR ESTIMULANTE DE COLONIA GRANULOCITO (FEC-G); FACTOR ESTIMULANTE DE COLONIA MONOCITO (FEC-M); FACTOR ESTIMULANTE DE COLONIA GRANULOCITO- MONOCITO (FEC-GM) Son citocinas producidas por linfocitos T, macrófagos, fibroblastos y células endoteliales activadas en los lugares de infección o inflamación que estimulan la producción de neutrófilos, monocitos o neutrófilos y monocitos, respectivamente con la finalidad de reponer las células muertas durante el proceso infeccioso. Por otra parte, el FEC-GM también estimula diferenciación de las células de Langerhans en células dendríticas maduras que participarán en el proceso de presentación de antígenos al linfocito T. CITOCINAS REGULADORAS DE LA RESPUESTA INMUNITARIA Durante el curso de la respuesta inmunitaria son muchas las células que se activan con el propósito de eliminar el agente extraño. Una vez que el peligro desaparece; es decir, la infección ha sido controlada y el microorganismo ha sido erradicado, las células activadas generadas durante la respuesta inmunitaria, deben ser eliminadas para que el sistema inmunitario vuelva a su nivel basal. Citocinas - 30 - Las citocinas también tienen la capacidad de controlar el número de células activadas, su tiempo de vida media y el desarrollo de sus funciones efectoras. Dentro del grupo de citocinas reguladoras de la respuesta inmunitaria describiremos a la interleucina 10 (IL-10) y el factor transformante de crecimiento beta (FTC-) INTERLEUCINA 10 (IL-10) La IL-10 es una citocina inhibidora, su principal función es inhibir la activación de los macrófagos y células dendríticas. Es producida por diferentes células del sistema inmunitario tales como los macrófagos y células dendríticas activadas, los linfocitos T reguladores y los linfocitosT de los subtipos TH1 y TH2. Además células como los queratinocitos y algunas células de la placenta, que no forman parte del sistema inmunitario, también producen esta citocina. Como se dijo anteriormente sus efectos biológicos están orientados a la inhibición de los macrófagos y células dendríticas. En tal sentido, la IL-10 inhibe la producción de IL-12 por células dendríticas y macrófagos. Como la IL-12 es un importante estímulo para la producción de IFN-, que a su vez estimula las reacciones inmunitarias innatas y adaptativas, la IL-10 suprime dichas reacciones. La IL-10 inhibe la secreción de una gran cantidad de citocinas pro-inflamatorias tales como FNT y la IL-1 además también inhibe la secreción de quimiocinas, esta función de la IL-10 hace que cese el reclutamiento de leucocitos y con ello el proceso inflamatorio; por esta razón, la IL-10 es considerada una citocina anti-inflamatoria. La IL-10 inhibe la activación del linfocito T y en consecuencia contribuye a finalizar las reacciones inmunitarias celulares ya que inhibe la expresión de moléculas HLA de clase II y coestimuladores necesaria para la activación del linfocito T. La importancia del papel regulador de la IL-10 se pone en evidencia en pacientes que sufren una enfermedad autoinmune hereditaria que se manifiesta con una colitis grave desde muy temprano en la vida de estos pacientes. Las personas afectadas tienen una mutación en el gen que codifica para el receptor de la IL-10 por lo que a pesar de que sus células producen IL-10, ésta no puede cumplir sus funciones biológicas y la colitis es consecuencia de la activación no controlada de los macrófagos que reaccionan frente a microbios entéricos. La interacción entre humanos y patógenos es producto de la evolución, durante ese proceso evolutivo muchos microorganismos han aprendido a burlar nuestras defensas, así por ejemplo se ha descrito que el Virus de Epstein-Barr (un miembro de los herpes virus responsable de la Citocinas - 31 - mononucleosis infecciosa) contiene un gen homólogo a la IL-10 humana, y gracias a ello el virus codifica una proteína que inhibe la respuesta inmunitaria de su hospedero. El virus usa este análogo de IL-10 para burlar las defensas de su anfitrión y con ello, obtiene una ventaja que le permite sobrevivir a expensas de su anfitrión. FACTOR TRANSFORMANTE DE CRECIMIENTO BETA (FTC-) El nombre de esta citocina se debe al hecho de que promueve la supervivencia de las células tumorales en cultivo in vitro. Es una citocina sintetizada y secretada por los linfocitos T reguladores, los macrófagos y las células dendríticas activadas además de otros tipos celulares que no son parte del sistema inmunitario tales como células de la placenta y de los huesos. El FTC- tiene la capacidad de inhibir la proliferación y las funciones efectoras de los linfocitos T y B, con lo que contribuye al cese de las respuestas inmunitarias adaptativas. También inhibe la activación clásica de los macrófagos con lo que culmina con las acciones microbicidas de los fagocitos, además también inhibe a otros grupos celulares tales como los neutrófilos y las células endoteliales con lo cual contribuye en el control de las reacciones inflamatorias. El FTC- contribuye a la generación de linfocitos T reguladores y además regula la diferenciación de los T en diferentes subtipos; así el FTC- en combinación con las citocinas IL-1 y la IL-6 (una citocina que tiene funciones similares a la IL-1) participa en la formación de los linfocitos T del subtipo TH17. La capacidad del FTC- de suprimir la respuesta inflamatoria e inmunitaria, a través de la generación de linfocitos T reguladores y de promover el desarrollo de los linfocitos TH17 es un ejemplo de cómo una citocina puede tener acciones diversas y a veces opuestas. Anteriormente, se señaló que el FTC- tiene la capacidad de inhibir la proliferación y las funciones efectoras de los linfocitos B; sin embargo, no es así a nivel del tejido linfoide asociado a las mucosas ya que a este nivel el FTC- induce cambio de isotipo de los linfocitos B alojados en las placas de Peyer y en otros compartimientos mucosos estimulando la síntesis de IgA, el isotipo de anticuerpos más abundante en las secreciones mucosas. Esto es otro ejemplo de que una citocina puede tener funciones opuestas según el lugar donde se haya sintetizado. El FTC- estimula la síntesis de colágeno y enzimas modificadoras de la matriz extracelular en macrófagos y fibroblastos, por ello esta citocina es importante en el proceso de reparación de los tejidos una vez que las reacciones inflamatorias e inmunitarias han disminuido; por “el otro lado Citocinas - 32 - de la moneda” el FTC- desempeña una función patológica en el desarrollo de enfermedades en las que la fibrosis es un componente importante, como la fibrosis pulmonar y la esclerosis sistémica. SUBTIPOS DE LINFOCITOS Para eliminar a un patógeno en particular, la reacción inmunitaria debe inducir grupos de células efectoras apropiadas. Por ejemplo, para neutralizar una toxina bacteriana se requiere anticuerpos, pero para eliminar un virus que replica en el interior de una célula se necesitan células capaces de identificar a las células infectadas y de destruirlas. Existen evidencias de que los linfocitos T colaboradores efectores, cuya función principal es producir y secretar citocinas, pueden ser clasificados en subtipos, según el grupo de citocinas que secretan. Dichos subtipos de linfocitos son determinantes en el curso de la respuesta inmunitaria frente al microorganismo e incluso son también determinantes en el curso de las lesiones tisulares observadas en ciertas enfermedades. Después del reconocimiento del antígeno las células T CD4+ vírgenes proliferan (en respuesta a IL-2) y gran parte de las células proliferantes se diferencian en células efectoras las cuales producen diferentes citocinas, dando lugar a reacciones inmunitarias muy diferentes, que en cierta forman, determinan la defensa del anfitrión frente al patógeno. También cada subtipo de linfocito T parece participar en forma particular en el desarrollo de ciertas enfermedades, muchas de ellas de carácter autoinmunitario. Los primeros subtipos de células T efectores que se identificaron fueron los TH1 y TH2, más recientemente se identificó un tercer grupo de linfocitos T efectores denominado TH17. La diferencia entre cada uno de los subtipos de linfocitos T efectores radica en el perfil de citocinas que producen; en otras palabras cada uno de los subtipos de linfocitos T produce un grupo de citocinas en particular. Así los linfocitos TH1 producen principalmente INF- (Figura 7-3), además de FNT lo que determina que la respuesta inmunitaria mediada por los TH1 esté dominada por la activación de los macrófagos y la síntesis de anticuerpos opsonizantes y fijadores de complemento; estas acciones son determinantes para la erradicación de microorganismos intracelulares. La respuesta inmunitaria dominada por células TH1 corresponde con lo que tradicionalmente se ha descrito como inmunidad celular ya que en este tipo de respuestas prevalecen las células efectoras del sistema inmunitario. Por otro lado, la activación de los macrófagos mediada por TH1 es un rasgo característico de las Citocinas - 33 - reacciones de hipersensibilidad retardada causante de la inflamación granulomatosa; que es típica de muchas enfermedades infecciosas e inflamatorias como la tuberculosis. Figura 7-3. Funciones efectoras de los linfocitos TH1 Las células TH1 producen citocinas como el IFN- y el FNT que ocasionan la activación de los macrófagos, la síntesis de anticuerpos opsonizantes y la inflamación lo que favorece la erradicación de infecciones causadas por microorganismos intracelulares Los linfocitos TH2 producen IL-4, IL-5 e IL-13, entre otras,que son fundamentales para estimular la producción y secreción de anticuerpos de los isotipos IgA e IgG y en especial IgE (Figura 7-4); estos anticuerpos son útiles en la neutralización de microorganismos extracelulares y toxinas bacterianas, así como también de los virus que diseminan desde una célula infectada a una célula sana. Debido al hecho de que los TH2 estimulan la producción de anticuerpos, la respuesta inmunitaria dominada por estas células tradicionalmente, se describe como inmunidad humoral. Además, los TH2 producen citocinas que promueven la activación de los eosinófilos (Figura 7-4); principales células efectoras en la defensa contra parásitos helmínticos y artrópodos. También los TH2 suprimen la activación clásica de los macrófagos e interfieren con las respuestas inmunitarias mediadas por los TH1 ya que muchas de las citocinas producidas por los TH2 actúan en forma antagónica a aquellas citocinas producidas por los TH1. Adicionalmente, los individuos alérgicos Citocinas - 34 - producen cantidades elevadas de IgE frente a determinados antígenos ambientales que para la mayoría de las personas son inocuos; en las personas alérgicas la respuesta inmunitaria frente a estos antígenos está dominada por linfocitos T del subtipo TH2 cuyas citocinas inducen la síntesis de IgE y activación de mastocitos y eosinófilos. Figura 7-4. Funciones efectoras de los linfocitos TH2. En una respuesta inmunitaria donde predominan los TH2 prevalecerán los anticuerpos ya que las citocinas por ellos producidas y secretadas inducen la activación de las células B Finalmente, los linfocitos TH17 sintetizan y secretan principalmente IL-17; esta citocina conduce al desarrollo de reacciones inflamatorias donde predominan los neutrófilos los cuales representan un importante mecanismo de defensa frente a bacterias extracelulares y hongos (Figura 7-5). Esto se debe a que la IL-17 induce la secreción de quimiocinas y citocinas proinflamatorias como el TNF que ocasionan el reclutamiento de neutrófilos y en menor grado de monocitos. Así mismo, esta citocina estimula a las células epiteliales a sintetizar y secretar péptidos antimicrobianos como las defensinas, que matan microorganismos. Por otro lado, están involucrados en la patogenia de muchas enfermedades autoinmunitarias, caracterizadas por el desarrollo de reacciones inflamatorias como la psoriasis, la artritis reumatoide y la esclerosis múltiple. Citocinas - 35 - Figura 7-5. Funciones efectoras de los TH17. Los TH17 promueven el desarrollo de reacciones inflamatorias donde predominan los neutrófilos útiles para destruir bacterias extracelulares y hongos. Los linfocitos TH1, TH2 y TH17 se originan a partir de los linfocitos T CD4 + vírgenes que respondieron al antígeno, en respuesta a las señales que reciben (fundamentalmente citocinas) durante las primeras etapas de la respuesta inmunitarias (Figura 7-6). Las señales recibidas por las células estimuladas inducen la transcripción de los genes de citocina característicos de cada subtipo. Con la activación continua, los genes que codifican para las citocinas de un grupo en particular se mantiene y la respuesta se va polarizando en una determinada dirección. Posteriormente, las citocinas producidas por cualquier subtipo promueven el desarrollo de ese subtipo e inhibe la diferenciación hacia los otros subtipos (Ej., estimulan a las TH1 e inhibe a las TH2 y TH17), esto contribuye a la generación de un grupo de células efectoras cada vez más polarizada. Citocinas - 36 - Figura 7-6. Inducción de las células TH1, TH2 y TH17 A.- La IL-12 producida por las células dendríticas y macrófagos en respuesta a microorganismos y posteriormente el IFN- producido por las células acecinas naturales estimula la diferenciación de los linfocitos en el subtipo TH1. Luego el INF- producido por los TH1 amplifica esta respuesta e inhibe la formación de las TH2 y TH17. B.- La IL-4 producida por los mastocitos, basófilos, eosinófilos y los linfocitos NKT inducen la diferenciación de los linfocitos vírgenes en el subtipo TH2. Esta respuesta es posteriormente amplificada por la IL-4 producida por los TH2 e inhibe a las TH1 y TH17. C.- Durante las infecciones por bacterias y hongos varias células producen IL-6, IL-1 y FTC- que estimulan la diferenciación a TH17, el FTC- puede promover la diferenciación a TH17 al inhibir la diferenciación a TH1 y TH2, la IL-21 amplifica esta respuesta La importancia de la polarización de la respuesta inmunitaria mediada por linfocitos T cooperadores queda clara en enfermedades como la lepra, una enfermedad infecciosa que ha afectado al hombre desde hace más de 4000 años y causada por Mycobacterium leprae, un bacilo acido-alcohol resistente que infecta y replica en el interior de las células. La lepra se manifiesta de Citocinas - 37 - dos maneras muy diferentes, en el polo benigno se describe la lepra tuberculoide, caracterizada por una excelente respuesta inmunitaria que le permite a la persona afectada controlar la infección; en el polo maligno se describe la lepra lepromatosa, un cuadro más grave y difícil de curar. Cuando se evalúa el patrón de citocinas en las lesiones leprosas en pacientes con lepra tuberculoide se observa que las citocinas presentes corresponden a aquellas producidas por los TH1, estas citocinas favorecen la activación de los macrófagos y con ello la destrucción de los microorganismos que replican dentro de las células. Por el contrario, en pacientes con lepra lepromatosa se observa un perfil de citocinas que se corresponde a aquellas producidas por las TH2 las cuales promueven la síntesis de anticuerpos e inhiben la activación de los macrófagos; la inhibición de los fagocitos permite que el microorganismo causante de la lepra multiplique dentro de las células, dificultando la recuperación de la persona afectada. Una situación similar se describe en la leishmaniasis cutánea, una enfermedad causada por varios protozoarios intracelulares pertenecientes al género Leishmania, en la cual los pacientes con una respuesta inmunitaria mediada por TH1 manifiestan lesiones localizadas que en ocasiones curan sin tratamiento pero algunos pacientes desarrollan lesiones cutáneas diseminadas y muestran un perfil de citocinas típico de las células TH2. En las infecciones causada por el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) se han descrito dos tipos de pacientes: aquellos donde la infección progresa lentamente y aquellos en los que la infección progresa en un tiempo más breve. En los primeros se ha identificado citocinas del perfil TH1 y esto se corresponde con una carga viral baja mientras que los segundos poseen cargas virales altas y una mayor propensión a desarrollar tumores, alergias, caquexia, etc. Este tipo de infectados por VIH desarrollan respuestas inmunitarias mediadas por TH2. Comprender los factores que determinan en rumbo de la respuesta inmunitaria en dirección TH1 o TH2 no solamente permitirá entender los mecanismos involucrados en la protección frente a las infecciones, sino también la patogénesis de muchos desórdenes inmunológicos, y quizás estos conocimientos representen la base para el desarrollo de nuevas estrategias útiles en el tratamiento de estas afecciones. GLOSARIO Acido ribonucleico (ARN): es un tipo de ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente en las células procariotas y eucariotas, y es el único material genético de algunos virus. Estructuralmente está formado por una sólo hebra (monocatenario); en Citocinas - 38 - el proceso de síntesis de proteína se describen tres tipo ARNm (mensajero) ARNt (de transferencia) y ARNr (ribosomal). El ARNm lleva la información de la secuencia de proteínas de la proteína desde el ADN al ribosoma. El ARNt transportaun aminoácido específico desde el citoplasma a la proteína que se está sintetizando. El ARNr junto con ciertas proteínas forma la estructura de los ribosomas. Coestimulador: molécula expresada en la membrana plasmática de una célula presentadora de antígeno que genera un estimulo (señal) que junto con la señal procedente del receptor antigénico promueve la activación de la célula linfoide. Desgranulación: liberación del contenido de los gránulos citoplasmáticos (principalmente histamina) de basófilos y mastocitos. Esclerosis múltiple: enfermedad autoinmunitaria que afecta al sistema nervioso central que se caracteriza por el desarrollo de lesiones desmielinizantes, neurodegenerativas. Fibrosis: proceso en el cual se forma un tejido cicatrizal en el sitio donde se desarrolla una inflamación crónica. Histamina: amina vasoactiva, que provoca vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular. Inflamación: reacción compleja que se desarrolla frente a una lesión, traumatismo o infección que implica la acumulación extravascular de proteínas plasmáticas y leucocitos. Se caracteriza por enrojecimiento, calor, tumefacción, dolor y pérdida de la funcióny en la reacción participan varias células del sistema inmunitario y numerosos mediadores. Lipopolisacárido (LPS): polímero completo formado por ácidos grasos y carbohidrato que forma parte de la pared de las bacterias Gram Negativas, también se le conoce como endotoxina pues es liberada por la bacteria cuando ésta muere o sufre lisis. Opsonización: proceso mediante el cual se depositan opsoninas (anticuerpos pertenecientes a ciertas subclases de IgG y moléculas derivadas de la activación del sistema de complemento) en la superficie de un antígeno con la finalidad de favorecer su ingestión y destrucción por un fagocito. Proteína C Reactiva (PCR): proteína de fase aguda, sintetizada por el hígado en respuesta al estímulo de ciertas citocinas; entre sus funciones se mencionan la activación del sistema de complemento y la opsonización. Psoriasis: enfermedad inflamatoria crónica de la piel caracteriza por la presencia de lesiones escamosas engrosadas e inflamadas. LECTURAS RECOMENDADAS Abbas y Lichtman. (2012). “Inmunología Celular y Molecular”. Séptima Edición (en español). Editorial Elsevier Saunders, España. Kindt, Goldsby y Osborne. (2007). “Inmunología de Kuby”. Sexta Edición (en español). Editorial McGraw Hill, Mexico Peakman y Vergani (2011). “Inmunología Básica y Clínica”. Segunda Edición. Editorial Elsevier Saunders, España Regueiro, López, González y Martínez. (2010). “Inmunología. Biología y patología del sistema inmunitario”. Cuarta Edición. Editorial Médica Panamericana
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